浩达电动轿车订购电话:13869247959
新款电动轿车展示
当前位置首页 > 新闻动态

新型纯老年代步车(电动轿车)开发

发布人:浩达电动轿车厂家 来源:www.shengdakj.com 发布日期:2015-01-22 10:34:10

内容摘要:新型纯老年代步车(电动轿车)开发
车辆与动力技术 Vehicle & Power Technology 总第100期收稿日期: 2005 07 06 基金项目: 国家“十五”863计划电动汽车重大专项“XL系列纯电动轿车”项目( 2003AA501600) . 作者简介: 吴志新( 1964 - ) , 男, 研究员级高工. 文章编号: 1009 4687 (2005) 04 0001 06 新型纯电动轿车开发吴志新 1, 2 ,  赵春明 1 ,  杨敬群 1 ,  周雪虎 3 ,  杨 超 1 ( 1. 中国汽车技术研究中心, 天津 300162; 2. 中国科学技术大学, 合肥 230026; 3. 天津一汽夏利汽车公司产品开发中心, 天津 300072 ) 摘 要: 介绍了新一代纯电动轿车的技术方案, 整车轻量化、系统一体化设计思想, 以及在整车控制策略、CAN 总线技术、电池组热均衡管理、整车故障诊断及高压电安全管理、车身舒适性控制等方面所取得创新性成果. 利用仿真工具进行了整车性能评估和技术方案确定, 并且对仿真结果做了整车试验验证. 最后, 系统介绍了纯电动轿车的性能试验结果. 关键词: 纯电动轿车; CAN总线; 高压电安全; 舒适性控制中图分类号: U469172    
发达国家对电动汽车技术和产品的研究以及产业化投入了大量的资金, 一方面促进了电动汽车本身的技术和产业的迅速发展, 另一方面极大地推动了传统汽车技术和产业的跨越式发展. 纯电动汽车所涉及到的电机及其驱动技术、电池及其管理系统、整车控制策略等是纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车等新型汽车发展的技术基础. 作者在研发新一代系列纯电动轿车过程中, 以整车轻量化设计、系统一体化设计、整车控制策略的优化、CAN 总线技术、电池均衡及热管理、整车故障诊断及安全管理、批量车辆运营数据的记录和分析、基于无线远程通信技术的车辆运行智能化监控管理系统开发等作为重点, 实现科技创新和产业化的有机结合. 与国外同类电动汽车相比, 无论车辆与动力技术2005年 是高新技术的开发、应用, 还是具体的性能指标, 均有创新和突破. 1 技术构成 [ 1 ] 新型纯电动轿车的技术构成如图1 所示, 分为: 整车部分、电机及其控制系统、动力系统主控制器、电池及其管理系统、车载充电机、车身低速总线控制系统、数字VFD仪表( 含组合仪表节点) 、车载记录仪(车载终端)及运行数据分析系统、故障诊断及安全管理系统、车辆运行智能化监控管理平台以及相应的支持平台, 如虚拟设计平台、整车性能仿真平台、CAN 总线开发平台、各关键子系统开发平台、整车及子系统测试评价平台等. 图1 技术构成示意图 1. 1 整车轻量化设计纯电动汽车由于布置了电池组, 整车重量增加较多, 轻量化问题更加突出. ①通过对整车实际使用工况和使用要求的分析, 对电池的电压、容量、驱动电机功率、转速和转矩及整车性能等车辆宏观参数的总体优化, 合理选择电池和电机参数.
