【正文】 在各個(gè)零部件符合設(shè)計(jì)要求的前提下，對動(dòng)力系統(tǒng)仿真分析，優(yōu)化動(dòng)力系統(tǒng)整體性能。在理論計(jì)算的基礎(chǔ)上應(yīng)該進(jìn)行仿真分析，使主減速比更加合理。 （ 3）本文采用水冷方式對電動(dòng)機(jī)和控制器進(jìn)行冷卻。 （ 1）本文設(shè)計(jì)小型電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)形式為電動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)橋組合式。單級(jí)錐齒輪主減速器經(jīng)校核，完全能滿足工作要求，其傳動(dòng)比為 。 39 式中 ? 為膜片連桿長度系數(shù)取 ； E 為膜片彈簧彈性模量取 206GPa； b 為連桿平均寬度 30mm 拉壓應(yīng)力： ? ??? ?? AQ` (446) MP ???? ? ? ? ? MP aMP an b ??? ?? 式中 ??b? 為膜片材料的抗拉強(qiáng)度極限； n為安全系數(shù)取 3； A為膜片危險(xiǎn)截面面積 安全裕度： ? ? ??? 非常安全。預(yù)緊力計(jì)算： 38 ? ? ? ? NdAQ P ?????? ??? (440) 式中 ??? 為許應(yīng)拉應(yīng)力 ? ? ? ?nb?? ? (441) 查表得： ? ? MPab 1000?? ， n=3 為安全系數(shù) 計(jì)算得： ? ? ?? 扭矩引起的剪力： NRn TQ 239。 本文選用四連桿型膜片形式，螺栓數(shù)目為 4，結(jié)構(gòu)如圖 46所示。 膜片聯(lián)軸器彈性元件為一定數(shù)量的多邊形或圓形金屬膜片疊合而成的膜片組，膜片周圍上有沿圓周均布的若干螺栓孔，用較制孔用螺栓交錯(cuò)間隔與兩邊的半聯(lián)軸器相連接。 經(jīng)計(jì)算得： M Paj ??? 計(jì)算應(yīng)力小于許用應(yīng)力所以可靠。 上述按 cT 計(jì)算的最大接觸應(yīng)力不應(yīng)超過 2800MPa，按 cFT 計(jì)算的疲勞接觸應(yīng)力不應(yīng)超過 1750MPa。 本文取 0k =1， mk =， vk =， sk =，從上圖知主動(dòng)錐齒輪 wJ 為 ，從動(dòng)錐齒輪 wJ 為 ，計(jì)算得： 從動(dòng)錐齒輪彎曲強(qiáng)度： M Paw ??? 主動(dòng)錐齒輪彎曲強(qiáng)度： M P aw ??? 計(jì)算應(yīng)力小于許用應(yīng)力所以可靠。取法見圖 45。因此本文中取 。 從動(dòng)錐齒輪齒面寬 2b 推薦不大于其節(jié)錐距 2A 的 倍，即 2b ≤ 2A ,而 2b應(yīng)滿足 2b ≤ 10ms，一般也推薦 2b = 2D ， 2b =。另外，齒面過寬也會(huì)引起裝配空間的減小。這樣，不但減小了齒根圓角半徑，加大了應(yīng)力集中，還降低了刀具的使用壽命。 2D 可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式初選： 322 ceD TKD ? (432) 式中 33 2D 為從動(dòng)錐齒輪大端分度圓直徑 (mm)， 2DK 為直徑系數(shù)；一般為 ～ ，本文取 ， ceT 為從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩 (N 對于不同的主傳動(dòng)比， 1Z 和 2Z 應(yīng)有適宜的搭配。 當(dāng)主傳動(dòng) 比主。 為了得到理想的齒面重合度和高的輪齒彎曲強(qiáng)度，主、從動(dòng)齒輪齒數(shù)和應(yīng)不少于 40。 單級(jí)主減速器參數(shù)計(jì)算 齒輪計(jì)算載荷的確定 按電機(jī)最 大轉(zhuǎn)矩和傳動(dòng)比確定從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩 ceT 。 主、從動(dòng)齒輪的支承方案 主動(dòng)錐齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩不是很大，所以我們選取懸臂式支承，這樣既保證了支承剛度又能使結(jié)構(gòu)簡單，方便制造。重合度較大，不僅提高了傳動(dòng)平穩(wěn)性，而且使齒輪的彎曲強(qiáng)度提高約 30%。當(dāng)傳動(dòng)比一定，主動(dòng)齒輪尺寸相同時(shí)，雙曲面從動(dòng)齒輪直徑比相應(yīng)的螺旋錐齒輪為小，因而有較大的離地間隙。 