電動汽車及其性能優(yōu)化

前言

　　現(xiàn)代電動汽車是集機械、電機、電化學、汽車、微電子、傳感技術、智能控制、計算機、新材料等多學科領域和工程技術中最新成果于一體，多種高新技術凝聚的結果。從傳統(tǒng)汽車到現(xiàn)代電動汽車的發(fā)展猶如普通機床向數(shù)控機床的發(fā)展，有許多新技術有待于在電動汽車上應用和開發(fā)。但對電動汽車性能的優(yōu)化仍離不開車輛動力學基礎理論的學習和提高。為此，本書在全面介紹電動汽車各相關基礎知識后，結合電動汽車特點闡述了車輛動力學的基礎理論，重點介紹了電動汽車的各種性能優(yōu)化技術。　　汽車經(jīng)上百年的發(fā)展，為人們提供了便捷、舒適的出行條件。作為支柱型龍頭產(chǎn)業(yè)的汽車工業(yè)既帶動了眾多的上、下游產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對各國的就業(yè)、擴大內(nèi)需、促進經(jīng)濟發(fā)展起著顯著的影響，也為人類社會的進步帶來了巨大的推動作用。但在汽車給人們帶來福祉的同時，也引起了能源危機、環(huán)境污染、交通事故和道路擁堵這四大負面效應。減小甚至消除這四大負面效應是當今社會可持續(xù)發(fā)展要求對汽車及交通業(yè)界提出的新挑戰(zhàn)。在高新技術日新月異發(fā)展的今天，作為發(fā)明創(chuàng)造汽車的人類也應該有責任，并有能力來消除（或極大地減小）汽車所帶來的負面效應。電動汽車性能優(yōu)化有望承擔起此重任。毋庸置疑，電動汽車將為解決能源危機和環(huán)境污染起到顯著的作用，這已引起世界各國政府和汽車業(yè)界的高度重視?！　〗煌ㄊ鹿实臏p少主要通過電動汽車性能優(yōu)化技術，利用電動汽車的電動機驅(qū)動比發(fā)動機驅(qū)動所具有的快速響應性和良好調(diào)速特性兩大技術優(yōu)勢，特別是應用本書所介紹的兼有電動、發(fā)電回饋和電磁制動的多功能輪轂電機專利技術，將使兩大技術優(yōu)勢得以更好地發(fā)揮，為許多在傳統(tǒng)汽車較難實施的性能優(yōu)化提供更好的技術前提，并結合當今迅速發(fā)展的微電子、傳感器等控制技術，能得到性能更好、性價比更高的各種優(yōu)化裝置。本書第六章所介紹的安全測距防撞控制系統(tǒng)等技術將極大地提高汽車行駛的操控性、穩(wěn)定性與安全性，從而大大減小交通事故和其危害程度?！　〉缆返膿矶乱咽蛊嚵己玫膭恿π浴⒏咝П憬菪缘榷紵o法發(fā)揮，如同皮之不存毛將焉附。為此，特安排了第七章，在對交通管理基本理論分析的基礎上，提出了節(jié)源環(huán)保綜合治理城市交通的一系列具體措施。根據(jù)我國人均交通資源甚少的特點，提出了改善交通必須減小交通工具人均占用交通資源“面積·時數(shù)”的理論，并結合電動汽車動力受限和我國家庭結構呈小型化等特點，提出了節(jié)源環(huán)保型電動微型轎車，它按現(xiàn)有技術即可成為供大眾普及的商品化私家車?！　∽髡邞{借三十多年來從事數(shù)控技術的積累和近七年多來對電動汽車及智能交通的深入學習研究，在書中提出了許多技術創(chuàng)新的見解。為緊跟世界技術發(fā)展前沿，通過大量搜索網(wǎng)絡中相關技術的發(fā)展信息，并經(jīng)比較分析獲取了許多世界最新技術發(fā)展前沿信息。同時，本書在編寫過程中也參閱和引用了大量國內(nèi)外相關技術資料、著作與文獻，在此謹致謝意。

