一種電動汽車驅(qū)動傳動系統(tǒng)的設(shè)計

一種電動汽車驅(qū)動傳動系統(tǒng)的設(shè)計,一種,電動汽車,驅(qū)動,傳動系統(tǒng),設(shè)計 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文） 設(shè)計(論文)題目： 一種電動汽車驅(qū)動傳動系統(tǒng)的設(shè)計 學生姓名： 二級學院： 班　　級： 提交日期： 目錄 目 錄 摘要 I Abstract II 第一章 緒論 1 1.1前言 1 1.2國內(nèi)外傳統(tǒng)汽車發(fā)展與能源消耗狀況 1 1.3國內(nèi)外新能源汽車發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢 2 1.3.1國外新能源汽車的發(fā)展 2 1.3.2國內(nèi)新能源汽車的發(fā)展 3 1.4本文的主要研究內(nèi)容和研究方法 4 1.5本章小結(jié) 4 第二章 純電動汽車動力系統(tǒng)組成及性能 5 2.1純電動汽車基礎(chǔ) 5 2.1.1純電動汽車系統(tǒng)組成 5 2.1.2純電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)布置形式 6 2.1.3電動汽車的主要部件 7 2.2 純電動汽車動力系統(tǒng)的性能 9 2.2.1電動汽車的動力性 9 2.2.2純電動汽車的經(jīng)濟性 10 2.3 動力系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計理論 11 2.3.1傳動系參數(shù)設(shè)計 11 2.3.2驅(qū)動電機參數(shù)設(shè)計 12 2.3.3動力電池參數(shù)設(shè)計 12 2.4本章小結(jié) 13 第三章 整車動力系統(tǒng)設(shè)計選型 14 3.1電機系統(tǒng)設(shè)計 14 3.1.1電機參數(shù)的設(shè)計 14 3.1.2電動機參數(shù)的選擇 16 3.2電池系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)計 17 3.2.1電池的基本參數(shù) 17 3.3傳動系統(tǒng)設(shè)計 19 3.4 驅(qū)動差速器的設(shè)計 20 3.4.1差速器的定義 20 3.4.3 差速器齒輪基本參數(shù)的確定 20 3.4.4 差速器齒輪的參數(shù) 22 3.5 本章小結(jié) 23 四、驅(qū)動差速器主要零件建模 24 4.1 主減速器主從動齒輪建模 24 4.2 半軸齒輪建模 26 4.3 半軸建模 30 4.4 支架建模 31 4.5 裝配圖 34 五、結(jié)論 35 參考文獻 36 致 謝 38 摘要 一種純電動汽車驅(qū)動傳動系統(tǒng)的設(shè)計 摘要 純電動汽車以電機為驅(qū)動裝置，電池作為儲能單元，能夠高效地解決傳統(tǒng)汽車帶來的環(huán)境污染、能源緊缺等眾多問題，是現(xiàn)代汽車的發(fā)展方向。本課題基于國內(nèi)某汽車公司微型純電動汽車研發(fā)項目，對純電動汽車動力系統(tǒng)進行選型和設(shè)計，并對研發(fā)過程中遇到的理論和工程問題進行研究。 本文首先介紹了電動汽車的研究現(xiàn)狀、電動汽車的組成和結(jié)構(gòu)形式，闡述了包括電機、電池的在內(nèi)主要零部件類型，重點分析了驅(qū)動電機的特性、動力性、經(jīng)濟性等性能和計算方法，介紹了電動汽車的典型工況和性能指標。然后對電動汽車動力驅(qū)動系統(tǒng)進行參數(shù)設(shè)計和選型。最后，對電動汽車驅(qū)動差速器進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，并用三維軟件creo2.0進行建模 關(guān)鍵詞：電動汽車，驅(qū)動系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)設(shè)計，研究 I Abstract Design of an electric vehicle drive transmission system Abstract Electric vehicle with motor as the driving device, the battery as the energy storage unit, can effectively solve the problem of environmental pollution, energy shortage, and so on, is the development direction of modern automobile. Electric vehicle is an important direction of the development of automobile industry currently. Based