【導(dǎo)讀】莈薃肄蒞蒁螈肀莄蚃薁羆莃莃袆袂莂蒅蠆膁莂薇裊肇莁蝕蚇羃蒀荿袃衿葿蒂蚆膈蒈薄袁膃蕆螆蚄聿蒆蒆罿羅肅薈螂袁肂蟻羈膀肁莀螁肆膀蒂羆膀薅蝿袈腿螇薂芇膈蕆袇膃膇蕿蝕聿膆蟻裊羅膅莁蚈袁膄蒃襖腿芄薆蚇肅芃蚈袂羈節(jié)莈蚅羇芁薀羀袃芀螞螃膂艿莂罿肈羋蒄螁羄羋薆羇袀莇蠆螀膈莆莈薃肄蒞蒁螈肀莄蚃薁羆莃莃袆袂莂蒅蠆膁莂薇裊肇莁蝕蚇羃蒀荿袃衿葿蒂蚆膈蒈薄袁膃蕆螆蚄聿蒆蒆罿羅肅薈螂袁肂蟻羈膀肁莀螁肆膀蒂羆膀薅蝿袈腿螇薂芇膈蕆袇膃膇蕿蝕聿膆蟻裊羅膅莁蚈袁膄蒃襖腿芄薆蚇肅芃蚈袂羈節(jié)莈蚅羇芁薀羀袃芀螞螃膂艿莂罿肈羋蒄螁羄羋薆羇袀莇蠆螀膈莆莈薃肄蒞蒁螈肀莄蚃薁羆莃莃袆袂莂蒅蠆膁莂薇裊肇莁蝕蚇羃蒀荿袃衿葿蒂蚆膈蒈薄袁膃蕆螆蚄聿蒆蒆罿羅肅薈螂袁肂蟻羈膀肁莀螁肆膀蒂羆膀薅蝿袈腿螇薂芇膈蕆袇膃膇蕿蝕聿膆蟻裊羅膅莁蚈袁膄蒃襖腿芄薆蚇肅芃蚈袂羈節(jié)莈蚅羇芁薀羀袃芀螞螃膂艿莂罿肈羋蒄螁羄羋薆羇袀莇蠆螀膈莆莈薃肄蒞蒁螈肀莄蚃薁羆莃莃袆袂莂蒅蠆膁

　　

【正文】 可以降低電機(jī)的 研發(fā)成本。而電機(jī)數(shù)量的增多和控制模塊的復(fù)雜化，也必然增加了制造成本，不利于電動(dòng)汽車的市場(chǎng)表現(xiàn)。 動(dòng)力傳動(dòng)方案的選擇 根據(jù)整車基本參數(shù)要求，綜合考慮市面上可選擇的電機(jī)和電池的性能表現(xiàn)，我們認(rèn)為該型電動(dòng)車可采用固定減速比的傳動(dòng)方式。即電機(jī)動(dòng)力輸出后，直接到達(dá)減速器，或通過(guò)差速器和車軸，傳送到車輪上。 實(shí)踐證明，使用固定減速比的該型電動(dòng)汽車的確可以通過(guò)對(duì)減速比和動(dòng)力配置的優(yōu)化選擇，滿足動(dòng)力性要求。 電動(dòng)輪技術(shù)是現(xiàn)在頗受關(guān)注的傳動(dòng)方式。它把電動(dòng)機(jī)直接耦合或者通過(guò)單級(jí)減速裝置耦合到車輪上，不需要車軸和 差速裝置。如若電動(dòng)輪技術(shù)的控制模塊能夠穩(wěn)定工作，電動(dòng)論文 輪無(wú)疑可以實(shí)現(xiàn)更好的動(dòng)力性、更好的通過(guò)性和出色的穩(wěn)定性，對(duì)于提升車輛性能有巨大的作用。不過(guò)由于電動(dòng)輪技術(shù)在控制過(guò)程中，是控制兩臺(tái)獨(dú)立工作的電機(jī)配合工作，不僅要有前后向行駛的能力，而且要實(shí)現(xiàn)電子差速。故電動(dòng)輪方案必然導(dǎo)致控制模塊變得更加復(fù)雜，增加研發(fā)難度和成本。 目前的市場(chǎng)上，也很難見(jiàn)到采用電動(dòng)輪技術(shù)的成熟的車型。 相比之下，差速半軸式的傳動(dòng)方式，因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，零部件易于獲得，控制方式簡(jiǎn)單而且類似于傳統(tǒng)汽車，維 修也相對(duì)簡(jiǎn)易。市場(chǎng)上多見(jiàn)此種類型汽車，可見(jiàn)其在成本控制和市場(chǎng)認(rèn)可度上具有優(yōu)勢(shì)，因而我們優(yōu)先選擇這種傳動(dòng)方式。 本章小結(jié) 目前電動(dòng)汽車常見(jiàn)的傳動(dòng)系方案有兩種 ——差速半軸方案（單電機(jī)）和電動(dòng)輪方案（多電機(jī)）。差速半軸方案類似于傳動(dòng)動(dòng)力汽車的傳動(dòng)系布置方法，即動(dòng)力通過(guò)減速增扭后，經(jīng)由差速器傳遞到左右半軸上。