毕业设计（论文）-四轮驱动电动汽车底盘结构设计

四轮驱动电动汽车底盘结构设计 FOUR WHEEL DRIVE ELECTRIC CARCHASSIS STRUCTURE DEDIGN 英文题目Arial二号，大写，居中中文题目黑体二号，居中 摘要进入新世纪以来，我国城市到农村经济得到了快速发展。汽车工业是国民经济的的支柱产业，传统的化石能汽车造成的环境污染越来越严重，同时化石能源也面临着资源枯竭的问题，再过几十年全球范围内的石油石油资源越来越少，开采难度越来越高。人们想到大力发展风能、太阳能等清洁可再生能源，环境保护越来越得到我国政府和人们的重视，节约能源和保护环境越来越深入人心。近年来，我国北方地区多次发生大面积沙尘天气，使人们更加坚定使用清洁能源的决心。传统汽车使用汽油、柴油等作为燃料，在被使用过程中会排放二氧化碳等温室气体，而电动汽车没有二氧化碳等温室气体的排放，对环境的保护非常有帮助。本文主要介绍了四轮驱动型电动汽车的历史、结构和底盘的框架以及电池的能量存储过程。本次毕业设计介绍和绘出了四轮驱动型汽车底盘结构。关键词 四轮驱动； 电动汽车； UG； 三维建模； 汽车底盘 全套图 纸加扣 3346389411或3012250582IAbstractSince entering the new century, our cities have developed rapidly in the rural economy. Automobile industry is the pillar industry of national economy, the traditional fossil can car is becoming more and more serious, the environmental pollution caused by fossil fuels also faces the problem of resource depletion, again lead several decades worldwide petroleum oil resources less and less, difficult exploitation is higher and higher. People think of developing clean and renewable energy, such as wind power and solar energy environmental protection by the Chinese government and peoples more and more attention, to save energy and protect the environment is more and more thorough popular feeling. In recent years, large scale sandstorms have occurred in the northern regions of China, making people more determined to use clean energy.Conventional cars use as fuel such as gasoline, diesel, in use process will emit carbon dioxide and other greenhouse gases, and electric cars without carbon dioxide and other greenhouse gas emissions, are very helpful to the environment.This paper mainly introduces the history, structure and chassis frame of four-wheel drive electric vehicle and the energy stored procedure of the battery.This graduation design introduces and draws a four-wheel drive car chassis structure. According