純電動(dòng)汽車傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)【優(yōu)秀課程畢業(yè)設(shè)計(jì)含9張CAD圖紙+帶開題報(bào)告+文獻(xiàn)綜述+外文翻譯】-clsj10

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純電動(dòng)汽車傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)及參數(shù)的匹配

電動(dòng)汽車性能的好壞主要取決于動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及其參數(shù)的選擇與匹配。通過第二章對一些常見電力驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的介紹，我們對動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和各部件的作用有了一個(gè)整體的認(rèn)識(shí)。本章為了提高電動(dòng)汽車的性能就整車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，提出一個(gè)新的設(shè)計(jì)方案，并對該方案進(jìn)行分析。

目  錄

第1章  緒論 1

1.1 電動(dòng)汽車概述 1

1.1.1 什么是電動(dòng)汽車 1

1.1.2 電動(dòng)汽車的特點(diǎn) 1

1.2 研究電動(dòng)車的目的和意義 2

1.2.1 研究電動(dòng)汽車的時(shí)代背景 2

1.2.2 國外電動(dòng)汽車的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢 4

1.2.3 國內(nèi)電動(dòng)汽車發(fā)展的現(xiàn)狀和趨勢 4

1.2.3 我國發(fā)展電動(dòng)汽車具有特殊的意義 6

1.3 本論文的主要內(nèi)容 6

第2章 電動(dòng)汽車及其相關(guān)技術(shù) 7

2.1 電動(dòng)汽車的基本結(jié)構(gòu) 7

2.2電動(dòng)汽車電力驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式 8

2.3 電動(dòng)汽車的動(dòng)力蓄電池和動(dòng)力電機(jī) 10

2.3.1動(dòng)力蓄電池組及其管理系統(tǒng) 10

2.3.2動(dòng)力電機(jī)及其控制原理 12

2.4 本章小結(jié) 14

第3章  電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)及參數(shù)的匹配 15

3.1 電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì) 15

3.2 電動(dòng)汽車功率流分析 16

3.3 電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì) 17

3.3.1 車輛參數(shù) 17

3.3.2  傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案 18

3.3.3  驅(qū)動(dòng)電機(jī)匹配 18

3.3.4  變速器傳動(dòng)比參數(shù)選擇 20

3.3.5 變速器齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算 21

3.3.6 主減速器齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算 23

3.3.7 各齒輪參數(shù) 24

3.3.8 變速器傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)計(jì)算 24

3.3.9 軸承的校核計(jì)算 28

3.4蓄電池的選擇 30

3.5本章小結(jié) 33

參考文獻(xiàn) 34

致  謝 36

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A1-半軸.dwg

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北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 1 目 錄 第 1章 緒論 ......................................................... 1 動(dòng)汽車概述 ................................................... 1 么是電動(dòng)汽車 ............................................. 1 動(dòng)汽車的特點(diǎn) ............................................. 1 究電動(dòng)車的目的和意義 ........................................ 2 究電動(dòng)汽車的時(shí)代背景 ..................................... 2 外電動(dòng)汽車的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢 ............................... 4 內(nèi)電動(dòng)汽車發(fā)展的現(xiàn)狀和趨勢 ............................... 4 國發(fā)展電動(dòng)汽車具有特殊的意義 ............................. 6 論文的 主要內(nèi)容 ............................................... 6 第 2章 電動(dòng)汽車及其相關(guān)技術(shù) .......................................... 7 動(dòng)汽車的基本結(jié)構(gòu) ............................................. 7 ................................ 8 動(dòng)汽車的動(dòng)力蓄電池和動(dòng)力電機(jī) ................................ 10 力蓄電池組及其管理系統(tǒng) ................................... 10 力電機(jī)及其控制原理 ....................................... 12 章小結(jié) ...................................................... 14 第 3章 電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 及參數(shù)的匹配 .................. 15 動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì) ................................ 15 動(dòng)汽車功率流分析 ............................................ 16 動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì) .................................. 17 輛參數(shù) .................................................. 18 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案 ......................................... 18 驅(qū)動(dòng)電機(jī)匹配 ............................................. 19 變速器傳動(dòng)比參 數(shù)選擇 ..................................... 20 速器齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算 ........................................ 21 減速器齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算 ...................................... 