新能源汽車(chē)的其他關(guān)鍵技術(shù)

-12-新能源汽車(chē)的其他關(guān)鍵技術(shù)本章主要介紹有關(guān)新能源汽車(chē)的其他關(guān)鍵技術(shù)，包括整車(chē)輔助系統(tǒng)技術(shù)，整車(chē)安全技術(shù)、電磁兼容技術(shù)，輕量化技術(shù)、試驗(yàn)與評(píng)價(jià)技術(shù)等。1整車(chē)輔助系統(tǒng)技術(shù)新能源汽車(chē)和傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)雖然在動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置上相差很大，但對(duì)于駕駛?cè)硕?，無(wú)論什么車(chē)，都必須滿足駕駛的動(dòng)力性、操控性、舒適性等基本要求。例如，內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)冬季可以利用發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻水進(jìn)行取暖，而對(duì)于純電動(dòng)汽車(chē)而言，沒(méi)有這種熱水的來(lái)源，那就必須在設(shè)計(jì)時(shí)考慮到運(yùn)用其他方式解決這個(gè)問(wèn)題，如采用電動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)。這樣，就出現(xiàn)了新能能源汽車(chē)特有的一些輔助系統(tǒng)。1.1電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)技術(shù)1.1.1概述1.設(shè)置助力轉(zhuǎn)向的必要性隨著現(xiàn)代汽車(chē)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提出了越來(lái)越高的要求，以下這幾個(gè)方面的性能改進(jìn)都對(duì)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提出了要求。①良好的操縱性。即對(duì)轉(zhuǎn)向盤(pán)的操縱輕便靈活，特別是在低速行車(chē)時(shí)。②較高的轉(zhuǎn)向靈敏度。指操縱轉(zhuǎn)向器，車(chē)輪就能快速響應(yīng)使車(chē)身轉(zhuǎn)向。對(duì)于助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，靈敏度主要反映在產(chǎn)生助力響應(yīng)的快慢程度，助力作用快，轉(zhuǎn)向就靈敏。③轉(zhuǎn)向車(chē)輪的運(yùn)動(dòng)規(guī)律正確穩(wěn)定。要求內(nèi)、外側(cè)轉(zhuǎn)向輪的偏轉(zhuǎn)角及驅(qū)動(dòng)輪的差速比正確穩(wěn)定，兩者的比值與轉(zhuǎn)向盤(pán)的轉(zhuǎn)角始終保持一定的關(guān)系，以保證在轉(zhuǎn)向時(shí)各個(gè)車(chē)輪只有滾動(dòng)而無(wú)滑動(dòng)現(xiàn)象。④具有良好的穩(wěn)定操控性。轉(zhuǎn)向盤(pán)具有轉(zhuǎn)向結(jié)束時(shí)自動(dòng)回正的功能，并使汽車(chē)具有直線行駛的穩(wěn)定性。⑤安全可靠性。當(dāng)汽車(chē)發(fā)生碰撞時(shí)，轉(zhuǎn)向裝置應(yīng)能減輕或避免對(duì)駕駛?cè)说膫?。?duì)于助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，當(dāng)助力轉(zhuǎn)向失效或發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)保證通過(guò)人力轉(zhuǎn)向仍能進(jìn)行轉(zhuǎn)向操縱。2.助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的分類助力轉(zhuǎn)向系按傳力介質(zhì)的不同，可分為液壓助力轉(zhuǎn)向、氣壓助力轉(zhuǎn)向和電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向三大類。本節(jié)將介紹電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向（ElectricPowerSteering，EPS）系統(tǒng)及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。3.電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的由來(lái)和特點(diǎn)最早的EPS系統(tǒng)出現(xiàn)在20世紀(jì)70年代中期，這種系統(tǒng)提出的初衷是為了解決行駛中車(chē)輛發(fā)動(dòng)機(jī)突然停止工作，失去液壓助力時(shí)的行車(chē)安全問(wèn)題。一旦發(fā)動(dòng)機(jī)停止工作，用蓄電池供電的EPS系統(tǒng)立即投入工作。這種技術(shù)出現(xiàn)后，EPS系統(tǒng)逐漸成為汽車(chē)技術(shù)發(fā)展的研究熱點(diǎn)，但是，其推廣應(yīng)用進(jìn)展緩慢，原因是EPS系統(tǒng)的成本太高。近年來(lái)隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，EPS系統(tǒng)的成本不斷降低，很多車(chē)型上應(yīng)用了這一系統(tǒng)。對(duì)于新能源汽車(chē)而言，液壓助力轉(zhuǎn)向和氣壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)都需要利用壓縮機(jī)先把電能轉(zhuǎn)換為液壓或氣壓的機(jī)械能的形式，然后才能驅(qū)動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，不如直接用電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)效率高，而且便于實(shí)施智能控制。與液壓和氣壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)比較，EPS系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：①EPS系統(tǒng)能在各種行駛工況下提供最佳助力，減小由路面不平所引起的對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的擾動(dòng)，改善汽車(chē)的轉(zhuǎn)向特性，減輕汽車(chē)低速行駛時(shí)的轉(zhuǎn)向操作力，提高汽車(chē)高速行駛時(shí)的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性，進(jìn)而提高汽車(chē)的主動(dòng)安全性，且可通過(guò)設(shè)置不同的轉(zhuǎn)向手感特性來(lái)滿足不同使用對(duì)象的需要。②EPS系統(tǒng)只有在轉(zhuǎn)向時(shí)電動(dòng)機(jī)才提供助力（不像液壓助力，即使在不轉(zhuǎn)向時(shí)，液壓泵也一直運(yùn)轉(zhuǎn)），因而能減少燃料消耗。③EPS系統(tǒng)取消了液壓泵、傳動(dòng)帶、帶輪、液壓軟管、液壓油及密封件等，其零件與液壓助力系統(tǒng)相比大大減少，因此質(zhì)量更小、結(jié)構(gòu)更緊湊，在安裝位置選擇方面也更容易，并且能降低噪聲。④EPS系統(tǒng)沒(méi)有液壓回路，比液壓助力系統(tǒng)更易調(diào)整和檢測(cè)，裝配自動(dòng)化程度更高，并且可以通過(guò)設(shè)置不同的程序，能快速與不同車(chē)型匹配，因而能縮短生產(chǎn)和開(kāi)發(fā)周期。