论文总字数：19532字

摘 要

节能、环保是当今世界的主旋律，选择低碳出行是一种实现节能、环保的方式，我们最熟悉的城市公交车便在低碳出行生活中扮演着不可或缺的角色，因此纯电动公交车的数量和应用在近年来有了突飞猛进的发展。顺应公交车的使用需求，轮边电机具有结构简单、便于公交车底盘平板化设计、操作稳定性好、效率高等优点，是未来纯电动公交车的发展方向。

本文研究某型纯电动公交车，通过分析其道路行驶状况，在提高整车空间合理布局和动力性、经济性等要求下，采用4x2轮边驱动结构。在此之后我们根据整车的动力性要求，设计动力系统，确定驱动电机、动力电池等关键部件参数。具体过程如下：

首先，根据公交车的使用因素及成本选取永磁同步电机为驱动电机，之后根据三种功率要求确定电机的最大功率，并随之匹配计算出电机的转速、转矩数值，确定了两个额定功率为60kw的驱动电机。然后选取锂离子电池为本车动力电池，根据续航里程的需求匹配计算，确定了使用一组600V 332Ah的动力电池组。轮边电机固定减速器减速比为14。完成了整车动力系统的匹配。之后我们在CRUISE软件中建立了整车动力系统模型，在软件中设置车辆部件参数以及各项性能的仿真任务，对车辆的加速性能、续航里程、爬坡性能进行分析验证。

最后，我们对仿真结果进行综合分析，仿真结果显示本车最高车速可达86 km/h，0-50km/h加速时间为9.86 s，能以25km/h的速度爬上12%坡度的坡，能以26.8km/h的速度巡航267 km，满足本文的设计要求。

关键词：纯电动公交车、轮边电机、参数匹配、CRUISE

Abstract

Energy conservation and environmental protection are the main themes in today's world. Low-carbon travel is a way to realize energy conservation and environmental protection. The most familiar city buses play an indispensable role in low-carbon travel. In line with the needs of the use of buses, the wheel side motor has the advantages of simple structure, easy to flat bus chassis design, good operation stability and high efficiency, which is the future development direction of pure electric buses.

In this paper, a type of pure electric bus is studied. By analyzing its driving condition on the road, 4x2 wheel-side driving structure is adopted in order to improve the reasonable space layout of the vehicle and the requirements of dynamic performance and economy. After that, we designed the power system according to the requirements of the vehicle's power performance, and determined the parameters of key components such as driving motor and power battery. The specific process is as follows:

First, the permanent magnet synchronous motor was selected as the driving motor according to the use factor and cost of the bus, and then the maximum power of the motor was determined according to the three power requirements, and then the motor speed and torque were calculated accordingly, and two drive motors with rated power of 80kw were determined. Then, the lithium ion battery was selected as the power battery of the vehicle, and a 600V 332Ah power battery was determined based on the matching calculation of the range. The speed reduction ratio of wheel - side motor fixed reducer is 14. The parameter matching of the vehicle power system is completed. Later, we built the vehicle power system model in CRUISE software, set the vehicle component parameters and performance simulation tasks in the software, and analyzed and verified the vehicle's acceleration performance, endurance range and climbing performance.

Finally, we made a comprehensive analysis of the simulation results. The simulation results showed that the maximum speed of the vehicle could reach 86 km/h, and the 0-50km acceleration time was 9.86 s. The vehicle could climb a slope of 12% at 25km/h and cruise at a speed of 26.8km/h at 267 km, which met the design requirements of this paper.

