【正文】 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 四輪環(huán)保電瓶車的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 7 目前發(fā)展電動(dòng)汽車已成為各國(guó)政府和汽車行業(yè)的共識(shí)，電動(dòng)汽車的研發(fā)已成為汽車行業(yè)的熱點(diǎn)。為了保持國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，保護(hù)人類居住環(huán)境和能源供給，各國(guó)政府不惜巨資，投入大量人力、物力，尋求解決這些問題的各種途徑。 城市衛(wèi)生問題需要大量的環(huán)衛(wèi)工人的辛苦工作來保障，環(huán)衛(wèi)工人屬于體力勞動(dòng)者，加之城市化區(qū)域人口密集， 產(chǎn)生的生活垃圾量大，這就大大增加了環(huán)衛(wèi)工人的勞動(dòng)量；于是很多城市開始使用環(huán)衛(wèi)清掃車，這種燃油的環(huán)衛(wèi)清掃車大大節(jié)約了環(huán)衛(wèi)工人的工作量，但卻也存在著很多缺點(diǎn)，比如耗能大，產(chǎn)生的二氧化碳及廢氣排放物對(duì)空氣造成二次污染；如何就減輕環(huán)衛(wèi)工人勞動(dòng)量及節(jié)約能源方面做出平衡，這是一個(gè)值得研究的問題。 本文 就以上問題點(diǎn)進(jìn)行討論， 主要簡(jiǎn)紹了 一種環(huán)保的環(huán)衛(wèi)車，在減輕環(huán)衛(wèi)工人勞動(dòng)量的同事也 不存在廢氣排放對(duì)大氣產(chǎn)生的污染；本文就環(huán)保電瓶車 的 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，布局設(shè)計(jì)、 發(fā)展和優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)構(gòu)與管理，能量存儲(chǔ)與管理，電機(jī)的形式與驅(qū)動(dòng)，典型 電動(dòng)汽車的分析和電動(dòng)汽車所面臨的問題展開論述。 我國(guó)面臨的形式也十分嚴(yán)峻， 國(guó)內(nèi) 的石油儲(chǔ)藏量和開采量相當(dāng)有限，隨著汽車保有量的增加，石油需求越來越多，目前已不 能 自給，不足部分主要通過進(jìn)口來滿足 ， 而且每年成遞增趨勢(shì)。因此，無論是從設(shè)計(jì)、研究和開發(fā)的觀點(diǎn)，還是從實(shí)用的角度來看，了解和掌握電動(dòng)汽車技術(shù)的社會(huì)需求會(huì)越來越大。不管是產(chǎn)品的質(zhì)量何時(shí)性能等各方面都得到了迅猛提高，尤其是在改革開放之后，通過從國(guó)外進(jìn)口一些掃路車，將國(guó)外的掃路車與國(guó)內(nèi)的相結(jié)合，取其精華，去其糟粕，將各自優(yōu)點(diǎn)相融合，使得我國(guó)掃路車的產(chǎn)品性能、質(zhì)量以及可靠性得到很大程度的提高。 按電動(dòng)機(jī)形式及驅(qū)動(dòng)方式分：有直驅(qū)車輪的輪轂式直流電動(dòng)機(jī)、中軸鏈?zhǔn)?驅(qū)動(dòng)的柱式直流電動(dòng)機(jī)、電動(dòng)箱式驅(qū)動(dòng)的柱式和盤式直流電動(dòng)機(jī)。由于高速電機(jī)通過齒輪減速，其特點(diǎn)是騎車者的感覺動(dòng)力較強(qiáng)，而且爬坡的能力較強(qiáng)。電動(dòng)車上采用的是無刷電動(dòng)輪轂電動(dòng)機(jī)一般制成多相，如采用三相，它的電樞放在定子上，永磁磁極位于轉(zhuǎn)子上。鎳鎘電池可以快速充電，其過充、過放電性能均好，循環(huán)壽命較長(zhǎng)，達(dá) 20xx 次。 、電動(dòng)車行車參數(shù)的設(shè)計(jì) 在設(shè)計(jì)前先將文章中計(jì)算需要的數(shù)據(jù)假定如下： 整車質(zhì)量（ 2m ） 300kg 滾動(dòng)阻力系數(shù)（ u ） 人重（ 1m ） 70kg 額定載重 重（ 1m ） 100kg 車輪直徑（ D ） 400mm 后軸轉(zhuǎn)子直徑 （ d ） 10mm 、設(shè)計(jì)任務(wù) 對(duì)電動(dòng)車的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行了分析，分別對(duì)電動(dòng)車的運(yùn)行阻力、慣性力、再生制動(dòng)力以及所需要的牽引力進(jìn)行計(jì)算。 