on the research and development project of a certain automobile company in China, this paper carries out the selection and design of the electric vehicle power system. Meanwhile, this paper includes many theoretical and engineering problems in-depth study. Those problems were encountered in the process of electric vehicle research and development. At first, this paper introduces the development background and research situation of the electric vehicle, the components and structure of electric vehicle. The paper analyses the main components of electric vehicle,such as the performance and calculation methods of the driving motor's characteristics, power and economy.The typical operating conditions and performance indexes of electric vehicle are introduced. And this paper consists of the design and selection of pivotal system parameters of the electric vehicle dynamic system. Finally, the structural design of the electric vehicle driving mechanism is carried out, and the three-dimensional software creo2.0 is used for modeling. Key words: Electric vehicle，Driving system，Structure design，Research II 緒論 第一章 緒論 1.1前言 汽車的發(fā)明極大地推動了人類文明的前進。隨著汽車工業(yè)的極速發(fā)展，解決能源危機和環(huán)境問題刻不容緩。傳統(tǒng)汽車工業(yè)轉(zhuǎn)型成為必然。現(xiàn)代新能源汽車技術(shù)為傳統(tǒng)汽車工業(yè)帶來了希望?，F(xiàn)代新能源汽車技術(shù)提高了能源效率和優(yōu)化了能源結(jié)構(gòu)。這是電動汽車等一系列新能源汽車誕生了。 純電動汽車對能源的利用率較高，對大氣的污染很小，還能減少對人類的生活噪音。而且，電能來源廣泛，可以使用更多清潔能源來發(fā)電，比如太陽能，核能，風能，潮汐能。大膽地預測，電動汽車將給人類的生活帶來一場巨大的變革。大力促進純電動汽車的發(fā)展對解決我國能源危機和環(huán)境污染等問題有著巨大的幫助，也對我國轉(zhuǎn)變?yōu)槠噺妵哂兄卮笠饬x。 1.2國內(nèi)外傳統(tǒng)汽車發(fā)展與能源消耗狀況 人類經(jīng)歷過一個認識自然，發(fā)掘自然和征服自然的過程，其中就包含了利用自然能源的發(fā)展歷程。人類的生活越來越先進，但是能源資源一步步的減少，但環(huán)境問題卻日益嚴重，威脅著人們的正常生活。 2015年6月《BP世界能源統(tǒng)計年鑒》在英國倫敦發(fā)布，年鑒中顯示，2014年全球一次能源消費增速為0.9%,與2013年的2%和過去十年平均增速2.1%相比，明顯下降。除了核能外，各種能源增長速度均下跌。核能是唯一一種增長速度超過過去十年平均水平的能源，在亞太區(qū)、歐洲和中南美洲，增長速度大大低于過去十年平均水平。但是石油仍然是全球最重要的能源，占全球能源消耗的33%左右。但是占比在逐年遞減。 美國是一個石油需求量很大、每年的進出口量很大的能源消費大國，2015年美國石油日產(chǎn)量將增長60萬桶，達到930萬桶，2016年將增長20萬桶，達到950萬桶。美國也是汽車生產(chǎn)和消費大國，2014年美國汽車保有量為2.6億輛，占全球各國汽車保有量之首，并遠遠超過第二名。汽車所消耗的石油占70%。 37 緒論 歐盟是第二大能源消費者，能源消費一半以上依賴于能源進口。歐盟汽車工業(yè)十分先進，汽車保有量超過3.2億輛。巨大的能源消耗使得歐盟各成員國越發(fā)注重車輛的能耗。 日本能源匱乏，國內(nèi)產(chǎn)量占總需求的0.2%左右，其他的全部依托于進口。所以，日本各大汽車企業(yè)十分重視汽車的節(jié)能環(huán)保，在新能源汽車的技術(shù)研發(fā)方面領(lǐng)先于各國。 