②通过结构优化和集成化、模块化优化设计, 减轻动力总成、车载能源系统的重量. 这里包括对电机、电机驱动器、传动系、冷却系统、空调和制动真空系统的集成和模块化设计; 电池、电池箱、电池管理系统、车载充电机组成的车载能源系统的合理集成和分散. ③积极采用轻质材料, 比如: 电池箱的结构框架、箱体封皮、轮毂等采用轻质合金材料. ④利用CAD 技术对车身承载结构件(如: 前后桥、新增的边梁、横梁等) 进行有限元分析研究, 用计算和试验相结合的方式, 实现结构的最优化. 1. 2 基于双总线的分布式网络控制系统整车控制系统是两条总线的网络结构, 即驱动系统的高速CAN 总线和车身系统的低速总线. 高速CAN总线每个节点为各子系统的ECU. 低速总线按物理位置设置节点, 基本原则是基于空间位置的区域自治, 即物理位置相近的电器元件连接到一个节点控制单元( ECU ) , 各元件的信号通过ECU 与总线进行通讯. 低速总线有两种方案可以选择, 可以是低速CAN, 也可以采用L IN总线. 前一种方案中, 高速CAN 总线和低速CAN 总线的结构都为独立控制结构, 可以按照ISO 11898、 J1939及J2284 组建高速CAN [ 2 ] , 按照ISO 11519 - 2组建低速容错CAN [ 3 ] . 各节点自成一个系统, 节点控制单元根据本地传感器和来自CAN 总线上的信号, 控制本地执行机构, 同时将需要与其它节 ·2 ·  第4期吴志新等: 新型纯电动轿车开发点共享的信号传输到总线上. 图2为纯电动轿车采用的整车控制系统网络结构示意图, 控制系统为两条总线的网络结构, 即驱动系统的高速CAN 总线和车身系统的低速总线. 图3为车身舒适性系统网络拓扑关系示意图. 实现整车网络化控制, 其意义已经不只是解决汽车电子化中出现的线路复杂和线束增加问题, 网络化实现的通讯和资源共享能力成为新的电子与计算机技术在汽车上应用的一个基础, 同时也为X2 By2W ire ( 与汽车安全性相关的线传电控系统, 支持协议有TTP /C、FlexRay, 高传输率及容错是其基本技术特征)技术提供有力的支撑. 图2 整车控制系统网络结构示意图图3 车身舒适性系统网络拓扑关系 1. 3 电池热均衡管理系统的设计控制和限制大容量动力电池过热问题是电池正常使用的重要环节. 电池组中各电池工作过程中处于不同的温度分布将导致不同充放电行为, 进而导致电池电量等特性的不均衡, 导致降低电池组总体性能及使用寿命. 为了使动力电池组发挥出应有的设计性能, 必须设计电池组热均衡热管理系统, 使电池在各种工况下都能工作在最佳温度范围, 并保持各电池温度均衡. 同时, 电池热管理系统还要符合整车要求———紧凑、轻量化、易于装配、可靠、
·3 · 车辆与动力技术2005年 易于维护. 理想的电池热管理系统应该能够通过在热环境下冷却、在冷环境下加热来使电池工作在最佳温度范围, 并且能够在电池产生危险气体的时候有排气通风功能. 在新型纯电动轿车的研发中, 采用专用流体分析软件FLUENT和有限元分析软件ANSYS对电池包内流动情况进行分析, 同时进行了大量的验证试验, 在考虑到各种因素的情况下, 对电池包的尺寸、电池包内电池的布置、冷却风道结构以及箱体材料、强制流通执行器件的工作策略等进行优化. 在- 20℃、20℃、35℃环境温度下, 电池包在模拟整车ECE城市工况的电池充放电条件下进行工况运行试验, 包内温度均能保证在适当温度范围内, 且单体电池间温差不超过3℃. 1. 4 故障诊断及高压电安全管理技术电动汽车动力系统的一个重要特点就是具有高电压、大电流的动力回路. 整车性能达到和传统汽车接近水平的电动汽车, 其动力系统的电压一般均远远超过安全电压, 而且电力传输回路的阻抗很小. 高压系统的正常工作电流可能达到数十、甚至数百安培, 瞬时短路放电电流更是成倍增加, 因此, 在设计和规划高压动力系统时应充分考虑整车和人员的电气安全性, 确保车辆运行安全、驾驶人员安全和车辆运行环境安全 [ 4 ] . 在新型纯电动汽车开发中, 对电动汽车高压电安全控制及保护策略进行了研究, 包括高压接通前高压电路状态分析、接通过程中容性负载防瞬态冲击策略研究、车辆运行过程中高压电路状态的实时监测分析、高压电路的断开策略和系统维护保养的保护策略研究、动力学安全与电气安全的协调管理等内容. 新型纯电动轿车整车专门设置了故障诊断及安全管理单元(D iagnosis and Safety Unit, DSU ) , 其主要功能是对纯电动轿车动力链的各个环节进行状态监控、故障诊断, 并相应启动失效策略和安全保护功能, 确保车辆的安全性和可靠性 [ 5 ] . 图4 为故障诊断及安全管理单元的结构示意图. 图4 故障诊断及安全管理单元结构示意图 1. 5 车载记录仪及数据分析系统、在线监控标定技术和车辆运行的智能化管理系统