環(huán)保電動(dòng)車的動(dòng)力性能分析 動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)由蓄電池、控制器、電動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)輪等組成。 電動(dòng)車的制動(dòng)力 B 它是 由機(jī)車 和車輛上的制動(dòng)裝置所產(chǎn)生的，并通過輪與鋼軌的相互作用而引起的外力，用來使電動(dòng)車減速或停車。 、電動(dòng)車的行駛力學(xué) 、 車輛模型 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力輸出特性與車子的動(dòng)力性能直接相關(guān)。 d —— 軸承的直徑， mm ； u —— 軸承的摩擦系數(shù)，取 ； 所以阻力系數(shù)： ????? 需要說明的是車輪與地面之間的滾動(dòng)摩擦系數(shù) fK 是隨著路面狀況的不同 ， 其數(shù)值也在不斷改變。這樣電動(dòng)車慣性力即為： 1 2 1 2 1 2( ) ( ) ( 1 ) ( )aW m m a m m a m m a??? ? ? ? ? ? ? 式 （ ） aW —— 電動(dòng)車的慣性力， N ； ? —— 旋轉(zhuǎn)慣性系數(shù)，參照礦用機(jī)車的數(shù)據(jù)，電動(dòng)車取 ； a —— 電動(dòng)車的加速度，啟動(dòng)時(shí)的加速度取 2/ms。將轉(zhuǎn)矩 M 用一個(gè)作用在輪軌接觸點(diǎn)和輪心的等效力偶代替，則力偶的大小 11F 為： 11 2MF D? 式 （ ） 當(dāng)輪胎接觸點(diǎn)處的 maxfFF? 時(shí)，摩擦 fF 與力偶力 11F 總是大小相等方向相反，車輪在 C 點(diǎn)處無滑移，在輪心處 F 的作用下，車輪以 C 點(diǎn)為瞬心，向前滾動(dòng)前進(jìn)。 電動(dòng)車特性的差異，車輪直徑的大小不同，各車輪間的負(fù)載分布不均、電動(dòng)機(jī)的分布等都對(duì)粘著系數(shù)有影響。下面介紹車的主要?jiǎng)恿π阅苤笜?biāo)：最高車速、加速時(shí)間、最大爬坡度。功率越大轉(zhuǎn)速越高，車的最高速度也越高，常用最大功率來描述車的動(dòng)力性能。簡(jiǎn)單的說，就是車前軸到后軸的距離。 緊急情況指的是在同一時(shí)間內(nèi)既有手制動(dòng)也有再生制動(dòng) 。根據(jù)電動(dòng)輪上的剎車輪的直徑為 43mm ，所以選擇的帶式制動(dòng)器的型號(hào)為ZBJ85011989， 額定制動(dòng)力矩 mNTe ?? 250 。 根據(jù)制動(dòng)對(duì)象的運(yùn)動(dòng)情況可以分為平移動(dòng)制動(dòng)和垂直移動(dòng)制動(dòng)兩種類型。 上章節(jié)已經(jīng)計(jì)算出了 reT 的取值范圍 。氫氧化鉀（或鈉）不參加反應(yīng)，但是放電時(shí)消耗水，充電時(shí)生成水。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為電動(dòng)車提供所需的動(dòng)力 ,負(fù)責(zé)將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。采用直接轉(zhuǎn)矩控制的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) ,轉(zhuǎn)矩給定值的確定非常重要 ,它是直接轉(zhuǎn)矩控制的轉(zhuǎn)矩目標(biāo)值 ,理想情況下 ,電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩就等于該時(shí)刻的轉(zhuǎn)矩給定值。而無刷直流電動(dòng)機(jī)則克服了有刷直流電動(dòng)機(jī)的缺點(diǎn) ,它既有有刷直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)越的性能 ,又依靠電子換向 ,免去了機(jī)械式電刷和換向器。 、 控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 控制芯片 MC33035 MC33035是 24腳的雙列直插窄式集成電路塊 ,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 3所示。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 四輪環(huán)保電瓶車的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 30 圖 3－ 3 MC33035 電路示意圖 2 控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 以 MC33035為核心構(gòu)成的電動(dòng)車控制系統(tǒng)采用 PWM方式控制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速 ,采用電機(jī)內(nèi)置的霍爾傳感器檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置。