摘 要

在经济快速发展的背景下，我国的汽车行业取得了巨大进步，随着汽车保有量的不断提高，我国对外石油依存度不断增大，对环境造成了巨大危害。目前，新能源汽车在很多城市都得到了大力发展，成为汽车产业发展的必然选择。另外，随着城市化发展程度的不断提高和城市物流、配送产业的快速发展，城市物流车的需求日益扩大 。纯电动物流车具有零排放、低能耗、低噪声等特点，在使用过程中有良好的经济性、环保性、安全性和可靠性，将成为致力于节能减排企业的环保车型，研究纯电动物流车符合国家发展政策和市场需求，对于企业抢占新能源汽车领域制高点、推动中国电动车产业的发展具有重要意义。

本文主要针对纯电动物流车的动力系统进行设计，主要包括以下部分：

1. 通过搜集和分析相关资料，正确认识城市的工况特点、物流特点和纯电动物流车的成本需求。
2. 对车辆设计的初始条件进行收集和分析。
3. 根据纯电动物流车动力系统设计的要求，构思整车结构、动力传动系统和动力电池的布置方案，通过对纯电动物流车进行受力分析，进行动力传动系电机选型、电机参数匹配和传动系统参数设计。

（4）对动力电池进行选型和参数匹配，尽可能使动力系统布置合理，将纯电动物流车的性能达到最优。

关键词：纯电动，城市物流，动力系统

Abstract

At the background of the rapid economic development, China's automobile industry has made great progress.With the continuous increase in the number of the car owners, China depends more on foreign oil, causing great damage to the environment.At present, new energy vehicles have been vigorously developed in many cities and have become an inevitable choice for the development of the automotive industry.In addition, with the development of urbanization, urban logistics and express delivery industries, the demand for urban logistics vehicles is increasing.The pure electric logistics vehicles have the characteristics of zero emission,low energy consumption,low noise and so on. They are good at economical efficiency, environmental protection, driving safety and driving reliability when people use them.What’s more,they will become a kind of eco-friendly vehicles which are designed to aim at energy conservation and emission reduction. Studying logistics vehicles also satisfies the needs of national development policy and market demands, it is important for the auto enterprises to grab the commanding heights of the auto industry in the future and promote the development of China's electric vehicle industry.

This article mainly focuses on the design of the power system of pure electric logistics vehicles. It mainly includes the following parts:

（1）Recognize the characteristics of the city driving conditions and logistics as well as the cost of pure electric logistics vehicles by collecting and analyzing relevant materials.

（2）Collect and analyze the initial data of the vehicle.

（3）According to the demands of the power system design of the pure electric logistics vehicles,decide the layout of the vehicle, the power transmission system and the battery.Select the type of the power transmission motor , match the parameters of the motor,and decide the system parameters by the force analysis of the pure electric logistics vehicle.

(4) Select the type of the battery and match it’s parameters, design the layout of the power system as reasonable as possible and improve the performance of the pure electric logistics vehicle as possible as we can.