⑤EPS系統(tǒng)不存在滲油問(wèn)題，可大大降低維修成本，減小對(duì)環(huán)境的污染。⑥EPS系統(tǒng)與液壓助力系統(tǒng)相比具有更好的低溫工作性能。EPS系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)直接提供轉(zhuǎn)向助力，具有調(diào)整簡(jiǎn)單、控制靈活，以及無(wú)論在何種工況下都能提供相適應(yīng)的轉(zhuǎn)向助力的特點(diǎn)。EPS系統(tǒng)最為突出的優(yōu)點(diǎn)是，該系統(tǒng)可在不更換系統(tǒng)硬件的情況下，提供改變控制器軟件的設(shè)計(jì)，十分方便地調(diào)節(jié)系統(tǒng)的助力特性，使汽車(chē)能在不同的車(chē)速工況下獲得所要求的助力特性。此外，EPS系統(tǒng)有助于四輪轉(zhuǎn)向的實(shí)現(xiàn)，還能促進(jìn)車(chē)輛懸架系統(tǒng)的發(fā)展。1.1.2EPS系統(tǒng)的基本組成EPS系統(tǒng)主要由傳感器（車(chē)速傳感器、轉(zhuǎn)矩傳感器、轉(zhuǎn)向角傳感器）、電子控制器（ECU）和執(zhí)行機(jī)構(gòu)（電動(dòng)機(jī)、電磁離合器、齒輪減速及其傳動(dòng)件）三大部分組成。下面分別介紹主要部件的作用和工作原理。1.轉(zhuǎn)矩傳感器和車(chē)速傳感器轉(zhuǎn)矩傳感器是為了讓EPS系統(tǒng)獲知駕駛?cè)说鸟{駛意圖而設(shè)置的傳感器。用于測(cè)量駕駛?cè)俗饔迷谵D(zhuǎn)向盤(pán)上的轉(zhuǎn)矩大小和方向，以及轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角的大小和方向。轉(zhuǎn)矩測(cè)量系統(tǒng)比較復(fù)雜而且成本很高，在EPS系統(tǒng)的成本中占據(jù)較大的比例。所以，精確、可靠、低成本的轉(zhuǎn)矩傳感器是決定EPS系統(tǒng)是否具有市場(chǎng)前景的關(guān)鍵之一。目前，采用較多的方案是在轉(zhuǎn)向軸位置上加一個(gè)轉(zhuǎn)向拉桿，通過(guò)測(cè)量轉(zhuǎn)向拉桿的變形程度來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)矩。另一種方案是采用非接觸式轉(zhuǎn)矩傳感器。車(chē)速傳感器是為了給EPS系統(tǒng)提供車(chē)速的信息，作為EPS系統(tǒng)決定產(chǎn)生助力大小的依據(jù)。2.電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩傳感器是向EPS系統(tǒng)的ECU提供駕駛?cè)艘鈭D的信息的，ECU根據(jù)轉(zhuǎn)矩傳感器和車(chē)速傳感器提供的數(shù)據(jù)，產(chǎn)生控制指令。電動(dòng)機(jī)就是執(zhí)行控制指令的一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，電動(dòng)機(jī)的功能就是根據(jù)控制指令輸出合適的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和合適的轉(zhuǎn)矩，輸送給轉(zhuǎn)向拉桿，以幫助駕駛?cè)烁屿`活、輕便、準(zhǔn)確、穩(wěn)定地完成轉(zhuǎn)向的功能。電動(dòng)機(jī)是EPS系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，對(duì)EPS系統(tǒng)的性能具有很大的影響。EPS系統(tǒng)對(duì)電動(dòng)機(jī)的要求是低轉(zhuǎn)速大轉(zhuǎn)矩、波動(dòng)小、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、尺寸小、質(zhì)量小，而且可靠性高、易于控制。在設(shè)計(jì)上常常對(duì)原有電動(dòng)機(jī)做一些改進(jìn)以滿足EPS系統(tǒng)的要求，如沿轉(zhuǎn)子的表面開(kāi)一些斜槽或螺旋槽、定子磁鐵設(shè)計(jì)成不等厚的形狀等。永磁同步電動(dòng)機(jī)具有高功率、高功率因數(shù)和高轉(zhuǎn)矩慣性比等優(yōu)點(diǎn)，是EPS系統(tǒng)的理想電動(dòng)機(jī)。這種電動(dòng)機(jī)無(wú)機(jī)械換向器和電刷，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，運(yùn)行可靠，環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，比功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于一般電動(dòng)機(jī)，是EPS系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的首選。3.減速器在EPS系統(tǒng)減速機(jī)構(gòu)與電動(dòng)機(jī)組合裝置中，減速機(jī)構(gòu)的作用是減速增矩，即降低轉(zhuǎn)速增加轉(zhuǎn)矩，常采用蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)和行星輪機(jī)構(gòu)形式。有的EPS系統(tǒng)減速機(jī)構(gòu)還配有離合器，裝在減速機(jī)構(gòu)一側(cè)，當(dāng)車(chē)速達(dá)到一定值時(shí)，已經(jīng)不再需要助力轉(zhuǎn)向，這時(shí)用離合器切斷電動(dòng)機(jī)減速系統(tǒng)的連接，EPS系統(tǒng)停止工作。當(dāng)電動(dòng)機(jī)發(fā)生故障時(shí)，離合器也自動(dòng)分離，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)入無(wú)助力機(jī)械轉(zhuǎn)向模式工作。4.三種助力方式EPS系統(tǒng)通常有三種助力方式：轉(zhuǎn)向柱助力式、齒輪助力式和齒條助力式。轉(zhuǎn)向柱助力式EPS系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)固定在轉(zhuǎn)向柱一側(cè)，通過(guò)減速機(jī)構(gòu)與轉(zhuǎn)向軸相連，直接驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向軸助力轉(zhuǎn)向。齒輪助力式EPS系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)構(gòu)與小齒輪相連，直接驅(qū)動(dòng)齒輪助力轉(zhuǎn)向。齒條助力式EPS系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)和減速機(jī)構(gòu)直接驅(qū)動(dòng)齒條提供助力。1.1.3EPS系統(tǒng)的工作原理轉(zhuǎn)矩傳感器和車(chē)速傳感器將采集到的信號(hào)經(jīng)濾波放大處理后，輸入電子控制器（ECU），ECU通過(guò)運(yùn)行其內(nèi)部的控制算法，向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，控制執(zhí)行部件的動(dòng)作。