內(nèi)容概要

電動汽車是節(jié)能環(huán)保的未來汽車，也應在尋常百姓中普及。本書首先全面介紹了有關電動汽車的各種基本知識：純電動、混合動力、燃料電池三大類電動汽車以及太陽能、風能等復合能源電動汽車；多種車用動力儲能裝置與其能源管理；多種驅(qū)動電動機及其調(diào)速控制系統(tǒng)。接著在全面簡要分析車輛動力學基本理論的基礎上，分析說明了電動汽車動力驅(qū)動的特性與技術優(yōu)勢，結合其技術優(yōu)勢介紹了電動汽車性能優(yōu)化的多項技術。最后根據(jù)汽車業(yè)的發(fā)展與治理交通之重要性，在簡要系統(tǒng)分析城市交通管理理論的基礎上，提出了節(jié)源環(huán)保綜合治理城市交通的一系列具體措施。本書知識面較廣，基礎理論與實用技術結合緊密。　　本書可供企業(yè)研發(fā)與優(yōu)化電動汽車性能，提高電動汽車性價比，使電動汽車盡快商品化以供民眾普及享用。通過對電動汽車的性能優(yōu)化，不僅能為節(jié)能減排，也將為減少交通事故及改善交通作出貢獻。因此，本書不僅可作為汽車制造業(yè)的工程技術人員學習電動汽車最新技術之用，也可供交通管理及相關部門治理交通參考之用。作為電動汽車這一未來汽車新技術，本書更適合于作為車輛工程、機電工程、交通工程等相關專業(yè)的教學用書。書中所提供的科學分析思考方法，也有利于培養(yǎng)高校學生的創(chuàng)新思維。在電動汽車技術迅猛發(fā)展，企業(yè)對該方面技術人才缺乏之時，本書也十分適合于作為汽車制造業(yè)對相關科技人員進行專業(yè)技術培訓或職業(yè)教學的教材，而對其內(nèi)容章節(jié)可按需要選擇。