表 46 固定速比與可變速比對照表 固定速比 可變速比 31 電動(dòng)機(jī)額定值 較高 較低 控制器額定值 較高 較低 成本 較低 較高 體積 較小 較大 質(zhì)量 較低 較高 效率 較高 較低 可靠性 較高 較低 單級(jí)主減速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 主減速器齒輪的類型 雙曲面齒輪與弧齒錐齒輪相比具有一下優(yōu)點(diǎn)： 當(dāng)雙曲面齒輪與螺旋錐齒輪尺寸相同時(shí)，雙曲面齒輪傳動(dòng)有更大的傳動(dòng)比。本文列出了固定速比和可變速比的比較，綜合比較選擇使用固定速比。 電池參數(shù)選取 經(jīng)過計(jì)算選取動(dòng)力電池參數(shù)如表 45 所示。計(jì)算電池容量： AhUWC essdod r ??? ? (429) 取 AhC 31? 綜上所述，電池組容量為 31Ah，單體電池?cái)?shù)目為 113塊，最大放電能量為 計(jì)算單體電池?cái)?shù)量： ??? uuN (425) 取整得： 113?N 按照電動(dòng)汽車滿載以 50km/h 勻速行駛 100km，計(jì)算電池組能量： ?/????????????eleeleeler VsPtPW (426) 式中 ?/7614036003 ???????? ??? AVCMgf vFVP De lee le (427) 計(jì)算得： kwPele ? hkwWr 電池系統(tǒng)匹配 電池參數(shù)計(jì)算 目前電動(dòng)汽車可選用電池種類較多，根據(jù)查閱文獻(xiàn) 和實(shí)際調(diào)查，結(jié)合所設(shè)計(jì)車輛要求，本文選取性 能較高的鋰電池作為車輛動(dòng)力電池。 水管是連接電動(dòng)機(jī)和散熱器的重要部件，對其要求包括耐熱性好、耐壓性好和具有一定的柔韌性。 表 44 散熱器參數(shù)表 名稱 規(guī)格（ mm） 寬 X高 X厚 486X300X34 排數(shù) 2 波高 10 波據(jù) 4 水管截面尺寸 管間距 10 翅片厚度 百葉窗寬度 8 百葉窗間距 29 風(fēng)扇和管路材料選擇 在冷卻系統(tǒng)中為了提升散熱器的散熱效果，需要設(shè)計(jì)與冷卻系統(tǒng)匹配的散熱風(fēng)扇，對散熱風(fēng)扇要求包括：提供足夠的風(fēng)量；結(jié)構(gòu)簡單、重量小、成本低；效率高。 散熱器總散熱面積： 1NSSS ??? 帶管 (423) 式中 27 7 2 mHS ????管 222 mTtHbtS ???????帶 (424) 帶入得： ?S 滿足散熱面積 。 圖 44 D2型管結(jié)構(gòu) 根據(jù) QC/T2902591 標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算可得： 184???lC 。芯子中冷管分為咬口管和高頻對焊管，如圖 43所示，本文選用高頻對焊管。 0C） 。 K） 計(jì)算得： ? ?KmWK K） c? 為散熱壁厚，取 。 K））； mt? 為冷卻介質(zhì)對數(shù)平均溫差（ K） ? ? ? ????????? ???????12211221ln*awawamttttttttt ? (418) 式中 ? 為修正系數(shù)，取 ； 21 ww tt 、 為冷卻液進(jìn)出口溫度； 21 aa tt 、 為空氣進(jìn)出口溫度 CtCt ww ???? 3545 21 CtCt aa ???? 3025 21 則： Ctm ??? 散熱器傳導(dǎo)系數(shù)： accw hhK 11 1 ????? (419) 式中 wh 為熱流體與壁面表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，管內(nèi)液體流速為 ，取 4070W/（ m2管帶式散熱器結(jié)構(gòu)如圖 42 所示。 圖 41 管片式散熱器結(jié)構(gòu) 管帶式散熱器由扁平水管和波浪形散熱翅組成，性能較管片式散熱器提升很多，所以目前在汽車上廣泛使用。其優(yōu)點(diǎn)是剛度和強(qiáng)度高，氣阻??；缺點(diǎn)是效率低、成本高，加工難度大。 散熱器包括管片式和管帶式兩種。水泵揚(yáng)程理論上是可以通過流體力學(xué)公式計(jì)算出來的，但是由于設(shè)計(jì)水道復(fù)雜，流量分配難以確定，所以本文水泵揚(yáng)程根據(jù)經(jīng)驗(yàn)估取為 10m。水泵的選擇對于整個(gè)冷卻系統(tǒng)性能起著至關(guān)總要的作用，其主要設(shè)計(jì)參數(shù)包括流量和揚(yáng)程。冷卻系統(tǒng)應(yīng)該滿足的要求主要包括滿足系統(tǒng)要求，便于安裝、維修，效率高，成本低等 [14]。 