电动汽车一体化动力传动技术

　　本书主要介绍电动汽车一体化动力传动技术，即纯电动汽车动力传动系统的结构和布置形式，根据电机外特性、整车的参数、性能设计要求，选择电机集成变速器的驱动形式，完成对驱动电机的功率、转矩、转速和变速器的挡位数、速比进行匹配计算。全书内容包括驱动电机与变速器参数匹配、电机选型设计、变速器设计、动力总成耦合控制方法、动力总成挡位集成控制换挡规律的制定方法及换挡过程的要求和优化技术等。本书内容深入浅出，结合实际，便于读者学习，可供科研单位、工厂及有关工程技术人员参考使用，也可作为汽车工程类院校本科生和研究生的专业教学参考书。

　　田晋跃，江苏大学汽车与交通工程学院车辆工程系，教授，1982 年2 月至1999 年4 月，在机械工业部天津工程机械研究所路面机械研究室，高 级工程师；液力机械传动研究室副主任，高 级工程师。1999 年5 月调入江苏大学工程机械研究所，任所长，教授。兼任中国工程机械学会理事、中国工程机械液压传动技术分会副理事长、中国公路学会筑路机械分会理事、江苏公路学会筑路机械委员会副主任，《中国工程机械学报》和《工程机械与维修》杂志编委。多年来，完成30 项科研项目，其中9 项为国家及机械部项目，修定、制定4 项行业标准，主管完成科研项目15 项，共有6 项获国家、部省及局级科技奖，并在各类行业期刊上发表了60多篇论文。现从事工程机械模块教学与科研工作。重点研究机电液一体化控制车辆，实现行走工程车辆装备的复合作业，研究行走工程车辆装备及其控制操纵系统，使行走工程车辆装备达到节能、高效、操作简便、舒适的技术水平。

第1章　绪论 001
1.1　一体化动力传动总成的基本结构 003
1.1.1　动力传动总成的基本分类 003
1.1.2　纯电动汽车动力传动系统基本方案 005
1.2　电动汽车动力传动总成的技术特征 007
1.2.1　电动汽车动力传动总成性能指标 007
1.2.2　电动汽车一体化动力传动的控制思想 008
1.2.3　电动汽车一体化动力传动的控制方式 009
1.3　电动汽车一体化动力传动的应用案例 010

第2章　电动汽车动力系统 015
2.1　直流电机及其驱动系统 016
2.1.1　直流电机的工作原理 016
2.1.2　直流电机的动态方程与特性分析 018
2.1.3　直流电机的调速方法 021
2.1.4　直流电机的脉宽调制控制 023
2.1.5　直流电机的转矩与转速控制 024
2.1.6　直流电机的特点 025
2.2　交流感应电机及其驱动系统 025
2.2.1　交流感应电机的工作原理 026
2.2.2　交流感应电机的特性分析 027
2.2.3　交流感应电机的矢量控制 028
2.2.4　交流感应电机的特点及应用 029
2.3　永磁同步电机及其驱动系统 029
2.3.1　永磁无刷直流电机及其驱动系统 029
2.3.2　永磁同步电机及其驱动系统 033
2.4　开关磁阻电机及其驱动系统 036
2.4.1　开关磁阻电机的结构和工作原理 036
2.4.2　开关磁阻电机的控制 038
2.4.3　开关磁阻电机的特点及应用 039
2.5　功率转换器 040

第3章　驱动电机设计选型基础 043
3.1　电动汽车驱动电机基本结构 044
3.1.1　驱动电机的基本要求和组成 044
3.1.2　直流电机及其控制系统 047
3.1.3　交流三相感应电机及其控制系统 049
3.1.4　永磁同步电机结构及工作原理 050
3.1.5　开关磁阻电机及其控制系统 052
3.2　永磁同步电机的电磁设计 053
3.2.1　电机主要尺寸的计算 053
3.2.2　极槽配合的选取 055
3.3　永磁同步电机定子的设计 056
3.3.1　铁芯材料的选取 056
3.3.2　电机定子齿槽设计 057
3.3.3　电机定子绕组方案 058
3.4　永磁同步电机转子的设计 059
3.4.1　电动汽车永磁同步电机的磁路结构特点 059
3.4.2　永磁同步电机的数学模型 061
3.5　永磁同步电机特性参数的分析 063