to the requirements of the vehicle dynamics, choosing the right motor, transmission, motion, steering, and brake system is constructed model, using 3 d software UG three-dimensional modeling on the chassis structure.Keywords four-wheel drive electric vehicle UG three-dimensional modeling Automobile chassisII目 录摘要IAbstractII1 绪论11.1 本课题的研究的主要内容和实质意义11.2 新能源汽车发展概况11.2.1 国外电动汽车发展状况21.2.2 国内电动汽车发展状况42 电动汽车结构与原理52.1 电动汽车的结构形式52.2 电动汽车的主要结构与原理52.3 四轮驱动型电动汽车底盘结构总体方案73 四轮驱动电动汽车的方案设计93.1四轮驱动纯电动汽车动力总成93.2 四轮驱动电动汽车的基本驱动性能103.3 四轮驱动电动汽车驱动电动机性能参数的选择113.4减速器的设计要求153.5 差速器的基本数据选择及强度计算173.5.1差速器齿轮基本数据选择173.5.2差速器齿轮的几何尺寸计算183.5.3差速器齿轮强度计算203.6 电动机的种类与原理213.6.1电动机的基本构造213.6.2直流电动机的特点与运动特性223.7 其他电动机22设计小结36参考文献37致谢38III1 绪论1.1 本课题的研究的主要内容和实质意义传统汽车的尾气排放是环境空气污染是全球变暖和海平面升高的主要原因之一，内燃机通过燃烧空气及汽油、柴油等燃料产生推进力,不完全燃烧过程导致车辆排放污染物，车辆的排放包括二氧化碳、一氧化碳、碳氢化合物、可吸入颗粒物等。机动车尾气排放有温室气体排放和空气污染无排放两类，温室气体排放导致全球变暖，而空气污染是指碳氢化合物、颗粒物、氢氧化物、硫氧化物和二氧化硫等导致空气品质下降的排放物。人们发明很多控制车辆排放的技术、可变气门正时技术、涡轮增压技术、三元催化技术都在不同程度上改善了排放指标，但要在根本上解决问题，世界在等待新技术的问世。电动汽车即以电能驱动的汽车，有零排放的可能并有可能在未来几十年内取代内燃机，纯电动汽车在传统汽车构造和传动系统方面提出新的设计。电动汽车之所以能达到很高的能量传递效率，是因为它减少了很多机械和排放元件，如排气管、消音器、催化转换器、离合器，单独由电池提供能量的汽车在充电时间、行驶里程方面在近年来都有较大改善和发展。1.2 新能源汽车发展概况在过去的几十年里，内燃机和传统的动力系统已经主导了交通工业。车辆排放对环境的影响受到越来越多的关注，下一代的动力传递解决方案需要增加效率，减少温室气体和空气污染物的排放。纯电动汽车，即以电力为动力的汽车，有零排放的可能并有可能在未来取代内燃机。然而，尽管发生一些改善，电动汽车仍然由于电力存储技术的限制在行驶里程上有局限。纯电动汽车在已经成熟的传统的汽车和传动系统上提出了许多新的复杂的设计挑战。除此之外为了满足更加严格的燃油经济性、车辆安全变现和环境保护，汽车行业需要做出相当大的努力投入资源去发展纯电动汽车去解决所遇到的挑战。纯电动汽车用一个或更多的电动机来驱动，用电池来存储电力。电池存储系统为车辆的所有电子系统提供能量。电池可以通过电网系统、充电站、房屋插头和非电网系统，如太阳能，或者使用车载的回收能量系统充电。纯电动汽车有可能产生零温室气体和空气污染物；然而，太阳能、风力、煤的燃烧等发电形式决定了其有限的污染排放。然而即使通过煤的燃烧获得的电力所排放的CO2也只是燃烧汽油排放的1/2或1/3。此外，纯电动汽车相比于传统的汽车还有很多其他的优势。纯电动的传递效率至少为75%，然而内燃机汽车的只有15%。纯电动汽车之所以能保持很高的效率是因为他减少了很多机械或排放元件。例如，纯电动汽车不需要消声器、催化转换器、排气罐和煤气罐。同样，离合器组件和传输系统通常被电动机扭矩驱动系统所取代。电动机驱动系统的主要元件是加速踏板、电动机驱动系统、电池和牵引电动机。尽管有这些好处，纯电动汽车也有些缺点需要考虑。目前，一个核心的关注点是纯电动汽车的电池相比于液体燃料有更低的能量和能量密度。