而電動(dòng)輪方案則是充分發(fā)揮了電動(dòng)機(jī)，這種新型的汽車動(dòng)力源的特性，利用輪轂電機(jī)，使用單電機(jī)驅(qū)動(dòng)單獨(dú)車輪，由車載計(jì)算機(jī)和電動(dòng)機(jī)控制模塊控制協(xié)調(diào)不同電機(jī)不同車輪間的工作運(yùn)行情況。 差速半軸方案的特點(diǎn)是技術(shù) 成熟簡(jiǎn)單，易于實(shí)施。而電動(dòng)輪方案則非常新穎，可以給電動(dòng)汽車的動(dòng)力性帶來(lái)革命性的變化。而且電動(dòng)輪方案由于使用了多電機(jī)驅(qū)動(dòng)的模式，在這個(gè)方案中應(yīng)用的電機(jī)的性能要求顯然要小于差速半軸方案，便于電機(jī)的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)。 但是電動(dòng)輪方案的缺點(diǎn)也很明顯，就是控制復(fù)雜。由于電動(dòng)輪方案必然會(huì)用到電子差速等復(fù)雜技術(shù)，在這些技術(shù)的研發(fā)上，目前的技術(shù)水平很難達(dá)到能夠使這些技術(shù)得到大規(guī)模低成本的應(yīng)用。 綜合市場(chǎng)和技術(shù)因素，我們選擇差速半軸方案作為某型電動(dòng)汽車的傳動(dòng)系布置方案。 論文 第四章 參數(shù)計(jì)算與設(shè)計(jì) 概述 在純電動(dòng)汽車行駛時(shí)，電池為電機(jī)提供運(yùn)行能量，電機(jī)動(dòng)力輸出經(jīng)傳動(dòng)系而到達(dá)車輪。因此在計(jì)算滿足純電動(dòng)汽車行駛要求的性能應(yīng)針對(duì)全部行駛工況。 從分析電動(dòng)汽車行駛時(shí)的受力狀況出發(fā)，建立行駛方程式，這是分析電動(dòng)汽車行駛性能的基礎(chǔ)。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力輸出特性與車輛的動(dòng)力性能直接相關(guān)。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力輸出應(yīng)該滿足車輛的動(dòng)力性要求。電動(dòng)汽車在進(jìn)行參數(shù)匹配的時(shí)候，首先必須建立電動(dòng)汽車的行駛動(dòng)力學(xué)模型，對(duì)電動(dòng)汽車行駛過(guò)程中力與功率的平衡進(jìn)行分析。 車輛行駛過(guò)程中力的平衡關(guān)系如圖 27。根據(jù)力的平衡關(guān)系，汽車的行駛方程式為： (1) 式中： Ft——驅(qū)動(dòng)力； ΣF——行駛阻力之和。 圖 6 汽車行駛過(guò)程中受力示意圖 車輛行駛的驅(qū)動(dòng)力是路面作用在車輛驅(qū)動(dòng)輪上的，電動(dòng)汽車的電動(dòng)機(jī)輸出軸輸出轉(zhuǎn)矩，經(jīng)過(guò)車輛傳動(dòng)系傳遞到驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)力矩為 Tt，使驅(qū)動(dòng)輪與地面之間產(chǎn)生相互作用，車輪與地面作用一圓周力 F0。同時(shí)，地面對(duì)驅(qū)動(dòng)輪產(chǎn)生反作用力 Ft。