書籍目錄

前言第一章 概論第一節(jié) 電動汽車發(fā)展概述一、汽車發(fā)展簡史二、電動汽車的早期發(fā)展三、電動汽車在各國的發(fā)展現(xiàn)狀及計劃四、電動汽車的研發(fā)特點第二節(jié) 電動汽車的定義與特點一、電動車輛的類型二、電動汽車的定義和分類三、電動汽車的性能特點第三節(jié) 汽車業(yè)面臨的新挑戰(zhàn)和技術發(fā)展方向【復習思考題】第二章 電動汽車的構造與原理第一節(jié) 純蓄電池電動汽車一、純電動汽車的分類及特點二、純電動汽車的驅(qū)動結構三、純電動汽車的結構原理四、電動汽車能源的復合利用第二節(jié) 混合動力電動汽車一、HEV的定義及優(yōu)點二、HEV的分類及結構特點三、HEV的能量管理與控制策略第三節(jié) 燃料電池電動汽車一、FCEV的基本結構與原理二、FCEV的燃料電池系統(tǒng)三、FCEV的供氫系統(tǒng)、氫源及氫安全四、FCEV的特點與展望第四節(jié) 節(jié)源環(huán)保型電動微型轎車一、從提高交通資源利用率考慮車型二、提高電動微型轎車性價比技術措施三、推出電動微型轎車的綜合效益【復習思考題】第三章 電動汽車動力儲能裝置第一節(jié) 車用動力電池概述一、電池的種類二、化學電池的基本組成三、電池的基本常識和術語四、電池的性能指標五、各種車用電池的性能比較第二節(jié) 鉛酸蓄電池一、鉛酸蓄電池的分類及型號二、鉛酸蓄電池的工作原理三、鉛酸蓄電池的構造四、鉛酸蓄電池的電壓和充放電特性五、鉛酸蓄電池的性能改進六、鉛酸蓄電池的使用維護與環(huán)保第三節(jié) 二次鋰電池一、鋰離子電池二、聚合物鋰離子蓄電池三、磷酸鐵鋰電池第四節(jié) 鎳氫蓄電池一、鎳氫蓄電池的分類與特點二、鎳氫電池的工作原理三、鎳氫電池的性能特征第五節(jié) 鈉硫蓄電池一、鈉硫蓄電池的結構原理二、鈉硫蓄電池的性能特點三、鈉氯化鎳電池第六節(jié) 空氣電池一、鋅空氣電池二、鋁空氣電池第七節(jié) 超級電容一、超級電容的應用特點二、超級電容的結構原理三、超級電容的分類四、超級電容組管理系統(tǒng)第八節(jié) 飛輪儲能器一、飛輪儲能器的結構原理二、飛輪儲能器的應用特點三、飛輪儲能器尚需解決的問題第九節(jié) 燃料電池一、燃料電池的基本原理二、燃料電池的特點三、燃料電池的分類四、質(zhì)子交換膜燃料電池第十節(jié) 能源管理一、能源管理的功用二、電池性能的檢測三、蓄電池的充電四、蓄電池組的熱管理五、電源的功率變換【復習思考題】第四章 電動汽車驅(qū)動電動機及其調(diào)速控制系統(tǒng)第一節(jié) 概述一、電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的分類二、電動機調(diào)速性能與發(fā)展借鑒三、汽車行駛對驅(qū)動電動機的要求四、電動機驅(qū)動系統(tǒng)的基本組成第二節(jié) 直流電動機一、直流電動機的基本原理二、直流電動機的基本結構三、直流電動機的勵磁方式四、他勵直流電動機的調(diào)速與制動五、他勵直流電動機的驅(qū)動控制第三節(jié) 交流電動機一、交流電動機的工作原理二、異步電動機的結構及銘牌數(shù)據(jù)三、異步電動機起動特性的改進四、交流感應電動機的矢量控制技術五、交流變頻調(diào)速驅(qū)動控制第四節(jié) 永磁無刷電動機一、永磁電動機的分類二、磁性轉子結構與材料特性三、永磁無刷直流電動機四、永磁同步電動機第五節(jié) 開關磁阻電動機一、變磁阻電動機的運行特點與種類二、SRM驅(qū)動系統(tǒng)的組成與結構原理三、SR電動機的基本方程與性能分析四、開關磁阻電動機的驅(qū)動控制五、雙凸極永磁電動機第六節(jié) 兼有電動、發(fā)電回饋和電磁制動的多功能輪轂電動機一、輪轂電動機的發(fā)展與應用特點二、輪轂電動機的結構類型三、多功能輪轂電動機的改進思路四、多功能輪轂電動機的改進措施五、多功能輪轂電動機的運行原理六、具有起動繞組的單相開關磁阻式多功能電動機【復習思考題】第五章 車輛動力學、電動汽車動力驅(qū)動特性及其結構特點第一節(jié) 車輛動力學簡介一、基于縱向力學的動力性二、基于垂向力學的平順性三、基于側向力學的操縱穩(wěn)定性四、基于地面力學的汽車通過性五、汽車制動安全性第二節(jié) 電動汽車動力驅(qū)動特性一、電動汽車電機的驅(qū)動特性分析二、電動汽車動力性的影響因素第三節(jié) 電動汽車結構布局與車身造型一、電動汽車結構布局的基本要求二、電動汽車的車身造型【復習思考題】第六章 電動汽車的性能優(yōu)化第一節(jié) 概述一、交通現(xiàn)狀賦予汽車業(yè)的使命二、各種輔助安全性能裝置簡述第二節(jié) 防抱死制動系統(tǒng)一、ABS的基本功能與發(fā)展二、ABS的基本組成與分類三、ABS的工作原理四、ABS的基本結構第三節(jié) 驅(qū)動防滑轉控制一、ASR的功用及其與ABS的區(qū)別二、ASR的基本組成與分類三、ASR的工作原理四、ASR的基本結構第四節(jié) 車輛動力學控制系統(tǒng)一、VDC的基本功能二、VDC的結構組成三、VDC的工作原理第五節(jié) 新型轉向系統(tǒng)及電子差速控制一、汽車轉向系統(tǒng)概述二、電子控制電動助力轉向系統(tǒng)三、四輪轉向系統(tǒng)四、電子差速轉向的工作原理五、改進轉向系統(tǒng)的新方案第六節(jié) 安全測距防撞控制系統(tǒng)一、安全測距防撞控制的實施意義二、防撞測距傳感技術三、測距防撞控制系統(tǒng)的結構原理第七節(jié) 電子控制懸架系統(tǒng)一、ECSS的功能和可控懸架分類二、半主動式電子控制懸架系統(tǒng)三、全主動式電子控制懸架系統(tǒng)第八節(jié) 汽車電子巡航控制系統(tǒng)一、汽車CCS的功用和基本原理二、汽車CCS組成部件的功能原理三、汽車CCS的未來發(fā)展【復習思考題】第七章 汽車業(yè)發(fā)展與治理交通之重要性第一節(jié) 智能交通與城市交通管理理論基礎一、智能交通系統(tǒng)簡介二、道路交通流理論的簡要分析三、道路通行能力分析四、交通需求管理第二節(jié) 改進公交設施與服務水平一、改進公交服務設施的八項措施二、公交線路最佳布局軟件簡介三、增加出租車輔助功能提高其車載率四、用電動汽車技術改造公交車第三節(jié) 解決城市交通擁堵的措施一、改善城市交叉路口的措施二、解決機動車和非機動車混行和機動車停車難的問題三、發(fā)揮交通管理等部門的作用【復習思考題】后記參考文獻