第4章　电动汽车传动装置优化设计 065
4.1　齿轮强度计算 066
4.1.1　齿轮传动目标函数的确定 066
4.1.2　齿轮箱设计变量的确定 068
4.1.3　齿轮箱约束条件的确定 068
4.2　行星机构的设计与计算 069
4.2.1　行星轮系中各轮齿数的确定 070
4.2.2　行星轮系的均衡装置 073
4.2.3　行星轮系传动比的计算 074
4.3　离合器的结构与工作原理 076
4.3.1　离合器的作用 076
4.3.2　离合器的分类 077
4.4　齿轮箱体轻量化 080
4.4.1　结构优化设计方法简介 081
4.4.2　齿轮箱结构拓扑优化流程 082

第5章　动力传动系统参数匹配 085
5.1　动力传动系统方案分析 086
5.1.1　动力传动系统的组成 086
5.1.2　动力传动系统的基本方案 087
5.1.3　动力传动系统的方案选择 088
5.2　驱动电机与变速器参数匹配 090
5.2.1　纯电动汽车设计要求 090
5.2.2　电机参数匹配 091
5.2.3　变速器参数匹配 093
5.3　电驱动桥的匹配实例 097
5.3.1　电动工程车辆电驱动桥匹配 098
5.3.2　电驱动桥传动分析 100

第6章　动力传动系统仿真 102
6.1　系统模型的建立 103
6.1.1　驾驶员模型 104
6.1.2　循环工况输入模型 104
6.1.3　电机模型 104
6.1.4　电池模型 106
6.1.5　逆变器模型 108
6.1.6　变速器模型 108
6.1.7　整车动力学模型 109
6.1.8　控制器模型 112
6.2　仿真分析 118
6.2.1　加速时间仿真 118
6.2.2　最高车速仿真 118
6.2.3　最大爬坡度仿真 118
6.2.4　续驶里程仿真 118
6.2.5　柔性换挡仿真 120

第7章　动力传动系统换挡规律 125
7.1　一体化控制流程 126
7.2　加速踏板的响应和控制 127
7.3　变速器的换挡规律 127
7.3.1　最佳动力性换挡规律 128
7.3.2　最佳经济性换挡规律 130
7.3.3　组合型换挡控制策略 131
7.4　优化的柔性换挡控制策略 132

第8章　双电机动力总成耦合控制 138
8.1　纯电动汽车能耗分析 139
8.2　双电机驱动结构分析 140
8.2.1　独立驱动结构分析 140 
8.2.2　耦合驱动结构分析 141
8.2.3　双电机耦合结构节能优势分析 143
8.3　基于行星耦合系统的新型双电机驱动结构 145
8.3.1　电机独立驱动模式 146
8.3.2　电机联合驱动模式 147
8.4　双电机动力耦合系统控制策略 149
8.4.1　动力系统控制架构的分析 149
8.4.2　能量管理模块 152
8.5　基于能效的参数优化 155
8.5.1　遗传算法 155
8.5.2　电机和传动系统参数的优化 156
8.5.3　基于遗传算法模型求解 159

第9章　无离合两挡AMT 控制的优化 162
9.1　无离合器的两挡AMT 工作原理 163
9.1.1　两挡AMT 结构 163
9.1.2　两挡AMT 换挡结构 163
9.2　两挡AMT 换挡过程动力学模型 165
9.2.1　驱动电机转矩清零阶段 165
9.2.2　换挡电机摘挡阶段 166
9.2.3　驱动电机主动调速阶段 167
9.2.4　接合套向同步环运动阶段 167
9.2.5　接合套与同步环向目标挡位齿圈运动阶段 167
9.2.6　同步环开始同步阶段 168
9.2.7　同步环完全同步阶段 168
9.2.8　换挡电机挂挡阶段 169
9.2.9　驱动电机转矩恢复阶段 169
9.3　换挡过程控制策略 170
9.4　换挡过程评价指标 171
9.4.1　换挡时间指标 171
9.4.2　冲击度指标 172
9.4.3　滑摩功指标 172
9.5　换挡过程品质优化 172
9.5.1　优化目标函数 172
9.5.2　PSO 算法目标转矩寻优过程 173
9.5.3　寻优结果与分析 174

第10章　动力传动总成散热技术 177
10.1　电动汽车用电机冷却系统简介 178
10.2　流动与传热基本理论 179
10.2.1　流动湍流模型 179
10.2.2　流体传热学分析 181
10.3　电机冷却系统散热分析 183
10.3.1　冷却系统组成 183
10.3.2　电机热源分析 183
10.4　齿轮箱发热分析 186
10.4.1　齿轮啮合摩擦功率损失 187
10.4.2　风阻功率损失 189
10.4.3　搅油功率损失 189
10.4.4　滚动轴承摩擦功率损失 190
10.4.5　齿轮箱热平衡 191

参考文献 193