這兩個(gè)力大小相等方向相反，地面對(duì) 驅(qū)動(dòng)輪產(chǎn)生的反作用力 Ft與驅(qū)動(dòng)輪前進(jìn)方向一致，是推動(dòng)汽車前進(jìn)的外力，這個(gè)反作用力就是驅(qū)動(dòng)汽車行駛的外力，即驅(qū)動(dòng)力。它不僅與車輛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供的牽引力有關(guān)，而且與路面和車輪之間的接觸狀態(tài)有關(guān)。其數(shù)值為： 式中： Tt—作用與驅(qū)動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)矩； r—車輪半徑。 傳統(tǒng) (2) r 在電動(dòng)汽車中 Tt 是由電動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩經(jīng)傳動(dòng)系統(tǒng)傳遞到車輪上的。令傳動(dòng)系統(tǒng)總傳動(dòng)比為 i，傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械效率為 ηt。驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩為 Ttq，則有： T 因此汽車的驅(qū)動(dòng)力為： (4) 汽車在水平道路上等速行駛時(shí)，必須克服來(lái)自地面的滾動(dòng)阻力和來(lái)自空氣的空氣阻力。當(dāng)汽車在坡道上上坡行駛時(shí)，還必須克服坡度阻力。汽車加速行駛時(shí)還需要克服加速阻力。因此汽車行駛過(guò)程中的總阻力為： 式中： Ff—滾動(dòng)阻力 Fw—空氣阻力 Fi—坡度阻力 Fj—加速阻力 其中： (1) 滾動(dòng)阻力： Ff可以等效的表示為： 式中： W—作用于車輛上的法向載荷； ｆ —滾動(dòng)阻力系數(shù)，與路面種類，行駛車速以及輪胎的結(jié)構(gòu)、材料、氣壓等有關(guān)。研究中滾動(dòng)阻力系數(shù)，按經(jīng)驗(yàn)公式取值。 (2) 空氣阻力： 式中：ＣＤ —空氣阻力系數(shù)； Ａ —迎風(fēng)面積，即車輛行駛方向的投影面積； ρ—空氣密度，一般 ρ＝ 。 ｕｒ —相對(duì)速度，在無(wú)風(fēng)時(shí)即車輛的行駛速度。 在無(wú)風(fēng)條件下汽車的運(yùn)動(dòng)，ｕｒ即為汽車的行駛速度 ua。如 ua 以 km／ h計(jì)，A以 m2 計(jì)，則空氣阻力 (N)為： 論文 (8) (3) 坡度阻力： (9) 式中： α—坡度。一般道路的坡度均較小，此時(shí) sinα=tanα=i。 (4) 加速阻力： 式中： δ—車輛旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)。 m—車輛質(zhì)量； du—行駛加速度。 dtdu (10) dt 這樣，汽車行駛阻力為： 車輛行駛時(shí) ，不僅驅(qū)動(dòng)力和行駛阻力相互平衡，電動(dòng)機(jī)功率和車輛行駛阻力功率也總是平衡的。即：在車輛行駛的每一時(shí)刻，電動(dòng)機(jī)發(fā)出的功率 Pe 總是等于機(jī)械傳動(dòng)損失的功率與全部運(yùn)動(dòng)阻力所消耗的功率之和。在純電動(dòng)汽車中， Pe為電動(dòng)機(jī)的輸出功率。車輛運(yùn)動(dòng)阻力所消耗的功率有滾動(dòng)阻力功率 Pf，空氣阻力功率 Pw,坡度阻力功率 Pi 以及加速阻力功率 Pj。