其工作過(guò)程為：當(dāng)操縱轉(zhuǎn)向盤(pán)時(shí)，轉(zhuǎn)矩傳感器產(chǎn)生與輸入轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩相對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)；該信號(hào)與車(chē)速信號(hào)同時(shí)輸入ECU，由ECU中的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)運(yùn)算處理后，確定其助力轉(zhuǎn)矩的大小和方向，即選定電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流和方向，調(diào)整轉(zhuǎn)向的輔助動(dòng)力。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩通過(guò)電磁離合器輸出，再經(jīng)減速機(jī)構(gòu)減速增矩后，加在汽車(chē)的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)上，使之得到一個(gè)與工況相適應(yīng)的轉(zhuǎn)向作用力。1.1.4電子控制器（ECU）及其控制策略電子控制器（ECU）的基本組成框圖包括RAM、ROM、單片機(jī)及與其相應(yīng)的外圍接口電路。外圍接口電路主要包括整形放大輸入接口電路、A-D轉(zhuǎn)換器、D-A轉(zhuǎn)換器、電流控制電路、驅(qū)動(dòng)電路、故障診斷輸出及穩(wěn)壓電源等。汽車(chē)轉(zhuǎn)向運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)向角和車(chē)速信號(hào)經(jīng)整形放大后，通過(guò)A-D轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)輸入微處理器CPU。CPU根據(jù)這些信號(hào)計(jì)算出最優(yōu)化的助力轉(zhuǎn)矩值，然后把該值作為電流命令值送到D-A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬量，再將其輸入電流控制電路。電流控制電路把來(lái)自CPU的電流命令值與電動(dòng)機(jī)電流的實(shí)際值進(jìn)行比較，產(chǎn)生一個(gè)差值信號(hào)，該差值信號(hào)被送到電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路。同時(shí)CPU控制電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路輸出一個(gè)決定電動(dòng)機(jī)（左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)）轉(zhuǎn)動(dòng)方向的信號(hào)，電動(dòng)機(jī)按其要求的電流值和方向提供轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)相應(yīng)的助力。當(dāng)汽車(chē)速度達(dá)到一定值不需要轉(zhuǎn)向助力或系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，CPU發(fā)出信號(hào)經(jīng)繼電器切斷電動(dòng)機(jī)和離合器驅(qū)動(dòng)電路的電源，停止其轉(zhuǎn)向助力。隨著汽車(chē)車(chē)速和轉(zhuǎn)向盤(pán)輸入轉(zhuǎn)矩的變化，助力電動(dòng)機(jī)通過(guò)改變驅(qū)動(dòng)電流也做相應(yīng)的變化。地面對(duì)輪胎偏轉(zhuǎn)阻力隨車(chē)速的提高而減小，因此隨著車(chē)速的提高，轉(zhuǎn)向盤(pán)的輔助動(dòng)力應(yīng)該相應(yīng)地減小，即需減小助力電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流。然而在實(shí)際控制中，電動(dòng)機(jī)電流是按階梯規(guī)律下降的。在起動(dòng)和低速時(shí)，電動(dòng)機(jī)電流的變化比較大，因?yàn)樵谲?chē)速極低時(shí)，轉(zhuǎn)向盤(pán)上所需的轉(zhuǎn)矩要大得多，當(dāng)車(chē)速超過(guò)一定值時(shí)，轉(zhuǎn)向盤(pán)上的操縱力會(huì)很小，為了保持一定的操作性，這時(shí)助力電動(dòng)機(jī)和電磁離合器停止工作。另外，助力電動(dòng)機(jī)的電流還隨著轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)矩的增加而增加。當(dāng)轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)矩增加到一定程度后，在一定的車(chē)速范圍內(nèi)，電動(dòng)機(jī)電流就維持不變。因?yàn)楦蟮霓D(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)矩出現(xiàn)的概率很小,所以從整體上來(lái)說(shuō)對(duì)駕駛?cè)说霓D(zhuǎn)向操縱力影響不大。隨著轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)矩的增加，要求電動(dòng)機(jī)電流增加，當(dāng)轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)矩增加到一定程度時(shí)，在該車(chē)速范圍內(nèi)電動(dòng)機(jī)電流維持不變；而隨著車(chē)速的升高，電動(dòng)機(jī)電流呈階梯規(guī)律減小，并且隨著車(chē)速的提高，其階梯變化也越來(lái)越小。1.2新能源汽車(chē)的空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)新能源汽車(chē)與傳統(tǒng)汽車(chē)在系統(tǒng)構(gòu)成上存在著較大差別，不同類型的新能源汽車(chē)又有不同的特點(diǎn)。純電動(dòng)汽車(chē)沒(méi)有發(fā)動(dòng)機(jī)作為空調(diào)壓縮機(jī)的動(dòng)力源，也沒(méi)有發(fā)動(dòng)機(jī)余熱可以利用以達(dá)到取暖、除霜的效果。燃料電池電動(dòng)汽車(chē)也沒(méi)有發(fā)動(dòng)機(jī)作為空調(diào)壓縮機(jī)的動(dòng)力源，但是燃料電池可以產(chǎn)生比較穩(wěn)定的余熱。對(duì)于混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)來(lái)說(shuō)，發(fā)動(dòng)機(jī)由其控制策略決定，不能隨時(shí)作為制冷壓縮的動(dòng)力源。汽車(chē)空調(diào)對(duì)車(chē)廂內(nèi)部空氣的調(diào)節(jié)首要的是調(diào)節(jié)空氣的溫度，通過(guò)制冷來(lái)降低空氣溫度。根據(jù)新能源汽車(chē)的特點(diǎn)，目前可以選擇的制冷空氣調(diào)節(jié)方式主要有熱電偶制冷、余熱制冷和電動(dòng)壓縮機(jī)制冷三種。其中余熱制冷可以考慮應(yīng)用在燃料電池電動(dòng)汽車(chē)上。1.2.1熱電偶空調(diào)系統(tǒng)熱電偶技術(shù)自20世紀(jì)50年代末發(fā)展起來(lái)，其理論基礎(chǔ)是佩爾捷-塞貝克物理效應(yīng)。熱電偶技術(shù)因其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)而得到了較廣泛的應(yīng)用，解決了許多特殊場(chǎng)合的空氣調(diào)節(jié)問(wèn)題，滿足了人們?cè)诟鞣N場(chǎng)合的需要。目前，該項(xiàng)技術(shù)己經(jīng)應(yīng)用到汽車(chē)冰箱、核潛艇空調(diào)器、宇航員及坦克乘員的空調(diào)服等方面。