Key words: pure electric, urban logistics, power system

目 录

第1章 绪论 1

1.1 课题研究背景及意义 1

1.2 电动汽车国内外发展现状 3

1.2.1 国内电动汽车发展现状 4

1.2.2 国外电动汽车发展现状 6

1.3 国内城市物流行业发展现状 3

1.4 纯电动车动力系统的重要性 3

1.5 本文主要研究内容 3

1.6 本章小结 3

第2章 E-40D纯电动物流车动力系统总体设计要求 1

2.1 电动物流车行驶工况特点 3

2.2 物流特点 3

2.3 成本需求 3

2.4 本章小结 3

第3章 E-40D纯电动物流车动力系统匹配 26

3.1 E-40D纯电动物流车的设计要求和相关参数 26

3.2 物流车的受力分析 28

3.3 驱动电机系统 30

3.3.1 驱动电机的分类 30

3.3.2 驱动电机峰值功率、额定功率的选择 30

3.3.3 驱动电机最高转速的选取 30

3.3.4 驱动电机的转矩匹配 30

3.4 动力电池系统 30

3.4.1 动力电池的分类 30

3.3.2 动力电池参数匹配 30

3.6 本章小结 35

第4章 E-40D纯电动物流车动力传动系统参数设计 26

4.1 减速传动机构的分类 35

4.2 确定传动比 35

4.2.1 低档传动比的确定 35

4.2.2 高档传动比的确定 35

4.2.3 各档位传动比的确定 35

4.3 本章小结 35

第5章 总结和展望 26

5.1 总结 35

5.2 展望 35

参考文献 50

致谢 51

第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

随着我国科技创新能力的提高和经济的持续快速发展，越来越多性能好、安全性高的车辆进入我们的生活，这一变化带来了巨大而深远的影响。一方面，随着汽车这种代步工具的流行，人们的出行更加方便，加快了人们的生活节奏，也让我们体会到科技进步带来的变化；另一方面，汽油机和柴油机的使用不可避免地排放出大量污染气体，如二氧化碳、二氧化硫等，这些气体不仅危害人们的身体健康继而引发各类疾病，同时也对地球环境造成了不可逆转的影响，如引起了温室效应等^[1]。近年来，越来越多的环境保护学者呼吁人们使用公共交通、绿色出行，减少温室气体的排放。然而，化石燃料汽车数量的日益增加显然与节能减排这一目的相悖。

随着人们对生活质量的追求和国内物流产业的发展，越来越多的货物也“踏上自己的旅程”，它们大多数通过公路运输，而且往往要跨越多个省市，花上三五天甚至半个月才能到达目的地。为了节约运输成本，一辆物流车往往要载着几百千克的货物行驶，这无疑对运输条件特别是对物流车提出了很高的要求。

参照以上两方面，对城市物流车使用清洁能源成为一个必然的趋势。由于电动物流车能耗低、噪声低且零排放，在保证安全性和可靠性的前提下具有环保性和低成本的特点，因此推动城市纯电动物流车的发展十分重要。

1.2电动汽车国内外发展现状

由于我国对电动汽车的研究起步较晚以及过去对动力电池和电机驱动技术的掌握不足，如今我国对电动汽车的探索还落后于某些国家。但是随着电子电力技术的发展特别是动力电池性能的提高，我国的电动汽车实现了跨越式发展，在全球掀起的电动车研发热潮中同其他各国一起进步。

1.2.1 国内电动汽车发展现状

随着世界范围内环境污染问题的日趋严重以及新能源汽车的发展，我国电动车市场逐步兴起。2002年，我国财政部和科技部联合颁发了《节能与新能源汽车示范推广财政补助资金管理暂行办法》；2005年，根据上一办法，我国在13个城市开展了“十城千辆”活动，计划用3年左右的时间，每年发展十个城市，每个城市推出1000量新能源汽车进行示范运行，尽管最后的结果没有达到预期，但是截止到2015年，我国累计推广的新能源汽车达到50万辆，这一年电动物流车的增长十分显著，年产量达44497辆，同比增长了377.32%^[2]。

在车辆性能方面，目前我国的新能源汽车面临着车载质量和续航里程有限、产品价格过高、充电困难等问题；其次，电动物流车最高车速覆盖了40-130km/h，其中主流电动物流车的车速在80-89km/h，占总车型的47%；在500-1000kg的车载质量下，约65%的电动物流车的行驶里程可达到100-200km^[3]。

面对激烈的市场竞争，许多车企开始在电动汽车领域进行战略布局。2015年，东风汽车公司的纯电动物流车产量超过5000量，也是全国电动物流车销量最大的企业。其次是重庆瑞驰汽车实业有限公司，生产了4282辆电动物流车。其中占比最高的车型是车长3m以下、载质量低于3100kg、最高时速大于80km/h且续航里程不低于100km的车型。

电动物流车的迅速发展，离不开国家相关政策的支持。2014年，国家颁布了《物流业发展中长期规划（2014~2020年）》，鼓励发展绿色物流；2015年，四部委联合发布了《2016~2020年新能源汽车推广应用财政支持政策》，确定了为电动车的具体补助办法，同时也对车型产品提出了更多更细致的要求。