23 齒輪參數(shù) ................................................ 24 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 2 速器傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)計(jì)算 ...................................... 24 承的校核計(jì)算 ............................................ 28 電池的選擇 ................................................... 30 章小結(jié) ....................................................... 33 參考文獻(xiàn) ............................................................ 34 致 謝 .............................................................. 36 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 1 第 1章 緒論 動(dòng)汽車概述 么是電動(dòng)汽車 從車輛定義上來講，電動(dòng)汽車是以車載電源作為動(dòng)力輸出源，用電動(dòng)機(jī)把電能轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械能的機(jī)動(dòng)車輛。電動(dòng)汽車目前分成三類：混合動(dòng)力電動(dòng)汽車、燃料電池電動(dòng)汽車和純電動(dòng)汽車。本文僅研究純電動(dòng)汽車，以下所提電動(dòng)汽車如果沒有特別指出都是純電動(dòng)汽車。 對我們的生活來講，電動(dòng)汽車就不只是我們的代步工具那么簡單了，它集合了新能源、新材料、新技術(shù)，可以說是現(xiàn)代高科技技術(shù)產(chǎn)品。并且，它還可以實(shí)現(xiàn)我們 節(jié)約資源，保護(hù)環(huán)境的迫切愿景，是未來汽車的科研方向。 動(dòng)汽車的特點(diǎn) （ 1）可用能源豐富 電動(dòng)汽車使用的電能來源廣泛，并且可以由許多可再生能源獲得，例如太陽能、風(fēng)能、潮汐能等，對石油的依賴性低。另一方面，可以在晚上給蓄電池充電，避開了日間用電高峰，還可以節(jié)約電費(fèi)。 （ 2）零污染或者低污染 由于電動(dòng)汽車使用蓄電池驅(qū)動(dòng)汽車，汽車工作過程中無排放，避免了內(nèi)燃機(jī)汽車排放尾氣的缺點(diǎn)。雖然在電廠發(fā)電過程中也會(huì)產(chǎn)生各種污染物，而且蓄電池的生產(chǎn)也會(huì)帶來污染，但是與內(nèi)燃機(jī)汽車的排放相比要輕得多。 （ 3）運(yùn)行平穩(wěn)， 低噪聲 由于電動(dòng)汽車沒有發(fā)動(dòng)機(jī)，不會(huì)發(fā)出傳統(tǒng)汽車工作時(shí)的震動(dòng)和噪聲。因此電動(dòng)汽車即使在高速運(yùn)行時(shí)也不會(huì)給人帶來不適感。 （ 4）部件布置多樣化，維修方便 電動(dòng)汽車動(dòng)力傳統(tǒng)系統(tǒng)部件間的連接大多是柔性的電線連接，不完全需要機(jī)械連接，各部間的布置可以根據(jù)需要進(jìn)行靈活安排。電動(dòng)汽車的部件維修保養(yǎng)工作量小，有些部件甚至無需維護(hù)。 （ 5）能量利用率高 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 2 電動(dòng)汽車以電能作為動(dòng)力源，由于電流比機(jī)械傳遞能量損耗小，因此電動(dòng)汽車能量利用率可以到 80%。即使在考慮油井 終能量轉(zhuǎn)換率也可以到 29%左右，而內(nèi)燃機(jī)汽車在考 慮各種工況下工作時(shí)能量轉(zhuǎn)換率不足 12%。 究電動(dòng)車的目的和意義 究電動(dòng)汽車的時(shí)代背景 而今人們常常將 為 “ 新能源汽車 ” ，其實(shí) 出現(xiàn)時(shí)間比內(nèi)燃機(jī)汽車更早。 1834 年 明了第一輛電動(dòng)三輪車，比 1885 年德國的 1年。上世紀(jì)末本世紀(jì)初，曾是 分繁榮的時(shí)期， 1890 汽車，此中 38%為 40%為蒸汽機(jī)汽車，其余為內(nèi)燃機(jī)汽車。 1911 年巴黎和倫敦有電動(dòng)出租汽車運(yùn)營。 1912 年在美國有 輛 1907 年底特律電氣公司出產(chǎn)的 高車速達(dá) 40km/h?？墒牵捎?用的蓄電池質(zhì)能比低，使用周期短，汽車的續(xù)駛里程、動(dòng)力性與價(jià)錢都無法與快速進(jìn)步的內(nèi)燃機(jī)汽車相比。特別是 19 世紀(jì)初做到了大批量出產(chǎn)汽車， T 型車的最大功率 20馬力，最高車速 72km/h，一開始的價(jià)格只有 825 美元，到了 1921 年，價(jià)格便宜了 565 美元，將 到汽車遍地都是的時(shí)期。到 19 世紀(jì) 20 年代 本上競爭不過內(nèi)燃機(jī)汽車，汽車消費(fèi)者更喜歡了內(nèi)燃機(jī)汽車?？梢哉f這 是 “ 一起一落 ” 。 到 20 世紀(jì) 70 年代，普天之下出現(xiàn)了 3 次石油危機(jī)，使 二次受到青睞。80 年代 開發(fā)了 20 世紀(jì)前，全天下賣了約 60000 輛，大概占世界上汽車保有量 6 億輛的萬分之一。在這之中 動(dòng)車代表性十分強(qiáng)，使用兩級(jí)減速的三相交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，裝有 20 余塊德科 酸電池，造型悅目，低風(fēng)阻，加速性優(yōu)良， 0～96km/h 在 9s 以內(nèi)提速完成，續(xù)航里程在 120是 最后只制造了 1117 輛，非?？上У赝顺隽藲v史舞臺(tái)。 到 21 世紀(jì)，在石油的價(jià)格一直上漲和環(huán)保意識(shí)不斷提高的背景下， 等到了第二春， 一次被推送到人們的視野中。在布什執(zhí)政時(shí)代，美國人將研究重點(diǎn)放在氫燃料電池汽車上，但由于燃料電池造價(jià)昂貴等問題，短期內(nèi)沒有產(chǎn)業(yè)化的資本而胎死腹中。 在 取得了重要成果，有電池與電機(jī)參與工作的普銳斯汽車取得了不錯(cuò)成就，燃油耗損得到良好解決并已在世界上賣了北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 3 300 多萬輛。緊跟著研究人員又將精力放到純 于質(zhì)能比高于鉛酸電池 3們好像又找到了不靠石油 、干凈無污染的純 內(nèi) 外大量汽車企業(yè)與電池企業(yè)合作開展了新一輪 發(fā)與試驗(yàn)的熱潮，可以說這是 “ 三起 ” 吧。 能源危機(jī)和環(huán)境危機(jī)已經(jīng)是當(dāng)今天下列國發(fā)展必須解決的現(xiàn)實(shí)危機(jī)。隨著化石能源的減少和環(huán)境的惡化，人們越來越需要能耗少、污染小、效率高的新型交通工具。純 為以后最具潛力的交通運(yùn)輸工具正快速發(fā)展，并且在天下列國都倡導(dǎo)并進(jìn)行政策服務(wù)。 我國在汽車行業(yè)方面發(fā)展較晚，與其它汽車工業(yè)發(fā)展成熟的國家比較之下難免落伍，特別是在發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器等關(guān)鍵零部件技術(shù)層面沒有掌握核心技術(shù)。雖然我國汽車年產(chǎn)銷已經(jīng)突 破 1800 萬輛，是名副其實(shí)的汽車大國，但是我們面臨的是大而不強(qiáng)的局面，很是尷尬！想要成為汽車工業(yè)強(qiáng)國，那么我國汽車工業(yè)必須具有前瞻性，發(fā)展未來技術(shù)儲(chǔ)備，研發(fā)更高效能新能源汽車，尤其是純 取掌握新一輪天下汽車市場競爭的主動(dòng)權(quán)。 人類發(fā)明了汽車，給我們的生活帶來了極大便利，但是汽車也是一把雙刃劍，如何使用關(guān)系著人類社會(huì)未來的發(fā)展。權(quán)且放下我們國家的汽車技術(shù)落后于其他國家汽車技術(shù)的事實(shí)，國內(nèi)外汽車行業(yè)都遇到的攔路虎：環(huán)境污染和石油缺乏。這兩個(gè)問題對當(dāng)下發(fā)展快速的汽車行業(yè)產(chǎn)生了不小的沖擊，同時(shí)石油資源在世界范 圍內(nèi)的分布不均使各國之間摩擦增大，導(dǎo)致一些國家動(dòng)蕩不安，民不聊生。 