基于多通讯端口的车载数据记录仪对于整车动力系统匹配、示范运行管理和运行分析具有十分重要的意义. 车载记录仪应能满足车辆驾驶及运行状态、电机状态、电池状态等多信息记录功能, 相关的电动轿车运行数据分析软件实现运行历史数据的回放和分析, 包括统计分析等. 车载记录仪进一步拓展, 成为基于无线远程通信技术的车载终端. 为方便整车匹配和性能优化, 各子系统的 ECU具备基于RS232和CAN 接口的在线参数监控和标定功能. 各子系统的控制对象、管理策略实现参数化, 并且可以通过通讯接口实现在线监控和标定. 在纯电动轿车的测试标定、考核试验和运行示范中引入GPS、GSM / GPRS、GIS技术, 用于车辆通讯、调度与跟踪等智能化管理工作. 通过车辆智能化监测管理平台, 车载终端将车辆实时运行的状态信息传输到中央监测管理系统, 实现对运行车辆 ·4 ·  第4期吴志新等: 新型纯电动轿车开发的定位、监测和管理调度, 并可以完成无线远程调试、标定和分析功能, 进一步扩展可以实现车辆运行过程中故障诊断、报警和远程救援功能.
2 仿真与试验研究 [ 1 ] 2. 1 仿真与验证驱动电机额定/峰值功率大小、基速点位置、高效区分布以及电池容量、电池数量都会对整车的动力性、经济性和成本产生影响. 利用“CRU ISE” 仿真工具对不同方案的整车性能进行评估, 结合整车设计目标, 确定基本技术方案以及对电机运行高效区分布、电池放电倍率等主要性能指标提出具体要求. 图5所示为在天津市市区工况下电动汽车各运行参数的瞬态变化过程, 可以得出运行过程中电池最大放电电流、荷电状态变化量等关键数据, 进而可以计算出在天津市市区工况下一次充电续驶里程( 结果见表1). 图6为电机在天津市市区工况下工作点分布图, 在“CRU ISE”中可以进一步得出能量消耗分布图, 可以为电机运行高效区分布区域提出具体要求, 优化整车经济性指标. 表1为仿真结果与试验结果的对比. 从此表可看出, 整车动力性仿真结果与试验结果基本吻合, 工况法续驶里程试验结果比仿真计算结果减少 7% , 主要原因是动力电池组中单体电池存在不均衡, 很难在仿真过程中真实建模. 总体分析, 现有的仿真软件和仿真方法可以较真实的反映实际情况. 图5 天津市市区工况下车辆运行参数图6 电机在天津市市区工况下工作点分布图 2. 2 试验考核 2. 2. 1 动力性试验在交通部通县试验场对纯电动轿车的整车动力表1 仿真结果与试验结果对比性能参数试验数据仿真结果最高车速/ ( km·h - 1 ) 12316 125 加速时间/ s 0 - 50km /h  613  618 50 - 80km /h 7142 618 0 - 100km /h 1718 1916 续驶里程/km 40km / h匀速25219 255 天津市市区工况172 185 性进行了试验. 与原型车比较结果见表2. 对比结果表明, 0 ~50km /h、0 ~100km / h 加速性能有所下降, 其他性能指标均满足原型车技术要求, 其 50~100km / h直接档加速性能明显优于原型车. ·5 · 车辆与动力技术2005年 表2 整车动力性与原型车对比试验项目原型车企业标准指标纯电动轿车试验结果 30m in最高车速/ ( km·h - 1 ) ———100 起步加速到0~50km / h 时间/ s 513 613 50~80km / h 加速时间/ s ———7142 起步换档, 0~100km /h 加速时间/ s ≤17 1718 50~100km /h直接档加速时间/ s ≤21 1611 最大爬坡度/% ≥30 > 30 2. 2. 2 续驶里程及经济性表3给出了纯电动轿车的40km / h等速续驶里程和城市工况续驶里程(为保证车辆安全, 在电池电量并未完全用尽的情况下中止了试验, 车速仍能维持40km /h匀速行驶作为试验终止条件) , 以及纯电动轿车与原型车的能量消耗率测量结果对比, 可以明显看出, 纯电动轿车的经济性是汽油车无法比拟的. 