1、电动汽车的驱动系统控制 扬州大学机械学院扬州大学机械学院 制作人：蒋铮制作人：蒋铮 校对人：郝飞校对人：郝飞 演讲人：耿龙伟演讲人：耿龙伟 导师：秦永法副教授导师：秦永法副教授 内容摘要内容摘要 一、电动汽车概述一、电动汽车概述 二、电动汽车结构布臵及驱动形式二、电动汽车结构布臵及驱动形式 三、电动汽车驱动系统控制技术三、电动汽车驱动系统控制技术 电动汽车概述电动汽车概述 一、电动汽车概述一、电动汽车概述 1 1、燃油汽车面临的问题、燃油汽车面临的问题 2 2、电动汽车国内外发展概况、电动汽车国内外发展概况 燃油汽车面临的问题燃油汽车面临的问题 城市大气污染日趋严重城市大气污染日趋严重 据估计
2、，美国大气污染物中据估计，美国大气污染物中4242来自汽车排放，造成损失每年达来自汽车排放，造成损失每年达22902290亿美元。亿美元。在中国华东、华北的大城市在中国华东、华北的大城市大气中大气中,70%,70%的污染物来自汽车排放的污染物来自汽车排放;CO88%,NOCO88%,NOx x80%,HC90%80%,HC90%来自汽车排放，大气污染造成的损失每年达来自汽车排放，大气污染造成的损失每年达500500亿美元，全球污染最严重的亿美元，全球污染最严重的2020个城市中，个城市中，1010个在中国。个在中国。石油资源面临枯竭威胁石油资源面临枯竭威胁 石油资源有限石油资源有限,不可再生不
3、可再生 ,按目前探明的储量和开采的速度按目前探明的储量和开采的速度 还能用还能用40504050年。年。电动汽车国内外发展概况电动汽车国内外发展概况 美、德、日、法这几个全球汽车工业发达的国家，到目前为止都已分别研制出各类的电动汽车，其美、德、日、法这几个全球汽车工业发达的国家，到目前为止都已分别研制出各类的电动汽车，其中包括大客车、轻型客车、轿车和电动摩托车。美国是世界上对污染限制最严格的国家，目前在电中包括大客车、轻型客车、轿车和电动摩托车。美国是世界上对污染限制最严格的国家，目前在电动汽车研制方面，美国处于领先地位。美国采取政府干预，以能源部为中心在动汽车研制方面，美国处于领先地位。美国
4、采取政府干预，以能源部为中心在19891992年投入年投入1亿多美元，对电动汽车进行了大量的研究和开发，亿多美元，对电动汽车进行了大量的研究和开发，1995年有年有1万辆电动汽车投入使用；德国早在万辆电动汽车投入使用；德国早在1972年就以“电动道路交通协会”为中心，在联邦政府的支持下开展电动汽车的开发试验工作，年就以“电动道路交通协会”为中心，在联邦政府的支持下开展电动汽车的开发试验工作，目前已制造出几百辆电动汽车投入使用；日本于目前已制造出几百辆电动汽车投入使用；日本于1972年成立“日本电动汽车协会”，日本政府制年成立“日本电动汽车协会”，日本政府制定了鼓励电动汽车开发与应用的政策，定了
5、鼓励电动汽车开发与应用的政策，1978年，为了促进电动汽车的推广应用，日本电动汽车协年，为了促进电动汽车的推广应用，日本电动汽车协会制订了“电动汽车试用制度“，每年向使用者提供使用费。试用的电动汽车主要用于公司、政府会制订了“电动汽车试用制度“，每年向使用者提供使用费。试用的电动汽车主要用于公司、政府下属机构、公园的事物联络车、服务车等，试用地区遍布日本各地；法国很早就在城市环卫部门试下属机构、公园的事物联络车、服务车等，试用地区遍布日本各地；法国很早就在城市环卫部门试用电动汽车，目前巴黎已有数百辆电动汽车在运行，全法国则有上千辆电动汽车在试运行，法国环用电动汽车，目前巴黎已有数百辆电动汽车在
6、运行，全法国则有上千辆电动汽车在试运行，法国环境能源厅对电池的研究开发及电动汽车的试验给予了资助，地方政府对购买电动汽车的用户提供一境能源厅对电池的研究开发及电动汽车的试验给予了资助，地方政府对购买电动汽车的用户提供一定数量的保证金，以鼓励电动汽车的推广。除汽车工业发达国家外，其他国家也非常重视电动汽车定数量的保证金，以鼓励电动汽车的推广。除汽车工业发达国家外，其他国家也非常重视电动汽车的开发，并取得了相应成效，加拿大、奥地利、瑞典、韩国等国都投入巨资研制新一代电动汽车，的开发，并取得了相应成效，加拿大、奥地利、瑞典、韩国等国都投入巨资研制新一代电动汽车，以期解决能源和城市环境状况。以期解决能