傳統(tǒng)汽車對外界的影響主要是排放的尾氣，還有發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的 噪聲。工業(yè)化和現(xiàn)代化的時(shí)代發(fā)展 推動(dòng) 了 鋼筋水泥叢林的出現(xiàn) ，使得汽車內(nèi)燃機(jī) 產(chǎn)生 的 污染物難以 擴(kuò)散 ，城市里人類生活區(qū)域內(nèi)空氣污染嚴(yán)重。 另外，燃油汽車的內(nèi)燃機(jī)是巨大的噪聲來源。據(jù)統(tǒng)計(jì)， 都市 中 80%的噪聲污染 來自 燃油汽車，我國 約莫 2/3 的人口生活在 比較 高的噪聲環(huán)境中， 此中有 29%的人們的生活是在 不堪 忍受的噪 音中度過的。 自從我國加入 車行業(yè)發(fā)展速度變快，但汽車保有量也因此提高，噪聲和環(huán)境污染更加嚴(yán)重，我國人民的健康受到威脅。燃油汽車面對著另一個(gè)難題，石油資源短缺。石油作為能源和它豐富的衍生物都可以在汽車上產(chǎn)生用途，造成傳統(tǒng)汽車行業(yè)對石油十分依賴。據(jù)統(tǒng)計(jì)，從 1950 年到 2010 年全球汽車保有量增加近 12 倍， 如此多的 汽車 需要 的石油量 可想而知 。 據(jù)調(diào)查，全世界 石油 儲(chǔ)量可開發(fā)不足五十年 ，而我國近 些 年汽車 行業(yè)成長特別快 ，對石油的 需求一直增長 ， 故思量 到社會(huì) 太平 和持續(xù)發(fā)展我國要從外國 采辦 石油。預(yù)計(jì)到 2012 年我國的汽車石油年消耗 量將突破 8000億噸 ， 故 解決能源問題在我國 刻不容緩 。 恰是由于傳統(tǒng)汽車帶來了環(huán)境和能源問題，在這樣的情況下，很多國家都在北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 4 加緊研發(fā)新能源汽車，而純 排放、使用 便利 、 構(gòu)造 相對簡單等優(yōu)點(diǎn) 獲得公眾 的 承認(rèn) ，被稱為 真正 的 “ 綠色汽車 ” ， 故 自上個(gè)世紀(jì) 90 年代后，發(fā)展 看作 解決當(dāng)前問題的 重要路子 ，可 減輕 我國石油需求 壓力 、 阻止都市 環(huán)境惡化、加強(qiáng) 汽車企業(yè)競爭力等方面。 所以，研發(fā)純 以解決傳統(tǒng)汽車造成的環(huán)境和資源問題。從能源 方面思量 ，用 的能源是一種可靠的、來源廣泛的、均衡的、對環(huán)境友好的能源。從環(huán)境方面 思量 ，純 都市 交通中可實(shí)現(xiàn)零排放或極低排放。 縱然思量 到給這些應(yīng) 能量的發(fā)電廠的排放，使用 能 明顯減輕 全球的 環(huán)境 污染。因此 能預(yù)測 到， 研究開發(fā)純 對能源、環(huán)境、交通以及尖端技術(shù)的發(fā)展，新型工業(yè)的建立和經(jīng)濟(jì)的 成長造成巨大 而 長遠(yuǎn) 的影響 [1,2,3]。 外電動(dòng)汽車的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢 早在 1930 年就有外國人開始研究電動(dòng)汽車。 1834 年 明了第一輛電動(dòng)三輪車，比 1885 年德國的 造出天下上第一輛以汽油為動(dòng)力的三輪汽車還早 51 年。 1881 年， 一個(gè)法國工程師也研究了一輛電動(dòng)汽車，與最早的電動(dòng)車的區(qū)別在于，最早的電動(dòng)車采用干電池作動(dòng)力，而這輛采用了可充電的鉛酸電池。后來過了五年出現(xiàn)了有軌電車，電動(dòng)汽車隨之興盛。 19 世紀(jì)末期，英法美多家公司開始研究電動(dòng)汽車。此時(shí)電動(dòng)汽車代表著那時(shí)候車輛工業(yè)的最高技術(shù)水平。在美國，機(jī)動(dòng)車市場被電動(dòng)汽車?yán)卫伟芽?。但是，因?yàn)楫?dāng)時(shí)的電動(dòng)汽車的各種性能指標(biāo)都比不上內(nèi)燃機(jī)汽車，汽車起動(dòng)機(jī)被發(fā)明后，電動(dòng)汽車在市場上的銷量急劇下降，到 1930 年可以認(rèn)為其退出了機(jī)動(dòng)車市場。 因?yàn)槭澜缟鲜唾Y源有限，并且分布不均，終于在上世紀(jì) 70 年代 爆發(fā)了中東戰(zhàn)爭。所以很多國家為了降低對石油的依賴對電動(dòng)汽車投入了很大的精力。再加上人們環(huán)保意識(shí)的提高，電動(dòng)汽車煥發(fā)第二春。 上世紀(jì)末期，美國三大公司簽訂協(xié)議成立 起研發(fā)電動(dòng)汽車電池。1971 年， 開始加入電動(dòng)汽車行列，并研發(fā)出一系列的電動(dòng)汽車，就在這一年還研發(fā)出了 于 1997 年投入市場。 內(nèi)電動(dòng)汽車發(fā)展的現(xiàn)狀和趨勢 我國最早在 1920 年出現(xiàn)了電動(dòng)汽車，但是由于當(dāng)時(shí)條件、技術(shù)都不成熟，研究不得不中止。 60 年代初，國內(nèi)石油匱乏，為了解決能源問題，電動(dòng)汽車的北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 5 研究趨勢又興盛起來。 1962 年，上海公用事業(yè)研究所研究開發(fā)出了滿載質(zhì)量為968 動(dòng)汽車。 70 年代，電動(dòng)汽車的研究在北京、上海、河南、廣州、武漢等地開始進(jìn)行，有試制 樣車進(jìn)行試驗(yàn)，但因?yàn)橘Y本、人力的分配不好協(xié)調(diào)，研究沒有繼續(xù)下去。 80 年代，我國 改革開放，一切百廢待興。政府對基本情況有了更加清楚地了解，科技水平落后，能源短缺，與世界人均擁有量相差甚遠(yuǎn)。另一方面，能源匱乏和環(huán)保問題隨著汽車保有量的上升愈加嚴(yán)重。因此電動(dòng)汽車的研制被政府提上日程。 同時(shí)，政府還出臺(tái)相關(guān)電動(dòng)汽車的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，提供政策支持。 1993 年，香港大學(xué)研 發(fā) 出配置功率 45電動(dòng)機(jī)和 264V 鎳蓄電 池的 型電動(dòng)汽車 ；1996 年，中國遠(yuǎn)望集團(tuán)研制了最高時(shí)速可達(dá) 90h 的 120客車。 2001 年，科技部 啟動(dòng) 電動(dòng)汽車重大科技專項(xiàng)。 7 年 時(shí)間過去了 ， 這個(gè)科技 專項(xiàng) 得到了長足發(fā)展，像汽車關(guān)鍵技術(shù)、系統(tǒng)集成技術(shù)與整車技術(shù)都有了空前的進(jìn)步。各種電動(dòng)汽車通過了認(rèn)證試驗(yàn)，已經(jīng)進(jìn)入實(shí)用化考核階段。我國電動(dòng)汽車行業(yè)正在向成熟產(chǎn)業(yè)化成長階段靠攏。 2008期間奧運(yùn)會(huì)和世 博會(huì)對電動(dòng)汽車需求巨大，因此國內(nèi)加快研發(fā)進(jìn)程，奧運(yùn)會(huì)期間就使用了新型鋰離子電池純電動(dòng)客車，屬于國際電動(dòng)大客車的先進(jìn)水平。 2010 年 8 月， 16 家中央直屬國有企業(yè)成立聯(lián)盟， 共同參與 電動(dòng)汽車的 研發(fā) 。參與各方 分為：整車廠和電動(dòng)汽車制造廠家：一汽集團(tuán)、東風(fēng)、中國東方電機(jī)集團(tuán)等；電池廠家：中海油集團(tuán)、有色金屬研究院、中國航空工業(yè)集團(tuán)等；電池充電站建設(shè)單位：國家電網(wǎng)、中國南方電網(wǎng)，中石化等。緊接著東風(fēng)汽車公司宣布，將在 5 年 內(nèi)陸續(xù) 投入 30 億元專項(xiàng)資金，用于節(jié)能與新能源汽車的技術(shù)研究開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。 經(jīng)過持續(xù)快速發(fā)展，我國電動(dòng)汽車逐步累積起自己的研發(fā)能力，整車產(chǎn)品性能得到提升。電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)在國內(nèi)已經(jīng)形成了較為合理的行業(yè)創(chuàng)新布局體系。