电动汽车驱动系统设计开题报告.docx

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电动汽车驱动系统设计开题报告

毕业设计（论文）开题报告

题目：

电动汽车驱动系统设计

学院：

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学生姓名：

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开题报告填写要求

1.开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。

此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效。

2.开题报告内容必需用黑墨水笔工整书写或按此电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见。

3•“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应很多于10篇（不包括辞典、手册），其中至少应包括1篇外文资料；对于重要的参考文献应附原件复印件，作为附件装订在开题报告的最后。

4.统一用A4纸，并装定单独成册，随《毕业设计（论文）说明书》等资料装入文件袋中。

毕业设计（论文）开题报告

1.文献综述：

结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料,每人撰写2500字以上的文献综述，文后应列出所查阅的文献资料。

电动汽车早与然油汽车问世10余年，在19世纪末和20世纪初也曾有过一段辉煌的历程，但因当时电池、电动机及其驱动技术远未达到现今成熟阶段，难以与然油汽车相竞争而退出历史舞台。

随着近白余年汽车的发展和普及，燃油汽车的弊端也日渐暴露，一是他排放有毒气体，直接危害着人类的健康；二是他依赖石油和天然气等一次能源，随着能源的日渐枯竭，能源危机也将日渐日趋加剧，因此，圉绕以能源环境为中心，节能环保和安全等重大课题摆在了人类面前，人类对它的认识才有进一步的深化，加之新技术新材料新工艺新能源等高新技术的不断发展和应用，才乂唤起了人类对以新能源为动力的电动汽车极大的关注，成为人们科技竞争的新“热点”。

21世纪伊始，世界汽车工业乂站在了革命的门槛上。

虽然，汽车工业是推动社会现代化进程的重要动力；然而，汽车工业的发展也带来了环境污染愈烈和能源消耗过多两大问题。

而对于我国日益扩大的汽车市场，这种危机就更明显。

电动汽车是从单一车载电源上获得电力，以电动机作为原动机并能在道路上行驶的车辆。

它不倚赖石油或天然气，无尾气排放，是世界公认的“零排放”的汽车。

它噪音小，舒适干净，易于操纵和维修，是汽车实现自动化智能化发展的必经途径，是汽车工业可持续发展战略的根本选择，也是世界上公认为21世纪取代燃油汽车最理想最有希望的绿色交通丄具。

电动汽车要实现全面取代燃油汽车，要具备符合道路行使法规的要求，即电动汽车应具有良好的动力性、安全性、舒适性及维修保养和驾驶的方便性。

很明显，要实现上述要求，电动汽车是一个复杂的系统工程，是一个涉及多哥学科的高科技项鉴于电动汽车的动力性能指标是山最高车速、加速能力、爬坡能力和续驶里程等来表征。

这些指标的高低直接与其动力驱动系统优劣密切相关，因此必须解决动力驱动系统的油画设计。

动力驱动系统山电池、电机驱动系统和传动系统等主要部件组成。

在动力驱动系统中，其一是电池的选型关系极大。

如选用大容量的蓄电池组，就可采用大功率电动机，就能提供良好的动力性能，1次充电续驶里程长。

但同时过重的电池组使整车的重量加大，只能少载人或少载货，运行效率和使用效益降低。

电池数量增加，成本会增高，维持保养工作量回加大，降低整车性价比。

其二是电机驱动系统，它的选型也至关重要。

如选用交流电动机驱动系统，起中电动机的部分无电刷和换向器，结构简单牢靠，免维护，功率/重量比高，而且其功率、电压和转数都可以做得很高，其至它的传动系，采用直接驱动，设置环境适应性广，可靠性高，虽然交流驱动控制器部分比直流电机驱动系统复杂，价格贵，到从动力驱动系统总体性能，其高性能、高效、高可黑以及环境实用性来恒量，交流电机驱动系统是电动汽车领域应用越来越广泛的应用的电机驱动系统。

