机械毕业设计（论文）开题报告-纯电动汽车动力传动系统设计.doc

设计开题报告学 生 姓 名： 学 号： 学 院： 专 业： 设计题目：纯电动汽车动力传动系统设计指导教师: 设 计 开 题 报 告1选题依据：本课题的研究背景及意义 汽车是现代经济社会必不可少的交通工具，也是人类文明的重要标志之一。汽车排放污染问题由于汽车尾气和工业污染给大气层和地球生存环境带来日趋严重破坏，人类必需在未来二十年内努力将碳排放量指标恢复到合理水准，而削减碳排放量保护生存环境显然已经是比赚钱更迫切更紧急的事情。随着社会经济的不断发展，汽车数量将会不断增多，车用汽油和柴油的消耗量越来越大。据统计，当前世界各种类型汽车总共约有七亿多辆，至1999年底，我国民用机动车保有量已有1453万辆，预计到2010年将增至4900万辆。按现在汽车增加的速度测算，预计到2030年,世界汽车总保有量将达到10亿辆。按目前人类消耗石油的速度，全球已探明的石油资源仅能支撑4050余年。因此，众多国家都在为汽车寻求新的替代燃料，寻求各种清洁能源。纯电动汽车就是将传统的内燃机汽车车的燃料换为动力电池，并将整车驱动系统的核心由发动机换为电动机，不影响现有的各项交通法规对其的要求。纯电动汽车相比于传统汽车有污染小、噪音小以及能源利用率高等特点。虽然纯电动汽车的出现时间很早，但是由于纯电动汽车的续驶里程短以及充电时间长的缺点，始终没有广泛使用1。随着科学技术的不断革新，通过应用各种全新的技术手段，现在已经将纯电动汽车的缺点最大程度的削减。目前来看，纯电动汽车大有崛起之势，在节能减排以及环保的大环境下，纯电动汽车必将成为未来交通工具的主力军1。 电动汽车目前没有得到广泛应用的主要原因就是续驶里程的问题，针对这个问题，一方面需要开发续航能力更强的电池，另一方面传动系统作为汽车的核心组成部分，应该开发更加合理，传动效率跟高的布置形式。而且技术的创新是纯电动汽车行业发展的必经之路1。近年来，关于纯电动汽车的研究主要集中在能量存储系统、电驱动系统和控制策略的开发研究三方面。动力电池作为纯电动汽车的唯一动力源，不仅是纯电动汽车电机所需电能的提供者，还需要为整车的娱乐系统等设施供电。所以动力电池的性能好坏直接影响了整车的续驶里程。而最早期纯电动汽车的动力电池多为铅酸蓄电池。铅酸蓄电池虽然成本不高，但是不仅其寿命短，而且充电速度慢。并不能满足人们对纯电动汽车充电快，续驶里程高的要求。所以，铅酸蓄电池逐渐被目前主流的锂电池、镍镉电池、飞轮电池以及燃料电池等替代。虽然这些电池在性能上都要优于铅酸蓄电池，但是并不能满足上述要求。短期内并不能开发出拥有更优秀性能的动力电池来改善续驶里程低的问题。所以，纯电动汽车的整车控制策略的研究开发从未停止。整车控制系统是纯电动汽车实现整车控制和管理的关键，是实现和提高整车控制功能和性能水平的一个重要技术保证。在纯电动汽车的整车控制系统策略的研发过程中，其技术核心就体现在整车控制软件的架构设计、转矩控制策略以及对整车和各系统得能量管理上。而且就目前的技术而言，短期内并不能开发出动力电池来满足大续驶里程的要求。所以，研发出一套合理的，高效的纯电动汽车的传动系是短期内提高纯电动汽车续驶里程行之有效的方法2。本课题国内外研究现状我国早在上世界60年代就已经开始了对纯电动车的相关研究工作。虽然开始的很早，但一直未引起政府的重视，所以我国正式对纯电动汽车的研制开始与1981年，但是由于当时国际上对纯电动汽车的宣传和需求并没有现在这么强烈，所以对电动汽车的研究投入很少，研发也很零散。但是到了上世纪的90年代，我国纯电动汽车的研究掀起了一股高潮，国内的不少高校以及企业投入到了纯电动汽车的研发中，并且取得了一些成果2。比如说1993年香港大学研制出4座电动轿车U2001，配置了45kW永磁直流无刷电机和26 V镍氢蓄电池。