即： 根據(jù)以上的推導(dǎo)，可得車輛行駛過(guò)程中的平衡方程如下： 9550 (13) 對(duì)純電動(dòng)汽車而言，式中： Pe—電動(dòng)機(jī)輸出功率 (kW)。 n—電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)速 (rpm)。 傳動(dòng)系主要參考設(shè)計(jì)參數(shù)以及動(dòng)力性要求如下表 表 3所示： 表 2 傳動(dòng)系參考設(shè)計(jì)參數(shù) 論文 傳動(dòng)系部件 電池組 設(shè)計(jì)參數(shù) 額定電壓 /V 額定放電容量 /Ah 設(shè)計(jì)值 80 150 其他 迎風(fēng)面積 A/m2 空氣阻力系數(shù) CD 車輪滾動(dòng)半徑 r/m 表 3 動(dòng)力性要求 最高車速 加速性能 0—45km/h 爬坡度 50 km/h 小于 10S 不小于 20% 傳動(dòng)比的確定 首先，我們比照參考車型，選定某型電動(dòng)汽車的固定減速比為 ?，F(xiàn)在進(jìn)行改減速比的可行性驗(yàn)證。 (1) 傳動(dòng)比的選擇首先應(yīng)滿足車輛最高車速的要求，由最高車速 vmax 與電機(jī)的最大轉(zhuǎn)速 nmax確定傳動(dòng)比的上限。 (15) vmax 其 中，類比其他車型，我們確定最大轉(zhuǎn)速 nmax=4000。通過(guò)該車外形設(shè)計(jì)參數(shù)，可得車輪半徑 r=,vmax=50km/h，則： 50 (2) 由電機(jī)的最大轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的最大輸出轉(zhuǎn)矩 Tmax，和最高車速對(duì)應(yīng)的行駛阻力Fmax確定速比的下限。 其中： f=， r=，則 (17) Fmax 論文 綜合市面上的電動(dòng)機(jī)參數(shù)，參考現(xiàn)有車型的選擇的電動(dòng)機(jī)，我們選擇最大轉(zhuǎn)速時(shí)轉(zhuǎn)矩 T＇ max=m作為參考值，則： (3) 由電機(jī)最大輸出轉(zhuǎn)矩 Tmax和最大爬坡度對(duì)應(yīng)的行駛阻力 Famax確定。 其中： Famax=mgcosαf+mgsinα =800+800= N，r=。綜合市面上的電動(dòng)機(jī)參數(shù)，參考現(xiàn)有車型的選擇的電動(dòng)機(jī)，我們?nèi)max=60 Nm作為參考值，則： 為了滿足上述要求，故 電機(jī)的參數(shù)設(shè)計(jì) 電動(dòng)機(jī)的功率必須滿足電動(dòng)汽車的最高車速的功率要求，以保證電動(dòng)汽車在良好路面情況下，能夠獲得較高的行駛車速。加速性能和爬坡度：電動(dòng)機(jī)的功率越大，電動(dòng)汽車的后備功率就越多，從而其加速性能和爬坡度就會(huì)越好，但過(guò)多的后備功率導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的體積和質(zhì)量增加，且由于電動(dòng)機(jī)不能經(jīng)常工作在額定功率附近，效率下降，增加電動(dòng)汽車不必要的能量消耗。 