另一个值得关注的是充电时间。虽然充电明显比燃油便宜，但是充电的速度会导致一个很长的等待时间（在家充电通常4-8h，在充电站至少30min）。此外，由于纯电动汽车电池包能力的限制，单独由电池提供能量的汽车相比传统汽车行驶里程更短。即使电池的存储能力和寿命有明显的改善，电池包依然会很贵很重。1.2.1 国外电动汽车发展状况1904年，herry ford开发了第一条以天然气为动力为动力的汽车生产线。随着20世纪的发展，汽车工业开始快速发展起来，汽车出现了蒸汽、电力和汽油版本。虽然在今天汽油动力汽车非常普遍，但是在20世纪初，电动汽车比其他车更受欢迎。不像汽油动力汽车，电动汽车受欢迎的主要原因是它没有发动机带来的振动、噪声和气味。然而，汽油动力汽车需要手动换挡，这在当时被认为给驾驶带来了困难。同样，与蒸汽动力汽车相比，电动汽车有能力一次充电使用更长的范围，在寒冷的天气也更方便，在类似的天气条件下，蒸汽动力汽车的启动时间为45min。直到20世纪20年代，电动汽车仍然具有吸引力的，其生产高峰期在1912年。然而，城际道路质量的改善推动了对内燃机汽车的需求，因为其能够行驶较长的距离。同时，石油的发现降低了汽油的价格，对于消费者来说，能承受内燃机汽车带来的负担。此外，电动启动器的发明使内燃机汽车使用更方便，而电动汽车长的充电时间和昂贵的大型电池价格让其失去了对消费者的吸引力。由于这些变化，20世纪30年代电动汽车在市场中逐渐消失。随着时间向前推进，汽车不再是奢侈品而是日常生活中的必需品。虽然内燃机使用的增加和发展改变了城市景观和生活方式，但是科学家开始担心长期的内燃机废气排放对环境的影响。大多数关念认为汽车排放与全球变暖和过量的温室气体产生相关。此外，石油价格开始上升，以及这段时间公众对于有限的石油供应资源的意识的提高，从20世纪70年代开始，迫切需要一种替代动力汽车。上述问题使政府采取一些立法和监管行动来降低对石油生产的依赖和减少空气污染。同样，来自世界各地的一些组织开始与汽车制造商一起为电动汽车发展创造更有利的条件。由于这些变化，汽车行业开始尝试发展电动汽车。1974年，美国的sebring-vanguard公司，设计了第一款能大规模生产的电动汽车citicar，并一直持续到1744年。从1977到1979年，通用汽车公司花了超过2000万美元用于电动汽车的发展和研究，并制定目标准备在20世纪80年代中期生产电动汽车。同样，标志和雷诺公司设计的电动汽车可以达到100Km，行程140km。在1989年，奥迪公司推出了第一代试验车汽油发动机/电动混合动力概念车 Audi Duo。这辆车后轮采用12.6hp的电动机驱动，前轮采用136hp的2.3L5缸发动机驱动。1996年，通用汽车公司设计和开发的电动汽车的最高时速130km/h，续航130km。电动汽车性能的改进推动汽车产业的发展并使得市场大批量生产电动汽车。然而，电动汽车市场没能实现成功，到了20世纪90年代末，很大程度上是失败的。主要的失败原因是与汽油动力汽车相比，其性能有限。此外，当时的石油价格低，以及电动汽车的初始成本高、维护成本高、基础设施不足，导致其难以获得成功。然而，在20世纪90年代后期，一个新的汽车类型出现了，即混合技术，他将内燃机与电动机相结合。1977年日本丰田公司成功推出了第一辆量产的混合动力汽车普锐斯（prius）。不久之后的1999年，本田公司的Insight在美国和日本推出。这两家汽车公司的混合动力汽车概念导致了替代燃料汽车市场观念的改变。此后，其他汽车制造商设计和生产各种使用汽车电气化技术提高燃料效率的汽车。2004年，福特公司推出第一款混合动力SUV。同样，通用汽车公司在2004年推出第一款混合动力Silverado和Sierra。目前，巴西和中国等都在增加其在全球纯电动和混合动力汽车市场上的占有率。然而，相比于内燃机汽车，混合动力汽车在全球的份额仍然很低。2004年，混合动力汽车的份额为0.25%，而2007年，总产量541000辆混合动力汽车仅为全球生产的轻型车辆的0.8%。到2014年混合动力汽车的生产数量增加到170万辆。混合动力汽车的整体份额的增加反映了车辆电气化和更高效率零排放汽车的生产节奏在加快。基于环保，能源安全等原因，大力发展电动汽车是我国的基本国策。