中國在2014年能源結(jié)構(gòu)持續(xù)改進，但煤炭仍是中國能源消費的主導，高達總能源消耗的66%，為歷史最低。2014年底，中國煤炭已經(jīng)探明的儲量為114000百萬噸，占世界煤炭總探明量的13%左右。中國的能源結(jié)構(gòu)屬于典型的煤多、油少、氣缺。石油作為我國第二大能源消耗，占總能源消耗的17.5%。2014年石油產(chǎn)量（包括原油、致密油、天然氣液等）為2.1億噸，基本達到了高位區(qū)間。但同年是有的消耗量達到了5.2億噸，原油進口3.1億噸，石油產(chǎn)品進口6.37億噸，石油對進口的依存度達到59.4%。 我國也是汽車保有量大國，僅次于美國，但保有量兩者相差近一倍。按照這樣的汽車保有量的增長速度，預計到2020年，我國汽車燃油消費（包括汽油和柴油）達到400萬噸，到2030年將達到650萬噸，進口依存度也將分別達到70%和80%。遠遠超出美國對石油進口依存度65%的峰值，這對我國能源安全有極大的危害。 如何改善這一個能源供求結(jié)構(gòu)性問題？這迫使我們尋找新能源來代替石油和煤炭資源。作為能源大行業(yè)汽車行業(yè)來說，應發(fā)展新技術(shù)和新能源汽車，來達到節(jié)能減排的效果，從而緩解我國能源危機。 1.3國內(nèi)外新能源汽車發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢 1.3.1國外新能源汽車的發(fā)展 目前，世界各國的發(fā)展方向是用“零排放”的電動動力和排放污染低的替代能源代替石油能源。而這些方法真正應用到汽車上就主要體現(xiàn)在電動汽車方面。 日本由于自然資源匱乏，早在2006年就制訂了“2030年的能源戰(zhàn)略”，一直致力于新能源汽車技術(shù)的開發(fā)與應用。近些年，日本在混合動力汽車領(lǐng)域呈現(xiàn)一片繁榮發(fā)展的景象。據(jù)統(tǒng)計，到2015年3月底日本豐田公司的普銳斯混合動力汽車銷量突破了750萬輛，銷售到全球約90個國家。與同級別汽油機相比，豐田的混合動力汽車在提升30%動力性能的同時，將油耗降低了40%。而且因為它不需要更換電池、不需要外部充電、不需要特殊的維護保養(yǎng)等特性，被公認為是目前最為成熟的節(jié)能汽車。又因為消費者眾多，并不斷提供反饋意見，并改進發(fā)展，能夠?qū)崿F(xiàn)在其他新能源汽車上的共通應用，兼顧當下著眼于未來。 早期的美國汽車消費市場，電動汽車與內(nèi)燃機車、蒸汽機車三分天下，但后來由于技術(shù)原因，電動汽車發(fā)展停滯不前?，F(xiàn)在，美國汽車市場已被日本、歐洲甚至韓國車系占據(jù)，為了重新掌握汽車市場，美國在新能源汽車領(lǐng)域開始奮起直追。美國能源部設(shè)立了20億美元的資助來促進電動汽車關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展。在示范運營與基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面，美國在33個重點城市運行電動汽車，政府投入4億美元加強對充電站等設(shè)施的建設(shè)并降低對社會投資的稅收，到2018年初步形成完善的電動汽車基礎(chǔ)設(shè)施。 歐洲各國著眼于長期發(fā)展，把發(fā)展電動汽車提高到更高的戰(zhàn)略定位。德國、經(jīng)濟部、環(huán)保部、交通部以及教育研發(fā)部等多個部門共同負責并實施電動汽車發(fā)展計劃，提出到2030年德國上路的混合動力汽車至少達到600萬輛，到2050年電動交通網(wǎng)絡(luò)全覆蓋。結(jié)合政策，寶馬公司推出了i3純電動和i8混合動力跑車，大眾推出GOLF電動版以及奧迪R8e-tron，雷諾公司的ZOE電動汽車。 1.3.2國內(nèi)新能源汽車的發(fā)展 據(jù)工信部網(wǎng)站數(shù)據(jù)顯示，2015年7月，我國生產(chǎn)新能源汽車2.04萬輛，其中，純電動乘用車5689輛，純電動商用車6395輛，插電式混合動力商用車1650輛。 在2013年下半年，國內(nèi)傳統(tǒng)車企僅有比亞迪、上汽、奇瑞、力帆和江淮等幾家車企生產(chǎn)新能源汽車。然而投向市場的車型就更少了，不足10款。不過隨著人們對環(huán)境的重視和傳統(tǒng)車市場的走低，國內(nèi)車企加大了對新能源汽車的重視。北汽董事長徐和誼在接受采訪時稱：“2015年中國將新能源汽車第一市場，取代美國銷量第一的位置。”除北汽外，上汽也發(fā)布了自己的雙蕊計劃“藍蕊”（針對傳統(tǒng)汽車）和“綠蕊”（針對新能源汽車），將能源汽車的發(fā)展放到與傳統(tǒng)汽車同等重要的位置。隨后，江淮、比亞迪、力帆、長城等多家整車企業(yè)宣布定增以發(fā)力新能源汽車。 1.4本文的主要研究內(nèi)容和研究方法 通過本課題的研究，能掌握電動汽車驅(qū)動傳動系統(tǒng)的工作原理，了解電動汽車一般結(jié)構(gòu)和工作特性。