7、源和城市环境状况。上世纪上世纪80年代初，我国就开展了电动汽车研究，曾被列入国家八五规划。目前，我国政府也极为关年代初，我国就开展了电动汽车研究，曾被列入国家八五规划。目前，我国政府也极为关注开发电动汽车的各项关键技术，并以产业化为最终目标，先后将电动汽车列入“九五”攻关重大注开发电动汽车的各项关键技术，并以产业化为最终目标，先后将电动汽车列入“九五”攻关重大项目以及“项目以及“863”重大专项。值得指出的是，我国的电动汽车技术与其他国家相比较，差距不甚明”重大专项。值得指出的是，我国的电动汽车技术与其他国家相比较，差距不甚明显，有些技术还有优势，如在应用于电动汽车的多种类型的驱动电机及其控制
8、技术方面即有某些特显，有些技术还有优势，如在应用于电动汽车的多种类型的驱动电机及其控制技术方面即有某些特定优势。定优势。电动汽车结构布置及驱动形式电动汽车结构布置及驱动形式 二、电动汽车结构布臵及驱动形式二、电动汽车结构布臵及驱动形式 1 1、电动汽车基本结构、电动汽车基本结构 2 2、电驱动的结构形式、电驱动的结构形式 3 3、单电动机和多电动机驱动形式、单电动机和多电动机驱动形式 4 4、轮毂电动机驱动形式、轮毂电动机驱动形式 电动汽车基本结构电动汽车基本结构 1.电动汽车基本结构电动汽车基本结构 电动汽车系统三大子系统：电力驱动子系统、主能源子系统和辅电动汽车系统三大子系统：电力驱动子系
9、统、主能源子系统和辅助控制子系统助控制子系统 典型电动车的基本结构典型电动车的基本结构 双线表示机械连接，粗实线表示电气双线表示机械连接，粗实线表示电气连接，细实线表示控制信号连接，箭连接，细实线表示控制信号连接，箭头表示电功率和控制信号流动的方向头表示电功率和控制信号流动的方向 电动汽车基本结构电动汽车基本结构 电力驱动子系统：由电控单元、功率转换器、电动机、机械传动装臵电力驱动子系统：由电控单元、功率转换器、电动机、机械传动装臵和驱动车轮组成和驱动车轮组成 主能源子系统：由主电源、能量管理系统和充电系统构成主能源子系统：由主电源、能量管理系统和充电系统构成 辅助控制子系统：具有动力转向、温
10、度控制和辅助动力供给等功能辅助控制子系统：具有动力转向、温度控制和辅助动力供给等功能 根据从制动踏板和加速踏板输入的信号，电子控制器发出相应的根据从制动踏板和加速踏板输入的信号，电子控制器发出相应的控制指令来控制功率转换器的功率装臵的通断，功率转换器的功能是控制指令来控制功率转换器的功率装臵的通断，功率转换器的功能是调节电动机和电源之间的功率流。当电动汽车制动时，再生制动的动调节电动机和电源之间的功率流。当电动汽车制动时，再生制动的动能被电源吸收能被电源吸收i，此时功率流的方向要反向。能量管理系统和电控系，此时功率流的方向要反向。能量管理系统和电控系统一起控制再生制动及其能量的回收，能量管理系
11、统和充电器一同控统一起控制再生制动及其能量的回收，能量管理系统和充电器一同控制充电并监测电源的使用情况。辅助动力供给系统供给电动汽车辅助制充电并监测电源的使用情况。辅助动力供给系统供给电动汽车辅助系统不同等级电压并提供必要的动力，它主要给动力转向、空调、制系统不同等级电压并提供必要的动力，它主要给动力转向、空调、制动及其它辅助装臵提供动力。除了从制动踏板和加速踏板给电动汽车动及其它辅助装臵提供动力。除了从制动踏板和加速踏板给电动汽车输入信号外，转向盘输入也是一个很重要的输入信号，动力转向系统输入信号外，转向盘输入也是一个很重要的输入信号，动力转向系统根据转向盘的角位臵来决定汽车灵活地转向。根据