其三是传动系统的选择与整车结构密切相关。

比如采用轴驱，可以通过传动系统增大电动机的转矩和实现其转向。

电机驱动系统是电动汽车的原动汽车，是心脏。

它与整车动力性能的好坏密切相关，是电动汽车关键核心技术之一。

电机驱动系统由电动机和驱动控制器两部分组成。

电动机是一种将电能变为机械能的装置，为满足整车动力性能的需要，对电动机的具体性能的要求是瞬时功率大、功率密度高、过载能力强；效率要高；运行速度范围要广，高低速综合效率也要高，电动机在底速区具有恒转矩特性，高速区具有恒功率特性；结构简单牢固，耐冲击、颠簸，运行可靠，免维护，底成本等。

驱动控制系统是将电池的电能转变为适于电动机运行的另一种电能变换控制装置。

通过这种变换和控制使电机处于要求的运行最佳工作状态，以满足电动汽车实际行使工况的需要。

驱动控制器结构要简单，控制精度高，动态响应好，系统高可靠，成本低等。

电动汽车对电机驱动系统的要求是，低速大转矩、高速旋转、高性能、高效、高可靠、结构简单牢固、免维护、低成本等。

口前，在电动汽车上应用的电机驱动系统根据驱动电机类别来分，有直流电机驱动系统和交流电机驱动系统两大类。

交流电机驱动系统中的驱动控制器有逆变器和控制器两部分组成。

逆变器是将电池直流电转变成适合于交流电动机运行的交流电。

控制器则对电动机的输入交流电压、波形、频率、电流、磁通、转矩、转速、开关方式及其导通角和关段角等进行灵活的控制，实现对电机从电能到机械能的转换，并对电机的转矩控制特性实施最佳控制。

在永磁直流电机控制系统中，按照给定不同的电枢电流，应用斩波控制器的电流闭环控制，并实现再生制动能量回收，是当前电动汽车上应用直流电动驱动系统最佳方案之一。

无刷直流电机驱动系统中的无刷直流电动机山永磁同步电机和转子位置传感器组成。

永磁同步电动机结构简单，其中尤以外转子结构极具特色，将其嵌在电动汽车车轮轮轩类，即可实现直接驱动一轮驱。

轮驱要用台电动机，但取消了传动系部件，使整车结构大为简化，质量大为减轻，且无机械磨损和噪音，提高了车辆运行效率和使用效益，降低了成本，提高了可靠性。

无刷支流电机与相同功率的其他类型电动机相比，体积小，质量轻，可以实现低速大转矩，高效，高速旋转，免维护。

在质量、性能、价格等方面有相当明显的优势。

无刷直流电动机的电磁转矩，在每相绕组的感应电动势和电流同相位的悄况下，其值等于MD=Cmmlmo该式与直流电动机是相同的，因此调速控制较异步电动机要简单容易，是当前电动汽车领域应用最多的一种电机驱动系统。

为了控制和改变无刷直流电动机的端电压的大小和波形，逆变器常采用单侧斩波PWM控制。

无刷直流电动机的三相绕组电流经过处理得到了反馈电流，该电流与给定电流进行比较经PI调节后输入PWM脉宽调制器，其输出信号与通过换向电路来的转子位置信号进行调制就可以得到多路PWM驱动信号，用次信号控制逆变器桥臂一侧即可实现单侧斩波PWM控制。

