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畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告
設(shè)計(jì)（論文）題目: 電動(dòng)車輪邊驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
院 系 名 稱: 汽車與交通工程學(xué)院
專 業(yè) 班 級(jí): 車輛工程
學(xué) 生 姓 名: 蔣善毅
導(dǎo) 師 姓 名: 安永東
開(kāi) 題 時(shí) 間: 2011.2.28
指導(dǎo)委員會(huì)審查意見(jiàn)：
簽字： 年 月 日
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告
學(xué)生姓名
蔣善毅
系部
汽車與交通工程學(xué)院
專業(yè)、班級(jí)
車輛工程07-11班
指導(dǎo)教師姓名
安永東
職稱
副教授
從事
專業(yè)
車輛工程
是否外聘
□是√否
題目名稱
電動(dòng)車輪邊驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
一、課題研究現(xiàn)狀、選題目的和意義
隨著電動(dòng)汽車技術(shù)得到了不斷的發(fā)展，作為電動(dòng)汽車關(guān)鍵技術(shù)之一的電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(包括電氣系統(tǒng)、變速裝置和車輪)出現(xiàn)了許多新的技術(shù)方案，其中，輪轂式電力驅(qū)動(dòng)是一種極有發(fā)展前景的驅(qū)動(dòng)形式。它直接將電動(dòng)機(jī)安裝在車輪輪轂中， 省略了傳統(tǒng)的離合器、變速器、主減速器及差速器等部件，大大簡(jiǎn)化了整車結(jié)構(gòu)、提高了傳動(dòng)效率。通過(guò)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)輪的電子差速控制，可以改善車輛驅(qū)動(dòng)性能和行駛性能，且有利于整車的布置等優(yōu)點(diǎn)。將這樣的結(jié)構(gòu)稱為電動(dòng)輪(In-wheel Motor)。本文研究的問(wèn)題就是以電動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)技術(shù)作為背景的。
在電動(dòng)輪研究與應(yīng)用方面，目前國(guó)外電動(dòng)輪的研究、應(yīng)用主要以日本、美國(guó)為主，如日本慶應(yīng)大學(xué)環(huán)境信息學(xué)部清水浩教授領(lǐng)導(dǎo)的電動(dòng)汽車研究小組在過(guò)去的十幾年中，一直以輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車作為理想的研發(fā)目標(biāo)，至今已試制了五種不同形式的樣車。其中，1991年與東京電力公司共同開(kāi)發(fā)的四座電動(dòng)汽車IZA，采用Ni-Cd電池為動(dòng)力源，以四個(gè)額定功率為6.8kw，峰值功率達(dá)到25kw的外轉(zhuǎn)子永磁輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)，最高時(shí)速可達(dá)176km/h；2001年，該小組又最新推出了以鋰電池為動(dòng)力源，采用8個(gè)大功率交流同步輪轂電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)大轎車KAZ，該車充分利用電動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)布置靈活的特點(diǎn)，打破傳統(tǒng)在KAZ轎車上安裝了8個(gè)車輪，大大增加了動(dòng)力，從而使該車的最高時(shí)速可以達(dá)到驚人的311km／h。KAZ的電動(dòng)輪系統(tǒng)中采用了高轉(zhuǎn)速、高性能的內(nèi)轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)，其峰值功率可達(dá)55kw，大大提高了KAZ的極限加速能力，使其0一100km加速時(shí)間達(dá)到8秒，如圖 1.1所示。另外，慶應(yīng)大學(xué)電動(dòng)汽車研究團(tuán)隊(duì)與38家同本民營(yíng)企業(yè)聯(lián)合開(kāi)發(fā)了時(shí)速達(dá)到400 km／h的電動(dòng)汽車Eliica，該車以充電鋰電池為能源，并對(duì)8個(gè)車輪配有8個(gè)獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，如圖 1.2所示。日本豐田汽車公司開(kāi)發(fā)的Fine-x電動(dòng)車，四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)控制搭配內(nèi)置于四輪內(nèi)的電動(dòng)馬達(dá)，四輪輪邊驅(qū)動(dòng)技術(shù)使該車具有報(bào)高的機(jī)動(dòng)性及動(dòng)力[1]。美國(guó)通用公司2001年試制的全新線控四輪驅(qū)動(dòng)燃料電池概念車Autonomy也是采用電動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)形式的(見(jiàn)圖 1.3)。加拿大TM4公司所設(shè)計(jì)的電動(dòng)輪結(jié)構(gòu)形式清晰，采用外轉(zhuǎn)予永磁電動(dòng)機(jī)。將電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子外殼直接與輪轂相連，將電動(dòng)機(jī)外殼作為車輪的組成部分，并且電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子外殼集成為鼓式制動(dòng)器的制動(dòng)鼓，制動(dòng)蹄片直接作用在電動(dòng)機(jī)外殼上，省去制動(dòng)鼓的結(jié)構(gòu)，減輕了電動(dòng)輪系統(tǒng)的質(zhì)量．集成化設(shè)計(jì)程度相當(dāng)高,電動(dòng)輪結(jié)構(gòu)如圖 1.4所示。TM4公司研制的這個(gè)電動(dòng)輪系統(tǒng)的永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)性能非常高，其峰值功率可咀達(dá)到80kw，峰值扭矩為670Nm．最高轉(zhuǎn)速為1385rpm，額定功率為18.5kw．額定轉(zhuǎn)速為950rpm，額定工況下的平均效率可以達(dá)到96.3%。