自2013以来国家发改委工信部、科技部、财政部等各大部委陆续出台了一系列鼓励和推广新能源汽车发展的政策，包括新能源汽车价格补贴、免购置税以及不限行不限号等政策。从现阶段情况来看，燃料电池汽车尚未实现产业化。电动汽车仍将是市场未来发展的主流，电动车最初因为缺少充电配套设施而阻碍了发展，随着政府多个有关充电桩的政策相继出台。电动汽车和充电桩行业的建设得到前所未有的推进，充电桩行业的发展为电动汽车的普及铺平了道路。1.2.2 国内电动汽车发展状况 国内主要销售城市：纯电动汽车主要销售在北京、南京、杭州等早先一批的试点运行城市。其中，北京地区纯电动汽车上牌量居高，2014年上半年605辆;其次是南京490辆。中国电动汽车重大科技项目的研发开始于2001年，经过两个五年计划的科技攻关以及奥运、世博、“十城千辆”示范平台的应用拉动，中国电动汽车从无到有，技术处于持续进步状态，建立起了具有自主知识产权的电动汽车全产业链技术体系。到2010底，全国共有25个城市加入“十城千辆”节能与新能源汽车示范推广工程，50多家企业的184个车型进入节能与新能源汽车示范推广应用工程推荐车型目录，各地示范运行各类电动汽车超过1万辆，示范运行里程超过2亿公里，累计载客90亿人次以上。电动汽车关键技术总体水平和应用规模位于国际前列，部分领域实现突破性进展。同时，中国的电动汽车在产品研发及示范推广方面已经取得了举世瞩目的成绩。截至2012年6月底，共有83家企业的454款节能与新能源汽车产品进入节能与新能源汽车示范推广推荐车型目录。截至2012年3月底，25个示范城市累计推广节能与新能源汽车超过1.9万辆。其中，公共服务领域1.68万辆，建成充（换）电站170座，充电桩6400余个，载客超过90亿人次。当前，在各种新能源汽车的技术路线中，以混合动力、纯电动汽车和燃料电池汽车为代表的电动汽车被普遍认为是未来汽车能源动力系统转型发展的主要方向，已经成为世界汽车强国和主要汽车制造商发展重点。中国已经是世界汽车产业大国，但“大而不强”，中国未来的汽车工业必须探求新的思路。电动汽车产业有望为中国汽车工业开拓新的增长点。未来10年是中国新能源汽车发展的战略机遇期，中国高度重视电动汽车的发展，在2011年3月出台的“十二五”规划纲要中，中国把新能源汽车列为战略性新兴产业之一，提出要重点发展插电式混合动力汽车、纯电动汽车和燃料电池汽车技术，开展插电式混合动力汽车、纯电动汽车研发及大规模商业化示范工程，推进产业化应用。未来中国电动汽车将迎来新一轮的高速发展。2 电动汽车结构与原理2.1 电动汽车的结构形式电动汽车结构主要包括车身、底盘、动力总成、能量电源分配与管理系统底盘及其相关的系统在纯电动汽车和传统汽车上是有区别的，但最大的区别在于动力系统，设计和生产底盘平台比开发上车身更有挑战性、耗费时间。因此生产一型汽车底盘应用到多个型号的汽车中，经常一辆新款车型是由不同风格的上车身和相同设计的底盘组成。底盘平台的共同使用使汽车厂商大为减少了研发的时间和成本。底盘系统包括悬架，转向和制动及行驶系统，强烈的影响着汽车的性能和特点，包括操作、安全和乘坐舒适性。悬架系统将车轮连接至车辆底盘。悬架系统分为独立性和非独立性两种。转向系统分为两种类型的设计：平行四边形和齿轮齿条型，平行四边形的转向是当方向盘旋转时，一个循环球转向器将旋转运动转换为直线运动。在重型车辆中应用较多，齿条和齿轮转向机构通过齿轮连接到转向柱和水平移动齿条，适用于小型汽车。制动系统包括电动真空泵、电动液压助力器等。电动汽车动力总成比内燃机汽车要简单一些，电动机和电池取代了发电机和燃料箱，而其余的动力总成部件变速器和差速器没有变化，电动汽车动力系统的车身和底盘要体现电力推进系统的灵活性，根据蓄电池、电动机的数量和位置，动力系统分为轮毂电动机和轮外电动机，在轮外电动机结构中，一个或多个电动机直接驱动齿轮和差速器。电源和能量管理系统的作用是控制和协调功率的产生，能源的输出和在系统内的流通，能量和功率管理提高了车辆的性能，减少了车辆的自重、体积和成本。因为电池是纯电动汽车唯一的能量来源，所以为了尽可能的延长汽车的续航里程，电动汽车能量管理的目标就是减少能量消耗。2.2 电动汽车的主要结构与原理当一辆新电动汽车汽车出厂时，它集成了驱动、导航和电力电子器件，还有其电子系统。蓄电池提供电力，蓄电池管理系统可控制充电或放电，同理其它的模块整车控制器在自动检测汽车车速、加速踏板的运动等信号，自动操作电动机的力矩即加力力矩，制动控制器也能接收制动踏板的位置信息、车速信息，以确定制动力矩的大小，通过车载计算机控制各个模块使用一根线路包括各种信息和多路复用信号。