章節(jié)摘錄

　　成功開發(fā)了燃料電池電動汽車樣車，并進行了實地運行。由于采用了電-電混合驅(qū)動方案，整車的操控性能、行駛性能、安全性能、燃料利用率等方面均得到了較大提高。2004年5月在北京召開的世界氫能大會上，我國自主研發(fā)的燃料電池轎車和客車樣車與世界領先的奔馳公司樣車同堂展示，引起了世界的驚贊。在同年10月舉行的必比登世界清潔汽車挑戰(zhàn)賽上，我國自主研發(fā)的燃料電池轎車在七個單項獎中獲得五個A（高速蛇行障礙賽、噪聲、排放、能耗、溫室氣體減排五個單項指標方面的最高等級）的好成績，燃料電池城市客車也以較高的技術性能和可靠性在挑戰(zhàn)賽中取得了良好的成績?！　τ诨旌蟿恿ζ嚨难邪l(fā)，一汽、東風、長安、奇瑞等汽車公司都相應投入了較大的人力、物力，完成了各車型功能樣車的開發(fā)。湖北省自2003年11月起動了武漢電動汽車試驗示范運行工作，投入運行了由東風電動車輛股份有限公司研制的混合動力客車等?；旌蟿恿I車按輕型汽車排氣污染物排放標準（ECE）城市工況與基本車型進行的對比試驗顯示，其燃料經(jīng)濟性提高40％左右，達到了較好的節(jié)油效果。長安汽車公司采用同軸ISG輕度混合方案，成功開發(fā)了第二、三輪性能樣車，并在國內(nèi)率先開展了混合動力專用發(fā)動機開發(fā)。經(jīng)過國家檢測機構測試，動力性能接近參賽車的水平，綜合油耗降低接近17％，排放達到歐Ⅲ標準?！　鴥?nèi)研發(fā)純電動汽車的專業(yè)單位主要有杭州萬向電動汽車有限公司、天津清源電動車輛有限公司、北京理工科凌電動車輛股份有限公司等。萬向電動汽車有限公司自2002年成立以來，在高能量聚合物鋰離子動力電池、一體化電動機及其驅(qū)動控制系統(tǒng)等方面取得了相應的成果，成為動力電池產(chǎn)業(yè)化制造基地和“十一五”純電動汽車平臺牽頭單位。天津清源電動車輛有限公司等單位研發(fā)的純電動轎車，其整車的動力性、經(jīng)濟性、續(xù)駛里程、噪聲等指標已超過法國雪鐵龍公司的純電動轎車和箱式貨車，初步形成了關鍵技術的研發(fā)能力。北京理工大學等單位聯(lián)合組建了北京理工科凌電動車輛股份有限公司密云電動車輛產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)基地，并于2003年底順利通過北京市公共交通總公司組織的示范運行車組驗收，小批量研發(fā)生產(chǎn)的四種車型約40輛公交車投放了北京市奧運電動示范車隊運行。　　“十一五”期間，國家科技部將電動汽車和清潔替代燃料汽車項目合并，設立“十一五”863節(jié)能與新能源汽車重大項目，計劃投入11億元，來支持電動汽車和清潔替代燃料汽車的關鍵技術研發(fā)和整車產(chǎn)品開發(fā)。電動汽車項目總體格局是以動力系統(tǒng)技術平臺為核心的關鍵技術研發(fā)和整車產(chǎn)品開發(fā)。同時設立了由整車單位牽頭、關鍵零部件單位參與的“新型整車研發(fā)”項目。很多國內(nèi)企業(yè)，像一汽、東風、上汽、比亞迪、長安、吉利、奇瑞等知名企業(yè)紛紛把目標瞄準電動汽車。2006年，一汽、東風、長安、奇瑞等汽車公司相繼開發(fā)出混合動力汽車樣車。而近年來，又有比亞迪F3DM雙模電動汽車面世，并于2009年初在北美底特律的車展上展出，該公司總裁王傳福還雄心勃勃地表示將于2011年在美國銷售其系列純電動汽車和插入式混合動力車型，并會擇機在美國建廠。長安、奇瑞、一汽、東風、北汽福田等汽車企業(yè)聯(lián)合清華、同濟、北京理工等科研機構，通過共同努力，提供了自主研發(fā)的各類新能源汽車598輛。經(jīng)過奧運期間的成功應用，進一步驗證了這些新能源車的技術成熟度，為它們真正進入市場做了準備。歷時兩年的哈飛賽豹純電動車開發(fā)完成。奇瑞ASBSG混合動力車上市。上汽成立捷能汽車公司，投資20億元進行油電和純電驅(qū)動技術的開發(fā)。長安汽車與加拿大綠色電池生產(chǎn)商ELECTROVAYA簽署了電動汽車合作協(xié)議等。

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