Keywords: pure electric bus, wheel side motor, parameter matching, CRUISE

目录

摘要 I

Abstract III

第1章 引言 1

1.1论文的目的及意义 1

1.1.1论文的目的 1

1.1.2论文的意义 3

1.2国内外研究现状 4

1.3研究内容与研究方法 5

第2章 4x2轮边电机纯电动公交车动力系统的选取 6

2.1三种纯电动公交车驱动方案 6

2.2动力系统方案的比较与选择 8

第3章 动力系统参数匹配 9

3.1车辆基本参数 9

3.2驱动电机与减速器的选型与参数匹配 10

3.2.1 驱动电机的选型 10

3.2.2 驱动电机的功率匹配 11

3.2.3 固定速比减速器减速比的确定 14

3.2.4驱动电机的转速、转矩匹配 14

3.3 动力电池的选型与参数确定 15

3.3.1动力电池的选型 15

3.3.2动力电池的参数匹配 17

3.4 本章小结 18

第4章 4x2轮边电机驱动纯电动公交车整车建模 19

4.1 选择建模软件 19

4.2搭建整车模型 19

4.2.1搭建整车基本模型 19

4.2.2整车部件的信号连接 20

4.3 整车模型各模块参数设置 20

4.3.1整车模块参数设置 21

4.3.2动力电池参数设置 21

4.3.3电机相关参数设置 22

4.4 仿真结果分析 24

4.4.1 加速性能分析 24

4.4.2爬坡性能分析 25

4.4.3续航里程性能分析 25

4.5 本章小结 27

第5章 总结与展望 28

5.1 全文总结 28

5.2 展望 28

参考文献 30

致谢 31

第1章 引言

1.1论文的目的及意义

1.1.1论文的目的

随着能源危机的加剧，以及城市大气污染日益严重，新能源汽车逐渐成为主角，已经成为今后的发展方向^[1][2] 。我国部分城市经常出现连日的雾霾等严重的污染现象。如图1-1所示

图1-1 北京市雾霾天气

根据当前汽车行业的发展水平进行分析，新能源汽车主要包括燃料电池汽车，混合动力汽车和纯电动汽车几类汽车。其中纯电动汽车具有明显的优点，即在行驶过程中完全没有排放。在我国经济水平日益提高的背景下，家庭轿车拥有量越来越多，城市交通拥堵，停车难等问题紧随其后。应用时间最长的公共交通工具城市公交车的重要性十分重要，纯电动城市公交车解决了以上问题，成为了未来城市交通中不可替代的重要角色。图1-2显示了近5年来纯电动、插电混动汽车的销量、增速变化。图1-3为大金龙纯电动公交车发车纪念。

图1-2 5年纯电动、插电混动销量、增速变化

图1-3 大金龙纯电动公交车整装待发

目前市面上销售或者正在研发的电动车大多数只是在传统汽车的基础之上进行改装设计，动力系统的布置方案沿用了传统汽车的布置形式，只是将发动机替换为驱动电机，这样的动力系统方案并没有发挥电机可以灵活布置的优势。纯电动汽车的工作原理为蓄电池—驱动电机—动力传动系统—驱动汽车行驶，工作原理如图1-4所示^[3]。

图1-4 纯电动汽车工作原理

而现在要探讨的轮边驱动型电动汽车与传动汽车结构的纯电动汽车有着明显的区别，其中，轮边电机通过固定速比减速器和半轴直接驱动车轮转动，这样以来，每一个车轮的转速和转矩受各个电机控制器的独立控制。轮边电机驱动型电动汽车相比于集中驱动式纯电动汽车，省去了变速箱、传动轴、驱动桥灯传动部件，是汽车传动系统的结构复杂程度大幅降低。同时因为各驱动车轮的独立控制，使整车的动力性、操控性、空间利用率和制动能量回收均得到有效的提升。相比于另一种轮毂电机驱动的电动汽车，可以将簧下质量转移到车身，这样便可以提高汽车的操纵稳定性。同时，轮边电机驱动型电动汽车的轮胎磨损程度、电机的安装维修的方便性也得到优化。因此，轮边电机驱动型电动汽车在各个方面都更加适合应用^[4]。

在纯电动公交车中，轮边电机的应用非常契合公交车的使用需求，它具有在Z轴方向高度低的优点，使整车重心低，同时公交车的地板由此可以十分平整，顺应了整车轻量化和公交车低地板的要求。因为在效率、能耗、成本等方面的优点，轮边电机在很多业内人士的眼中是未来电动汽车的发展方向。在纯电动汽车的初期研发阶段，运用CRUISE软件，进行建模和仿真分析，可以大幅缩短研发周期。

1.1.2论文的意义

理论意义：对于传统燃油汽车来说，发动机之于汽车可以与心脏之于人体的重要性相提并论；同样，对于纯电动汽车而言，它的心脏便是动力系统的核心部件---驱动电机。在纯电动汽车中，驱动电机的性能参数直接影响电动汽车的力学特性，随之影响汽车的动力性、经济性。同时，我们要在保证动力性的前提下达到最好的经济性。

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