表3 经济性对比结果试验项目试验结果合计费用/元 40km /h 等速行驶原车燃料消耗率/ (L·( 100km ) - 1 ) 5 1715 (按每升油 315元计算) 纯电动轿车电量消耗率/ (Ah·( km ) - 1 ) 01308 ——— 能量消耗率/ ( kW h·( 100km ) - 1 ) 919 5194 (按每度电 016元计算) 比较结果省11156 /100km 城市工况运行原型车燃料消耗率/ (L·( 100km) - 1 ) 7143 2610 (按每升油 315元计算) 纯电动轿车能量消耗率/ ( kW h·( 100km ) - 1 ) 1615 919 (按每度电 016元计算) 比较结果节省1611元/ 100km   注: 其中油价和电价分别按315元/L、016元/ ( kW h) . 3. 2. 3 定型试验规程要求的其他试验按照定型试验规程进行了安全要求、噪声(空载) 、制动( 满载) 、平顺性(满载)等试验, 表4、表5为部分试验的结果, 均满足整车技术要求. 表4 噪声试验结果试验项目技术要求试验结果车外加速噪声/dB (A ) 74 6819 匀速行驶车内噪声/dB (A ) ———6212 表5 制动试验结果试验项目技术要求试验结果 50km / h、满载距离/m ≤20 1318 制动稳定性不超出310米车道未超出310米车道驻车制动 坡度/ % 20 合格 3. 2. 4 电磁兼容性试验按照国家标准GB / T 1761921998 《机动车电子器件组件的电磁辐射抗扰性限值和测量方法》的要求, 进行电磁兼容测试. 测试结果表明, 所开发的主控制器、电池管理系统等主要控制单元的抗电磁干扰性完全满足国标要求, 即采用自由场法在 27MHz~900MH z频段加载24V /m 干扰电场能正常工作. 另外, 当干扰场强分别加载到50V /m 和 76V /m , 在27MHz~900MH z频段, 测试对象也均能正常工作, 表现出很强的抗电磁干扰能力. 依据 GB / T 1838722001《电动车辆的电磁场辐射强度的限值和测量方法宽带9kHz ~30MHz》和GB / T 1402322000《车辆、机动船和由火花点火发动机驱动的装置的无线电骚扰特性限值和测量方法》对整车进行了测试, 在9kHz~1GHz带宽范围内无线电骚扰特性均符合限值要求. 图7为车辆左侧的水平极化峰值扫描过程图, 可以看出测量数据远远低于标准限值. 图7 水平极化峰值扫描图( 下转第57页) ·6 ·  第4期韩建保等: 基于数据挖掘的坦克传动装置故障征兆识别展望程控制与优化中的应用研究[ J ]. 电站系统工程, 2003, 19 (2 ) : 48 - 50. [ 5 ]  谢嘉孟, 彭 宏, 周 兵, 等. 基于数据挖掘技术的智能交通信息分析与决策研究[ J ]. 公路, 2004, 4 (4) : 153. [ 6 ]  杨虎勇, 钟骏杰, 范世东, 等. 模糊数据挖掘技术在交通量预测中的应用[ J ]. 计算机工程, 2003, 29 (9) : 78. [ 7 ]  袁 远, 季星来, 孙之荣, 等. Isomap 在基因表达谱数据聚类分析中的应用[ J ]. 清华大学学报(自然科学版) , 2004, 44 (9) : 1286 - 1289. [ 8 ]  雷于生, 任 恕, 粟载福. KDD 技术及其在基因表达微阵列数据中的应用[ J ]. 国外医学分子生物学分册, 2000, 22 (6) : 324. [ 9 ]  朱东华, 袁军鹏, 李石柱. 面向科研立项评估的技术监测和技术机会分析研究[ J ]. 科研管理, 2003, 24 (2 ) : 9 - 11. [ 10 ]  张高亮. 基于知识发现的科研管理系统模型[ J ]. 西南师范大学学报, 2001, 26 (4) : 394. [ 11 ]  Zhu D, Porter A L. Automated extraction and visualiza2 tion of information for technological intelligence and fore2 casting[ J ]. Technological Forecasting & Social Change, 2002, 6 (9) : 495. [ 12 ]  廖志伟, 孙雅明, 杜红卫. 基于数据挖掘模型的配电网故障定位诊断[ J ]. 天津大学学报, 2002, 35 (3) : 322 - 323. [ 13 ]  廖志伟, 孙雅明. 