单侧斩波PWM控制，它比双侧斩波PWM控制有更高的效率和更小的电枢纹波电流，控制灵活，但其缺点是转矩脉动更大和调速范围不广。

无刷直流电机在额定转速以下，可以实现恒转矩调速，但在额定转速以上时，必须采用弱磁扩速。

在电机极数少（2PW6）的情况下，可通过改变逆变器的导通角来实现，使定子电流的相位提前，从而达到若磁升速的口的，实现功率调速。

在电机极数多（2P26）的情况下，用上述改变逆变器导通角造成大范弱磁是不能实现的，这样就出现了具有电励磁附加轴向磁场混合式永磁同步电动机。

该电机的转子仍为永磁转子，但其定子分为两段，中间放一个励磁线圈，通过直流电流产生一个附加轴相磁场。

根据需要可以增磁，使转矩增大，也可以是去磁以削弱永磁转子磁场，达到弱磁生速的U的。

动力驱动系统当前研究的动向。

汽车是最重要的交通工具，可是燃油汽车对石油和天然气的消耗和依赖以及对环境的污染成为各国普遍关注的焦点。

无污染、低噪音的电动汽车将是21世纪初汽车工业发展的必然趋势。

动力驱动系统对电动汽车的普及和推广起着至关重要的作用。

电动汽车以其零排放、无公害、不依赖石油或天然气、结构简单、维修容易、使用寿命长等而倍受人们极大的关注。

U前在世界各地行驶的电动汽车车辆还为数棋少

（全球拥有量大约超佰万辆），尚无法与全世界拥有的燃油（气）汽车辆相比。

其所以如此，一方面是电动汽车中动力驱动系统自身存在的课题尚待时日解决；另一方面是燃油（气）汽车在降低排放和节能也有新突破，出现了燃油电喷和三元催化转化器汽车以及CNG（压缩天然气）清洁能源车等，同时新的混合动力汽车（HEV）的问世，给解决能源、环抱课题带来了新途径。

所有这一切都大大缓解了当前燃油（气）汽车能源和环抱之间的突出矛盾。

但不管是用油，还是用压缩天然气，亦或是电、油（气）共用，其使用一次能源的格局还是没有根本改变，且环抱能源问题也始终未彻底解决。

因此，为根本扭转这一态势，突破当前阻碍电动汽车普及和发展的关键技术是一个具有长远战略意义乂有近期迫切需要解决的重大课题，也是我国为什么再一次把电动汽车列入'十五'规划中12项专项实施的根本原因。

它的研究和产业化将会大大促进我国一系列高新技术的发展，诸于电池电能蓄存；能量管理；新型燃料电池；结构简单牢固、体积小、质量轻、高速旋转、免维护的电动机；高效、高性能、高可靠、低成本的驱动控制器；轻质复合材料；车体优化设计等，并带动汽车、机电、电子、原材料、化工、能源等相关产业的重组。

随着新世纪科学技术的飞速发展，一旦燃料电池等关键核心技术得以全面突破，并随着实现产业化、商业化，呢就是绿色环保车一电动汽车取代燃油（气）汽车时代的到来，其应用前景愈来愈广阔。

文献资料

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北京理工大学出版社2001

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北京理工大学出版社2002

[6]陈世坤电机设计机械工业出版社2000

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北京航空航天大学出版社2003

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[18]张雄伟曹铁勇DSP芯片的原理与开发应用电子工业出版社2002

毕业设计（论文）开题报告

2・开题报告：

一、课题的目的与意义；二、课题发展现状和前景展望；三、课题主要内容和要求；四、研究方法、步骤和措施

开题报告

一、选题的目的意义

汽车作为交通工具一有100年以上的历史，已成为人们生活的必需品。

汽车工业是国民经济的支柱产业，汽车发展将带动相关行业的技术进步和产业发展，特别是轿车工业产值每增加一个单位，相关行业至少增加单位。

经济发达国家在世界经济中的地位与其在世界汽车工业中的排名基本相当。

但是，汽车大量使用带来了环境污染和石油的大量消耗，已出现了普遍关心的石油危机、环境污染和地球温室化等问题。

为了解决这问题，汽车产业界必须考虑汽车造成的环保问题和能源的持续发展，为此世界各大汽车制造商进行了汽车新能源环保技术的研究开发，2005年第39届曰本东京车展中，在571辆来自世界各大汽车制造商的品种中，有79辆新型环保概念车体现了节能与能源替代的当代汽车的环保理念，其中电动汽车的开发和生产投入的人力、物力、资金最多，取得的成果也最显著。