纯电动汽车与常规汽车有很多相同之处，除了驱动负载。电气设备的负载一般工作在12v条件下，而驱动电机则工作在几百伏的高压状态下，这样做的原因首先考虑到安全问题。电动汽车由电力驱动系统、辅助系统和电源系统等三部分组成。图2-1 电动汽车基本结构双线表示机械连接，细线表示控制信号连接，粗实线表示电气连接。下面是根据电动汽车电力驱动系统的不同，其结构可分为以下六种不同的形式： 图2-2 电驱动的结构形式C离合器D差速器M电动机 CB变速器 FC固定器电力驱动系统由制动踏板和加速踏板等部件控制电子控制、功率转换器、电动机、机械传动装置最终驱动车轮运动。其承担的任务是将电动汽车电池组中的电能转换为机械能驱动汽车行驶，在汽车减速或制动时将车辆的惯性能转化为电能该电池组充电，实现了能量的高效利用。能源系统包括蓄电池、调节器、充电机、开关和导线等连接而成的电气系统，作用是管理电动机驱动过程及控制充电电机向蓄电池充电。除了动力系统和电源系统之外，电动汽车还包含一些辅助系统：动力转向系统、车辆导航系统、灯光、空调系统、多媒体系统、储备动力源系统。这些系统与车辆的主系统一起构成完整的成品汽车。各个系统在不同品牌的电动汽车中的设计是不一样的，因电动汽车的电能可以通过电缆而不是通过机械方式传递，因此各个厂家在设计时有很大的灵活性，如既可以将电机前置也可以将电机后置，同时还可以选择多电机模式。在车辆行驶过程中控制器控制电池组向电机供电，电动机转速和输出转矩由加速踏板通过控制器进行调节。 纯电动汽车的工作原理是通过电动机将能量贮存在蓄电池组内，电池组的使用使得能量的管理获得更多的功率资源，以获得整个系统的最大能源利用率，当电池组通过能量管理系统向牵引电动机供电、牵引电机转动将能源中的电能转换为机械能，为车辆运动提供需要的牵引力。电动机必须经得起考验，例如频繁的启动和停止、低扭矩高转速的巡航，高扭矩低转速的爬坡等。城市驾驶涉及频繁的加速和减速，分别使制动和回收系统中造成功率脉冲和大电流，意味着快速深放电循环。电机转动带动车轮或差速器进而使车轮运动。四轮驱动动力总成将发动机的扭矩分配到车辆的四个轮子，当所有车轮被持续驱动时，扭矩传递到两个轴上，在另一种情况下，发动机功率传输到两个轴中的一个，而另一个轴需要时可通过手动或自动实现。变速器系统管理变速器的转速，在车辆安全中制动性能是非常重要的安全因素，好的制动系统必须能够快速减小车辆的速度，同时通过转向盘控制维持车辆的方向，典型的摩擦制动系统通过制动盘和轮子之间的摩擦力使移动的车辆减速或停止。2.3 四轮驱动型电动汽车底盘结构总体方案四轮驱动电动汽车底盘结构总体设计方案如下图所示：图2-4 四轮驱动电动汽车底盘结构设计平面图3 四轮驱动电动汽车的方案设计3.1四轮驱动纯电动汽车动力总成电力动力系统的功能是指根据驾驶员的命令高效地协调电力对轮速的反馈来提供所需的推进动力。通常，一个电力动力系统包含电气和机械模块。电气模块有一些子系统构成，例如牵引电动机、电力电子器件（例如电荷控制器、逆变器和变换器）和动力储蓄模块(例如电池、电容和飞轮)。机械模块由传输系统、变速器系统和车轮系统构成。电器控制模块包含三个功能模块（传感器、接口电路和微处理器）去优化和监控动力系统的表现。传感器采集可测量的变量，如温度、速度、扭矩、电流和电压，并转换为电子信号，这些接口状态在传送到微处理器之前要达到相应的水平。一个控制单元指在动力总成原件之间的动力管理控制系统，控制牵引电动机的应用和优化动力流来达到最大行驶里程。控制器的另外一个重要的功能是最大化控制汽车在制动时的能量回收。纯电动汽车的动力总成比内燃机汽车更加简单。动力传递到车轮通过一些选定的组件。纯电动汽车的另一个核心优势是动力传递效率比内燃机汽车高，能够回收制动时的能量损失，同时能够回收在下山时的能量损失。在这些情况中，电动机作为发电机产生电力。此外，纯电动汽车快速的动态响应能够准确地控制车轮的转矩，产生更好的操纵表现。而且，这种优点也应用于稳定和安全控制系统，如自适应巡航控制系统、避障系统和车辆稳定控制系统，执行速度更快导致车辆的安全性的提高。电力动力总成系统包含转换和专用两种类型。在转换系统中，7电动机和电池取代了内燃机的发动机和燃料箱，而其余的动力总成部件包含变速器和差速器保持一样。