通過自主創(chuàng)新和圍繞電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車、清潔燃料汽車等領(lǐng)域進(jìn)行研究開發(fā)與產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)創(chuàng)新，取得自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的專利和科研成果 20 多項(xiàng)。幾項(xiàng)關(guān)鍵性的技術(shù)已經(jīng)取得了重大突破， 某些方面甚至走在了世界同行的前面，處于國際先進(jìn)水平。如比亞迪自主研發(fā)生產(chǎn)的 電池，不會(huì)對環(huán)境造成任何危害，可以使用 220V 民用電源進(jìn)行充電，在 專用充電站上僅需 15 分鐘左右就可充滿電池 80％的電量。 該電池在使用循環(huán) 2000 次后， 容量仍可維持在 80％以上，基本實(shí)現(xiàn)了與整車同壽命。 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 6 國發(fā)展電動(dòng)汽車具有特殊的意義 雖然我國汽車產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展令世界驚嘆，但是起步晚，沒有經(jīng)驗(yàn)只能摸著石頭過河，發(fā)達(dá)國家壟斷核心技術(shù)，想要追上發(fā)達(dá)國家特別困難。但是電動(dòng)汽車是近些年的新興技術(shù)產(chǎn)品，在技術(shù)研發(fā)上我國和發(fā)達(dá)國家基本上同線起跑。這不僅是挑戰(zhàn)，更是百年難得一遇的機(jī)遇，我們必須抓住這次機(jī)會(huì)，攻克電動(dòng)汽車的核心技術(shù)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，不僅要做大，更要做強(qiáng)，這樣才能擁有主動(dòng)權(quán)，不依賴外國技術(shù)，形成自己的品牌，在全球汽車行業(yè)中占有重要一席。 另外，我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，已經(jīng)成為世界第二大經(jīng)濟(jì)體，同時(shí) 我國也成為了世界上 最大的能源消耗國 【 7】 。我國能源 匱乏 ， 石油、天然氣人均資源僅為世界平均水平的 1／ 15 左右 【 8】 ；化石能源的 使用 使得環(huán)境污染嚴(yán)重，直接影響著生態(tài)平衡和人們的健康。發(fā)展 電動(dòng)汽車實(shí)現(xiàn)汽車產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，有效解決環(huán)境問題和能源問題，保證國家能源和環(huán)境安全，對實(shí)施節(jié)能減排與國家能源戰(zhàn)略具有重要意義。 論文的主要內(nèi)容 (1)本文介紹了電動(dòng)汽車的基本結(jié)構(gòu)、不同電力驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)形式、電動(dòng)汽 車動(dòng)力總成。分析了目前用于電動(dòng)汽車上的動(dòng)力蓄電池和動(dòng)力電動(dòng)機(jī)的各種性能指標(biāo)及其相應(yīng)的管理控制系統(tǒng)。 (2)介紹了電動(dòng)汽車的主要參數(shù)，對電動(dòng)汽車各種工況下的受 力進(jìn)行了分析，根據(jù)車 輛動(dòng)力學(xué)原理建立了車輛整車動(dòng)力學(xué)模型。 (3)根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)，對電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出了合理設(shè)計(jì)方案，并對該方 案進(jìn)行了分析。依據(jù)車輛的動(dòng)力學(xué)模型和電動(dòng)機(jī)功率、傳動(dòng)比和電池組容量等參數(shù)設(shè)計(jì)的原則和方法，對電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的這些參數(shù)進(jìn)行了相應(yīng)的數(shù)學(xué)建模，并對動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的主要部件進(jìn)行了合理選型和動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的主要參數(shù)進(jìn)行合理的選擇和匹配。 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 7 第 2章 電動(dòng)汽車及其相關(guān)技術(shù) 電動(dòng)汽車的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)有很大區(qū)別。電動(dòng)汽車的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)包括蓄電池、動(dòng)力電機(jī)、 變速器等部件，去除了傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車中的發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)附件，離合器和部分機(jī)械傳動(dòng)部件。然而，電動(dòng)汽車高性能的獲得不僅僅是將傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)部件換成現(xiàn)代電動(dòng)汽車所需的部件，而是要根據(jù)現(xiàn)代電動(dòng)汽車的特點(diǎn)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，對電動(dòng)汽車各部件進(jìn)行合理布置，對動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)中各個(gè)部件進(jìn)行合理選型，并對主要參數(shù)進(jìn)行匹配、優(yōu)化 【 9】 。 動(dòng)汽車的基本結(jié)構(gòu) 電動(dòng)汽車用電能驅(qū)動(dòng)，與傳統(tǒng)汽車不同的是它通過柔性的電線傳遞能量，只有部分零部件采用剛性機(jī)械結(jié)構(gòu)。因此電動(dòng)汽車與傳統(tǒng)燃油汽車相比，各部件布置起來更加方便多樣，提高了汽車整體的空間使用率。現(xiàn)代電動(dòng)汽車的基本結(jié)構(gòu)主要有三個(gè)子系統(tǒng)組成，即電力驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)、主能源子系統(tǒng)和輔助控制子系統(tǒng) 【 9】 ?，F(xiàn)代電動(dòng)汽車很多采用交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，相應(yīng)電動(dòng)汽車的典型結(jié)構(gòu)組成如圖 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 8 圖 電動(dòng)汽車的典型結(jié)構(gòu) 附注 1：雙實(shí)線表示部件間剛性連接，粗實(shí)線表示部件間柔性電線連接，細(xì)實(shí)線表示部件間信號(hào)控制連接，箭頭方向表示部件間電流 和控制信號(hào)流向。 電子控制器根據(jù)外界輸入的信號(hào)發(fā)出指令控制功率轉(zhuǎn)換器。如果同時(shí)收到加速與制動(dòng)信號(hào)同時(shí)輸入，優(yōu)先響應(yīng)制動(dòng)信號(hào)。功率轉(zhuǎn)換器用來調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)和電源之間的電流頻率和幅值。一方面可以把將蓄電池產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換成交流電，這樣電動(dòng)機(jī)就可以工作輸出機(jī)械能，另一方面，發(fā)電機(jī)可以回收減速制動(dòng)時(shí)的能量為蓄電池充電。充電系統(tǒng)和能量管理系統(tǒng)一起可以實(shí)時(shí)監(jiān)測并控制蓄電池的使用，確保蓄電池能夠不出問題，還可以保護(hù)蓄電池。輔助動(dòng)力源為溫度控制單元、動(dòng)力轉(zhuǎn)向、制動(dòng)等輔助系統(tǒng)提供能量。 電 力驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)的功能是把蓄電池與車體有效連系起來 【 10】 。 