能夠完成電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的電機選型、校核計算、傳動系統(tǒng)的設(shè)計并完成驅(qū)動傳動系統(tǒng)的設(shè)計并能夠開展系統(tǒng)的初步仿真工作。通過課題的設(shè)計工作，能夠掌握一般工程軟件的應用，掌握一般工程問題的解決步驟與研究方法。 本課題的主要工作是研究小型電動汽車動力驅(qū)動方案。電機功率30KW，電壓選擇200-300V。主要工作如下： （1）研究設(shè)計驅(qū)動系統(tǒng)的傳動布局設(shè)計； （2）根據(jù)實驗樣車完成驅(qū)動系統(tǒng)電機的選型計算，傳動系統(tǒng)傳動比設(shè)計； （3）電池組設(shè)計與校核，控制方案的設(shè)計。 1.5本章小結(jié) 本章先介紹了國內(nèi)外傳統(tǒng)汽車和能耗狀況，再介紹了新能源汽車的發(fā)展和對未來的展望，最后介紹了本文研究的課題和研究 純電動汽車動力系統(tǒng)組成及性能 第二章 純電動汽車動力系統(tǒng)組成及性能 2.1純電動汽車基礎(chǔ) 2.1.1純電動汽車系統(tǒng)組成 純電動汽車是以電池為儲能單元，以電動機為驅(qū)動系統(tǒng)的車輛。純電動汽車具有結(jié)構(gòu)相對來說簡單、生產(chǎn)工藝較為成熟的特點。電動汽車主要由能量存儲系統(tǒng)、電力驅(qū)動系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)等部分組成。 汽車運行過程中，由蓄電池輸出電流通過電子控制器驅(qū)動電機工作，電機輸出的轉(zhuǎn)矩通過傳動系統(tǒng)帶動車輪轉(zhuǎn)動。電動汽車續(xù)駛里程和蓄電池容量相關(guān)，蓄電池容量受到很多因素的制約。要提高一次充電續(xù)駛里程，必須盡可能地節(jié)省蓄電池的能量。 1．電力驅(qū)動系統(tǒng) 電力驅(qū)動系統(tǒng)主要由電子控制器、電動機、功率轉(zhuǎn)換器、機械傳動裝置和車輪等組成。它的功能是把蓄電池中的電能高效率的轉(zhuǎn)化成汽車的動能，并且在汽車制動時將汽車的動能轉(zhuǎn)化為電能存儲到電池中。 2.電源系統(tǒng) 電源系統(tǒng)主要由電源、能量管理控制系統(tǒng)和充電機等組成。它主要有三個功用一是向電動機輸送驅(qū)動電能、二是監(jiān)測管理電源的使用情況、三是控制充電機給蓄電池充電。純電動汽車的常用電池有鉛酸、鎳鎘、鎳氫、鋰離子、燃料、飛輪電池等。純電動汽車與混合動力電動汽車的能量管理方式不同，純電動汽車主要由電池管理系統(tǒng)管理。它以單體電池組成的電池組為管理對象，并進行實時監(jiān)控、巡檢、充放電、溫度監(jiān)測等。 3．輔助系統(tǒng) 輔助系統(tǒng)主要包括動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、輔助動力源、空調(diào)器系統(tǒng)、車內(nèi)照明系統(tǒng)、導航系統(tǒng)、車內(nèi)影像系統(tǒng)等。 2.1.2純電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)布置形式 電動汽車的結(jié)構(gòu)布置方式多種多樣，廣泛地說可以分為兩大類，一是中央電機驅(qū)動，二是電動輪驅(qū)動。中央電機驅(qū)動方式是把傳統(tǒng)汽車的驅(qū)動系統(tǒng)中的內(nèi)燃機換成電動機，技術(shù)較為成熟，但效率低、質(zhì)量大。輪轂驅(qū)動方式直接用電機驅(qū)動車輪，減少了機械傳動過程中的能量損耗，但成本較高。 (a) (b) (c) (d) (e) (f) （1）a圖與傳統(tǒng)內(nèi)燃機驅(qū)動系統(tǒng)布置形式相同，區(qū)別是將發(fā)動機置換成電動機。 （2）b圖把離合器和變速器換成了固定速比減速器，傳動裝置變小變輕。 （3）c圖普遍應用于小型電動車，把固定速比減速器、電機和差速器連接在一起，通過半軸與驅(qū)動輪相連。 （4）d圖需要兩個電機，二者分別驅(qū)動各自一方的車輪，通過電子差速器控制車輛轉(zhuǎn)彎。 （5）e圖把兩個電動機和固定速比減速器直接連接到各自的車輪，簡化了轉(zhuǎn)動系統(tǒng)，提高了效率，但控制電路越來越繁雜。 （6）f圖直接把兩個電動機連接到車輪，通過控制電動機的轉(zhuǎn)速來控制車速，這就對電動機的可靠性、轉(zhuǎn)速范圍、轉(zhuǎn)矩特性等提出了更高的要求。 2.1.3電動汽車的主要部件 1.驅(qū)動電機 由于人們對電動汽車多方面性能的要求，從而對電動汽車的驅(qū)動電機有了以下嚴格要求。 1. 較寬的調(diào)速范圍 2. 較高的轉(zhuǎn)速 3. 足夠大的啟動轉(zhuǎn)矩 4. 體積小、質(zhì)量輕 5. 效率高、損耗低 6. 具有動態(tài)制動強和能量回饋的性能 圖2-1、驅(qū)動電機的分類 電動機屬于電動汽車的重要部件。因為蓄電池組提供的是直流電，所以在電動汽車發(fā)展的早期直流電機被廣泛應用到電動汽車上。