电动汽车对置式无级减速驱动系统设计.doc

对置式无级减速驱动系统设计摘要：电动跑车要求驱动系统提供的转速、扭矩大，控制平滑、容易。本系统采用两个电机驱动，水平对置，双电机动力混合后驱动车轮，选择后轮驱动。减速器可以实现无级变换传动比，扭矩输出平顺，易于控制。并不是每一种物体都能成为一种文化，并不是每一种物体的出现都能对人类历史产生重大影响。转眼间汽车已经发展一百多年了，汽车的出现推进了人类历史的发展，对人们的生活产生了很大影响。一百多年后的今天，由于石油资源的紧缺及人们对环境保护的要求，电动汽车逐渐走俏，成为汽车发展的趋势。电动汽车的出现比燃油汽车更早，早在1881年法国的特鲁夫就制造出了一辆具有历史意义电动汽车。但是历史中的电动汽车发展时期很短，浮浮沉沉，几经发展机遇，几经被历史遗忘。但是今天，电动汽车从新走进了我们的视野，各大汽车公司均积极投入电动汽车的研发，每一款电动汽车的推出都会激动人心都会促进汽车历史的发展。可以说，电动汽车的普及是未来发展的必然趋势。电动汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。电动汽车主要分为三种，即：纯电动汽车、混合动力汽车和燃料电池汽车，通常所说的电动汽车一般是指纯电动汽车。跑车永远代表着汽车技术的最前沿，永远站在汽车最顶峰的位置。电动跑车也不例外，最先进的技术、最优秀的设计总是最先出现在跑车身上，在电动汽车未普及之前，电动跑车已频频出现。除了一些老牌汽车公司之外，一些新兴的汽车公司在电动跑车的开发方面的表现也是不俗的，比如美国的菲斯科（Fisker）汽车公司推出的卡玛（Karma）混和动力跑车，特斯拉（Tesla）汽车公司的Roadster电动跑车，以及德国的Artega汽车公司的GT系列电动跑车等等，出色的电动跑车比比皆是。当然还有著名的奥迪E-tron，保时捷918Spyder混合动力跑车等。正因为有了这些跑车的存在，我们才敢于向燃油汽车挑战，并且敢于舍弃燃油汽车，因为我们的资源在快速地减少，我们的生存环境需要清洁的交通工具来维持持续性发展。电机驱动系统是电动汽车的关键部分之一，它决定了电动驱动的效率和动力，优秀的电机驱动系统可以使电动车有较好的动力性，可以节约蓄电池的电能，进而增加电动车的续航里程。电动车驱动系统一般由牵引电机、控制系统(包括电动机驱动器、控制器及各种传感器)、机械减速及传动装置、车轮等构成。电动车的驱动系统需要其速度、转矩变化范围大, 能实现对输出功率和转矩的迅速、平滑的控制。现代电动汽车的驱动系统逐步向机电一体化方向发展，一般有四种形式：1.平行式一体化驱动系统；2.同轴式一体化驱动系统；3.双联式一体化驱动系统；4.轮毂电机驱动系统。平行式一体化驱动系统是在电机的输出端的外壳下部装置机械式的减速齿轮和差速齿轮，组成一个整体。同轴式一体化驱动系统的电动机是一种特殊的有空心轴的电动机，在电动机的左端特制的外壳中，安装由电动机驱动的减速器齿轮和差速器齿轮；差速器带动左右两个半轴，其中右半轴是穿过电动机的空心轴与右车轮连接，左半轴穿过外壳与左车轮连接。双联式一体化驱动系统分为串联式和并联式，由两个电机串联或者并联布置在一起，一般情况下用主驱动电机驱动车辆行驶，在启动加速和爬坡时，辅助电机和主驱动电机共同驱动。轮毂电机是将电机和轮毂合为一体，定子是固定在悬架上，而车轮就是转子。蓄电池向轮毂电机通电后，车轮就会转动，车辆就会行使。汽车轮毂电机驱动可以组成四驱或者两驱驱动方式，汽车的差速问题可以由软件来控制左右车轮的转速来实现。跑车对电机驱动系统的要求更高，需要更高的输出转速和扭矩。本文所设计的对置式无级减速驱动系统是在一般驱动系统的基础上，结合电动跑车性能的要求而设计的，有如下优点：能够实现减速器的无级变换，更好的控制电机扭矩输出；能够同时输出较大的转速和扭矩，并且防止电机过载；能够实现两个电机独立驱动和共同驱动。一.对置式无级减速驱动系统结构两电机水平对置放置，输出轴经分动式动力混合器，混合器输出轴带动无级减速主动轮，经金属带传动，从动轮带动半轴驱动车轮。减速器传动比由液压控制主动轮及从动轮的滑动端的位移来实现。车速控制由计算器根据变速按钮来控制电机电流输入，进而控制电机转速。结构简图如下：主减速器速器可分为单级主减速器和双级主减速器，由于电动车可以通过改变电动机转速来控制车速，故变速器可以省略，所以传动系统传动比由减速器来控制。为了实现多级传动比，将主减速器设计为无级式，动力传动可以实现线性连续变换，配合电机控制器控制电机，系统可以更好地控制扭矩和转速输出。二.电机选择示例及减速器传动参数现选择包头天山电机有限公司生产的YTD100永磁同步电机，参数如下：1. 额定直流电压：UDC=336V2. 额定交流电压：UAC=249V3. 额定交流电流：IAC=244A4. 额定功率：100KW5. 额定转速：n=3500 rpm6. 最高转速：n=7000rpm7. 额定转矩：M=273Nm8. 最大转矩：M=550Nm减速器传动参数：最大传动比i=5；最小传动比i=2。三.汽车动力性计算：车身整备质量m为1200kg；重力加速度g取9.8m/s2；滚动阻力系数f为0.01；空气阻力系数Cd为0.26；迎风面积A为2.305m2；车轮半径r为10寸，即r=33.33cm.当车辆以双电机共同驱动时，由公式根据以上数据代入得最高车速u=520km/h由F=ma,估算百公里加速时间得t=4.3秒 以上所举例子当然是不现实的，这是由于电动机与发动机本身的性能区别之在，电动机效率远高于发动机，输出扭矩大，驱动能力强，这是电动机的优势，我们设计电动车时可以扬长避短，降低电动机的功率，减轻车身重量，为节约电能、提高电动车续航里程做好铺垫。三.控制器控制项目1.计算器可根据车速和电机转速传感器来分析和控制差速器主动轮和从动轮的伺服液压缸，进而控制减速器的传动比，车速和传动比呈线性关系，基本函数关系为y=-n*a(x-b)+c。2.控制器可以实现电机单独驱动和共同驱动模式，当车辆在城市路况行驶时，可以选择单独驱动模式；当车辆需要高速行驶或者爬坡时可以选择双电机共同驱动。四.总结此驱动系统借鉴了混合动力汽车的驱动系统，将无级变速应用在减速器上，使得系统传动可以实现线性连续变化，控制平顺，整个系统结构紧凑，整体效率高，功率密度大。单电机驱动和双电机共同驱动可以根据工况任意选择，使跑车更加实用，又不失跑车动力。参考文献 1李斌花，王地川，钟勇.纯电动