電力驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)像中轉(zhuǎn)站一樣，把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能輸出給車輪驅(qū)動(dòng)車輛前進(jìn)，可以說是電動(dòng)汽車的核心系統(tǒng)，所以這個(gè)系統(tǒng)性能的優(yōu)劣幾乎決定了整個(gè)汽車的優(yōu)劣?，F(xiàn)在比較常規(guī)的幾個(gè)電力驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)有四種布置， 如圖 示 【 11】 。 第一種類型如圖 (a)所示 ，與發(fā)動(dòng)機(jī)前置前驅(qū)的傳統(tǒng)汽車的傳動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)造相似，其組成包括差速器、變速器、離合器和電動(dòng)機(jī)。 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 9 圖 電驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式 第二種類型如圖 (b)， (c)所示，電動(dòng)機(jī)具有較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和較寬的調(diào)速性能，去掉 離合器，安裝固定速比的減速器，這樣可減少機(jī)械傳動(dòng)裝置、減小電動(dòng)汽車的整備質(zhì)量，增大車內(nèi)空間。這種電動(dòng)汽車電力驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)由電動(dòng)機(jī)、固定速比減速器和差速器組成。這些部件有兩種布置形式：第一種形式如圖 (b)所示，各部件之間存在中間機(jī)械 傳動(dòng)裝置；第二種形式如圖 (c)所示，同傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)橫向布置，前置前驅(qū)的布 置方式相似，把電動(dòng)機(jī)、差速器和固定速比減速器這三個(gè)部件集成為一個(gè)整體，通過兩根半軸直接與驅(qū)動(dòng)輪相連接，少了一些中間機(jī)械傳動(dòng)部件，這種結(jié)構(gòu)形式最近幾年在小型電動(dòng)汽車上應(yīng)用最普遍。 第三種類型如圖 (d)， (e)所示，雙電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)電子差速，因?yàn)椋?兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪由各自的電動(dòng)機(jī)分別驅(qū)動(dòng)，每個(gè)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可以通過各自的北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 10 固定速比減速器獨(dú)立的調(diào)節(jié)控制。因此，采用該種結(jié)構(gòu)的電動(dòng)車輛不存在機(jī)械差速器。同樣這種類型的結(jié)構(gòu)和第二種類型一樣也有兩種布置形式，第二種形式如圖 (e)所示，和第一種形式圖 (d)差別并不很多，只是第二種形式電動(dòng)機(jī)直接裝在車輪里面，進(jìn)一步縮短動(dòng)力從電動(dòng)機(jī) 傳到驅(qū)動(dòng)車輪的傳遞路徑。另外，為了提供車輪理想的轉(zhuǎn)速，可以在電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)車輪之間裝行星齒輪變速器 (固定速比 )。它不但能提供大的減速比，而且還 能將動(dòng)力輸入軸 和輸出軸布置在一條軸線上 [12]。 第四種類型如圖 (f)所示，是一種采用輪轂電動(dòng)機(jī)的電力驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu) 的電動(dòng)汽車使用低速外轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)的外轉(zhuǎn)子直接安裝在車輪的輪緣上，徹底去掉了減速器、差速器等機(jī)械傳動(dòng)裝置。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和電動(dòng)汽車的車速控制完全取決于電動(dòng)汽車的轉(zhuǎn)速控制器。 動(dòng)汽車的動(dòng)力蓄電池和動(dòng)力電機(jī) 電動(dòng)汽車能有效地解決現(xiàn)代社會(huì)所面臨嚴(yán)峻的能源問題和環(huán)境問題，實(shí)現(xiàn)人和社會(huì)和諧發(fā)展、可持續(xù)發(fā)展。電動(dòng)汽車是多種技術(shù)的融合體，是現(xiàn)代各種學(xué)科的集中體現(xiàn)。發(fā)展、普及電動(dòng)汽車必須 解決以下幾點(diǎn)關(guān)鍵技術(shù)：動(dòng)力蓄電池組及其能量管理系統(tǒng)、電動(dòng)機(jī)及其控制系統(tǒng)。 動(dòng)力蓄電池組為電動(dòng)汽車的能量源，是主能源子系統(tǒng)的核心部分，其性能的優(yōu)劣直接影響到整車性能。因此，電動(dòng)汽車對車載電源的要求較高，基本要求是：連續(xù)放電率高、自放電率低、充放電性能好；能量密度高、功率密度高、充電時(shí)間短；循環(huán)壽命長、使用安全可靠；溫度特性好；一致性好；成本低、免維護(hù)，無污染，可回收性好等。 a、 目前電動(dòng)汽車上常用的幾種動(dòng)力蓄電池及其特點(diǎn)： (1)鉛酸蓄電池 (經(jīng)過一個(gè)多世紀(jì)發(fā)展的鉛酸蓄電池技術(shù)成熟、具有功率密度高、價(jià)格便宜、可靠性好，大電流放電性好，原材料豐富及鉛的回收率高等優(yōu)點(diǎn)，在電動(dòng)汽車發(fā)展早期得到了廣泛應(yīng)用。但是其能量密度小、過充電和過放電性能差、易自放電、壽命短加上鉛對人體有毒等缺點(diǎn)，正逐漸被性能高的蓄電池所取代。 (2)鎳鎘蓄電池 (鎳鎘蓄電池是一種堿性蓄電池，其技術(shù)成熟、功率密度高、工作電壓穩(wěn)定、過充電和過放電性能好、充電容易、使用壽命長，維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。但是其比能北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 11 量低、價(jià)格高、耐溫性差、有記憶性，加上重金屬鎘有劇毒，報(bào)廢后對環(huán)境造成污染等缺點(diǎn)，限制了鎳鎘蓄電池的推廣應(yīng)用。 (3)鎳氫蓄電池 (鎳氫蓄電池和鎳鎘蓄電池一樣是一種堿性蓄電池，但不一樣的是鎳氫蓄電池不存在重金屬的污染，被稱為“綠色蓄電池 "。鎳氫蓄電池具有較高的能量密度和功率密度、 過放電和過充電性能好、低溫性能好、使用壽命長，并可以實(shí)現(xiàn)快速充電等優(yōu)點(diǎn) 【 13】 。除 去 其成本較高，不如鎳鎘電池成熟，其它性能均優(yōu)于鎳鎘電池。因其良好的性能對用戶具有很強(qiáng)的吸引力，鎳氫電池正逐步取代鎳鎘電池[91。鎳氫電池的續(xù)駛里程和使用壽命 是鉛酸電池的兩倍，其能量密度和峰值功率密度在實(shí)際使用中較高，在目前已經(jīng)上市的混合動(dòng)力電動(dòng)車輛中，大多數(shù)都采用鎳氫電池，大有后來者居上的趨勢 【 14】 。 (4)鋰離子蓄電池 (鋰離子蓄電池和鋰聚合物電池受到美、日、歐等電動(dòng)汽車研究者的高度重視，其具有能量密度高、充電效率高、工作電壓高、估計(jì)剩余電量容易等優(yōu)點(diǎn)。在能量密度、放電率、充放電壽命及密封性 等方面均滿足了 國先進(jìn)電池聯(lián)合體 )的中期目標(biāo)， 具備優(yōu)良的電動(dòng)汽車車用電池的性能。但是，鋰離子蓄電池存在快速充、放電性能差、低溫性能差，過充、放電保護(hù)差；初始投入費(fèi)用高，價(jià)格高等缺點(diǎn)。 (5)鋅 鋅一空氣蓄電池，發(fā)明于 1995 年已有上百年的歷史。美國及西歐的德國、瑞典、 荷蘭等國家均在電動(dòng)汽車上積極推廣該電池的應(yīng)用。鋅一空氣蓄電池以堿性氫氧化鉀為電解質(zhì)，其具有比能量高、具有大電流持續(xù)放電的能力、自放電效率低、使用性能穩(wěn)定、安全性好、快速的機(jī)械方法充電、不會(huì)造成污染環(huán) 境，原材料能回收重新利用等優(yōu)點(diǎn)而被看好。缺點(diǎn)是不能利用再生制動(dòng)回饋能量 【 9】 。另外，其釋放能量的速度緩慢、功率密 度低，這些缺點(diǎn)限制了其快速發(fā)展。 