电动汽车有纯电动汽车（EV）、混合动力（HEV）和燃料电池汽车（FCHV）o

（1）纯电动汽车（EV）

30多年前就从事纯电动汽车的研究开发，15年询丰田将纯电动汽车开始投放市场,现在丰田有RAV4-EV和e-com两种纯电动汽车，RAV4-EV可乘坐2人，一次充电可以行驶100公里，在日本和美国销售1000辆以上，1997年本田纯电动汽车EV-PLUS开始租赁出售。

无论从一次充电行驶的距离，还是作为商品来讲，离完全替代燃油汽车的水平还差很大的距离，现在能作为特定用途的电动城市小型车研发和主产。

市场前景不大。

（2）混合动力汽车（HEV）

混合动力汽车是内燃机技术和纯电动汽车电力电子技术通过系统综合控制技术的结晶，国际各大汽车制造商都十分重视开发和生产自主的混合动力汽车，其中领先者是日本丰田公司，它于1993年诞生了普锐斯（Prius）混合动力汽车的雏形，1995年在东京车展上展出，1997年正式主产，并不断改进提高，2004年普锐斯在美国的销量达到53991辆，2005年达到107897辆，普锐斯混合动力汽车2005年生产量约18万辆。

最近丰田乂开发了新型的“先锋”混合动力汽车，该汽车是环保理念和驾驶乐趣的完美结合，新的混合协同驱动系统带来更强劲的动力、更出色的性能、更经济的燃油量和更有效的废气排放，外形是具有生动的空气动力学风格的三角形。

丰田还开发和生产SUV型混合动力面包车和适应大容量引擎和4轮驱动的Estima混合动力车。

本田公司也于1998年开始发售Lnsight的混合动力车，并不断改进提高性能,2001年销售CIVICHybrid混合动力汽车，2004年末在北美开始发售ACCORDHybrid混合动力汽车。

美国通用和福特公司，德国大众、奔驰等公司都有自己的混合动力汽车，有的也已上市销售。

通用公司于2007年将推出洒脱-绿线牌新型混合动力系统，可比传统的洒脱牌轿车节省20%的燃料，汽车价格只比传统的洒脱牌贵约2000美元。

混合动力汽车的使用无需增加附加的运行设施，燃油消耗降低40%左右，排汽中有害体成分下降80%左右，现已形成产业和商品化，随着石油能源紧张和油价部不断上升，人们的环保理念的增强，各国对能源消耗和环保要求越来越高，混合动力汽车性价比的不断提高，混合动力汽车将有望能获得迅速发展。

（3）燃料电池汽车（FCHV）

燃油电池汽车是真正的绿色交通工具，其排放的是清洁的水，是汽车产业最终实现的目标。

尽管燃料电池汽车研发的内容很广，技术难度大，耗资巨大，研制周期长，但是，各大汽车制造商都在积极开发，争创世界第一，成为燃料电池汽车的领先者。

燃料电池汽车开发至今已有15年以上的历史，日本马自达、丰田、本田等公司在上世纪90年代初就从事燃料电池汽车的开发，丰田2001年研制成燃料电池汽车，到2002年11月首次得到日本国土交通大臣认可，开始有限销售。

奔驰已有10年从事燃料电池汽车的开发历史，1999年福特和2001年通用分别开发成功燃料电池汽车。

总体而言燃料电池汽车实现产业化和商品化还需要较长的路程，但是最终一定能实现产业化和商品化。

我国也十分重视电动汽车的开发，约有15年左右的历史，尤其是在"十五”期间国家将电动汽车作为“863”计划中的重大专项之一，组织各型混合动力汽车、燃料电池汽车整车和关键共性技术的联合攻关，在各级领导部门的关心和支持下，在各参加攻关单位的共同努力下，“十五”期间取得了显著成绩，眼法的成果为电动汽车产业化打下了基础。