基于数据挖掘模型的高压输电线系统故障诊断[ J ]. 电力系统自动化, 2001, 35 (3) : 15 - 17. [ 14 ]  石金彦, 黄士涛, 雷文平. 粗糙集与决策树结合诊断故障的数据挖掘方法[ J ]. 郑州大学学报(工学版) , 2003, 24 (1) : 109 - 110. [ 15 ]  何俊佳, 狄美华, 朱文俊. 数据挖掘技术在油中气体分析和故障诊断中的应用研究[ J ]. 高压电器, 2003, 39 (3) : 40. [ 16 ]  张建明, 荣 冈. 基于关联规则的故障诊断方法及研究[ J ]. 化工自动化及仪表, 2003, 30 (5) : 11. [ 17 ]  罗印升, 李人厚, 梅时春. 复杂工业过程中数据挖掘模型研究[ J ]. 信息与控制, 2003, 32 (1) : 32 - 33. [ 18 ]  鲍 文, 于达仁, 王 伟, 等. 基于关联规则的火电厂传感器故障检测[ J ]. 中国电机工程学报, 2003, 23 (12) : 171 - 172. [ 19 ]  宛 霞. 数据库中的知识发现在飞行器故障诊断中的应用[ J ]. 计算机工程与应用, 2003 ( 18) : 221 - 222. [ 20 ]  邓 宇, 罗 安, 夏向阳. 信息融合技术在变压器故障诊断中的应用[ J ]. 高压电器, 2003, 39 ( 2) : 39 - 40. [ 21 ]  高国华, 张永忠. 齿轮箱故障诊断技术的新发展 [ J ]. 机械传动, 2003, 27 (6) : 58. [ 22 ]  张佩瑶, 马孝江, 王吉军, 等. 小波包信号提取算法及其在故障诊断中的应用[ J ]. 大连理工大学学报, 1996, 37 (1) : 68 - 70. [ 23 ]  王少萍, 王占林. 液压泵故障诊断的神经网络方法 [ J ]. 北京航空航天大学学报, 1997, 23 (6) : 714. [ 24 ]  张宏彦, 周广明, 宁克焱. 综合传动装置状态监测与故障诊断系统的研究[ J ]. 车辆与动力技术, 2004 (3) : 2 - 5. [ 25 ]  于之虹, 郭志忠. 数据挖掘与电力系统[ J ]. 电网技术, 2001, 25 (8) : 39 - 40. [ 26 ]  刁力力, 王丽坤, 陆玉昌, 等. 计算文本相似度阈值的方法[ J ]. 清华大学学报( 自然科学版) , 2003, 43 (1) : 108 - 111. [ 27 ]  B rierley P, Batty B. Neural Data M ining and Modeling for Electric Load Prediction [ J ]. IEEE Colloquium on Knowledge D iscovery and Data M ining, 1998, 6 ( 1 ) : 125. [ 28 ]  李永敏, 朱善君, 陈湘晖, 等. 基于粗糙集理论的数据挖掘模型[ J ]. 清华大学学报(自然科学版) , 1999, 39 (1) : 110 - 112. ( 上接第6页) 参考文献: [ 1 ]  赵春明1 XL 纯电动轿车项目技术总结报告[ R ] 1 天津: 天津清源电动车辆有限责任公司, 20031 [ 2 ]  Society of Automotive Engineers , SAE J1939: Serial Control and Communications Vehicle Network [ S] 1 [ 3 ]  John V. L in Bus and Its Potential for U se in D istributed Multip lex App lications [ C ] , SAE 2001 - 01 - 0072. [ 4 ]  Syed M isbahuddin, N izar A l - Holou. Fault Tolerant D is2 tributed A rchitectures for In - Vehicular Networks [ C ] , SAE 2001 - 01 - 0673. [ 5 ]  赵春明, 乔旭彤, 马 宁, 等. 基于CAN 总线的电动汽车分布式控制系统故障诊断[ J ]. 车辆与动力技术, 2005 (2) : 41 - 45. ·7 5 ·
本文关键词:电动轿车