我國(guó)從20世紀(jì)60年代開(kāi)始對(duì)熱電偶技術(shù)進(jìn)行研究，并生產(chǎn)出性能良好的熱電偶材料。該項(xiàng)技術(shù)具有很多適合電動(dòng)汽車(chē)使用的特點(diǎn)，并且與傳統(tǒng)機(jī)械壓縮式空調(diào)系統(tǒng)相比，熱電偶空氣調(diào)節(jié)具有以下特點(diǎn)：熱電偶元件工作需要直流電源；改變電流方向即可產(chǎn)生制冷、制熱的逆效果；熱電偶制冷片熱慣性非常小，制冷時(shí)間很短，在熱端散熱良好冷端空載的情況下，通電不到1mim,制冷片就能達(dá)到最大溫差；調(diào)節(jié)組件工作電流的大小即可調(diào)節(jié)制冷速度和溫度，溫度控制精度可達(dá)0.001℃，并且容易實(shí)現(xiàn)能量的連續(xù)調(diào)節(jié)；在正確設(shè)計(jì)和應(yīng)用條件下，其制冷效率可達(dá)90%以上，且具有體積小、質(zhì)量小、結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)，有利于減小電動(dòng)汽車(chē)的整備質(zhì)量。另外熱電偶空調(diào)系統(tǒng)可靠性高、壽命長(zhǎng)并且維護(hù)方便；沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)部件,因此無(wú)振動(dòng)、無(wú)摩擦、無(wú)噪聲且耐沖擊。電動(dòng)汽車(chē)熱電偶空調(diào)系統(tǒng)冷卻器位于傳統(tǒng)汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)蒸發(fā)器的位置，用于除去被調(diào)節(jié)空氣的熱量及水分，并將熱量傳給系統(tǒng)中的載熱介質(zhì)。散熱器則位于傳統(tǒng)汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)冷凝器的位置，吸收冷卻器放給載熱介質(zhì)的熱量，并將該熱量排放到環(huán)境大氣中。傳遞熱量的載熱介質(zhì)可以采用乙二醇與水的混合物，與汽車(chē)散熱器中使用的介質(zhì)相同，價(jià)格便宜并對(duì)環(huán)境沒(méi)有任何污染。另外，由于熱電偶制冷效率的高低取決于熱電堆冷熱端的溫差，而強(qiáng)化熱端的散熱與強(qiáng)化冷端的冷量散發(fā)有利于降低熱電堆冷熱端的溫差，故在車(chē)內(nèi)外熱電堆處均采用了風(fēng)扇進(jìn)行強(qiáng)制對(duì)流,以增加冷量的傳遞和提高制冷效率。1.2.2余熱制冷空調(diào)系統(tǒng)目前利用余熱的空調(diào)制冷技術(shù)主要有氫化物制冷、固體吸附式制冷及吸收式制冷，其工作原理、特點(diǎn)、系統(tǒng)組成不盡相同。氫化物制冷是指利用金屬氫化物作為介質(zhì)，通過(guò)在不同溫度下金屬氫化物釋放或吸收氫氣的特點(diǎn)而實(shí)現(xiàn)制冷，固體吸附式制冷是利用某些固體物質(zhì)在一定溫度、壓力下能吸附某種氣體或水蒸氣，在另一種溫度、壓力下又能把它釋放出來(lái)的特性，通過(guò)吸附與解吸過(guò)程導(dǎo)致壓力變化，從而起到壓縮機(jī)的作用。吸收式制冷也是以熱能為動(dòng)力，利用由兩種沸點(diǎn)不同的物質(zhì)組成溶液具有的氣液不平衡特性來(lái)完成制冷循環(huán)。溴化鋰-水和氨-水吸收式制冷是最常見(jiàn)的吸收式制冷。對(duì)于燃料電池電動(dòng)汽車(chē)來(lái)說(shuō)，用燃料化學(xué)能轉(zhuǎn)化成的電能作為動(dòng)力，但是燃料電池的化學(xué)能轉(zhuǎn)化效率只有50%左右，其余的能量都轉(zhuǎn)化為余熱白白排放掉，導(dǎo)致燃料電池汽車(chē)能耗非常大。而汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)需要消耗能源，若能利用燃料電池的余熱制冷，一舉兩得，將大大提高燃料電池的能源利用效率，為燃料電池汽車(chē)的發(fā)展和應(yīng)用提供技術(shù)上的支持。同濟(jì)大學(xué)對(duì)利用燃料電池汽車(chē)廢熱的吸收式制冷空調(diào)系統(tǒng)可行性進(jìn)行了研究。燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的主熱交換器直接通入吸收式制冷的發(fā)生器中，避免了二次換熱的能量損失；同時(shí)熱交換器上部接一個(gè)帶有變頻水泵的旁通支路，當(dāng)燃料電池的熱量多于吸收式制冷所需的熱量時(shí)，通過(guò)旁通支路從輔助熱交換器排出，從而確保燃料電池在允許溫度范圍內(nèi)工作；為簡(jiǎn)化設(shè)備，吸收式制冷的冷凝器、吸收器和燃料電池的輔助熱交換器共用一套冷卻系統(tǒng)通至車(chē)外的風(fēng)冷式熱交換器中。通過(guò)計(jì)算，該吸收式制冷的熱力系數(shù)為0.762，燃料電池的發(fā)熱量能夠滿足吸收式制冷所需的熱量。但是吸收式制冷空調(diào)體積大，需要占用較大空間；系統(tǒng)復(fù)雜，對(duì)結(jié)構(gòu)安裝要求較高，并且對(duì)路面要求和汽車(chē)的減振要求較高；質(zhì)子交換膜燃料電池的穩(wěn)定工作溫度為80℃，這一溫度對(duì)于吸收式制冷來(lái)說(shuō)屬于最低的要求，只能采用單效吸收式制冷機(jī)組，所以該系統(tǒng)的熱力系數(shù)比較低；燃料電池需要穩(wěn)定的工作溫度，因此燃料電池的熱管理系統(tǒng)要求精確控制，使用吸收式制冷之后，因?yàn)樵撝评湎到y(tǒng)與熱管理系統(tǒng)相耦合，所以對(duì)于電池控制系統(tǒng)的要求提高。總之，余熱制冷技術(shù)在燃料電池電動(dòng)汽車(chē)上的應(yīng)用尚不太成熟，有待進(jìn)一步研究。1.2.3電動(dòng)壓縮機(jī)空調(diào)系統(tǒng)電動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)由于能量效率高、調(diào)節(jié)方便、舒適性好等優(yōu)點(diǎn)逐步成為車(chē)輛空調(diào)研發(fā)應(yīng)用的熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)。電動(dòng)汽車(chē)與傳統(tǒng)汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)的區(qū)別在于：電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)可以采用電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，電動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)在環(huán)境保護(hù)、動(dòng)力艙結(jié)構(gòu)布置以及車(chē)廂舒適性等各項(xiàng)指標(biāo)上均處于優(yōu)勢(shì)，其主要優(yōu)點(diǎn)如下：①電驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)空調(diào)系統(tǒng)可以采用全封閉的渦旋壓縮機(jī)系統(tǒng)及制冷回收技術(shù)，整體的高度密封性可以減小正常運(yùn)行以及修理維修時(shí)制冷劑的泄漏損失，從而減少了對(duì)環(huán)境的污染。②電動(dòng)空調(diào)的壓縮機(jī)靠電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，因此可以通過(guò)精確的控制以及在常見(jiàn)熱負(fù)荷工況下的高效率運(yùn)行來(lái)降低空調(diào)系統(tǒng)的能耗，從而提高整車(chē)的經(jīng)濟(jì)性。