其中，永磁无刷直流电机采用了特殊设计，可以在很广的转速范围内高效率工作。该车采用了一系列20世纪90年代水平的高新技术，采用声频导航系统提高了安全性，便于用户驾驶，采用智能能量管理系统使能量的转化和传递达到最优。U2001轿车的最高速度为110kmh，048kmh的加速时间为6.3S，以88kmh的速度行驶时，一次充电的续驶里程为l76km。大连交通大学李律鸣在FMPMG的理论分析基础上，设计了一种永磁厂条只是永磁齿轮代替传统变速箱的新型传动系统，运用汽车相关知识进行了传动系统设计，参考国内外最新纯电动汽车参数配置，提出了模型参数设计过程，利用Ansoft有限元仿真软件建立模型，并进行静态和动态仿真。利用Ansoft逐一分析了FMPMG各结构参数和转矩的关系，针对所设计方案进行参数优化2。还有同济大学先后试制成我国第一台由直流无刷轮毂电机独立驱动的4轮驱动燃料电池微型电动汽车“春晖一号”和“春晖二号”以及“超越”系列混合动力电动汽车。“春晖一号”四轮电驱动燃料电池轿车最高时速50 kmh，配置锂离子蓄电池和燃料充氢电池2种混合动力，续驶里程150km“超越一号”燃料电池混合动力轿车已经通过验收，主要技术参数为：0100kmh的加速时间小于等于30S，14S内可以加速到80kmh，最高时速为105kmh，最大爬坡度20，续驶里程230km“超越三号”主要技术参数为：0100kmh的加速时间小于等于20S，最高时速120 kmh，最大爬坡度20，续驶里程200km这些都是在上世界90年代纯电动汽车发展浪潮之下较为突出的成果3。 国外很多国家也非常关注新能源汽车的开发与研究，有的国家甚至还通过一些法 规还维护和支持新能源汽车发展。希望能通过电动汽车的不断普及和推广减少传统燃 油汽车的使用数量。原因就是电动汽车能够有效缓解传统燃油汽车对石油的依赖以及 对环境的污染，还有节能环保的明显优势。其中日本、美国、欧洲等国家对新能源汽车的研发比较成熟，技术成就有较高优势。日本一直以来资源比较缺乏，各行业领域都在寻求各种方法对策来减少资源的利 用和浪费。因此，出于对能源危机以及环境保护的关注，重视对能源汽车的开发与研究成本日本国家的迫切追求，同时对日本能源问题的改善也至关重要。从目前新能源 汽车的发展形势来看，日本对新能源汽车的研究很有优势，早在 1997 年，丰田汽车公司就开发出自己的第一台混合动力电动汽PRIUS。美国对世界环境污染限制极其严格,并且出于对节省能源等方面的考虑，研究开 发电动汽车成为美国的重点研究项目。自从1991年美国三大汽车公司就投入到新能 源汽车高性能电池的设计开发领域中，同时在各届政府的支持鼓励下，包括纯电动轿 车及混合动力汽车在内的新能源车辆数目在不断提高。目前已有7个州在响应政府的 号召与鼓励，决定在一段时间后将只销售纯电动轿车和燃料电池电动汽车等一系列绿 色环保汽车，以此来提升空气质量,同时节省部分能源，并提高能源利用率，有益于国家的长久发展。总之，新能源汽车在美国政府一些政策的鼓励推动下,正在迅猛发展。 电动汽车的基本改变是以直流或者是交流传动控制技术代替传统的内燃发动机。通过直流电动机或者是交流电动机的电气控制调节汽车的速度，从而改变通过控制汽车给油量来控制汽车的车速。由于直流电机有良好的调速性能，早期开发的电动汽车上大多数采用了直流电机做驱动电机，但近代电子技术和控制技术的发展，交流感应电机、永磁无刷电机等应用范围增大，性能完善，直流电机被逐步取代。目前主要的传动系设计方案有以下几种：1.机械驱动布置形式这种基于AMT变速器传动系统的布置形式是在内燃机汽车的结构基础之上进行改造的，因此在某些结构上会与内燃机汽车的布置形式相类似。例如会有内燃机汽车上所有的离合器，差速器等机械传动机构。但与内燃机汽车结构所不同的是用电动机代替传统内燃机并且用动力电池组代替传统的燃料作为动力源5。