表 出了 中期目標(biāo) 【 15】 和常見幾種蓄電池的主要性能指標(biāo) 【 16】 。 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 12 表 各種蓄電池的主要性能指標(biāo) b、能源管理系統(tǒng) 為了避免電池在使用過程中過度充、放電和蓄電池組件之間的電壓不平衡等因素對蓄電池的損害，優(yōu)化使用電池能量，延長電池的使用循環(huán)壽命，必須對蓄電池的電壓、電流和溫度指示等指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。蓄電池的能量管理系統(tǒng)實(shí)際上是以微處理器為核心的電子控制單元，其主要功能： (1)利用各種傳感器對使用過程中的蓄電池參數(shù)進(jìn)行檢 測。檢測的物理量包括：蓄電池的電壓、電流、溫度，充放電狀態(tài)和放電深度等； (2)根據(jù)傳感器獲得的數(shù)據(jù)估計(jì)電池的剩余能量，即估計(jì)荷電狀態(tài) ； (3)進(jìn)行充放電 的控制，根據(jù)檢測的蓄電池參數(shù)，系統(tǒng)自動(dòng)控制蓄電池的 充放電狀態(tài)，保證蓄電池的正常使用及其性能的穩(wěn)定安全； (4)通過對電池測溫點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，控制電池的溫 度，對電池進(jìn)行熱管理，防止電池溫度過高； (5)根據(jù)電池各種數(shù)據(jù)的采集，能預(yù)測電池 的各種性能，出現(xiàn)故障能提前報(bào)警； (6)通用整車的通信協(xié)議，信息進(jìn)行共享，將電池的 主要信息進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示等。 動(dòng)力電機(jī)的主要任務(wù)是將儲(chǔ)存在蓄電池中的電能高效率的轉(zhuǎn)化成能驅(qū)動(dòng)車輪行駛的機(jī)械能，并能在車輪制動(dòng)時(shí)將制動(dòng)能回收給蓄電池進(jìn)行充電。動(dòng)力電機(jī)是電動(dòng)汽車電力驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)的核心部件，是電動(dòng)汽車的動(dòng)力源 。電動(dòng)汽車在行駛過程中起動(dòng)、加速和減速等操作頻繁，因此對動(dòng)力電機(jī)有著很高的要求。電動(dòng)汽車要求動(dòng)力電機(jī)具有高轉(zhuǎn)速、高電壓、體積小、質(zhì)量輕；基速時(shí)具有較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、較寬的恒功率范圍、較寬的調(diào)速性能；瞬時(shí)功率大、加速性好、過載能力北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 13 強(qiáng)；工作效率高、能耗低、能實(shí)現(xiàn)制動(dòng)能量的回收；另外，動(dòng)力電機(jī)還要求具有無驅(qū)動(dòng)噪聲、良好的環(huán)境適應(yīng)性、耐溫和耐潮性能強(qiáng)、可靠性好、壽命長；結(jié)構(gòu)簡單，使用、維修方便，價(jià)格低，適合大批生產(chǎn)等特點(diǎn)。 電動(dòng)汽車常用的電動(dòng)機(jī)的基本類型如圖 示。 圖 動(dòng)汽車常用電機(jī)類型 (1)直流電 動(dòng)機(jī) 直流電機(jī)是使用最早的一種電動(dòng)機(jī)，傳統(tǒng)上占據(jù)主導(dǎo)地位，其技術(shù)成熟、速度控制簡單、成本低；啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和制動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，易于快速啟動(dòng)和停車；調(diào)速范圍廣、方便，易于平滑調(diào)速。但是其笨重，重量和體積較大，可靠性差，需要定期進(jìn)行維護(hù)；由于結(jié)構(gòu)中存在電刷、換向器等磨損使得效率低，高速運(yùn)行時(shí)還會(huì)產(chǎn)生火花，容易影響車上電子器件，制約了電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速。 (2)交流感應(yīng)電機(jī) 交流感應(yīng)電機(jī)是目前電動(dòng)汽車上應(yīng)用較多的電機(jī)。其優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單、堅(jiān)固，成本低；免維護(hù)、工作性能穩(wěn)定、可靠性好，使用壽命長：較直流電機(jī)效率高、體積小、質(zhì)量輕；轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小、噪聲小、轉(zhuǎn)速極限高、響應(yīng)快：設(shè)計(jì)和制造工藝成熟。交流感應(yīng)電機(jī)的最大缺點(diǎn)是控制器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且容易損壞。但是，隨著電子技術(shù)的發(fā)展和調(diào)速方法的改進(jìn)，交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性有較大的改善，逐漸趕超了直流電機(jī)。該電機(jī)在現(xiàn)代電動(dòng)汽車上己被廣泛應(yīng)用。 (3)開關(guān)磁阻電機(jī) 開關(guān)磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，使用安全可靠；低速轉(zhuǎn)矩大、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩高、起動(dòng)電流?。恨D(zhuǎn)子無繞阻、工作 效率高、調(diào)頻范圍寬。但是，因?yàn)殚_關(guān)磁阻電機(jī)有嚴(yán)重的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，使電機(jī)的振動(dòng)高和噪聲大、非線性嚴(yán)重 [17]，控制器復(fù)雜、價(jià)格高。北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 14 該種電動(dòng)機(jī)在現(xiàn)代電 動(dòng)汽車上應(yīng)用極少。 (4)永磁電機(jī) 永磁電機(jī)因磁場由永磁材料產(chǎn)生，一般采用電流控制，其體積小、調(diào)頻范圍寬、功率密度和效率高、慣性低、響應(yīng)快等，比較實(shí)用于現(xiàn)代電動(dòng)汽車，呈現(xiàn)比較廣闊的應(yīng)用前景。但是其價(jià)格昂貴，同時(shí)大功率的永磁電機(jī)做到體積小、質(zhì)量輕很困難。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展、進(jìn)步，使得成本不斷下降，永磁電機(jī)是最具有前途的電動(dòng)汽車動(dòng)力電機(jī)。 表 出了幾種常用驅(qū)動(dòng)電 機(jī)基本特性的對比。 表 種電機(jī)的基本性能 項(xiàng)目 直流電動(dòng)機(jī) 感應(yīng)電動(dòng)機(jī) 永磁電動(dòng)機(jī) 開關(guān)磁阻 電動(dòng)機(jī) 功率密度 低 中 高 較高 過載能力 (％ ) 200 300～ 500 300 300～ 500 峰值效率 (％ ) 85～ 89 94～ 95 95～ 97 90 負(fù)荷效率 (％ ) 80～ 87 90～ 92 97~85 78～ 86 功率因數(shù) (％ ) 82～ 85 90～ 93 60～ 65 恒功率區(qū) l： 5 l： l： 3 轉(zhuǎn)速范圍 (r／ 4000～ 6000 12000～ 20000 4000～ 10000 >15000 可靠性 一般 好 優(yōu)良 好 結(jié)構(gòu)的堅(jiān)固性 差 好 一般 優(yōu)良 電動(dòng)機(jī)外形尺寸 大 中 小 小 電動(dòng)機(jī)質(zhì)量 重 中 輕 輕 控制操作性能 最好 好 好 好 控制器成本 低 高 高 一般 費(fèi)用／軸功率($／ 10 8～ 12 10～ 15 6～ 10 章小結(jié) 本章重點(diǎn)介紹了電動(dòng)汽車的基本結(jié)構(gòu)及其布置方式。介紹并分析了不同電力驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)形式。