但是由于傳統(tǒng)直流電機的一些弊端，比如轉(zhuǎn)子體積和慣性較大、效率低、經(jīng)常需要保養(yǎng)。所以直流電機被交流感應電機、永磁無刷電機和開關(guān)磁阻電機取代。 電動汽車驅(qū)動電機性能比較表2-2 電機類型 直流電動機 交流感應電動機 永磁無刷電動機 開關(guān)磁阻電動機 轉(zhuǎn)矩特性 一般 好 好 好 轉(zhuǎn)速范圍 小 一般 大 最大 電動機功率密度 差 一般 好 一般 效率 差 一般 高 一般 可靠性 差 好 一般 好 尺寸 大 一般 小 小 質(zhì)量 重 一般 輕 輕 成本 高 高 低 較高 結(jié)構(gòu)堅固性 差 較好 中 好 驅(qū)動控制成本 低 高 高 中 綜合性能 差 一般 最好 好 永磁無刷電機由于它的“三高”（高功率密度、高效率、高轉(zhuǎn)速）在電動汽車領(lǐng)域備受矚目。 2、動力電池 由于動力電池在電化學能量轉(zhuǎn)換過程效率高，功率輸出大等特性，使得動力電池這種能量儲存和輸出裝置被廣泛應用到汽車行業(yè)。 電動汽車對電池提出如下要求： 1. 比能量 比能量是確保電動汽車達到基本行駛里程的重要性能，2小時放電率時電池的比能量至少不能低于44w.h/kg。 2. 充電時間短 電池的正常充滿時間應低于6小時，快速充電要求為20分鐘左右充電達到電池額定容量的一半。 3. 連續(xù)放電率高、自放電率低 動力電池應能連續(xù)放出額定容量70%的電。自放電率要低，這樣電池才能長期儲存電。 4. 壽命長、制造成本低、免維修 動力電池必須能連續(xù)循環(huán)使用一千次以上，在使用期間，不需要維修與護理。  表2-3 電池性能比較 電池類型 比能量(kw h/kg) 比功率（W/Kg） 能量密度（KW h/L） 功率密度（W/L） 循環(huán)壽命/次 鉛酸蓄電池 350 130 90 500 400~600 鎳鎘蓄電池 55 170 94 278 500以上 鎳氫蓄電池 80 225 143 470 1000以上 鋰離子蓄電池 100 200 215 778 1200 燃料電池 500 60 / / / 飛輪電池 14 800 / / 25年 另外，還有電池管理系統(tǒng)、整車控制器等都屬于電動汽車的主要部件。 2.2 純電動汽車動力系統(tǒng)的性能 2.2.1電動汽車的動力性 電動汽車的動力學性能一般由最高車速、爬坡能力和加速性能來評定。下面我們說明一下這三個指標受哪些因素的影響。 1.最高車速 電動汽車最高車速是指在平坦路面上，電動機全功率情況下，車輛所能到達的恒定巡航車速。當牽引力與阻力平衡時，電動汽車達到最大車速。由課本可知， 由 ,求得 (代表電動機最大轉(zhuǎn)速，代表最小傳動比) 2.爬坡能力 純電動汽車的爬坡能力通常是指車輛以恒定速度行駛能達到的最大坡度。當汽車以恒定速度在坡度路面上行駛時，牽引力與阻力的之間的平衡可表達為： 因此: (d為運行系數(shù)) 由課本可知：爬坡能力的表達式為 3.加速性能 純電動汽車的加速性能在水平路面上汽車從速度為零加速到某個確定速度所需的加速時間。有課本可得表達式： 其中，為轉(zhuǎn)動慣量系數(shù)，可記為 公式中，代表車輛的總角轉(zhuǎn)動慣量，代表動力裝置旋轉(zhuǎn)組件總角轉(zhuǎn)動慣量。 2.2.2純電動汽車的經(jīng)濟性 純電動汽車的經(jīng)濟性是指汽車在滿電狀態(tài)下，以一定的速度所能行駛的最大距離。評定電動汽車經(jīng)濟性的好壞有三個性能指標：能量消耗率、比能量消耗率、能量經(jīng)濟性。 1. 能量消耗率是指電動汽車經(jīng)過實驗后動力電池充電到原有容量所需的電能與實驗所行駛的里程的比值。其值越小越好。 2.比能量消耗率是指能量消耗率與電動汽車質(zhì)量的比值。其值也是越小越好。 3.能量經(jīng)濟性是指以預定行駛方式行駛一定里程與動力電池充電到原有容量所需電量的比值。其值越大越好。 不同電動汽車不同行駛狀態(tài)下能量消耗率與續(xù)使里程有著很大差異，沒有同意的公式，一般通過滑行實驗獲取。 2.3 動力系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計理論 2.3.1傳動系參數(shù)設(shè)計 電動汽車的傳動比主要由變速器傳動比和主減速器傳動比組成，當電動汽車達到最高車速時，汽車檔位處于最小傳動比檔位。當爬坡時，汽車檔位處于最大傳動比檔位。所以電動汽車可以選用兩檔變速器來滿足其要求。 當電動機輸出功率一定時，電動汽車的傳動比就必須同時滿足于汽車的最高車速、最大爬坡能力和加速時間三個要求。 （1）電動汽車最大傳動速比 有課本可知該參數(shù)由電機的最大轉(zhuǎn)速值和汽車的最高車速值確定。 公式中的為變速器傳動比，為主減速器傳動比，為汽車電動機的最高轉(zhuǎn)速，為汽車的最高車速，為汽車車輪的有效半徑。 （2）電動汽車最小傳動比 取下面兩種算法的最大值 1.