以上海市承担的燃料电池轿车攻关项口为例，从“超越一号”、“超越二号”到“超越三号”的燃料电池轿车跨出了三大步，上海自主研发和关键件都是自己制造的燃料电池轿车终于走到了可与世界先进水平对话的“高地”，2004年在上海必比登国际新能源汽车挑战赛上，与国际大集团同类车比赛，按照排放、燃料经济性、加速性能、制动性能等7项标准测试上海燃料电池汽车取得了5个A的好成绩，使全场引起轰动。

10辆“超越3号”已达到35000余公里的试验道路运行，最高时速122公里/小时，一次性充气的续驶里程达到230公里。

上海燃料电池轿车的LI标是通过10辆“超越三号”试运行，2008年能造出100辆，2010年能造出1000辆。

我国不少汽车公司开发的混合动力汽车都准备在“十一五”期间形成小批量生产能力，如上汽集团的U标是混合动力汽车2008年小批量生产，2010年年产能达到5万辆轿车，同时生产混合动力大客车1000辆，燃料电池汽车在2010年实现商业化试运行。

我国一汽也丰田公司合作生产的普锐斯混合动力汽车已上市销售，但是山于种种原因销售乏力。

我国已是汽车生产大国，世界各大汽车制造商都与我国合资在华办厂，但技术是引进的，自主的核心技术很少，我国没有自主品牌，技术和品牌都是人家的，受阻于人。

当前全球汽车工业出现新的拐点，处在开发和生产新能源环保节能的各种电动汽车替代传统燃油汽车的关键时期，我们务必按照我国中长期科学和技术发展规划纲要中的优先主题低能耗与新能源汽车，重点研究开发混合动力汽车，替代燃料汽车和燃料电池汽车及关键部件的要求，抓住机遇，敢试敢闯，整合资源，形成合力，加强投入，自主创新,尽快形成自主创新的电动汽车品牌，实现我国汽车工业的跨越式发展。

政府要及时制定鼓励自主创新的电动汽车的开发、生产和销售的优惠政策，使其通过使用不断改进提高，形成自己的品牌。

要总结传统燃油汽车引进的经验和教训，严格控制和禁止单纯引进国外电动汽车技术，进行所谓的合作生产，抢占国内市场，不利于我国自主创新的电动汽车的成长和发展，使我国汽车工业永远受阻于人。

二、国内外研究现状

驱动电机及其控制系统是电动汽车的关键核心部件，一旦发生故障，轻则使汽车性能严重下降或不能启动，重则导致重大安全事故，为此对其的基本要求是高性能、高效率、高出力、高可靠和低成本，概括为“四高一底”。

根据“四高一底”的基本要求，随着磁性材料、计算机激素、电力电子技术以及电机技术的发展，电动汽车驱动的发展从最初的有刷直流电机到感应电机，到现在以无刷永磁电机为主流，日本生产的电动汽车均采用此电机。

丰田上世纪80年代前半期的纯电动汽车采用控制装置较简单的有刷直流电机，90年代前半期开始采用交流感应电机，取消换向器、碳刷，提高可幕性和转速，采用微机控制，实现交流感应电机的向量控制，提高了效率和控制性能。

同时丰田进行高性能钦铁硼磁钢的无刷交流永磁同步电机的研究、开发和生产，进一步实现了小型化、轻量化和高效率，现在丰田的纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车、燃料电池汽车都采用无刷交流永磁同步电机，并对其不断改进提高，使电动汽车的性价比不断提高，增加其竞争力，使丰田成为混合动力汽车的先领者。