前轮驱动和后轮驱动的电力动力系统。在这些系统中，电动机和电池被安装在车辆底盘上，动力通过变速器传递到车轮。离合器或者扭矩控制器能够连接或者切断电动机到车轮之间的连接。像大多数传统的动力总成一样，变速器调整纯电动汽车的扭矩输出。转换的动力总成系统的车辆集成需要考虑车辆的自重、车辆性能的下降和复杂性。此外，相比于专业系统，它们更加缺少灵活性转变为全驱系统。另一方面，专用的纯电动动力系统的车身和底盘的结构设计要体现电力推进系统更大的灵活性。专用的纯电动汽车动力系统的不同是电池包数量、电动机和元件的安排。然而，根据电动机的数量和位置，动力系统的种类可以分为轮毂电动机和轮外电动机。在轮外电动机的结构中，一个或者更多的电动机被安装在车辆的底盘上直接驱动车轮或者齿轮单元或者差速器，然而轮毂电动机通过安装在车轮内的驱动电动机提供牵引力，不需要任何机械零件。轮毂电动机和轮外电动机配置都可以转化为全驱动力系统。电力动力系统合适的安排和结构依据以下几个特点：期望性能（加速性能、最大速度和爬坡性能等）、车辆的限制（车重、载荷等）和能量资源（电池、飞轮和电容等）。一些纯电动汽车驱动系统可能的电力动力总成结构如下：1） 轮外电动机后轮驱动：结构包含电动机、固定的齿轮和差速器。与传统的内燃汽车相比，现代纯电动汽车通过电动机和固定齿轮组合更容易达到预期的扭矩速度。通常来说，电动汽车在很大的范围内有持续的动力，和传统的电传动系统相比，由于移去了复杂的变速器结构和离合器或者液力变矩器，这种动力结构具有简单的结构、更轻的质量和更小的尺寸。2） 轮外电动机前轮驱动:这种结构跟传统的前置前驱的汽车非常相似，所有的动力总成元件集成在前轴。这个结构由电动机、固定的齿轮和差速器整合成一个单独的总成。3） 双轮外电机前轮驱动：在之前提过的结构中，左右车轮的运动被机械差速器各自分开。与之相对的，差速器被移除了，取而代之分开的是电动机和固定的齿轮驱动车轮。因为电动机能够更加准确的控制车轮的扭矩，所以这种结构提供了更好的车辆稳定性。然而，额外电动机、功率变换器和固定的齿轮增加了系统的成本。4） 轮毂电动机驱动：轮毂电动机技术可以最小化或者消除电气动力总成系统的机械元件。在设计中，电动机被设计在轮胎内，有或者没有固定的齿轮装置。通过连接高速内转子电动机的固定齿轮降低电动机的转速，以获得预定的车轮转速。另一方面，也可以通过驱动安装在轮内的低速外转子电动机直接驱动在轮辋上的外转子，从而简化固定齿轮组。在这种安排中，电动机直接控制轮胎的扭矩（车辆的速度）。在图中，展示了轮毂电动机驱动的纯电动汽车很容易实现前轮驱动、后轮驱动或者四轮驱动，只需要打开或者关闭电动机即可。除去这些优点，轮毂电动机的实施导致了轮胎、车轮、悬架系统高程度的组合。这个特点使车辆的动态性和稳定性都不可预知。而且电动机需要很高的强度来承受外界纵向和横向的载荷及雨水的腐蚀。3.2 四轮驱动电动汽车的基本驱动性能四轮电动汽车的牵引电机如同汽车的心脏，要能提供足够大的最大扭矩，特别是0至100km加速或爬坡时提供4-5倍的额定扭矩。提供良好的操纵性和高可靠性，在面对高温、冰雪和振动时表现出长期的可靠程度电机应具有瞬时大功率和宽广的调速范围，更好速度比的电机能提供转矩使其具有更大的初始加速性能和爬坡能力。3.3 四轮驱动电动汽车驱动电动机性能参数的选择A 整车性能要求小型电动汽车性能指标：1)整车满载时的质量m：1000kg2)最高车速:60kmh3)最大爬坡度：204)0一30kmh加速时间：不大于8秒5）车轮滚动半径R：275mm6）传动系的传动比i：5:17）旋转质量换算系数：1.18）迎风面积，汽车行驶方向上的投影面积A：29）空气阻力系数：0.410）滚动阻力系数：0.02011)传动系统总效率：0.85B 驱动电机参数计算(四轮驱动)(1) 按最大爬坡度要求估算电机峰值转矩以l0kmh的时速爬20的最大坡度时，电机应满足如下转矩要求：其中阻力F计算如下： (3-1)式中：F阻力（N）； M电动机输出转矩（Nm）； 减速器传动比； 电动汽车机械传动效率； R轮胎半径（m）。经过上面公式计算得出F=15454.54N （3-2） 式中：M电动机输出转矩（Nm）； R表示轮胎半径（m）； 减速器传动比。克服阻力所需要的功率： （3-3）式中：F表示由计算所得到的阻力； V汽车行驶速度（km/h）； P克服阻力所需要的功率。 (2)电机额定功率估算设汽车以V(kmh)的时速行驶作为电机额定工况，地面滚动阻力： （3-4）式中：滚动阻力（N）； G汽车总重力（N）； 滚动阻力系数。又因电机内阻随着转速的提高而增大。（3-5）式中：滚动阻力（N）； 空气阻力（N）； 空气阻力系数，在这里取0.4； A迎风面积，汽车行驶方向上的投影面积； V汽车行驶速度（km/h）。所以滚动阻力要比此计算值大，计算后取取值250N，则滚动阻力为： 设V=30 kmh（3-6）式中：滚动阻力（N）； 空气阻力（N）。电机扭矩：（3-7） 式中：M电动机输出转矩（Nm）； R表示轮胎半径（m）； 减速器传动比。 克服阻力所需要的功率：（3-8）式中：F表示由计算所得到的阻力； V汽车行驶速度（km/h）； P克服阻力所需要的功率。（3） 按汽车加速性要求估算电机峰值功率 设汽车在秒内，启动加速到时速 (kmh)，其加速惯性力为: （3-9）式中：加速惯性力； 加速期间的行驶总阻力为： (3-10)式中： F加速期间的行驶总阻力； 加速惯性力； 滚动阻力（N）； 空气阻力（N）。 行驶所需的功率需求为: （3-11） 电动机转矩为：（3-12）电动机功率为； （3-13）设秒， 则（3-14） 故电机峰值功率应大于5523.5W，可取。（4）极速状态下电动机功率检测设最高车速为，则此时的风阻为； （3-15）式中：滚动阻力（N）； 空气阻力（N）； 空气阻力系数，在这里取0.4； A迎风面积，汽车行驶方向上的投影面积； 汽车行驶的最大速度（km/h）。地面滚动阻力，此时电机转速较高，内阻增大，所以滚动阻力要比此计算值大，取与额定功率计算中相同的值。总的阻力为： （3-16） 式中：F风阻（N）； 滚动阻力（N）； 空气阻力（N）； 空气阻力系数，在这里取0.4； A迎风面积，汽车行驶方向上的投影面积； 汽车最高行驶速度（km/h）。 轮边力矩为：M=F40275 (3-17)轮边所需的总功率为： （3-18）电机功率为： （3-19） 设=60kmh。此时，=522.34N，M=35.91Nm，P=87064=2176W5600w。3.4减速器的设计要求(1)传动比条件在行星齿轮传动过程中，各齿轮齿数的选择必须确保实现所给定传动比ip的大小，对于2K-H(NGW)型： （3-20） （3-21）式中：太阳能a的输出，设x为行星架的传动比(2)邻接条件在设计行星齿轮传动时，为了进行功率分流，而提高其承载能力，同时为了减少其结构尺寸，使其结构紧凑，经常在太阳轮a和行星架内齿轮b之间均匀的、对称的布置几个行星轮c。为了使各行星轮不产生碰撞，必须保证它们齿顶之间在其连心线上有一定的问隙，即两相邻行星轮的顶圆半径之和应小于其中心距LC。即：（3-22）式中：,分别为行星齿轮C齿顶圆半径和直径。 行星齿轮的个数。 相邻两个行星齿轮中心之间的距离。 a，c 齿轮啮合副的中心距。本减速器选取=3。（3） 安装条件 传动系统是动力总成系统中传输电动机功率到路面的最后装置，采用多行行星轮提高差速器的承载力，差速器输入信号到传动轴，传动轴输出到半轴，差速器是一种将电机功率引导分配到驱动轮的变速器，此外，差速器可以使车辆的任何一个驱动轮在不同的速度独立旋转，这在转向时提高了车辆的操纵性能，十分必要，转向时内侧的车轮行驶较短距离，外侧车轮要比内侧车轮自旋更快，否则车轮将锁入相同转速，从而导致无论在内侧和外侧车轮的跳跃而失去牵引力，这种丧失牵引力会导致意外事故的发生，导致轮胎的损坏及传动系统扭曲变形。左、右轮之间分配功率之和为电动机输出总功率，车轮转速平均值等于轴的转速，如果一个车轮的转动速度在上升，则另一个对应的车轮速度必定通过相应的减少来补偿。3.5 差速器的基本数据选择及强度计算3.5.1差速器齿轮基本数据选择1、行星齿轮数目的选择轻型车用2个行星齿轮，载货汽车和越野车可以采用4个行星齿轮2、行星齿轮球面半径的确定通过圆锥行星齿轮差速器参数来确定行星齿轮背面的球面半径Rb，行星齿轮的安装以其为依据，根据Rb可计算出差速器圆锥齿轮的节锥距。球面半径可根据经验公式来确定： （3-33） 式中：行星齿轮球面半径系数，,对于有4个行星齿轮的轿车和公路载货汽车取小值；取2.6 计算转矩，取11141带入（3-33）式，求得=58.07可根据下式预选取节锥距： =57.48 （3-34）3、差速器圆锥齿轮模数及办轴齿轮结缘直径的初步确定先初步求出行星齿轮和半轴齿轮的节锥角：=33.69； =56.30 （3-35）式中：为行星齿轮和半轴齿轮齿数。