③采用電驅(qū)動(dòng)，噪聲較低，可靠性高，故障率低，使用壽命長(zhǎng)。④對(duì)于一體式電動(dòng)壓縮機(jī)，取消了發(fā)動(dòng)機(jī)與壓縮機(jī)之間的傳動(dòng)帶，沒(méi)有了張緊件的質(zhì)量，相對(duì)于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)減小了整車(chē)質(zhì)量。⑤可以在上下車(chē)之前預(yù)先啟動(dòng)電動(dòng)空調(diào)，對(duì)車(chē)廂內(nèi)的空氣進(jìn)行預(yù)先調(diào)節(jié)，增加乘客的舒適性，而傳統(tǒng)空調(diào)則必須先起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)才能啟動(dòng)空調(diào)。傳統(tǒng)空調(diào)與電動(dòng)空調(diào)的主要區(qū)別在于它們擁有不同的心臟——壓縮機(jī)。一般空調(diào)壓縮機(jī)采用開(kāi)啟式活塞壓縮機(jī)，效率低、噪聲大，且無(wú)法制熱，存在制冷劑泄漏等間題。而車(chē)用空調(diào)不能采用高效的全封閉渦旋壓縮機(jī)等先進(jìn)技術(shù)，其原因就在于沒(méi)有三相交流驅(qū)動(dòng)電源，而電動(dòng)汽車(chē)上的動(dòng)力電池恰恰可以解決這一問(wèn)題。新型電動(dòng)變頻空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用高效全封閉渦旋壓縮機(jī)等先進(jìn)技術(shù)，改變了車(chē)用空調(diào)的機(jī)械驅(qū)動(dòng)活塞式壓縮機(jī)模式，推動(dòng)了車(chē)用空調(diào)整車(chē)技術(shù)的提升。新型電動(dòng)變頻空調(diào)的核心技術(shù)是空調(diào)變頻電源系統(tǒng)，包括高電壓自整流發(fā)動(dòng)機(jī)及其穩(wěn)壓模塊、逆變電源模塊兩大部分。通過(guò)交直逆變電源的模塊控制，對(duì)電動(dòng)渦旋式壓縮機(jī)進(jìn)行電壓空間矢量調(diào)制，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)渦旋式壓縮機(jī)無(wú)級(jí)變頻啟動(dòng)、基頻制冷和降頻保持等過(guò)程，徹底改變傳統(tǒng)車(chē)用空調(diào)控制模式，節(jié)能效果明顯，提高了舒適度。應(yīng)用全封閉式渦旋壓縮機(jī)，采用全焊接連接方式組成整體全封閉式無(wú)漏點(diǎn)系統(tǒng)，徹底解決了車(chē)用空調(diào)的制冷劑泄漏和密封技術(shù)難題，同時(shí)簡(jiǎn)化了安裝，實(shí)現(xiàn)了空調(diào)系統(tǒng)的一體化集成設(shè)計(jì)。應(yīng)用熱泵循環(huán)原理，通過(guò)增加四通換向閥及調(diào)整相應(yīng)的控制方式，方便地進(jìn)行制冷制熱模式切換，實(shí)現(xiàn)車(chē)用空調(diào)的冷暖一體化。采用兩臺(tái)渦旋式壓縮機(jī)、兩套冷凝器和蒸發(fā)器構(gòu)成兩個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)，可以同時(shí)啟動(dòng)也可以單獨(dú)啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了空調(diào)效果與節(jié)能的有機(jī)結(jié)合。全封閉式渦旋壓縮機(jī)電驅(qū)動(dòng)方式與開(kāi)啟式壓縮機(jī)機(jī)械驅(qū)動(dòng)方式相比，其主要優(yōu)勢(shì)如下：①能效高。能耗與同等規(guī)格傳統(tǒng)車(chē)用空調(diào)相比節(jié)約15%左右，與傳統(tǒng)電加熱制熱相比，制熱能效比提高40%。制熱能效比是空調(diào)器的制熱性能系數(shù)，表示空調(diào)器的單位功率制熱量。②噪聲低。比傳統(tǒng)空調(diào)噪聲低5dB以上。③徹底解決制冷劑泄漏難題,有利于降低溫室效應(yīng)。④工況不受發(fā)動(dòng)機(jī)影響，變頻調(diào)節(jié)溫度，舒適性好。⑤熱泵系統(tǒng)不需要輔助設(shè)備，制熱效率高。⑥可實(shí)現(xiàn)一體化設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化了安裝。⑦可以達(dá)到免維護(hù)，使用壽命更長(zhǎng)。1.3電液復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)電液復(fù)合制動(dòng)技術(shù)作為一種節(jié)能與新能源汽車(chē)上獨(dú)有的新技術(shù)，在混合動(dòng)力車(chē)輛發(fā)展之初就受到重視。在保證汽車(chē)具有良好制動(dòng)性能的前提下，電液復(fù)合制動(dòng)可以盡可能地回收制動(dòng)能量，以提高能源效率。1.3.1電液復(fù)合制動(dòng)技術(shù)介紹1.混合動(dòng)力汽車(chē)的制動(dòng)特點(diǎn)混合動(dòng)力汽車(chē)將動(dòng)力電池、電機(jī)為核心的電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)引入到傳統(tǒng)汽車(chē)中，電機(jī)在車(chē)輛制動(dòng)時(shí)可以作為發(fā)電機(jī)使用，將車(chē)輛的制動(dòng)能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芑厥諆?chǔ)存在動(dòng)力電池內(nèi)，即具有電回饋制動(dòng)功能。這樣混合動(dòng)力汽車(chē)就可以對(duì)汽車(chē)的制動(dòng)能量進(jìn)行回收，從而提高整車(chē)的經(jīng)濟(jì)性能。在混合動(dòng)力汽車(chē)中，起制動(dòng)作用的有電回饋制動(dòng)和機(jī)械制動(dòng)兩套系統(tǒng)，從而形成機(jī)電復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)。2.電機(jī)制動(dòng)能量回饋的基本情況汽車(chē)制動(dòng)能量的回饋受到車(chē)輛速度、電機(jī)特性、動(dòng)力電池SOC等影響，電回饋制動(dòng)力的大小受到電機(jī)外特性、動(dòng)力電池最大充電電流和SOC的限制。車(chē)輛在進(jìn)行電回饋制動(dòng)時(shí)，需要對(duì)電池SOC進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，如果SOC超過(guò)工作范圍上限，則不再進(jìn)行制動(dòng)能量回收?；仞侂娏鬟^(guò)高時(shí)可能會(huì)引起電池的損壞，就一般情況而言，電機(jī)外特性中的峰值功率依據(jù)動(dòng)力電池的最大放電功率設(shè)計(jì)，大于電池的最大充電功率，所以最大充電回饋制動(dòng)功率一般設(shè)置為動(dòng)力電池的最大充電功率。在汽車(chē)電回饋制動(dòng)過(guò)程中，由于受到電池最大充電功率的限制，電機(jī)可以提供的制動(dòng)功率是有限的，因此只有在駛?cè)颂鸺铀偬ぐ寤蜉p微下制動(dòng)踏板時(shí)才以電回制動(dòng)為主。在汽車(chē)制動(dòng)強(qiáng)度很大時(shí)，瞬間要求的車(chē)輛制動(dòng)功率遠(yuǎn)大于電回饋制動(dòng)功率，此時(shí)必須同時(shí)施加機(jī)械制動(dòng)，形成復(fù)合制動(dòng)過(guò)程。