近几年，电动汽车行业持续发展，电动物流车车型日益丰富，销量增加、价格有所下降，充电不方便的问题也随着充电站的逐步扩展得以改善，但是目前我国纯电动物流汽车在动力系统设计时，只是以满足动力性和续航里程要求进行基础匹配，造成能源利用率低，影响整车经济性。

1.2.2 国外电动汽车发展现状

日本是最早研发电动汽车的国家之一，也是世界汽车制造大国。2010年，日产公司推出了LEAF纯电动汽车，在动力系统方面，该车采用了经过优化设计的内置永磁同步电机（IPM），减小了电机体积，提高了电机功率密度和能量密度，更加适应整车动力驱动要求。

同时，德国作为汽车制造强国，也制定了一些列措施促进电动汽车的发展，如适当降低车用成本等。而美国对电动汽车产业的支持主要体现在支持产品研发等方面，目前，福特、通用、特斯拉等公司研发的电动车车型已经上市。

1.3 国内城市物流行业发展现状

目前我国正处在经济迅速发展的关键时期，大量人口涌入城市，为城市工业发展提供了劳动力，电子商务迅猛发展，并产生了与之适应的城市物流业；与此同时，环境恶化、资源过度消耗等问题也日渐突出，“绿色物流”应运而生，这一政策的目的是将可持续发展目标贯彻到物流业中，努力减少物流活动中对环境的破坏，保护自然资源、保护地球^[4]。

然而，由于我国绿色技术的掌握和应用还不够熟练，绿色物流基础薄弱，加上观念落伍、政策缺位，我国的“绿色物流”与发达国家还有较大差距，而新能源汽车所具有的优势或许能使它们成为绿色物流的突破口之一。与传统燃料汽车相比，新能源汽车的噪音很低，一定程度上可以忽略不计，尾气排放问题更是从根本上得到了解决；另外，新能源车辆对多变的天气有较强的适应能力，在大雨大风、高温高寒的环境中基本都能正常行驶，这就使得新能源汽车的使用更加方便，经济性也随之提高。关于一直备受关注的充电设施问题，近年来也得到了一定程度的改善。以深圳为例，截至2015年，深圳已经完成了约70个站点的充电基础设施建设，包括其余在建的580个充电站点，总共可以提供9300余个充电站位，完全可以满足未来新能源物流车的发展需求。

近来，北京汽车工业集团与滴滴出行合作，双方签署了战略合作框架协议，将共同推进新能源汽车的发展与应用，提升新能源汽车产业整体技术水平。同时，人大代表王麒对新能源汽车的大力发展表示了肯定，并指出未来新能源汽车必能占据城市物流车市场的半壁江山。

1.4 纯电动车动力系统的重要性

纯电动车辆整车系统包括以下三部分：动力驱动系统、能源系统和辅助系统^[5]。如图：

图1.1 纯电动车整车系统

其中，动力驱动系统包括控制器、功率转换器、电动机、机械传动装置和车轮等。在汽车行驶过程中，制动踏板或加速踏板将行驶信号传入整车控制器，控制器是电动汽车进行各子系统协调控制，从而实现整车的最佳性能的部分；继而通过转换器将信号加以甄别处理，从而调节送往电动机和能源的功率。电动机的主要任务是在驾驶人的控制下，高效率地将动力电池存储的电能转化为车轮的动能来驱动车辆，或者在制动时将车轮上的动能转化为电能反馈到动力电池中以实现车辆的制动能量回收，从而改变电动机到传动装置的动力输出^[6]。

在能源系统中，能量管理单元是监控整车能量使用情况的部分，同时与能量供给单元共同作用，为整车提供适当的能量供应；此外，管理单元还与整车控制器相互合作，对能量进行利用与回收。当下纯电动车使用的能源为动力电池，其电源系统包括蓄电池组、电池管理系统（BMS）等。