由電機在最高轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)時的最大轉(zhuǎn)矩與汽車最高車速時的行駛阻力確定的 最小傳動比： 公式中代表最高行駛車速時的行駛阻力，代表有效車輪半徑， 代表傳動效率，代表最高轉(zhuǎn)速時的最大轉(zhuǎn)矩 2.由電機的最大輸出扭矩與最大爬坡度時的行駛阻力確定最小傳動比： 公式中，為最大爬坡度時的行駛阻力， 為最大輸出扭矩 2.3.2驅(qū)動電機參數(shù)設(shè)計 驅(qū)動電機功率由兩個指標，一個是額定功率，一個是最高功率。在對電機進行設(shè)計的時候，應考慮到汽車的最高行駛速度 、汽車的加速性能、汽車的過載能力（電機能夠承受較大過載電流和瞬時轉(zhuǎn)矩的能力）。 電機設(shè)計過程中，以先保證電動汽車的最高車速來初步選擇電機功率。根據(jù)課本可知，選擇的電動機必須大于等于在不同工況下行駛時所有阻力所消耗的功率之和。 1.在平坦路面汽車以最高車速行駛時消耗的電動汽車功率表達式： 2.在坡度路面以特定車速行駛時所消耗的電動汽車功率表達式： 3.在水平路面上的加速功率表達式: 綜合上面表達式，選取的驅(qū)動電機的額定功率應大于等于三個當中的最大值。 最高功率為： ( 為過載系數(shù)) 2.3.3動力電池參數(shù)設(shè)計 為了滿足電動汽車對續(xù)駛里程和動力性能的要求，動力電池的設(shè)計應考慮電動汽車的最大輸出功率。對動力電池參數(shù)的設(shè)計主要是計算所需電池組數(shù)目。 1.動力電池的能量應大于等于電動汽車的最大能量消耗。此時所需的電池組數(shù)目為： 公式中，代表單個電池組所含有的電池個數(shù)，電機的工作效率，代表單個電池的最大輸出功率。 2.電動汽車的最大續(xù)駛里程影響電池組數(shù)目： 公式中， 代表每公里消耗的能量，代表最大續(xù)駛里程，代表單個電池的容量，代表單個電池的電壓。 綜上表達式，電池組數(shù)目應為 中的較大者。 2.4本章小結(jié) 在本章先介紹了中電動汽車的結(jié)構(gòu)和組成，再詳細的介紹了電動汽車主要零部件驅(qū)動電機和動力電池，然后介紹了電動汽車的動力性和經(jīng)濟性，最后對傳動比、驅(qū)動電機、動力電池參數(shù)進行了設(shè)計。 整車動力系統(tǒng)設(shè)計選型 第三章 整車動力系統(tǒng)設(shè)計選型 3.1電機系統(tǒng)設(shè)計 3.1.1電機參數(shù)的設(shè)計 1. 先確定電動汽車的基本參數(shù)和部分性能的期望值，包括最高車速和最大爬坡度。要確定電機的功率必須考慮在滿載狀態(tài)下電動汽車以最高車速行駛所需的功率和最大爬坡能力下的功率。電動汽車電機的功率必須大于兩種極限工況下所需功率的較大者。下面列車整車參數(shù)。 表 3.1.1 整車基本參數(shù) 項目名稱 整車參數(shù) 單位 軸距 2550 mm 輪距 1295 mm 整備/滿載質(zhì)量 1200/1650 Kg 迎風面積 2.643 m2 風阻系數(shù) 0.46 車輪轉(zhuǎn)動慣量 0.35 Kg*m2 車輪滾動半徑 292 mm 滾組系數(shù) 0.02 傳動系統(tǒng)機械效率 0.85 空載/半載/滿載質(zhì)心高度 660/704/746 mm 空載/半載/滿載質(zhì)心至前軸的距離 1300/1410/1505 mm 2.電動汽車期望車速行駛消耗的功率 在平坦路面汽車以最高車速行駛時消耗的電動汽車功率表達式： 其中， 當常用車速時 當時 3.電動汽車爬坡所需功率 在坡度路面以特定車速行駛時所消耗的電動汽車功率表達式： 當 時(為坡度) 當時 當 時 額定功率應滿足常用車速所需的功率28.4kw,所以選取額定功率為30kw的電動機。 電動汽車電機的功率必須大于兩種極限工況下所需功率的最大值。所以電動機功率必須大于43kw。給予一定的后備功率，所以選取最大功率為50kw的電動機。 4.電動機的轉(zhuǎn)速和扭矩 當爬坡度最大時，電動機能夠輸出的最大扭矩為： 給予一定余量，電機最高扭矩選取為 根據(jù)電機最高扭矩和電機功率，求得額定轉(zhuǎn)速為： 所以電動機的額定轉(zhuǎn)矩為： 取 當車速達到最大時，電動機的最高轉(zhuǎn)速為: 給予一定余量，所以選取最高轉(zhuǎn)速為的電動機。 3.1.2電動機參數(shù)的選擇 根據(jù)本章前面的計算，在結(jié)合實際情況得出以下電機的基本技術(shù)參數(shù)。見表3.1.2 表 3.1.2 電機的基本技術(shù)參數(shù) 項目名稱 技術(shù)參數(shù) 單位 電機種類 永磁無刷電機 額定功率/峰值功率 30/50 Kw 額定扭矩/最大扭矩 90/160 N?m 工作電壓范圍 200～300 V 額定轉(zhuǎn)速/最高轉(zhuǎn)速 3184/7600 r/min 3.1.3電動機控制器參數(shù)的選取 根據(jù)電機的基本技術(shù)參數(shù)選取以下控制器參數(shù)見表3.1.3。 