純電動汽車驅動系統設計分析

王俊倩

晉中職業技術學院 山西省晉中市 030600

能源是不可再生的，環境污染是不可再恢復的，隨著能源的日益消耗和環境的污染，純電動汽車因節約能源和污染小的特點被研發出來，并且發展前景廣闊。我國目前的純電動汽車多數是基于改裝，在使用時主要問題是動力電池成本高，行駛里程不理想。需要對純電動汽車的驅動系統進行有效設計，以提高純電動汽車的動力性能，提高行駛里程。

1 純電動汽車概述

1.1 純電動汽車

純電動汽車耗能低、污染小，雖已研發使用，但并未廣泛使用。目前純電動汽車的研發與推廣瓶頸主要是驅動效率提升、建造充電站、研發高性能蓄電池。

1.2 純電動汽車驅動系統

驅動系統是汽車的核心，決定了汽車的性能，主要包括：主控制器、鉛蓄電池、電機和傳動系統等。駕駛員在操作純電動汽車時，主要是通過加速踏板，然后將駕駛員的操作想法傳輸到主控制器上，主控制器通過PWM信號將其傳輸到IGBT上，以實現對汽車的操控。（如圖1）

在對純電動汽車的驅動系統進行設計時，應滿足幾個要求：一是保證汽車有較好的爬坡、起步和加速的能力，通過輕量化的設計提高驅動系統中電機的負載能力，增強電機的使用壽命；二是提高驅動系統中電機的電壓，通過縮小電機的體積，降低電機工作電流，以保證驅動系統的安全性；三是降低驅動系統的能量耗損，以實現驅動系統工作中制動能力的二次回收，目的是增加汽車的繼續行駛能力；四是簡化驅動系統的整體結構，目的是降低純電動汽車的維修費用。

2 純電動汽車驅動系統的設計

2.1 設計流程

在進行驅動系統設計時，要先根據汽車的動力性，在其最高速的行駛狀況下計算行駛動力，然后對電機和傳動機進行合理設計，之后再利用CPUISE軟件進行模型構建，以檢驗系統是否滿足純電動汽車的爬坡、加速、行駛里程等各種性能要求。（如圖2）

2.2 參數設定

首先，電機參數設定。純電動汽車在行駛時的功率由驅動系統中的電機提供，電機功率的選擇決定了純電動汽車的爬坡、速度等能力。那么滿足最高速度（P1）和爬坡能力(P2)的參數公式分別為

其次，減速器參數設定。純電動汽車在行駛時一般通過電機與減速器的連接進行控制，純電動汽車沒有變速器，主要原因是電機的性能比發動機要好，可以在控制下實現純電動汽車的各種需求；另外在減少成本的基礎上能使駕駛員的操作更簡便。那么減速器的參數設定為t，那么t小于

圖1 純電動汽車驅動系統的基本框架

圖2 純電動汽車驅動系統設計流程圖

圖3 加速踏板轉動角度與輸出電壓的比例曲線圖

再次，動力電池參數設定。純電動汽車的動力電池是由汽車行駛性能和電機額定電壓決定的，那么在設計時要保障電池的電壓和電機的電壓一致，以使二者可進行通用和互換。在具體設計時需要按照功率和行駛能量需求進行電力電池的參數設定，分別為

2.3 模型設計

首先，加速踏板模型設計。駕駛員在控制純電動汽車行駛時，在對加速踏板進行控制時，加速踏板主要是通過旋轉產生電的信號，并將電信號傳送到主控制器。通過圖3的模擬實驗，可以記錄不同旋轉角度下的輸出電壓。

其次，蓄電池模型設計。純電動汽車在研發初期，蓄電池的容量小、造價高，且壽命較短，通過對不同蓄電池的比較和對充電放電過程進行仿真實驗（如圖4），發現選擇鉛酸蓄電池最為理想。

圖4 蓄電池放電充電模型

2.4 傳動機構設計

對純電動汽車來說，傳動比是影響其動力性能的關鍵因素。如果傳動比過大，汽車的動力性好，但是設計成本高，導致經濟性能差；如果傳動比過小，汽車的動力性差，造價會便宜。合適的傳動比，是純電動汽車設計的關鍵。在傳動比設計過程中，因減少了變速器等傳動部件，進而利用減速器及驅動軸進行純電動汽車的動力傳遞。在進行傳動比計算時，要考慮上限的最高速度的影響和下限的最大爬坡阻力影響，最終設計最適合的傳動比。

總之，純電動汽車耗能小、污染小的特點，成為人們未來出行的首先。驅動系統作為純電動汽車的核心，關系著汽車的整體性能。純電動汽車設計者要關注新科技，不斷提升專業素養，通過新材料和新技術對純電動汽車的驅動系統的設計進行優化，以提高驅動系統功能，延長汽車的使用壽命。