確定驅(qū)動(dòng)電機(jī)參數(shù)的依據(jù)主要是： 1) 動(dòng)力系統(tǒng)的額定功率必須滿足車輛以最高車速行駛； 2) 動(dòng)力系統(tǒng)必須滿足車輛加速性的要求； 3) 動(dòng)力系統(tǒng)必須滿足車輛以最大爬坡度爬坡的要 求； 4) 動(dòng)力系統(tǒng)必須滿足車輛以額定轉(zhuǎn)矩在額定車速行駛的要求； 5) 根據(jù)汽車的動(dòng)力性指標(biāo)選擇最適合的驅(qū)動(dòng)電機(jī) 電動(dòng)機(jī)的功率確定 (1) 根據(jù)最高車速計(jì)算電動(dòng)機(jī)功率 在計(jì)算最高車速勻速行駛功率時(shí)忽略加速阻力功率與坡度阻力功率。 論文 滿載時(shí)： G=800， f=， CD=， A=， η=， ua=50km/h（此時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速為 3500r/min） (2) 根據(jù)最大爬坡度計(jì)算電動(dòng)機(jī)功率 在計(jì)算最大爬坡度行駛功率時(shí)時(shí)忽略加速阻力功率與空氣阻力功率。 滿載時(shí) :G=800， f=， i=， η=， ua=20km/h 電動(dòng)機(jī)的功率應(yīng)能夠滿足根據(jù)以上計(jì)算得到的功率。 電動(dòng)機(jī)最大輸出轉(zhuǎn)矩計(jì)算 根據(jù)電動(dòng)汽車的最大爬坡度要求，可得電動(dòng)汽車需求的最大轉(zhuǎn)矩。 由公式： 在電動(dòng)汽車進(jìn)行慢速勻速爬坡時(shí)，空氣阻力 Fw 以及加速阻力 Fj 可以忽略。所以： 其中， Ff=mgfsinα ； Fi=mgcosα ， 所 以 ： (27) r (28) 代入 ig=1， i0=， η=， m=800kg， g=， f=， α=tan1（ ） =176。，綜上可得： 錯(cuò)誤！未找到引用源。 (29) 電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩計(jì)算 當(dāng)電動(dòng)汽車以額定車速在平地上勻速行駛時(shí)，電動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩即為額定轉(zhuǎn)矩。 論文 即電動(dòng)汽車在以常規(guī)車速（ 22km/h）的速度行駛時(shí)，阻力扭矩為 m。 由公式： n (31) 代入 P=5kW， n=1500r/min可得，額定轉(zhuǎn)矩 T=32Nm。額定轉(zhuǎn)矩大于額定轉(zhuǎn)速下的阻力扭矩，電動(dòng)汽車滿足車輛行駛條件。 阻力矩， Nm 速度 ,km/h 圖 7 平定勻速情況下，阻力矩和車速關(guān)系圖 電動(dòng)機(jī)加速性能計(jì)算 在水平良好路面上，車輛的行駛加速度表示為： 式中： Ft—輛行駛驅(qū)動(dòng)力，計(jì)算公式為： 其中： Ttq—電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩 ig—變速器傳動(dòng)比 i0—主減速器傳動(dòng)比 論文 r—車輪半徑 η—傳動(dòng)機(jī)構(gòu)效率，包括變速器、傳動(dòng)軸和主減速器 Fw—車輛行駛的空氣阻力，錯(cuò)誤！未找到引用源。 Ff—車輛行駛滾動(dòng)阻力 錯(cuò)誤！未找到引用源。 M—總質(zhì)量 δ—轉(zhuǎn)動(dòng)質(zhì)量換算系數(shù) 則，電動(dòng)汽車從起步加速到速度為 U的加速時(shí)間為： fu 選取峰值 Ttq為 ，要求速度由 0加到 45km/h ,δ =， M=800kg， ig1，i0=， η=， r=， CD=， A=， f=。代入上式得： 加速度， m/s2