在本文所设计的布置形式之下，驾驶员可以根据不同的路况选择两到三个不同的档位来进行驾驶，这样可以使得电机总是处于一种高效率的状态下进行工作，可以使得电机的转矩与纯电动汽车车轮转速的合理匹配。2.机电集成布置形式 这种布置形式相对于传统机械传动系统取消了机械传动装置，因为只有动力电池，电机以及电机控制器等装置。由于去除了机械装置，在这种布置形式下不存在变速器以及差速器，所以需要电机直接来完成两轮的差速功能和变速功能。在这种布置形式中，电机将装到驱动轴上直接实现变速和差速转换。这种布置形式不仅需要电机有大的启动功率以及后备功率，还需对电机进行控制的控制系统有较高的控制精度和良好的可靠性，进而可以保证电动车的安全、平稳行驶。但是为了能使得电机直接安装在驱动轮上，不得不采用电子差速器来解决两侧驱动轮的差速问题使电动汽车反应迅速，运行灵活，因而间接的增加了成本，并且要求电机在不同条件下的控制精度要十分可靠5。3.电机驱动桥整体式布置形式 在这种布置形式下，传动系统不仅取消了离合器，还取消了变速器。这样使得该种布置形式具有传动效率高，结构紧凑和安装简单等特点。但这种布置形式与前两种布置形式有相同的弊端，都对电机的要求较高。因为该种布置形式下需要电机具有较高的起动转矩和后备功率，这样才能保证电动汽车的起动、爬坡以及加速超车的动力性5。4.轮毂电机驱动布置形式 该种布置形式同样将机械传动装置取消，直接在车轮内侧安装电机，这种布置形式可以大大减少电机到车轮的传递，不仅有利于加快传递速度，还能使得布置形式趋于简洁，紧凑的形式，显著的提高整车的空间利用率。另外，此种布置形式要求电机的体积不能过大，这是因为电机的外转子与以往不同是安装在驱动轮的边缘上。但是由于电机直接安装在车轮内侧，驱动轮的转速的主要来源依靠于电机的转速，所以需要精确的控制电机转速，才能达到电机转速与车轮转速相匹配6。参考文献：1宋永华,阳岳希,胡泽春. 电动汽车电池的现状及发展趋势J. 电网技术,2011,(04):1-7.2庄幸,姜克隽. 我国纯电动汽车发展路线图的研究J. 汽车工程,2012,(02):91-97.3刘卓然,陈健,林凯,赵英杰,许海平. 国内外电动汽车发展现状与趋势J. 电力建设,2015,(07):25-32.4张同.纯电动汽车动力系统研究D.武汉理工大学,2011.5吉毅. 纯电动汽车用AMT参数设计及换挡控制策略优化D.重庆大学,2014.6赵玉才. 纯电动汽车AMT换挡执行机构设计及控制方法研究D.合肥工业大学,2015.7梁琼,任丽娜,赵海艳,高炳钊,陈虹. 带2挡I-AMT纯电动汽车的换挡控制J. 汽车工程,2013,(11):1000-1003+1010.8Arash M. Gavgani,Aldo Sorniotti,John Doherty,Carlo Cavallino. Optimal gearshift control for a novel hybrid electric drivetrainJ. Mechanism and Machine Theory,2016.9张会真. 纯电动轿车传动系统优化与仿真D.河北工业大学,2015.10宋旦. 一种电动车辆混合动力系统P. 江苏：CN105216603A,2016-01-06.11R. Gasper,D. Abel. Flatness based control of a parallel hybrid drivetrainJ. IFAC Proceedings Volumes,2010,43(7).12尹安东;赵韩;江昊;龚来智;孙骏;王荣贵.一种纯电动汽车集成式行星轮系的两挡动力传动系统P.安徽：CN203331824U，2013-12-11.13俞会根,施绍有. 电动汽车电池相关问题探讨J. 北京汽车,2010,(06):8-10.14汪正虎,廖涵. 锂电池磷酸铁锂和三元正极材料专利分析J.