表 42 電機(jī)參數(shù)表 電機(jī)形式 永磁同步電動(dòng)機(jī) 額定電壓 288V 最大功率 30kw 額定功率 15kw 最大轉(zhuǎn)矩 160N*m 額定轉(zhuǎn)矩 80N*m 最大轉(zhuǎn)速 6500r/min 額定轉(zhuǎn)速 2400r/min 冷卻方式 水冷（流量 8L/min） 質(zhì)量 45kg 電機(jī)控制器： 電機(jī)控制器相關(guān)參數(shù)如表 43所示。主減速比直接影響到整車的經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性，根據(jù)汽車?yán)碚摻?jīng)驗(yàn)公式可以大致得出主減速比的選擇范圍： 69，本文初選傳動(dòng)比為 i=[13]。如果電動(dòng)機(jī)功率過大，后備功率就會(huì)很大，不僅使得電動(dòng)機(jī)的質(zhì)量增大，而且會(huì)使電動(dòng)機(jī)工作效率低下；反之，功率過小，不能滿足整車的性能要求，而且電動(dòng)機(jī)經(jīng)常過載工作，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)壽命大大縮短，甚至直接損壞 [12]。整車結(jié)構(gòu)參數(shù)及性能要求如表 41 所示。 圖 35 電池管理系統(tǒng) 本章小結(jié) 本章重點(diǎn)對電動(dòng)汽車的關(guān)鍵技術(shù) —— 電動(dòng)機(jī)技術(shù)和蓄電池技術(shù)做了詳細(xì)的 20 介紹，通過對比分析各種類型的電動(dòng)機(jī)和蓄電池的性能參數(shù)，結(jié)合實(shí)際需求，最終確定電動(dòng)機(jī)類型為永磁同步電動(dòng)機(jī)，蓄電池類型為鋰離子蓄電池。充電需要用專用的充電設(shè)備進(jìn)行充電，充電設(shè)備多種多樣，包括接觸式和感應(yīng)式充電器，根據(jù)汽車需要選擇適合的充電器。為了保證整個(gè)電池組的整體性能，需要對各單體電池進(jìn)行監(jiān)控、管理，從而保證電池組中各單體電池性能的一致性。其缺點(diǎn)是不同程度的衰老和不耐受過充、過放。電池一般采用含有鋰元素的材料作為電極，是現(xiàn)代高性能電池的代表。 鋰離子電池：是一種二次電池（充電電池），它主要依靠 鋰離子 在正極和負(fù)極之間移動(dòng)來工作。其高比功率特性完全可以滿足電動(dòng)汽車啟動(dòng)、加速和爬坡的要求，壽命也是鉛蓄電池的 2倍以上，而且安全，環(huán)保。 鎳氫電池：由氫離子和金屬鎳合成，電量儲(chǔ)備比 鎳鎘電池 多 30%，比鎳鎘電池更輕，使用壽命也更長，并且對環(huán)境無污染。應(yīng)用廣泛，成本低、控制簡單，技術(shù)成熟，質(zhì)量穩(wěn)定，可靠性高。不同類型蓄電池性能比較如表 31 所示。這也是目前電動(dòng)汽車蓄電池領(lǐng)域需要攻克的難關(guān)。 電動(dòng)汽車蓄電池有五大要求：功率密度高、能量密度高、循環(huán)壽命長、安全可靠、制造成本低 [11]。 圖 34 永磁同步電動(dòng)機(jī)及控制器 18 蓄電池技術(shù) 蓄電池是電動(dòng)汽車唯一的能量提供源，電池蓄電能力對電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程有很大影響，要想續(xù)駛里程遠(yuǎn)，就必須增大蓄電池容量，蓄電池容量越大，體積和質(zhì)量就越 大，導(dǎo)致整車質(zhì)量加重，自身消耗能量增加，使汽車?yán)m(xù)駛里程降低。永磁同步電機(jī)優(yōu)點(diǎn)是工作轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定，但是其難以控制，技術(shù)要求高，成本也高，并且轉(zhuǎn)矩較無刷直流電機(jī)小。 圖 33 開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)及控制器 永磁電動(dòng)機(jī)分為兩種：永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)、永磁同步電動(dòng)機(jī)。缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)矩不穩(wěn)定，噪音大，經(jīng)濟(jì)性也不理想，所以在電動(dòng)汽車上應(yīng)用也有限。 17 圖 32 交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)及控制器 開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī) :