表3.1.3 電動機控制器參數(shù) 項目 參數(shù)數(shù)值 輸入電壓范圍 200～300V 工作電壓 220V 最高效率 95%以上 水泵進水口水溫 小于75℃ 3.2電池系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)計 3.2.1電池的基本參數(shù) 想要確定電池的基本參數(shù)前，必須先確定電池的類型，第二章我們介紹了很多種電池的類型以及各個電池的性能，所以綜合考慮，我們選取鋰電池 。 電池的基本參數(shù)受很多方面因素的影響，比如系統(tǒng)所需的電壓等級、功率以及充放電時的電流的大小。而且電池還受續(xù)駛里程的影響。根據(jù)電動汽車的續(xù)駛里程我們可以確定電池的容量。 根據(jù)一些電動汽車的經(jīng)驗，我們選取電壓等級在到之間,綜合考慮，我們確定為。所以電池的單體數(shù)目為： （為單個鋰電池的電壓) 給一定余量，取為 按照設(shè)計要求，電動汽車以在平坦路面上勻速行駛，續(xù)駛里程為。 鋰電池能量為: （為車速時的電動汽車運行功率為電動機控制器工作效率） 電池容量的計算方法： (為電池組的實際能量，為電池組工作電壓均值，電池放電系數(shù)。一般取0.8) 給一定余量，取為 綜上，選取總數(shù)目為塊，分為三大塊，單體電壓的鋰電池，電池總?cè)萘繛椋偰芰繛椤? 3.2.2電池技術(shù)參數(shù)的選擇 考慮到動力電池的成本和性能以及配套產(chǎn)品市場狀況，我們選取下面電池的技術(shù)參數(shù)。 　　　　　　　　　表3.2.2　動力電池技術(shù)參數(shù) 參數(shù)名稱 參數(shù)要求 電池類型 鋰電池 單個電池電壓 3.2V 電池容量 150Ah 單個電池包電池數(shù)量 23 電池組額定電壓 220 電池總數(shù) 69 冷卻方式 水冷 最大循環(huán)使用次數(shù) 1600 電池包連接方式 串聯(lián) 最大充電恒定電流 150A 3.3傳動系統(tǒng)設(shè)計 電動汽車的變速機構(gòu)有單速與多速兩種，前者用固定速比齒輪，后者用多級變速齒輪。多級變速機構(gòu)在高檔位可以增速，在低檔位增加扭矩的作用，進而保證了電動汽車的動力性，但是由于這一系列優(yōu)點使其結(jié)構(gòu)較為復雜。固定速比變速機構(gòu)結(jié)構(gòu)較為簡單，適用于我們這款電動汽車，具體方法是沿用原車的某一檔位，取消其他變速機構(gòu)。 (1）電動汽車最大傳動速比 有課本可知該參數(shù)由電機的最大轉(zhuǎn)速值和汽車的最高車速值確定。 其中， （2）電動汽車最小傳動比 取下面兩種算法的最大值 1.由電機在最高轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)時的最大轉(zhuǎn)矩與汽車最高車速時的行駛阻力確定的 最小傳動比： 其中, 根據(jù)轉(zhuǎn)矩特性 2.由電機的最大輸出扭矩與最大爬坡度時的行駛阻力確定最小傳動比： 其中， 保留原車主減速器和二檔減速齒輪，可得總減速比為： 3.4 驅(qū)動差速器的設(shè)計 3.4.1差速器的定義 汽車差速器由行星齒輪、半軸齒輪和支架等部件構(gòu)成。差速器的功用主要表現(xiàn)在這兩方面：（1）控制兩邊車輪的轉(zhuǎn)速差；（2）減輕轉(zhuǎn)彎時的機械干澀。 目前,相對于其他差速器來說,對稱式錐齒輪差速器得到汽車行業(yè)的青睞。差速器殼分為剖分式與整體式。本章這次設(shè)計的差速器是對稱式錐齒輪差速器，查看《汽車工程手冊》得知，其包含兩個行星齒輪。 3.4.3 差速器齒輪基本參數(shù)的確定 （1）行星齒輪的球面半徑 行星齒輪的基本參數(shù)包括行星齒輪球面半徑，也作為行星齒輪的安裝尺寸，同時我們還可以算出節(jié)錐距的大小。 球面半徑為： 指行星齒輪球面半徑系數(shù)，一般。 指差速器的計算轉(zhuǎn)矩，取為 計算得Rb= 24.20mm,查資料得球面半徑取25mm （2）節(jié)錐距 （3）行星齒輪與半軸齒輪的齒數(shù) 通常情況下齒數(shù)應該盡可能小一點，模數(shù)稍微大一些，但是齒數(shù)最低不能少于10。半軸齒輪的齒數(shù)大約在14～25之間；半軸與行星齒數(shù)比的大約為1.5～2.0之間；由于我們設(shè)計的是對稱式錐齒輪差速器，所以左右半軸齒數(shù)是相同，根據(jù)要求初定行星齒輪的齒數(shù)z是10，半軸齒輪的齒數(shù)z是18。 （4）齒輪節(jié)錐角 行星齒輪節(jié)錐角 半軸齒輪節(jié)錐角 （5）大端模數(shù)及分度圓直徑的計算 大端模數(shù) 模數(shù)取值應稍大一些，所以模數(shù)取為4mm 分度圓直徑 計算公式為 行星齒輪分度圓直徑 半軸齒輪分度圓直徑 （6）行星齒輪的安裝孔直徑及支承長度： 支承長度 = 式中： 指差速器殼傳遞的轉(zhuǎn)矩，取160 N.m 指行星齒輪數(shù)，取2 指行星齒輪支撐面中點到錐頂?shù)木嚯x 指支撐面允許擠壓應力，取為。 