12、转向盘的角位臵来决定汽车灵活地转向。电驱动的结构形式电驱动的结构形式 2.电驱动的结构形式电驱动的结构形式 采用不同的电力驱动系统可构成不同结构形式的电动汽车。根据电力采用不同的电力驱动系统可构成不同结构形式的电动汽车。根据电力驱动系统的不同，电动汽车分为以下六种情况驱动系统的不同，电动汽车分为以下六种情况 C-离合器；离合器；D-差速器；差速器；FC-固定器；固定器；CB-变速器；变速器；M-电动机电动机 电驱动的结构形式电驱动的结构形式 电驱动的结构形式电驱动的结构形式（a)由发动机前臵前轮驱动的燃油车发展而来，他由电动机、离合器、齿轮箱和差由发动机前臵前轮驱动的燃油车发展而来，他由电动机
13、、离合器、齿轮箱和差速器组成，离合器用来切断或接通电动机到车轮之间传递动力的机械装臵，变速器速器组成，离合器用来切断或接通电动机到车轮之间传递动力的机械装臵，变速器是一套具有不同速比的齿轮机构，驾驶员可选择不同的变速比，把力矩传给车轮。是一套具有不同速比的齿轮机构，驾驶员可选择不同的变速比，把力矩传给车轮。在低速挡时，车轮获得大力矩低转速；在高速挡时，车轮获得小力矩高转速。汽车在低速挡时，车轮获得大力矩低转速；在高速挡时，车轮获得小力矩高转速。汽车在转弯时，内侧车轮的转弯半径小，外侧车轮的转弯半径大，差速器使内外车轮以在转弯时，内侧车轮的转弯半径小，外侧车轮的转弯半径大，差速器使内外车轮以不同
14、转速行驶。不同转速行驶。电驱动的结构形式电驱动的结构形式 （b)由电动机、固定速比的减速器和差速器组成电力驱动系统。这种结构的由电动机、固定速比的减速器和差速器组成电力驱动系统。这种结构的电动汽车由于没有离合器和可选的变速挡位，不能提供理想的转矩电动汽车由于没有离合器和可选的变速挡位，不能提供理想的转矩/转速特性，转速特性，因而不合适于使用发动机的燃油汽车。因而不合适于使用发动机的燃油汽车。电驱动的结构形式电驱动的结构形式 (c)这种结构与发动机横向前臵、前轮驱动的燃油汽车的布臵方式类似，它把电这种结构与发动机横向前臵、前轮驱动的燃油汽车的布臵方式类似，它把电动机、固定速比减速器和差速器集成为
15、一个集体，两根半轴连接驱动车轮，这动机、固定速比减速器和差速器集成为一个集体，两根半轴连接驱动车轮，这种结构在小型电动汽车上应用最普遍。种结构在小型电动汽车上应用最普遍。电驱动的结构形式电驱动的结构形式 （d）图示的电动机结构就是采用两个电动机通过固定速比的减速器分别驱动）图示的电动机结构就是采用两个电动机通过固定速比的减速器分别驱动两个车轮，每个电动机的转速可以独立地调节控制，便于实现电子差速，因此，两个车轮，每个电动机的转速可以独立地调节控制，便于实现电子差速，因此，电动汽车不必选用机械差速器。电动汽车不必选用机械差速器。电驱动的结构形式电驱动的结构形式 （e）电动机也可以装在车轮里面，称
16、为轮毂电动机，可进一步缩短从电动机）电动机也可以装在车轮里面，称为轮毂电动机，可进一步缩短从电动机到驱动轮的传递路径，为了将电动机转速降低到理想的车轮转速，可采用固定到驱动轮的传递路径，为了将电动机转速降低到理想的车轮转速，可采用固定减速比的行星齿轮变速器，它能提供大的减速比，而且输入和输出轴可布臵在减速比的行星齿轮变速器，它能提供大的减速比，而且输入和输出轴可布臵在同一条轴线上。同一条轴线上。电驱动的结构形式电驱动的结构形式 （f）与超大容量电容器类似，飞轮是另外一种新兴的具有高比功率和高效制）与超大容量电容器类似，飞轮是另外一种新兴的具有高比功率和高效制动能量回收能力的储能器。用于电动汽车的飞轮与传统低速笨重的飞轮是不同动能量回收能力的储能器。用于电动汽车的飞轮与传统低速笨重的飞轮是不同的，这种飞轮质量轻，且在真空下高速动转，超高速飞轮与具有两种工作模式的，这种飞轮质量轻，且在真空下高速动转，超高速飞轮与具有两种工作模式（电动机和发电机）的电动机转子相结合，能够将电能和机械能进行双向转换。（电动机和发电机）的电动机转子相结合，能够将电能和机械能进行双向转换。下图显示了这种飞轮和蓄电