在一定制動(dòng)強(qiáng)度的要求下，控制策略合理地分配機(jī)械制動(dòng)力和電回饋制動(dòng)力之間的比例，在保證車(chē)輛制動(dòng)性能的前提下實(shí)現(xiàn)最大制動(dòng)能量回收。3.不同減速工況下的制動(dòng)能量回收傳統(tǒng)燃油汽車(chē)制動(dòng)消耗的能量接近車(chē)輛滾動(dòng)阻力耗能與空氣阻力耗能之和，而汽車(chē)在起停頻繁的市區(qū)運(yùn)行，車(chē)輛的大部分動(dòng)能都會(huì)消耗在制動(dòng)過(guò)程中，因此回收汽車(chē)制動(dòng)能量意義重大。汽車(chē)緩減速或下坡工況下，傳統(tǒng)的燃油汽車(chē)一般以兩種方式消耗車(chē)輛的動(dòng)能：一是車(chē)輪通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)反拖發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，依靠活塞壓縮氣體形成發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)；二是通過(guò)制動(dòng)器的輕微摩擦形成制動(dòng)。對(duì)于一些大型車(chē)輛，還有其他制動(dòng)方式，如重型貨車(chē)常采用關(guān)閉排氣管形成排氣制動(dòng)的方式，而大客車(chē)則常采用電渦流制動(dòng)方式。這些制動(dòng)方式都有一個(gè)共同的特點(diǎn)，就是把車(chē)輛的機(jī)械能變?yōu)闊崮苌l(fā)掉，而不能實(shí)現(xiàn)能量回收利用。由于混合動(dòng)力系統(tǒng)本身具備了機(jī)電轉(zhuǎn)換裝置和能量存儲(chǔ)裝置，因此制動(dòng)能量的回收能夠非常方便地實(shí)現(xiàn)。只要在汽車(chē)減速時(shí)解除車(chē)輪與發(fā)動(dòng)機(jī)間的剛性連接，由車(chē)輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)電，即可回收汽車(chē)減速能量。需要說(shuō)明的是，盡管汽車(chē)緩減速或者下坡的制動(dòng)強(qiáng)度不大，但由于制動(dòng)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，同時(shí)可以完全依靠電回饋制動(dòng)，因此能夠回收的能量較大。汽車(chē)緊急制動(dòng)工況下，在滿足電池最大充電功率的前提下，電回饋制動(dòng)系統(tǒng)盡可能多地回收制動(dòng)能量，制動(dòng)強(qiáng)度不足部分由機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)完成。在這種工況下，車(chē)速下降較快，電機(jī)回饋的制動(dòng)能量所占比例不大，但也能收回一部分車(chē)輛動(dòng)能。依據(jù)車(chē)輛制動(dòng)強(qiáng)度，優(yōu)先使用電回饋制動(dòng)可以大幅度地提高整車(chē)經(jīng)濟(jì)性。據(jù)有關(guān)研究顯示，在起停頻繁的市區(qū)運(yùn)行，通過(guò)車(chē)輛減速能量的回收，可實(shí)現(xiàn)節(jié)油10%～15%。1.3.2復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)的功能需求和特點(diǎn)1.復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)的功能需求為了盡可能多地回收制動(dòng)能量，在電回饋制動(dòng)滿足制動(dòng)需求的情況下，系統(tǒng)要求優(yōu)先使用電回饋制動(dòng)，因此復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)該具備這幾項(xiàng)功能：保證制動(dòng)安全性、有效地回收制動(dòng)能量、使駕駛?cè)笋{駛感受良好、有效的機(jī)械備份工作模式以保證系統(tǒng)在電氣有故障的時(shí)候仍然能夠有效地制動(dòng)。2.復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)從結(jié)構(gòu)上看，復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)與傳統(tǒng)液壓制動(dòng)系統(tǒng)的區(qū)別主要有三大方面：①具備制動(dòng)力可控的液壓制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。為了實(shí)現(xiàn)在一定制動(dòng)強(qiáng)度下的能量回收，需要施加電回饋制動(dòng)力，若要同時(shí)保持整車(chē)制動(dòng)強(qiáng)度不變，則需相應(yīng)降低液壓制動(dòng)力。復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)中對(duì)制動(dòng)液壓的控制基本分成兩種形式：一是液壓閥直接控制管路壓力（閥控）；二是通過(guò)控制主缸推力進(jìn)行制動(dòng)液壓控制（缸控）。目前大部分復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)采用的是液壓閥直接控制管路壓力。采用電磁液壓閥控制管路壓力時(shí)，液壓源可以來(lái)自于制動(dòng)主缸或者單獨(dú)設(shè)立的泵站。②能夠檢測(cè)制動(dòng)指令并解釋制動(dòng)意圖，復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)需要根據(jù)駕駛?cè)说闹苿?dòng)意圖對(duì)液壓制動(dòng)和電回饋制動(dòng)力分別進(jìn)行控制，在滿足制動(dòng)意圖的同時(shí)實(shí)現(xiàn)制動(dòng)能量的回收。因此復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)必須增加制動(dòng)意圖的感知設(shè)備，一般是采用制動(dòng)踏板位移傳感器來(lái)檢測(cè)制動(dòng)意圖。③復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)控制器是復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)的控制部件，制動(dòng)踏板位移檢測(cè)、制動(dòng)意圖解釋、液壓閥控制和制動(dòng)力分配都由它完成。另外復(fù)合制動(dòng)控制器從整車(chē)控制器獲取制動(dòng)力分配策略執(zhí)行過(guò)程中所需要的車(chē)輛狀態(tài)信息，并將電回饋制動(dòng)力矩指令發(fā)送給整車(chē)控制器。在以上系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)力可控是復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)和保證，也是系統(tǒng)最大的難點(diǎn)。目前絕大多數(shù)復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)采用閥控液壓制動(dòng)力控制系統(tǒng)，液壓泵的輸出壓力可以達(dá)到20MPa以上。難點(diǎn)之一是由于制動(dòng)所需的液體量很小，因此要求系統(tǒng)的各控制閥有極高的動(dòng)態(tài)性能。難點(diǎn)之二是高效率、高性能的復(fù)合制動(dòng)控制策略。復(fù)合制動(dòng)如果要盡可能地回收能量，則必須最大限度地發(fā)揮電機(jī)和動(dòng)力電池系統(tǒng)的能力，然而此能力隨著車(chē)輛狀態(tài)的變化而不斷改變。