纯电动轿车驱动电机性能与结构参数匹配研究

【摘要】空气污染、全球变暖和石油资源日益减少等严峻问题，无疑将低碳、节能和环保定格为汽车工业发展的主要方向，除了进一步从技术创新角度来提高传统汽车节能减排效果外，发展绿色环保的新能源汽车是汽车产业的必由之路。由于纯电动汽车节能环保潜力突出并且在技术、成本和产业化等方面更具优势，因而在世界范围内得到了广泛关注。提升纯电动汽车技术水平和整车性能，是目前各国政府及汽车企业需要迫切解决的技术问题，也是纯电动汽车研发及产业化发展目标的市场需求。纯电动车用电机作为汽车的驱动源，是保证高效率驱动的核心部件之一，也是整车需要研制开发的重要部件。永磁同步电机在功率因数和效率方面具备优势而获得普遍的应用，同时车用电机永磁化发展趋势与电机高效驱动技术的要求相符。驱动电机的参数匹配不但对纯电动汽车的动力和经济等性能有重要影响，而且为整车驱动控制策略提供技术接口。车用电机匹配技术对于整车企业和电机厂家都至关重要，整车企业由于对电机本体性能及设计的研究不够全面，不能依据整车性能需求全面地提出电机技术规格要求。本文以国家863计划课题“一汽全新结构小型纯电动轿车设计与技术开发”（No.2011AA11A219）为依托，针对匹配问题研究中的一项子课题，开展关于纯电动轿车驱动电机参数匹配的研究工作，包括提出详细的技术规格要求。论文主要研究内容如下：1、通过文献阅读和技术查新，对国内外纯电动车型的驱动电机应用情况、车用电机参数匹配方法及本体性能研究现状进行了分析，将本文研究的电机参数匹配问题界定为整车性能要求及整车控制的技术接口，提出了目前整车企业在电机产品的性能“需求”和“供应”不一致的问题，阐述了参数匹配的具体研究意义。2、依据纯电动轿车实际行驶需要提出了对驱动电机的稳态及动态的性能要求，以永磁同步电机外特性、效率特性、部分负荷特性及温升特性的理论分析为主来阐述稳态特性，以转速动态响应特性及转矩动态响应描述动态特性，说明了稳态和动态特性对电机性能参数的要求，并结合试验验证分析得出性能参数对各项性能的影响。以动力性指标确定了峰值参数的范围，结合纯电动轿车行驶工况的分析，确定了电机额定参数的范围。在上述研究的基础上，运用遗传算法匹配得到了满足整车性能要求的最佳电机参数。3、根据已匹配的电机参数，对该电机能否通过设计实现的问题进行了研究。以电机的定子及绕组参数、转子及永磁体参数为主要结构参数，应用OPPeDePMSM电机软件对稳态和动态特性相关的影响因素进行了参数化分析，得到了主要本体结构参数对电机性能的影响，进而建立了整车要求与本体结构参数之间的内在联系。同时，结合电机结构参数的分析为理论指导，完成了电机本体初始设计及优化设计。在电机初始设计中保证电机的外特性及基速点，但由于转矩脉动较大需要进行优化设计，优化设计在保证初始设计性能的基础上，降低转矩的脉动及电机的损耗，得到了满足匹配要求的电机外特性参数、额定参数和较高的效率，验证了匹配的电机可设计实现及匹配的参数的可行性。4、为了进一步验证匹配的电机参数在经济性方面对整车的提升程度，建立了纯电动轿车的Simulink正向仿真模型及整车的驱动控制策略模型。将电机优化设计得到的电机参数及特性等输入电机模块，并根据电机模块的参数及性能对控制策略中的加速踏板特性进行了修改。对整车在多工况下的能耗进行离线仿真验证，与整车模型所用的原电机进行对比，仿真结果表明本文所匹配的电机参数能较好地保证整车经济性能，使经济性有所提升，多工况的平均百公里能耗有所降低，同时电机工作点分布落入高效率区间的比例增多。
【作者】刘健；
【导师】吴坚；
【作者基本信息】吉林大学，车辆工程，2014，硕士
【关键词】纯电动轿车；整车性能要求；参数匹配；永磁同步电机；结构参数；

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