丰田纯电动汽车RAV-EV用驱动电机：

无刷交流永磁同步电机，额定输出20kw,最大输出50kw/3100〜4500r/min,,最大力矩190N•m/O〜15OOr/min,冷却方式：

空气/水。

e-com型纯纯电动小型汽车用电机：

无刷交流永磁同步电机，额定输出12kw,最大输出2450〜38OOr/min,最大力矩76N•m/O〜2450r/min,冷却方式：

空气/水。

丰fflPrius混合动力汽车初期采用THS系统，驱动电机：

无刷交流永磁同步电机，1997年时额定输出21kw,最大输出30kw/1040〜5600r/min,最大力矩305N・m/O〜400r/min,最高转速6000r/min:

2000年时改为额定功率25kw,最大输出33kw/1040〜5600r/min,最大力矩35ON•m/O〜4OOr/min,最高转速6000r/mino冷却方式：

水冷。

2005年9月起采用HTS-1I系统，驱动电机最大功率50kw,最大力矩400N・m,最高转速6700r/min,直流电压也从274V提高到500V,冷却方式：

均为水冷。

Estima混合动力车用的前轮驱动电机：

无刷交流永磁同步电机，集中绕组，额定输出kw,最大输出13kw/113O〜3OOOr/min,最大力矩110N・m/〜1300r/min,冷却方式：

水冷。

后轮驱动电机:

无刷交流永磁同步电机，集中绕组，额定输出，最大输出18kwd/1910~2500r/min,最大力矩108N・m/0〜400r/min,冷却方式冰冷。

丰田燃油电池汽车用的驱动电机：

无刷交流永磁同步电机，额定输出71kw,最大输80kw/3580〜9800r/min,最大力矩260N・m/O〜2050r/min,最大转速12000r/min,冷却方式：

水冷。

丰田SVU混合动力汽车采用THS-II型系统，驱动电机：

无刷交流永磁同步电机，最大功率123kw,最大力矩333N•m,最高转速12400r/min,冷却方式：

水冷，直流电压为650Vo

美国、欧洲汽车制造商开发和生产的电动汽车，从优先考虑低成本和高可靠出发，不论是电动轿车还是电动大客车，采用交流感应电机。

但是也在大力开发无刷永磁电机,随着磁性材料、控制技术和永磁电机发展，无刷永磁电机性价比不断提高，无刷永磁电机作为欧美电动汽车驱动电机将为时不远。

“十五”期间，随着我国电动汽车整车开发的需要，不少单位承担了驱动电机及控制系统的攻关项H,以中国电子科技集团公司第二十一研究所为主的上海安乃达驱动技术有限公司也承担驱动电机及其控制系统的开发项U。

开发的成果有燃料电池轿车、混合动力轿车和四轮电驱动车用的电机及其控制器。

燃料电池轿车的驱动电机：

无刷永磁直流电机，额定功率24kw,最大输出65kw,额定力矩51N•m,最大力矩130N•m,额定转速5000r/min,最高转速11150r/min,最高效率＞93%,功率密度＞1＜£,直流电压300〜360V,冷却方式：

水冷。

混合动力轿车驱动电机开发了两种：

都是无刷永磁直流电机，一种是额定功率14kw,最大输出28kw,额定力矩90Nm,最大力矩180Nm,额定转速3000r/min,最高转速6000r/min,直流电压288V,最高效率〉90%,冷却方式：

水冷：

Jj一种是额定功率9kw,最大输出12kw,额定力矩51Nm,最大力矩60Nm,额定转速2000r/min,最高转速6000r/min,最高效率＞90%,直流电压144〜376V,冷却方式：

空冷。

四轮电驱动车用的驱动电机：

无刷永磁直流电机，额定功率〜，最大输出，额定力矩，额定转速550r/min,最高转速1262r/min,最高效率＞901%,直流电压48〜336V,冷却方式：

空冷。

为了更好地实现电动汽车驱动电机的“四高一低”要求，其驱动电机尤其是永磁无刷电机的研究不断深化，也不断的取得成效。

通过磁路的研究和改进，将SPM改为IPM结构，有将IPM永磁体做成V型。

通过进行有限元法磁场分