3.4.4 差速器齒輪的參數(shù) 表4.4.4 汽車差速器行星與半軸齒輪的參數(shù) 項目 計算公式 計算結(jié)果 行星齒輪齒數(shù) 齒數(shù)必須大于10，同時盡量取最小值 半軸齒輪齒數(shù) 模數(shù) 分錐角 ， 壓力角 齒面寬 工作齒高 齒頂高 齒根高 ， 錐距 齒根角 頂錐角 根錐角 全齒高 3.5 本章小結(jié) 本章對電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)進行設(shè)計，首先計算電機 電池和傳動比等基本參數(shù)，然后了解了永磁電機的結(jié)構(gòu)與工作原理，最后進行了差速器設(shè)計，重點對差速器齒輪的基本參數(shù)和差速器齒輪的幾何尺寸進行計算設(shè)計。有了這些尺寸，我們將可以在下一章利用三維軟件進行三維畫圖。 驅(qū)動差速器主要零件建模 四、驅(qū)動差速器主要零件建模 2013年3月，PTC公司將宣布creo2.0上市，正式版的creo2.0提供模塊化概念設(shè)計功能，可以幫助大家提高設(shè)計效率。Creo2.0自由式曲面設(shè)計特征強大而實用，現(xiàn)廣泛使用在汽車行業(yè)等多個行業(yè)及領(lǐng)域。本文運用creo2.0來設(shè)計差速器的零件圖和裝配圖。具體操作如下。 4.1 主減速器主從動齒輪建模 斜齒輪的建模，主要過程如下： （1）在creo2.0中點擊編輯參數(shù)命令并輸入零件的參數(shù)如圖1 圖1 （2）創(chuàng)建齒根圓、齒頂圓、基圓、分度圓 （3）先拉伸出一個圓柱，再繪制出輪齒草圖，得到如圖2 圖2 （4）拉伸齒輪平面并移除材料，再通過陣列命令，得到如圖3圖4的斜齒輪 圖3 圖4 4.2 半軸齒輪建模 半軸齒輪的建模，主要過程如下： （1）輸入所選參數(shù)，和相關(guān)公式如圖5 圖5 （2）創(chuàng)建齒根圓、齒頂圓、基圓、分度圓 （3）通過creo2.0草繪視圖，在front視角，根據(jù)齒頂高、齒根高、錐距、頂錐角以及根錐角，創(chuàng)建如圖6所示的草圖 。再通過creo2.0的混合掃描，創(chuàng)建如圖7所示的齒輪。 圖6 圖7 圖8 （4）根據(jù)半軸齒輪齒數(shù)，通過creo2.0的陣列，創(chuàng)建出如圖9所示的齒輪數(shù)。 圖9 （5）通過creo2.0的拉伸命令，切割掉多余材料如圖10 圖10 （6）通過creo2.0的拉伸命令拉伸出花鍵并切割，然后再通過陣列命令，陣列出花鍵。得出如圖12的半軸齒輪。 圖11 圖12 （7）同理得出行星齒輪的圖樣 圖13 4.3 半軸建模 半軸的建模，主要過程如下： （1）通過在creo2.0的right基準平面創(chuàng)建出半軸截面如圖14的草圖，并拉伸 圖14 （2）通過creo2.0的旋轉(zhuǎn)命令，旋轉(zhuǎn)并切割出如圖15所示的半軸 圖15 （3）先創(chuàng)建出花鍵截面草圖，再通過拉伸命令并移除材料，最后通過陣列命令，陣列出如圖17所示的半軸花鍵 圖16 圖17 4.4 支架建模 支架的建模，主要過程如下： （1）通過在基準俯視平面創(chuàng)建一個圓柱，再在圓柱的表面創(chuàng)建草圖，最后拉伸并切割，得出如圖18所示的圖形 \ 圖18 （2）通過在底面上拉伸一個長方體，并在長方體左右倆側(cè)進行倒角，得到如圖19所示的圖形 圖19 （3）通過拉伸裁剪掉邊上多余的材料，創(chuàng)建如圖20所示的圖形 圖20 圖21 （4）通過在圓柱底面繪制一個圓，再拉伸并移除材料，最后得到如圖22 圖22 4.5 裝配圖 先將行星齒輪和半軸齒輪導入到裝配圖中，在對行星齒輪和半軸齒輪實施約束，先對兩個齒輪的中心軸約束為互相垂直，再將兩中心軸距離約束為0。最后，約束兩齒輪嚙合。得到如圖23所示圖形。然后，依次將半軸和支架組裝到圖24中，最終，得到差速器的裝配圖（圖24）。 圖23 圖24 五、結(jié)論 五、結(jié)論 全球汽車不斷增加使得人類面臨能源短缺、全球變暖、環(huán)境污染等諸多問題，電動汽車的發(fā)展前景越來越好。本文的題目是一種電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計，主要討論了純電動汽車的電機驅(qū)動方案，分析了各類驅(qū)動系統(tǒng)的特點。闡述了永磁電機的工作原理及它的優(yōu)缺點，并設(shè)計了永磁電機驅(qū)動系統(tǒng)。論文還設(shè)計了驅(qū)動系統(tǒng)軟件的工作流程，討論了設(shè)計方案是否可行。 經(jīng)討論，由永磁電機構(gòu)成的電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)是切實可行的，但驅(qū)動控制系統(tǒng)比較復雜，成本高，還有許多的難題要攻克。當然，隨著各項技術(shù)的不斷發(fā)展，肯定能夠進一步優(yōu)化控制策略克服電機轉(zhuǎn)矩脈動的缺點，進一步提高永磁系統(tǒng)的運行特性。 參考文獻 參考文獻 [1] 王文偉，畢榮華.電動汽車技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010. 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