詳細(xì)分析了目前用于電動(dòng)汽車上的各種動(dòng)力蓄電池和動(dòng)力電動(dòng)機(jī)的性能指標(biāo)及其相應(yīng)的管理系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 15 第 3章 電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)及參數(shù)的匹配 電動(dòng)汽車性能的好壞主要取決于動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及其參數(shù)的選擇與匹配。通過第二章對一些常見電力驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的介紹，我們對動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和各部件的作用有了一個(gè)整體的認(rèn)識(shí)。本章為了提高電動(dòng)汽車的性能就整車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，提出一個(gè)新的設(shè)計(jì)方案，并對該方案進(jìn)行分析。 動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì) (1)方案設(shè)計(jì) 方案設(shè)計(jì)所依據(jù)的原則：①保證車輛動(dòng)力性的前提下，有效降低百公里能耗；②能量利用率達(dá)到最大化；④車輛能達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)的續(xù)駛里程；④所選各部件及結(jié)構(gòu)設(shè) 計(jì)能實(shí)現(xiàn)合理布置，實(shí)現(xiàn)輕量化；⑤設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)具有安全性和可實(shí)現(xiàn)性。根據(jù)以上原則，本文提出的電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖 示。 圖 電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) (2)方案分析 如圖 電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)主要由 3個(gè)電機(jī)，一個(gè)電機(jī)控制器，蓄電 池組和變速裝置組成。其中主電機(jī)驅(qū)動(dòng)前輪運(yùn)動(dòng)，兩后輪分別裝有一個(gè)小型的輪轂電機(jī)，主要是進(jìn)行能量的回收和提供后備功率。車輛在一般工況下運(yùn)行時(shí)，北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 16 由蓄電池向主電機(jī)供電，驅(qū)動(dòng)前輪使車輛正常運(yùn)行；車輛大負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，為了保護(hù)主電機(jī)，這時(shí)由蓄電池分別向前、后電 機(jī)供電，通過電動(dòng)機(jī)控制器控制 3 個(gè)電機(jī)同時(shí)工作向車輛提供所需功率； 車輛在制動(dòng)、下坡等需要減速的工況下工作時(shí)，前后電機(jī)均參與能量的回收，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)四個(gè)車輪同時(shí)回收能量。這種結(jié)構(gòu)增加能量回收的同時(shí)，提高能量的利用率，有效地增加車輛的續(xù)駛里程。 動(dòng)汽車功率流分析 (1)正常工況 車輛在起步、低負(fù)荷、高速行駛、加速行駛及爬坡等一般工況下運(yùn)行時(shí)，主電機(jī)能提供車輛行駛過程中所需的全部功率。不會(huì)因?yàn)檫^載等因素造成對主電機(jī)的損壞時(shí)，這時(shí)車輛僅僅通過主電機(jī)提供的動(dòng)力 驅(qū)動(dòng)車輛。動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的能量傳遞線路為蓄電池 主電機(jī) 驅(qū)動(dòng)橋 時(shí)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的功率流路徑如圖 示。 圖 主電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛行駛的功率流路徑 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 17 (3)制動(dòng)與下坡減速工況 車輛在制動(dòng)、下坡等需要減速的工況下工作時(shí)，電動(dòng)機(jī)控制器接到減速指令的同時(shí)控制主電機(jī)和輪轂電機(jī)均工作在發(fā)電機(jī)狀態(tài)。利用減速制動(dòng)時(shí)的動(dòng)能進(jìn)行發(fā)電，將產(chǎn)生的電能儲(chǔ)存在蓄電池中，這一過程即是制動(dòng)減速能量的回收過程。此時(shí)三個(gè)電機(jī)的作用是將車輛四個(gè)輪上的制動(dòng)減速動(dòng)能同時(shí)回收，增加了能量回收，同時(shí)提高了能量的利用率。能量的回收分為兩條路徑，分別為：前輪 變速器 主電動(dòng)機(jī) )蓄電池；后輪 輪轂電機(jī) )蓄電池。此時(shí)功率流的 路徑如圖 示。 圖 能量回收的功率流途徑 動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的核心系統(tǒng)，其合理的設(shè)計(jì)顯得尤為重要?，F(xiàn)有的驅(qū)動(dòng)方式中，前輪驅(qū)動(dòng)的效率比后輪驅(qū)動(dòng)的效率高，雙電機(jī)輪邊驅(qū)動(dòng)效率比單電機(jī)驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)效率高 [19]。本文將前輪驅(qū)動(dòng)和雙電機(jī)輪邊驅(qū)動(dòng)有機(jī)結(jié)合，提高驅(qū)動(dòng)效率的同時(shí)提高能量 回收率。 動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì) 電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)除了要滿足結(jié)構(gòu)布置方面的要求，更最要的是該系統(tǒng)主要參數(shù)的設(shè)計(jì)要滿足電動(dòng)汽車主要性能指標(biāo)的要求。該系統(tǒng)主要參數(shù)包括：電動(dòng)機(jī)的參數(shù)、蓄電池的參數(shù)、變速器的變速比以及驅(qū)動(dòng)橋中的最終減速器速比。現(xiàn)階段評(píng)價(jià)電動(dòng)車的 性能好壞的指標(biāo)，主要有車輛的動(dòng)力性和續(xù)駛里程。汽車的動(dòng)力性是指車輛的最高速度、爬坡能力和加速性能。電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 18 指車載動(dòng)力能量源兩次能量補(bǔ)給之間，車輛所能達(dá)到的最大行駛里程稱為電動(dòng)氣車的續(xù)駛里程 【 12】 。 輛參數(shù) 表 純電動(dòng)汽車整車參數(shù)表 基本參數(shù) 參數(shù)值 基本參數(shù) 參數(shù)值 整車質(zhì)量 m/550 主減速器傳動(dòng)比 動(dòng)阻力系數(shù) f 距 L/500 機(jī)械效率 η 輪滾動(dòng)半徑 r/m 風(fēng)阻力系數(shù) 風(fēng)面積 A/轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù) δ 表 純電動(dòng)汽車性能參數(shù)表 基本性能參數(shù) 參數(shù)值 基本性能參數(shù) 參數(shù)值 最高車速 km/h ≥80 續(xù)駛里程 /0 最大爬坡度 i 00km/h 加速時(shí)間 /s ≤10 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案 圖中， 1：一擋主動(dòng)齒輪； 3：一擋從動(dòng)齒輪； 2：二擋主動(dòng)齒輪； 4：二擋從動(dòng)齒輪； 5：主減速器主動(dòng)齒輪； 6：主減速器從動(dòng)齒輪。 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 19 I：變速器輸入軸； 速器輸出軸； 減速器輸出軸， T：同步器。 