辅助系统包括辅助动力源、动力转向系统、空调器、照明装置等，主要对能源进行进行控制与分配，进而提供给其他辅助设备。

由此可知，对纯电动车而言，三个子系统间相互合作才能保证车辆正常运行，它们通过控制信号进行作用，对车辆整体产生影响，其中，动力系统和能源系统对整车性能的影响最大。在考虑到城市路况以及车辆动力性和经济性等方面呢的相关要求后，是否能对其动力系统进行合理设计，往往对整车的性能起到关键性作用。此外，动力电池的选取对于提高能源利用率和行驶安全性等也有重要影响。

1.5 本文主要研究内容

本文主要根据纯电动物流车动力系统设计的要求和整车结构，进行各类参数的分析与计算，从而实现对纯电动物流车动力系统总体布置设计、动力传动系选型及参数匹配和动力电池的选型及参数匹配，具体包括以下部分：

（1）通过搜集和分析相关资料，正确认识城市的工况特点、物流特点和纯电动物流车的成本需求。

（2）对车辆设计的初始条件进行收集和分析。

（3）根据纯电动物流车动力系统设计的要求，构思整车结构、动力传动系统和动力电池的布置方案，通过对纯电动物流车进行受力分析，进行动力传动系电机选型、电机参数匹配和传动系统参数设计。

（4）对动力电池进行选型和参数匹配，尽可能使动力系统布置合理，将纯电动物流车的性能达到最优。

1.6 本章小结

本章主要讲述了纯电动汽车的应用背景、国内外电动汽车的发展现状以及纯电动汽车动力系统的重要性，最后指出了本文所要研究的具体内容。

纯电动汽车具有工作无污染、运行平稳、能源价格低、充电续航方便等诸多优点，所以在资源短缺和环境污染加剧的今天，相比于以燃油为动力的传统物流运输车表现出了明显的使用优势，加之国家在政策上进行大力鼓励和支持，纯电动物流车成为新能源汽车市场上紧俏的车型，在产业化发展的过程中表现出了巨大的潜力，是电动汽车技术提升和使用普及的重要方向。有关纯电动物流专用车的设计计算和仿真分析可以帮助提高电动物流车的性能，从而进一步提升产品竞争力，对于电动物流车乃至电动汽车产业的发展都具有十分积极的意义。

本文以纯电动物流车为研究对象，在给定设计主要目标和车型关键参数的情况下，完成了电动物流车动力系统的选型和匹配计算工作，分析并确定了动力装置主要部件的组成和类型。

第2章 E40-D纯电动物流车动力系统总体设计要求

2.1 电动物流车行驶工况特点

由于地方政策和地理位置等因素的影响，各地区的道路环境不尽相同，整体来说，车辆行驶道路可大致分为以下几种^[7]：

1. 快速路。为流畅处理城市大量交通而建筑的道路，线型平顺且与一般道路分离，供较高速度的车辆行驶，道路中不设置红绿灯，中央设有分隔带，一般都有四条以上的车道并全部或部分采用立体交叉与控制出入。大部分快速路设置有60km/h、80km/h和100km/h三种行车速度。
2. 主干道。连接城市各主要部分的交通干路，是城市道路的骨架，主要功能是交通运输；车行道宽度不一，线型顺捷或采用立体交叉。机动车道常与非机动车道分离，中间设有隔离带，交通量大的主干路上各类车速的车辆分道行驶。主干道设置的行车速度有40km/h、50km/h和60km/h。
3. 次干路。区域内的主要道路，兼有交通道路和服务功能，与主干路合同组成干路网，广泛联系地区各个部分、集散交通。次干路设置了20km/h、30km/h和40km/h的行车速度。
4. 支路。支路主要是提供服务功能，解决局部交通问题，是次干路与工业区、住宅区等部分的联络线。支路设计有20km/h、30km/h和40km/h的行车速度。

调查显示，国内城市大部分的道路条件一般，通行不畅，车辆急起急停情况频繁，城市车辆行驶的平均速度较低，不超过25km/h；另外，车辆加速、减速和匀速的时间基本相等，占比各保持在28%左右，怠速时间所占比例相对较低，约占25%。

2.2物流特点

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