当量齿数： （3-36）当量齿数都大于17，因此满足条件，不会根切。求出圆锥齿轮的大端模数： （3-37）为了保证齿轮强度取8。节圆直径可根据下式求得： （3-38）压力角采用推荐值22.5，齿高系数为0.8。 4、行星齿轮安装孔直径及其深度的确定行星齿轮安装孔与行星齿轮轴名义直径相同，而行星齿轮安装孔的深度也就是行星齿轮在其轴上的支承长度。通常取：, （3-39）行星齿轮轴直径为为： （3-40）式中: 差速器传递的转矩（N.m）； 行星齿轮的数目； 为行星齿轮支承面中点到锥顶的距离，是半轴齿轮齿面宽中点处的直径，； 支承面的许用挤压应力，取98。求出： 3.5.2差速器齿轮的几何尺寸计算查得修正系数=-0.052，齿侧间隙B=0.300表3-1 电动汽车差速器直齿轮锥齿轮的几何尺寸计算序号项目计算公式计算结果1行星齿轮齿数10，应尽量取小值1625徐州工程学院毕业设计续表3-12半轴齿轮齿数=14-25，且满足243模数84节圆直径=128mm；=192mm5压力角大部分汽车：=20206轴交角907节锥角；=33.7；= 56.38节锥距= 115.37mm9齿面宽度 mm10mm10齿根高=1.6m12.8mm11齿全高h=1.788m+0.05114.355mm12外锥距115.38mm13周节t=3.1416m25.1328mm14齿顶高；=8.044mm=4.756mm15齿根高=1.788-；=6.26mm=9.548mm16径向间隙C=h-=0.188m+0.051C=1.555mm续表3-117外圆直径；=53.38mm=65.28mm18节锥顶点至齿轮外缘距离 =25.54mm=16.04mm19齿侧间隙B=0.245-0.330B=0.300mm3.5.3差速器齿轮强度计算差速器齿轮的尺寸受结构限制，而且承受的载荷较大，它不像主减速器齿轮那样经常处于啮合状态，只有当汽车转弯或左右轮行驶不同的路程时，或一侧车轮打滑而滑转时，差速器齿轮才能有啮合传动的相对运动。因此对于差速器齿轮主要应进行弯曲强度校核。轮齿弯曲应力为： （3-41）式中： 为差速器一个行星齿轮传给一个半轴齿轮的转矩，其计算公式 ，在此将T取为3162N.m； n为差速器的行星齿轮数，在此为2； 为半轴齿轮齿宽； 为半轴齿轮大端分度圆直径； 为尺寸系数，反映材料的不均匀性，与齿轮尺寸和热处理有关，当m1.6时，在此=0.7491； 为载荷分配系数，当两个齿轮均用骑马式支承型式时，1.001.1；其他方式支承时取1.101.25。支承刚度大时取最小值。在此=0.56； 为质量系数，对于汽车驱动桥齿轮，当齿轮接触良好，周节及径向跳动精度高时，可取1.0； 半轴齿轮齿数； 计算汽车差速器齿轮弯曲应力用的综合系数，小齿轮取0.228，大齿轮取0.2242。根据轮齿弯曲应力公式： （3-42） 满足设计要求。 3.6 电动机的种类与原理目前电动汽车上所使用的电机主要有直流电动机和交流电动机两种。电动机主要由电枢或转子、换向器、电刷场磁体组成。电动机有各种形状和类型，尺寸大小也不尽相同，在设计电动汽车时，电动机的尺寸和安放位置都要认真考虑。电动机输出机械转矩的效率高达90%以上，高于传统发电机很多。直流电动机分为串励电机、复励电机、永磁电机、无刷电机。交流电机分为单相交流感应电动机和多相或分相交流感应电动机。电动机可将电能转换为机械能，并通过传动部件进一步转换为如牵引、推力、起重、振动等工作过程。电动机中包含两个磁体：电枢（即转子）是一个电磁铁，在通电时具有磁性，不通电时没有磁性，而场磁铁（即定子）是一个永久磁铁，但给转子子中的导线供电，导线以正确的角度切割磁力线，电枢就会旋转产生动力。3.6.1电动机的基本构造 直流电动机由线圏、转子、换向器以一个可选刷组成。在直流电动机中，线圈通电后产生磁力产生转矩，转子安装在轴承内部的磁场中，换向器提供电压使电枢围绕一个固定的电刷总成旋转，从而使定子旋转，电刷连接整流器，直流电动机因转矩转速特性良好能提供足够的动力，直流电机的制造成本也相对较低，直流电动机最大的好处是短暂加速时间短，但是直流电动机质量大、效率高、可靠性不高，电刷在转动过程中处于磨损状态，必须及时的定期更换。与直流电动机相似，交流电动机也有一组线圈和一个转子。