驅(qū)動(dòng)電機(jī)匹配 （ 1）驅(qū)動(dòng)電機(jī)額定功率 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的額定功率要滿足電動(dòng)汽車的最高行駛車速，故： 2m a x m a 0 0 2 1 . 1 5De a m g f u u? ????????（ 代入數(shù)據(jù)得 （ 2）驅(qū)動(dòng)電機(jī)峰值功率 驅(qū)動(dòng)電機(jī)峰值功率依據(jù)汽車低速最大爬坡度、百公里加速時(shí)間來匹配，當(dāng)汽車以穩(wěn)定車速爬坡時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出的最大功率為： 21 m a x1 c o s s i 0 0 2 1 . 1 5Dm a x i i m g f u m g f u u??? ??? ? ?????（ 其中， α0km/h，得 當(dāng)汽車以靜止開始加速度 100km/h 時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出的最大功率為 [5]： 22 3 6 0 0 1 . 5 2 1 . 1 52a a D au u C A m m g f tt t????? ? ?????（ t 為 10S，得 綜上可得，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的峰值功率 W。 （ 3）驅(qū)動(dòng)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩與峰值轉(zhuǎn)矩 9550n? （ 取 500r/ m。 同理，取 800 r/ ·m。 綜上，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的參數(shù)見下表。 電機(jī)參數(shù) 參數(shù)值 電機(jī)參數(shù) 參數(shù)值 額定功率 W 值轉(zhuǎn)矩 N·m 值功率 W 定轉(zhuǎn)速 ne/r/500 額定轉(zhuǎn)矩 N·m 值轉(zhuǎn)速 r/800 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 20 變速器傳動(dòng)比參數(shù)選擇 （ 1）一檔傳動(dòng)比選擇 依據(jù)整車低速爬坡時(shí)車輪獲得的驅(qū)動(dòng)力應(yīng)大于所受到的行駛阻力，可知一檔傳動(dòng)比的下限為： 2m a x 1 0m a x m a xc o s s i n 2 1 . 1 5D iT i i g f m g ??? ? ? （ 得： 同時(shí)，一擋下最大驅(qū)動(dòng)力不大于地面對驅(qū)動(dòng)輪的最大附著力，可得一檔傳動(dòng)比的上限為： m a x 1 0T i i ??（ 據(jù)一般路面條件，取 φ=： 綜上： （ 2）二檔傳動(dòng)比選擇 電機(jī)最高轉(zhuǎn)速下，對應(yīng)的最大轉(zhuǎn)矩 生的最大驅(qū)動(dòng)力應(yīng)大于最高車速下的行駛阻力，故二擋傳動(dòng)比 下限為： 2m a a . 1 5g f u ????????? （ 得： 同時(shí)，在 10%的滑移率下， 滿足最高車速的要求： m a a 90 . 3 7 7 u? （ 得： 綜上： 由于一般乘用車的 2~18[6]， 為使換擋平順， ??1??2≤ 所以本文選擇 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 21 速器齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算 一擋齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算 首先選擇材料及確定許用應(yīng)力 齒輪 1 和齒輪 3 均選用 20經(jīng)過表面滲碳、淬火和回火。 20500曲疲勞強(qiáng)度 ζ50變速器的使用應(yīng)滿足高可靠度的要求，故取安全系數(shù) ]。由 ? ?? ???? ????? ???（ 得： [ζ [ζ1000[ζ [ζ425 然后按齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 齒輪按 7 級(jí)精度制造，取載荷系數(shù) K=寬系數(shù)d?=輪 1 上的轉(zhuǎn)矩 齒輪 ×η 軸承 =選螺旋角 β=20o。取 9，則 0，則實(shí)際傳動(dòng)比112zi z? = 因齒形系數(shù)11 3 2 2 . 9 0c o sv ??，22 3 8 4 . 3 6c o sv ??，則 因? ? ? ?1 1 3 3130 . 0 1 0 6 0 . 0 0 9 2F a S a F a S Y Y??? ? ?，故應(yīng)對齒輪 1 進(jìn)行彎曲強(qiáng)度計(jì)算。 法向模數(shù)： ? ? 21113 2112 c o sF a S an z ????（ 求得 。 中心距： ? ?122 c o z ? = a=150 則： ? ?12c o s 2 2 5 8 2 22nm z ? ????， 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 22 齒輪 1 分度圓直徑11 ?=寬1= 取 05 驗(yàn)算齒面接觸強(qiáng)度 12113 . 5 4d u???? （ 取 ， 則： ζH=ζH]，安全。 齒輪的圓周速度 2211 3 1 1 . 3 4 / 1 5 /6 0 1 0m s m s?? ? ?? ，因此選 7 級(jí)精度是合適的。 二擋齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算 （ 1）選擇材料及確定許用應(yīng)力 齒輪 2 和齒輪 4 均選用 20經(jīng)過表面滲碳、淬火和回火。 20500曲疲勞強(qiáng)度 ζ50變速器的使用應(yīng)滿足高可靠度的要求，故取安全系數(shù) 理可得： [ζ [ζ1000[ζ [ζ425 （ 2）按齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 齒輪按 6 級(jí)精度制造，取載荷系數(shù) K=寬系數(shù)d?= 齒輪 2 上的轉(zhuǎn)矩 齒輪 ×η 軸承 = 由 45： z1+z3=z2+ ?4??2= 則 6， 3，實(shí)際傳動(dòng)比 2 2 5 8 2 2? ? ??? ， 22 ?=寬2= 取 05 （ 3）驗(yàn)算齒面接觸強(qiáng)度 12113 . 5 4d u???? （ 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 23 取 ， 則： ζH=ζH]，安全。 （ 4）齒輪的圓周速度 2222 3 2 5 . 7 2 / 3 0 /6 0 1 0m s m s?? ? ?? ，因此選 6 級(jí)精度是合適的。 減速器齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算 （ 1）選擇材料及確定許用應(yīng)力 齒輪 5 和齒輪 6 均選用 20經(jīng)過表面滲碳、淬火和回火。 20500曲疲勞強(qiáng)度 ζ50變速器的使用應(yīng)滿足高可靠度的要求，故取安全系數(shù) 理可得： [ζ [ζ1000[ζ [ζ425 （ 2）按齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 齒輪按 8 級(jí)精度制造，取載荷系數(shù) K=寬系數(shù)d?=輪 5 上的轉(zhuǎn)矩 1× 齒輪 ×η 軸承 =選螺旋角 β=20o。取 0，則 8，則實(shí)際傳動(dòng)比605zi z? = 因齒形系數(shù)55 3 2 4 . 1 0c o sv ??，66 3 1 1 8 . 1 1c o sv ??，則 因? ? ? ?5 5 6 6560 . 0 1 0 4 0 . 0 0 9 5F a S a F a S Y Y??? ? ?，故應(yīng)對齒輪 1 進(jìn)行彎曲強(qiáng)度計(jì)算。 法向模數(shù)： ? ? 25523 2552 c o sF a S an z ????（ 求得 。 中心距： ? ?562 c o z ? = a=255 則： ? ?56c o s 2 2 1 5 2 72nm z ? ????， 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 24 齒輪 5 分度圓直徑55 ?=寬5= 取 50 （ 3）驗(yàn)算齒面接觸強(qiáng)度 12113 . 5 4d u???? （ 取 ， 則： ζH=ζH]，安全。 （ 4）齒輪的圓周速度 2255 3 7 . 1 3 / 1 0