國(guó)內(nèi)，哈爾濱工業(yè)大學(xué)一愛(ài)英斯電動(dòng)汽車研究所研制開(kāi)發(fā)的EV96-1型電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電動(dòng)輪也屬于外轉(zhuǎn)予型電動(dòng)機(jī)。該電動(dòng)機(jī)選用的是一種“多態(tài)電動(dòng)機(jī)”的永磁電動(dòng)機(jī)，兼有同步電動(dòng)機(jī)和異步電動(dòng)機(jī)的雙重特性，集成盤(pán)式制動(dòng)囂，采用風(fēng)凈敖熱系統(tǒng)。同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院試制的四輪驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車“春暉一號(hào)”、“春暉二號(hào)一和“春暉三號(hào)"均采用四個(gè)直流無(wú)刷輪轂電動(dòng)機(jī)，外置式盤(pán)式制動(dòng)器。比亞迪于2004年在北京車展上展出的ET概念車也采用了4個(gè)輪邊電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的模式。中國(guó)科學(xué)院北京三環(huán)通用電氣公司研制的電動(dòng)轎車用直流無(wú)刷輪轂電機(jī)，又稱電動(dòng)車輪。單個(gè)電動(dòng)車輪功率為7.5kW，電壓264V，雙后輪直接驅(qū)動(dòng)。
國(guó)內(nèi)，哈爾濱工業(yè)大學(xué)一愛(ài)英斯電動(dòng)汽車研究所研制開(kāi)發(fā)的EV96-1型電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電動(dòng)輪也屬于外轉(zhuǎn)予型電動(dòng)機(jī)。該電動(dòng)機(jī)選用的是一種“多態(tài)電動(dòng)機(jī)”的永磁電動(dòng)機(jī)，兼有同步電動(dòng)機(jī)和異步電動(dòng)機(jī)的雙重特性，集成盤(pán)式制動(dòng)囂，采用風(fēng)凈敖熱系統(tǒng)。同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院試制的四輪驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車“春暉一號(hào)”、“春暉二號(hào)一和“春暉三號(hào)"均采用四個(gè)直流無(wú)刷輪轂電動(dòng)機(jī)，外置式盤(pán)式制動(dòng)器。比亞迪于2004年在北京車展上展出的ET概念車也采用了4個(gè)輪邊電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的模式。中國(guó)科學(xué)院北京三環(huán)通用電氣公司研制的電動(dòng)轎車用直流無(wú)刷輪轂電機(jī)，又稱電動(dòng)車輪。單個(gè)電動(dòng)車輪功率為7.5kW，電壓264V，雙后輪直接驅(qū)動(dòng)。
圖 Error! No text of specified style in document..1KAZ電動(dòng)汽車 圖 Error! No text of specified style in document..2 Eliica電動(dòng)汽車
圖 Error! No text of specified style in document..3 Eliica電動(dòng)汽車
圖 Error! No text of specified style in document..4 TM4一電動(dòng)輪系統(tǒng)
本文研究所應(yīng)用的減速驅(qū)動(dòng)型電動(dòng)輪，需要合適的減速器作為電動(dòng)輪的減速裝置。原則上既可以選擇可變速比齒輪減速器，也可以選擇固定速比齒輪減速器。雖然可變速比齒輪減速器傳動(dòng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：應(yīng)用常規(guī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)可以在低檔位得到較高的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，在高檔位得到較高的行駛速度，但是缺點(diǎn)就是體積大、質(zhì)量大、成本高、可靠性低、結(jié)構(gòu)復(fù)雜。實(shí)際上，現(xiàn)在所有電動(dòng)車都采用了固定速比齒輪變速器作為減速裝置。并把安裝在電動(dòng)輪輪轂內(nèi)的定減速比減速器稱為輪邊減速器(Wheel Reducer)。帶輪邊減速器電動(dòng)輪電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能適應(yīng)現(xiàn)代高性能電動(dòng)汽車的運(yùn)行要求。輪邊減速器將動(dòng)力從原動(dòng)機(jī)(此研究中即為輪轂驅(qū)動(dòng)電機(jī))直接傳遞給車輪，其主要功能是降低轉(zhuǎn)速、增加轉(zhuǎn)矩，從而使原動(dòng)機(jī)的輸出動(dòng)力能夠滿足電動(dòng)轎車的行車動(dòng)力需求。按照齒輪及其布置型式，輪邊減速器有行星齒輪式及普通圓柱齒輪式兩種結(jié)構(gòu)。這兩種結(jié)構(gòu)形式在工程中都已有成功應(yīng)用，例如在奧地利微型越野汽車“Steyr-puch Haflinger"的斷開(kāi)式后驅(qū)動(dòng)橋中就采用了普通圓柱齒輪式輪邊減速器；在某些雙層公交汽車的驅(qū)動(dòng)橋中，為了降低車廂與地板的高度，有時(shí)也采用普通圓柱齒輪式輪邊減速器作為汽車的第二級(jí)減速裝置；日本開(kāi)發(fā)的輕型輪式電機(jī)電動(dòng)汽車Luciole，采用的是內(nèi)轉(zhuǎn)子高速無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)．