該比較器的反相輸入為內(nèi)部的 標(biāo)準(zhǔn)電壓 ,此時(shí) MC33035 通過與門將驅(qū)動(dòng)下橋的三路輸出全部封鎖下橋的 3個(gè)功率三極管全部關(guān)斷 ,電機(jī)停止運(yùn)行 ,起欠壓保護(hù)的作用。動(dòng)力電池組采用并聯(lián)或者串聯(lián)的方式進(jìn)行組合，在 EV（電動(dòng)汽車） 上占據(jù)很大一部分有效的裝載空間，在布置上有相當(dāng)?shù)碾y度，通常有 “ 集中 ” 布置和 “ 分散 ” 布置兩種形式。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 四輪環(huán)保電瓶車的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 34 蓄電池電動(dòng)汽車結(jié)構(gòu)框架 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 四輪環(huán)保電瓶車的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 35 、 驅(qū)動(dòng)組結(jié)構(gòu) 特征 原理 項(xiàng)目 結(jié)構(gòu)模型 特征 傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)模式 ； ，包括離合器 、 變速器 、 傳動(dòng)軸和驅(qū)動(dòng)橋等總成； 、 驅(qū)動(dòng)橋前置 、 （ FF），電動(dòng)機(jī)前置 、 驅(qū)動(dòng)橋后置（ FR）等各種驅(qū)動(dòng)模式； ，效率低，不能充分發(fā)揮電動(dòng)機(jī)的性能 電動(dòng)機(jī)— 驅(qū)動(dòng)橋組合式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 、差速器等驅(qū)動(dòng)總成，形成 電動(dòng)機(jī) — 驅(qū)動(dòng)橋組合式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)； 、 驅(qū)動(dòng)橋前置 、 （ FF），電動(dòng)機(jī)前置 、 驅(qū)動(dòng)橋后置（ FR） 、 驅(qū)動(dòng)橋后置（ RR）等驅(qū)動(dòng)模式； ，傳動(dòng)效率高，安裝方便 電動(dòng)機(jī)— 驅(qū)動(dòng)橋整體式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 、差速器等驅(qū)動(dòng)總成，電動(dòng)機(jī)有一個(gè)空心軸，有一個(gè)驅(qū)動(dòng)橋的半軸從電動(dòng)機(jī)空心軸中通過； 、 驅(qū)動(dòng)橋前置 、 （ FF），電動(dòng)機(jī)前置 、 驅(qū)動(dòng)橋后置（ FR） 、 驅(qū)動(dòng)橋后置（ RR）等驅(qū)動(dòng)模式； ，傳動(dòng)效率高，可以作為驅(qū)動(dòng)橋布置在車架下面 輪轂電動(dòng)機(jī)分散驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) ，可以有 4 2和 4 4兩種布置方式，各個(gè)車輪之間的同步轉(zhuǎn)動(dòng)或差速轉(zhuǎn)動(dòng)由中央控制器的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制； 2 布置方式有雙前輪驅(qū)動(dòng)模式和雙后輪驅(qū)動(dòng)模式； 4布置方式可以實(shí)現(xiàn) 4輪驅(qū)動(dòng)模式 。 其結(jié)構(gòu)主要由動(dòng)力蓄電池（車載電源）、控制器、接觸器、控制電路、附加電路、 DC/DC、DC/AC、電動(dòng)機(jī)、變速器、附加電器、車身等組成。直流控制器使用比較廣泛的是串勵(lì)電機(jī)控制器和他勵(lì)電機(jī)控制器，在是使用方面也都有各自的優(yōu)勢(shì)。系統(tǒng)采用 3塊額定電壓為 12V 的個(gè)鎘－鎳免維護(hù)蓄電池供電，考慮到 MC33035所需的電壓范圍為 10～ 30V，用穩(wěn)壓塊 7815 給其供電。采用三相全橋驅(qū)動(dòng)，由人根據(jù)車速的快慢來調(diào)節(jié)控制車速電位器 ,使車加速或減速。