因此，如何在保證最大電回饋制動(dòng)能力的同時(shí)，精確地協(xié)調(diào)控制液壓制動(dòng)力，使車(chē)輛制動(dòng)過(guò)程平滑，是系統(tǒng)控制的難點(diǎn)。2整車(chē)安全技術(shù)2.1結(jié)構(gòu)安全技術(shù)汽車(chē)車(chē)身概念設(shè)計(jì)階段，首先要實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)身分析模型的快速構(gòu)造和對(duì)結(jié)構(gòu)尺寸的編輯修改，其次是快速實(shí)現(xiàn)多個(gè)方案的性能比較和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。以并行工程為主要模式的現(xiàn)代車(chē)身設(shè)計(jì)方法要求設(shè)計(jì)與分析并行，車(chē)身結(jié)構(gòu)分析貫穿于整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程，優(yōu)化的思想在概念設(shè)計(jì)開(kāi)始的階段就被引入，以尋找最優(yōu)的方案，并將其貫穿于整個(gè)設(shè)計(jì)階段。為了實(shí)現(xiàn)車(chē)身的最優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)車(chē)身的輕量化和降低成本，需要對(duì)車(chē)身進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。在車(chē)身的概念設(shè)計(jì)階段，對(duì)車(chē)身的結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行優(yōu)化可保證后續(xù)的設(shè)計(jì)參數(shù)更加合理可靠。但是一般的優(yōu)化設(shè)計(jì)僅僅對(duì)其中某個(gè)指標(biāo)進(jìn)行單一目標(biāo)的優(yōu)化，很難得到滿足實(shí)際車(chē)身設(shè)計(jì)需要的最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)，因?yàn)閷?duì)單一目標(biāo)優(yōu)化可能會(huì)對(duì)其他結(jié)構(gòu)性能產(chǎn)生不利的影響。因此需要進(jìn)行以多個(gè)結(jié)構(gòu)性能指標(biāo)同時(shí)作為優(yōu)化目標(biāo)的多目標(biāo)優(yōu)化。車(chē)身結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)系統(tǒng)（VehicleConceptDesign-IntelligentCAE,VCD-ICAE)，基于汽車(chē)行業(yè)常用的軟件UG/NX平臺(tái)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。它以CAE技術(shù)為核心，融合了參數(shù)化設(shè)計(jì)、模板技術(shù)和優(yōu)化方法等先進(jìn)的設(shè)計(jì)分析技術(shù)，可快速建立參數(shù)化概念車(chē)身的幾何模型，生成有限元網(wǎng)格模型和邊界約束載荷，通過(guò)調(diào)用外部求解器NX/Nastran進(jìn)行剛度和模態(tài)計(jì)算，生成后處理視圖和產(chǎn)品設(shè)計(jì)報(bào)告，還可對(duì)概念車(chē)身的梁和板組合結(jié)構(gòu)進(jìn)行靈敏度分析及參數(shù)優(yōu)化、形狀優(yōu)化，指導(dǎo)和幫助用戶得到滿意的設(shè)計(jì)方案，最終實(shí)現(xiàn)“分析驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)”這一新的概念設(shè)計(jì)理念。該系統(tǒng)包括概念車(chē)身的幾何建模模塊、有限元建模模塊、求解與后處理模塊、車(chē)身結(jié)構(gòu)優(yōu)化模塊。該系統(tǒng)的多目標(biāo)優(yōu)化模塊可對(duì)白車(chē)身有限元概念模型的結(jié)構(gòu)剛度和低階模態(tài)多個(gè)目標(biāo)同時(shí)進(jìn)行靈敏度和優(yōu)化分析，得到最優(yōu)設(shè)計(jì)方案，從而為用戶提供更加滿意的改進(jìn)建議。多目標(biāo)優(yōu)化模塊基于NX系統(tǒng)采用開(kāi)放的二次開(kāi)發(fā)語(yǔ)言NX/OpenAPI，通過(guò)NX/Styler界面工具建立了向?qū)徒缑?，通過(guò)NXSpreadsheet功能實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化參數(shù)的存取和更新，系統(tǒng)無(wú)縫集成了NXNastran作為概念模型分析的求解器，采用NXOPT模塊作為優(yōu)化器進(jìn)行優(yōu)化迭代。具體步驟如下：①優(yōu)化參數(shù)設(shè)置：設(shè)定優(yōu)化最大選代次數(shù)及收斂條件參數(shù)等。②優(yōu)化類型選擇：選擇剛度多目標(biāo)優(yōu)化、模態(tài)多目標(biāo)優(yōu)化或剛度和模態(tài)綜合多目標(biāo)優(yōu)化，并設(shè)定優(yōu)化目標(biāo)方式，即求解優(yōu)化目標(biāo)最大還是最小。③約束條件定義：多目標(biāo)優(yōu)化模塊中三種優(yōu)化類型均以白車(chē)身概念模型的車(chē)身質(zhì)量為約束，在質(zhì)量不增加的約束條件下進(jìn)行優(yōu)化分析。④優(yōu)化變量選擇：多目標(biāo)優(yōu)化模塊支持以車(chē)身板件厚度和梁截面形狀為優(yōu)化變量進(jìn)行優(yōu)化分析。⑤靈敏度分析：對(duì)選取的所有優(yōu)化變量進(jìn)行靈敏度分析，輸出結(jié)果，從而確定對(duì)優(yōu)化目標(biāo)貢獻(xiàn)較大的變量。⑥優(yōu)化迭代實(shí)現(xiàn)：根據(jù)靈敏度分析結(jié)果，選取對(duì)優(yōu)化目標(biāo)貢獻(xiàn)較大的變量進(jìn)行優(yōu)化送代分析，直至滿足收斂條件。針對(duì)上述步驟，對(duì)新能源汽車(chē)的車(chē)梁結(jié)構(gòu)剛度和模態(tài)進(jìn)行多工況分析，對(duì)相應(yīng)結(jié)構(gòu)參數(shù)、形狀參數(shù)和材料特性進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化，保證車(chē)體結(jié)構(gòu)安全正向設(shè)計(jì)最優(yōu)實(shí)現(xiàn)，降低制造成本、提高車(chē)身安全性。2.2高壓電安全技術(shù)新能源汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)的一個(gè)重要特點(diǎn)就是具有高電壓、大電流的動(dòng)力回路。為了適應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)工作的特性要求并提高效率，高壓電氣系統(tǒng)的工作電壓可以達(dá)到300V以上，而且電力傳輸線路的阻抗很小。高壓電氣系統(tǒng)的正常工作電流可能達(dá)到數(shù)十甚至數(shù)百安培，瞬時(shí)短路放電電流更是成倍增加。高電壓和大電流會(huì)危及車(chē)上乘客的人身安全，同時(shí)還會(huì)影響低壓電器部件和車(chē)輛控制器的正常工作。因此，在設(shè)計(jì)和規(guī)劃高壓電氣系統(tǒng)時(shí)，不僅應(yīng)充分滿足整車(chē)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)要求，還必須確保車(chē)輛運(yùn)行安全、駕乘人員安全和車(chē)輛運(yùn)行環(huán)境安全。