行星齒輪-鼓式制動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，也應(yīng)用了輪邊減速器；“太脫拉111R”重型汽車的貫通式中橋、法國(guó)索瑪MTP型自卸汽車、斯太爾汽車后驅(qū)動(dòng)橋等都采用了行星齒輪式輪邊減速器；在電動(dòng)汽車領(lǐng)域，在輪邊減速器的應(yīng)用上，主要以日本應(yīng)慶大學(xué)開(kāi)發(fā)研制的八輪輪邊驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車“KAZ”最為成功，為了使得電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)速符合實(shí)際轉(zhuǎn)速要求，KAZ的電動(dòng)輪系統(tǒng)配置了一個(gè)傳動(dòng)比為4.588的行星齒輪減速器，圖 1.5為KAZ的前、后電動(dòng)輪系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，從圖中可以看見(jiàn)行星減速器為傳動(dòng)主題的輪邊減速裝置。
（a） 前輪
（b） 后輪
圖 Error! No text of specified style in document..5 KAZ電動(dòng)輪系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
設(shè)計(jì)一種微型電動(dòng)車用的輪邊減速器，是為電動(dòng)汽車的輪邊驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)使用，工作力矩較小，但因沒(méi)有主減速器而需要更大的減速比。大型車輛的輪邊減速器的結(jié)構(gòu)型式可以為電動(dòng)汽車的輪邊減速器提供參考，縮小結(jié)構(gòu)尺寸，而增大減速比，滿足輪邊驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的使用要求。
二、設(shè)計(jì)（論文）的基本內(nèi)容、擬解決的主要問(wèn)題
（一）主要設(shè)計(jì)內(nèi)容
行星齒輪減速器齒輪幾何尺寸計(jì)算、減速器各級(jí)齒輪的校核、軸承選取及壽命計(jì)算、軸的設(shè)計(jì)、箱體設(shè)計(jì)。
第2章 輪邊減速器設(shè)計(jì)
2.1 電動(dòng)輪的類型及選擇
2.2 輪邊減速器的傳動(dòng)方案
第3章 輪邊驅(qū)動(dòng)的參數(shù)確定及關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì)
3.1 驅(qū)動(dòng)電機(jī)性能參數(shù)的確定
3.2 減速器關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì)
3.3 輪邊減速器的潤(rùn)滑
3.4 輪邊減速器零部件之間的裝配關(guān)系
第4章 行星齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
4.1 行星齒輪傳動(dòng)的均載機(jī)構(gòu)
4.2 行星齒輪傳動(dòng)的齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
三、技術(shù)路線（研究方法）
調(diào)查研究
輪邊驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工作要求、主要技術(shù)指標(biāo)的分析
數(shù)據(jù)計(jì)算、分析、處理
輪邊驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、行星齒輪設(shè)計(jì)
輪邊減速器進(jìn)行優(yōu)化分析
確定最終設(shè)計(jì)結(jié)果
四、進(jìn)度安排
1、進(jìn)行文獻(xiàn)檢索查，查看相關(guān)資料，對(duì)課題的基本內(nèi)容有一定的認(rèn)識(shí)和了解。完成開(kāi)題報(bào)告。第1-2周（2月28日～3月11日）
2、初步確定設(shè)計(jì)的總體方案，討論確定方案；對(duì)減速器進(jìn)行初步設(shè)計(jì)和選取。第3-6周（3月14日～4月8日）
3、提交設(shè)計(jì)草稿，進(jìn)行討論，修定。第7周（4月11日～4月15日）
4、詳細(xì)設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)，設(shè)計(jì)非標(biāo)件，繪制裝配圖及零件圖。第8-12周（4月18日～5月20日）
5、提交正式設(shè)計(jì)，教師審核。第13-14周（5月23日～6月3日）
6、按照審核意見(jiàn)進(jìn)行修改。第15周（6月6日～6月10日）
7、整理所有材料，裝訂成冊(cè)，準(zhǔn)備答辯。第16周（6月13日～6月17日）
五、參考文獻(xiàn)
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[4]饒振綱．行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)(第二版)．北京：國(guó)防：工業(yè)出版社，1994 [5] [6]
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[6]成大龍．機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)(第三版，第二卷)．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1999
[7]程乃士.減速器和變速器設(shè)計(jì)與選用手冊(cè)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007
[8]余志生．汽車?yán)碚摚本簷C(jī)械工業(yè)出版社，2000
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[13] Ron McCoy．VLrtual Prototyping：The Practical Solution．Inventor’Digest,May／June 1998
六、備注
指導(dǎo)教師意見(jiàn)：
簽字： 年 月 日