纯电动汽车驱动系统设计分析

王俊倩

晋中职业技术学院 山西省晋中市 030600

能源是不可再生的，环境污染是不可再恢复的，随着能源的日益消耗和环境的污染，纯电动汽车因节约能源和污染小的特点被研发出来，并且发展前景广阔。我国目前的纯电动汽车多数是基于改装，在使用时主要问题是动力电池成本高，行驶里程不理想。需要对纯电动汽车的驱动系统进行有效设计，以提高纯电动汽车的动力性能，提高行驶里程。

1 纯电动汽车概述

1.1 纯电动汽车

纯电动汽车耗能低、污染小，虽已研发使用，但并未广泛使用。目前纯电动汽车的研发与推广瓶颈主要是驱动效率提升、建造充电站、研发高性能蓄电池。

1.2 纯电动汽车驱动系统

驱动系统是汽车的核心，决定了汽车的性能，主要包括：主控制器、铅蓄电池、电机和传动系统等。驾驶员在操作纯电动汽车时，主要是通过加速踏板，然后将驾驶员的操作想法传输到主控制器上，主控制器通过PWM信号将其传输到IGBT上，以实现对汽车的操控。（如图1）

在对纯电动汽车的驱动系统进行设计时，应满足几个要求：一是保证汽车有较好的爬坡、起步和加速的能力，通过轻量化的设计提高驱动系统中电机的负载能力，增强电机的使用寿命；二是提高驱动系统中电机的电压，通过缩小电机的体积，降低电机工作电流，以保证驱动系统的安全性；三是降低驱动系统的能量耗损，以实现驱动系统工作中制动能力的二次回收，目的是增加汽车的继续行驶能力；四是简化驱动系统的整体结构，目的是降低纯电动汽车的维修费用。

2 纯电动汽车驱动系统的设计

2.1 设计流程

在进行驱动系统设计时，要先根据汽车的动力性，在其最高速的行驶状况下计算行驶动力，然后对电机和传动机进行合理设计，之后再利用CPUISE软件进行模型构建，以检验系统是否满足纯电动汽车的爬坡、加速、行驶里程等各种性能要求。（如图2）

2.2 参数设定

首先，电机参数设定。纯电动汽车在行驶时的功率由驱动系统中的电机提供，电机功率的选择决定了纯电动汽车的爬坡、速度等能力。那么满足最高速度（P1）和爬坡能力(P2)的参数公式分别为

其次，减速器参数设定。纯电动汽车在行驶时一般通过电机与减速器的连接进行控制，纯电动汽车没有变速器，主要原因是电机的性能比发动机要好，可以在控制下实现纯电动汽车的各种需求；另外在减少成本的基础上能使驾驶员的操作更简便。那么减速器的参数设定为t，那么t小于

图1 纯电动汽车驱动系统的基本框架

图2 纯电动汽车驱动系统设计流程图

图3 加速踏板转动角度与输出电压的比例曲线图

再次，动力电池参数设定。纯电动汽车的动力电池是由汽车行驶性能和电机额定电压决定的，那么在设计时要保障电池的电压和电机的电压一致，以使二者可进行通用和互换。在具体设计时需要按照功率和行驶能量需求进行电力电池的参数设定，分别为

2.3 模型设计

首先，加速踏板模型设计。驾驶员在控制纯电动汽车行驶时，在对加速踏板进行控制时，加速踏板主要是通过旋转产生电的信号，并将电信号传送到主控制器。通过图3的模拟实验，可以记录不同旋转角度下的输出电压。

其次，蓄电池模型设计。纯电动汽车在研发初期，蓄电池的容量小、造价高，且寿命较短，通过对不同蓄电池的比较和对充电放电过程进行仿真实验（如图4），发现选择铅酸蓄电池最为理想。

图4 蓄电池放电充电模型

2.4 传动机构设计

对纯电动汽车来说，传动比是影响其动力性能的关键因素。如果传动比过大，汽车的动力性好，但是设计成本高，导致经济性能差；如果传动比过小，汽车的动力性差，造价会便宜。合适的传动比，是纯电动汽车设计的关键。在传动比设计过程中，因减少了变速器等传动部件，进而利用减速器及驱动轴进行纯电动汽车的动力传递。在进行传动比计算时，要考虑上限的最高速度的影响和下限的最大爬坡阻力影响，最终设计最适合的传动比。

总之，纯电动汽车耗能小、污染小的特点，成为人们未来出行的首先。驱动系统作为纯电动汽车的核心，关系着汽车的整体性能。纯电动汽车设计者要关注新科技，不断提升专业素养，通过新材料和新技术对纯电动汽车的驱动系统的设计进行优化，以提高驱动系统功能，延长汽车的使用寿命。