(2)故障與處理 包括欠壓、過熱、誤碼、過流等 。無刷直流電動(dòng)機(jī) ,就其基本結(jié)構(gòu)而 言 ,可以認(rèn)為是一臺(tái)有電子開關(guān)線路，永磁式同步電動(dòng)機(jī)以及位置傳感器三者組成的。因此在電動(dòng)車的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中 ,首先要按照電動(dòng)車的性能要求 ,對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的載荷進(jìn)行分析 ,也就是對(duì)電動(dòng)車行駛所需的的牽引力進(jìn)行分析 ,得出合理的電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的轉(zhuǎn)矩給定值。 、 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)成 電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)兩個(gè)部分 [4]。 參考文獻(xiàn) [6]，選擇的型號(hào)為： GNY12 其中： G—— 鎘為負(fù)極 ， N—— 鎳為正極， Y—— 圓柱形， 12—— 額定容量為 12 h?A 。 、 蓄電池的種類和結(jié)構(gòu) 蓄電池是電動(dòng)車的能源載體，是電動(dòng)車的核心部件之一，主要分為閥控密封鉛酸蓄電池、膠體電池、鋰離子電池、鎳氫電池和燃料電池等。 計(jì)算制動(dòng)力矩時(shí)，平移制動(dòng)按照： fu TTT ?? 式 () uT —— 負(fù)載力矩此處為換算到制動(dòng)軸上的傳動(dòng)系統(tǒng)的 摩擦 力矩， mN? ； fT —— 換算到制動(dòng)軸上的總摩擦力矩， mN? 。 參考文獻(xiàn) [13]，各基本尺寸見表 31。 、 制動(dòng)力的分析與求解 圖 23 為良好的硬路面上制動(dòng)時(shí)車輪受力情況： 圖中， uT 是車輪制動(dòng)器中的摩擦力矩； reT 是再生制動(dòng)力矩，即制動(dòng)時(shí)再生制動(dòng)系統(tǒng)作用于車車輪的阻力矩， 1F 為車子的阻力， pF 為車軸對(duì)車輪的推力。 、電動(dòng)車的 制動(dòng)系統(tǒng) 、 電動(dòng)車剎車分類 傳統(tǒng)的電動(dòng)車只是機(jī)械式剎車 ,使很多的能量在不知不覺中浪費(fèi) ,而現(xiàn)在我們做的電動(dòng)車帶有了能量反饋節(jié)約了能量 。 ：扭矩是使物體發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)的力。 車的加速時(shí)間：常用原地起步加速時(shí)間與超車加速時(shí)間來表明車的加速能力。 、電動(dòng)車的動(dòng)力性能 電動(dòng)車因?yàn)橐孕铍姵卮鎯?chǔ)的電能為能量來源，所以衡量電動(dòng)車性能的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 四輪環(huán)保電瓶車的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 20 一項(xiàng)重要指標(biāo)是最大續(xù)駛里程，而且，電動(dòng)車采用的是電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其輸出特性和一般車也不相同。 圖 22 電動(dòng)車 牽引力分析 若 maxfFF? 時(shí)，車輪在 C點(diǎn)受力不平衡，車輪將克服路面的摩擦阻力畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 四輪環(huán)保電瓶車的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 19 空轉(zhuǎn)而不前進(jìn)。電動(dòng)車依靠已具有的能量克服阻力繼續(xù)運(yùn)行，如果軌道坡度不大，電動(dòng)車是減速運(yùn)行的，在這種情況下，沿運(yùn)行方向作用在電動(dòng)車的力只有靜阻力 F 和慣性力 aW 。 表 21 不同路面的滾動(dòng)摩擦系數(shù) 路面特征 fK 全新堅(jiān)硬的柏油、混泥土、小方石塊路面 經(jīng)壓軋的坑洼波動(dòng)的碎石路，混泥土路面 壓壞的柏油路面 良好路面 一般的土路 松沙路面 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 四輪環(huán)保電瓶車的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 16