摘要
在“碳达峰”、“碳中和”的目标指引下，我国经济社会发展正在全面绿色转型，纯电动汽车无疑会成为未来新能源汽车市场的主流。轮毂电机分布驱动式电动汽车较传统的燃油汽车和主流的新能源汽车具有显著的优势，轮毂电机驱动技术与纯电动汽车的结合，将带来汽车技术的颠覆性变革。在此背景下，针对分布驱动式电动汽车的轮毂电机多物理场耦合特性研究正在成为一个热点课题。 本文以电动汽车的轮毂电机为研究对象，基于键合图理论构建了集机、电、磁、热等为一体的多物理场耦合模型，并结合不同仿真手段对多物理场耦合作用下的电机特性进行深入探究，为轮毂电机的设计和改进提供理论参考。论文的主要研究内容如下： （1）确定分布驱动式纯电动汽车轮毂电机的主要参数。通过不同类型电机的比较，选择了综合性能最优的永磁同步电机（PMSM）作为驱动电机。根据目标车型的整车参数和汽车动力性指标，对轮毂电机进行参数匹配计算和温升分析，设计了轮毂电机的冷却系统，建立了分布驱动式车辆及轮毂电机的三维模型，并对轮毂电机的控制原理进行简要介绍。 （2）基于键合图理论构建轮毂电机多物理场耦合模型。通过对轮毂电机的工作过程和能量传递路径进行分析，建立相应的物理模型，再按照键合图建模规则建立轮毂电机机电系统和冷却系统的键合图模型，最后将两个模型联结整合，构建出基于键合图理论的轮毂电机多物理场耦合模型。 （3）通过MATLAB/Simulink对轮毂电机的多物理场耦合特性进行仿真分析。根据轮毂电机的键合图模型，建立了轮毂电机的数学模型以及MATLAB/Simulink仿真模型。针对汽车不同行驶工况进行仿真分析，得到轮毂电机多物理场耦合作用下的电机转矩和温升特性图像。仿真结果表明了本文基于键合图理论所建立的轮毂电机多物理场耦合模型的有效性；同时表明，相同的冷却液流量下，增大水道截面可以达到更好的冷却效果；随着冷却液流速的增大，冷却系统的降温幅度逐渐减小，最终趋于平稳。 基于以上工作，本文通过Fluent对汽车自然行驶状态下的轮毂电机表面风速，和不同冷却方式下的电机温度进行仿真，并通过设置不同冷却工况，对比分析了冷却水道结构和冷却液流速对电机温度特性的影响，验证了上述结论。
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