根據(jù)電動(dòng)汽車(chē)的實(shí)際結(jié)構(gòu)和電路特性，設(shè)計(jì)安全合理的保護(hù)措施，是確保駕乘人員和車(chē)輛設(shè)備安全運(yùn)行的關(guān)鍵。為了保證高壓電安全，必須針對(duì)高壓電防護(hù)進(jìn)行特別的系統(tǒng)規(guī)劃與設(shè)計(jì)。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織和美國(guó)、歐洲、日本等都先后發(fā)布了若干電動(dòng)汽車(chē)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，它們對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的高壓電安全及控制制定了較為嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)和要求，并規(guī)定了高壓系統(tǒng)必須具備高壓電自動(dòng)切斷裝置。其中涉及與電動(dòng)汽車(chē)安全有關(guān)的電氣特性有絕緣特性、漏電流、充電機(jī)的過(guò)電流特性和爬電距離及電氣間隙等。電動(dòng)汽車(chē)的運(yùn)行情況非常復(fù)雜，在運(yùn)行過(guò)程中難免會(huì)出現(xiàn)部件間的相互碰撞、摩擦、擠壓，這有可能使原本絕緣良好的導(dǎo)線絕緣層出現(xiàn)破損；接線端子與周?chē)饘俪霈F(xiàn)搭接。高壓電纜絕緣介質(zhì)老化或受潮濕環(huán)境影響等因素，都會(huì)導(dǎo)致高電壓電路和車(chē)輛底盤(pán)之間的絕緣性能下降，電源正負(fù)極引線將通過(guò)絕緣層和底盤(pán)構(gòu)成漏電流回路。當(dāng)高電壓電路和底盤(pán)之間發(fā)生多點(diǎn)絕緣性能下降時(shí)，還會(huì)導(dǎo)致漏電回路的熱積累效應(yīng)，可能造成車(chē)輛的電氣火災(zāi)。因此，高壓電氣系統(tǒng)相對(duì)車(chē)輛底盤(pán)的電氣絕緣性能的實(shí)時(shí)檢測(cè)，也是電動(dòng)汽車(chē)電氣安全技術(shù)的核心內(nèi)容。電動(dòng)汽車(chē)電氣安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)整車(chē)電氣狀態(tài)信息，如總電壓、總電流、正負(fù)母線對(duì)地電壓值、正負(fù)母線絕緣電阻值、輔助電壓和繼電器連接狀況等，并通過(guò)CAN總線輸出測(cè)得各部分的狀態(tài)及數(shù)值、輸出系統(tǒng)的報(bào)警狀態(tài)和通斷指令，從而確保電動(dòng)汽車(chē)的安全運(yùn)行。2.2.1高壓系統(tǒng)布置要求根據(jù)純電動(dòng)汽車(chē)的實(shí)際結(jié)構(gòu)以及高壓回路特性可知，純電動(dòng)汽車(chē)高壓系統(tǒng)需要在保證整車(chē)動(dòng)力傳動(dòng)的同時(shí)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)高壓電狀態(tài)，要求高壓系統(tǒng)能在發(fā)生故障時(shí)，通過(guò)高壓接觸器及時(shí)切斷高壓回路，保證整車(chē)系統(tǒng)和乘客的安全，同時(shí)要求在駐車(chē)充電或者駐車(chē)維修時(shí)，能切斷所有可能的高壓危險(xiǎn)因素。系統(tǒng)零部件和電氣系統(tǒng)的布置要求易于實(shí)現(xiàn)高壓電安全監(jiān)控功能，安全性好，可靠度高，還需要考慮高壓部件的隔離以及動(dòng)力電池的電磁干擾問(wèn)題。下面具體列出了七項(xiàng)純電動(dòng)汽車(chē)高壓系統(tǒng)布置要求：①供電的所有動(dòng)力電池做到分組串聯(lián)，且每組電壓小于96V，并配熔斷器，可在發(fā)生意外短路時(shí)斷開(kāi)電池組之間的連接。②將一個(gè)含有多個(gè)動(dòng)力的電池包、兩個(gè)高壓直流接觸器以及熔斷器各自集成在絕緣封閉殼體內(nèi)，這樣就可以將高電壓的帶電部件與外部環(huán)境隔絕，同時(shí)相互之間的電磁干擾也得到了較好的屏蔽。③設(shè)計(jì)的高壓電安全監(jiān)控系統(tǒng)也安裝在一個(gè)絕緣封閉殼體內(nèi)，而且布置位置需要盡量靠近電池包以便在發(fā)生高壓故障時(shí)可及時(shí)切斷高壓回路。④高壓電安全監(jiān)控系統(tǒng)包含高壓回路預(yù)充電電路，目的是為了防止高壓系統(tǒng)容性負(fù)載產(chǎn)生的瞬態(tài)沖擊，在系統(tǒng)斷電后，保證預(yù)充電繼電器能夠完全斷開(kāi)。⑤高壓電安全監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)控制高壓接觸器通斷，可以確保電動(dòng)汽車(chē)高壓回路的安全性，且在系統(tǒng)斷電后，兩個(gè)高壓接觸器能夠完全斷開(kāi)。⑥在高壓回路中布置高壓環(huán)路互鎖電路，以確保電池組外的所有高壓電路的連續(xù)性。⑦設(shè)置手動(dòng)切斷高壓回路裝置，用于維修或者緊急情況下手動(dòng)切斷高壓回路。2.2.2安全要求及檢測(cè)參數(shù)在最大交流工作電壓小于660V、最大直流工作電壓小于1000V以及整車(chē)質(zhì)量小于3500kg的條件下，電動(dòng)汽車(chē)的高壓安全要求如下：①人體的安全電壓低于35V，觸電電流和持續(xù)時(shí)間積的最大值小于30mA?s。②絕緣電阻除以電池的額定電壓至少應(yīng)該大于100Ω/V，最好是能夠確保大于500Ω/V。③對(duì)于高于60V的高壓系統(tǒng)的上電過(guò)程至少需要100ms，在上電過(guò)程中應(yīng)該采用預(yù)充電過(guò)程來(lái)避免高壓沖擊。④在任何情況下繼電器斷開(kāi)時(shí)間為20ms，當(dāng)高壓系統(tǒng)斷開(kāi)后1s，汽車(chē)的任何導(dǎo)電部分應(yīng)該和可觸及的部分對(duì)地電壓的蜂值應(yīng)當(dāng)小于42.4V(交流)成60V(直流)，儲(chǔ)存的能量應(yīng)該小于20J。對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)的高壓電系統(tǒng)和自動(dòng)斷路器的工作狀態(tài)及功能的監(jiān)，需要檢測(cè)的參數(shù)可以分成以下幾類：①高壓電氣參數(shù)：高壓系統(tǒng)電壓、電流、高壓總線剩余電量。②高壓電路參數(shù)：動(dòng)力電池絕緣電阻、高壓總線等效電容。③非電測(cè)量參數(shù)：環(huán)境溫度、溫度。④數(shù)字測(cè)控參數(shù)：主要是開(kāi)關(guān)量的輸入和輸出。2.2.3高壓安全防護(hù)措施1.剩余電流斷路器電動(dòng)汽車(chē)采用剩余電流斷路器是必要的。一旦有正母線或負(fù)母線與車(chē)身相連，保護(hù)器就報(bào)警，這就避免了電機(jī)殼體翻電成為高壓正極，站在車(chē)上的人觸摸負(fù)極造成電擊傷。這樣的設(shè)計(jì)也可避免空調(diào)系統(tǒng)高壓、DC/DC變壓系統(tǒng)高壓的泄漏。2.高壓互鎖逆變器密封在高壓盒中，非工作人員不能拆開(kāi)。但也會(huì)有工作人員疏忽和非工作人員強(qiáng)行拆開(kāi)的情況，為防止電擊傷，在逆變器盒蓋上設(shè)計(jì)有高壓互鎖開(kāi)關(guān)，只要逆變器盒體打開(kāi)，開(kāi)關(guān)動(dòng)作，控制器收到信號(hào)，斷開(kāi)系統(tǒng)的主繼電器，可以避免意外電擊出現(xiàn)。3.絕緣電阻檢測(cè)較高的供電電壓對(duì)整車(chē)的電氣安全提出了更高的要求，尤其是對(duì)高壓系統(tǒng)的絕緣性能提出了