基于solidworks电动汽车整体传动方案设计及三维建模学士学位论文

摘要在众多制图软件中，Solidworks软件已成为研究和开发的热点，逐渐成为一种趋势。在Solidworks环境中，通过产品、部件和零件之间的参数关系，运用一种基于装配约束参数化设计方法实现各部件的参数化建模，阐述了这种参数化设计方法中的关键技术，包括产品结构的划分、关联设计、尺寸分析、基于布局草图的设计和方程式的添加；运用参数化设计的方法构建一个Solidworks部件库。采用这用方法，有利于产品的修改，提高设计效率。本文在参阅了国内外众多对参数化设计的文献基础上，以电动汽车整体传动方案为例，进一步探讨了它的发展和过程。让设计人员从繁琐的绘图工作中解脱出来，集中精力选择和优化设计参数，提高产品质量，缩短产品设计周期。从世界范围来看，我国电动汽车的研制与国外发达国家几乎站在同一起跑线上目前，整车方面已初步形成产品开发的系统配套、管理机制和团队组合，纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车样车均已实现，关键零部件、燃料电池发动机已形成系统，高功率镍氢电池、锂离子电池性能有了较大提高，多能源控制系统初步形成。撰写本文的主要目的在于加深自己对电动汽车的认识，同时让更多的人了解新能源与电动汽车，而且广大风华正茂的同志若对电动汽车有兴趣，有能力，也可以为我国或者为世界汽车能源贡献出自己的价值。即便我国的电动汽车产业取得了很多进步，但是在当今如此严峻的形势下，在能源和环境的双重危机还未解决之前，依然需要继续努力奋斗，特别是肩负着祖国未来发展重任的当代大学生，更应该背负起这个伟大的使命与责任。关键词:Solidworks;参数化设计；部件库；电动汽车AbstractInmanydrawingsoftware,Solidworkssoftwarehasbecomeahotresearchanddevelopment,andgraduallybecomeatrend.InSolidworksenvironment,throughtheparameterrelationshipsbetweenproducts,componentsandparts,theuseofaparametricmodelingofthecomponentsbasedontheparametricdesignmethodofassemblyconstraints,thispaperexpoundstheparametricdesignmethodofthekeytechnologies,includingproductstructureofthedivision,therelateddesign,sizeanalysis,basedonthesketchlayoutdesignandequationstoadd;useofparametricdesignmethodtoconstructaSolidworkscomponentlibrary.Byusingthismethod,itisadvantageoustothemodificationoftheproductandimprovethedesignefficiency.Inthispaper,alargenumberofdomesticandforeignliteratureonthedesignoftheliteraturebasedontheelectricvehicleasanexample,tofurtherexploreitsdevelopmentandprocess.Letthedesignpersonnelfromthetediousdrawingwork,concentrateonthechoiceandoptimizationofdesignparameters,improveproductquality,shortentheproductdesigncycle.Onaworldscale,thedevelopmentofelectriccarsinourcountryandthedevelopedcountriesalmoststandingonthesamestartinglineatpresent,thevehiclehasalreadyinitiallyformedproductdevelopmentsystem,managementmechanismandtheteamcombination,pureelectricvehicles,hybridvehicles,fuelcellvehicleprototypeshavebeenimplemented,thekeyparts,fuelcellenginesystemhasbeenformed,highpowernimhbatteries,lithiumionbatteryperformancehasimprovedgreatly,theenergycontrolsystemhasbeenformed.Themainpurposeofwritingthisarticleistodeepentheirunderstandingoftheelectriccar,alsoletmorepeopleknowaboutthenewenergyandelectriccars,andthemajorityofyoungcomradeifinterestedinelectriccars,havetheability,canintheourcountryorinthecarcontributiontoenergytheirownvalue.EveniftheelectriccarindustryinChinahasmadealotofprogress,butintoday'ssuchaseveresituation,inthedualcrisisoftheenergyandtheenvironmenthasnotbeenresolved,stillneedtocontinuetoworkhardstruggle,especiallyshoulderthetaskofthethemotherlandinthefuturedevelopmentofthecontemporarycollegestudents,moreshouldbearthisgreatmissionandresponsibility.Keywords:Solidworks;parametricdesign;componentlibrary;electricvehicle目录TOC\o"1-3"\h\u1190第一章绪论 第一章绪论1.1选题背景今天，随着科学技术的发展，汽车在车轮转动的过程中，会产生大量的动能，直到现在都被白白的浪费着。现在的汽车95%以上用的是石油和天然气，石油和天然气是不可再生能源，由于过多利用和依赖他们，萎蔫现象越来越严重，还会造成严重的环境污染。因此，电动汽车的发展一直是人们倍受关注的话题，如何设计一个结构合理、节能、环保、美观、舒适的电动汽车成为当前汽车制造商的热切关注的问题。1.2电动汽车的简介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。电动汽车的优点是：自身不排出大气污染的有害气体，即使按所耗电量换算为发电厂的排放，除硫和微粒外，其它污染物也明显减少，由于电厂大部分建于远离人口密集的城市，对人类伤害较少，而且电厂是固定不动的，集中的有害物较容易。并且电力可以从多种一次能源获得，如核能、水力、风力等，解除人们对石油资源日见枯竭的担忧。电动汽车还可以充分利用晚间用电低谷时富余的电力充电，使发电设备日夜都能充分利用，大幅改善经济效益。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第二章整体设计方案的提出第二章整体设计方案的提出2.1现有驱动电动机种类电动机可以分为交流电动机、直流电动机、控制电动机、开关、磁阻电动机及信号电动机等多种。适用于电力驱动的电动机分为直流电动机和交流电动机两大类。目前在电动汽车上已应用的和应用前景的有直流电动机、交流感应电动机、永磁无刷电动机、开关磁阻电动机等。直流电动机：直流电动机是将直流电能转换为机械能的电动机，原理为电磁驱动。因其良好的调速性能而在电力拖动中得到广泛应用。直流电动机按励磁方式分为永磁、他励和自励三类，其中自励又分为并励、串励和复励三种。交流电动机：交流电动机是将交流电中的电能转变为机械能。交流电动机主要由一个用以产生磁场的电磁铁绕组或者分布的定子绕组和一个旋转电枢或转子组成。电动机利用通电线圈在磁场中受力转动的现象而制成的。永磁电动机：永磁电动机是由定子、转子和辅助装置三部分所组成，定子上有三相交流绕组，转子上有励磁绕组，通入直流电流后，能产生磁场。辅助部分由机座和端盖等部件组成。开关磁阻电动机：开关磁阻电动机调速系统具有直流、交流两类调速系统的优点，是继变频调速系统、无刷直流电动机调速系统之后发展起来的最新一代无级调速系统，是集现代微电子、数字、电力电子、红外光电技术及现代电磁理论、设计和制作技术为一体的光、机、电一体化高新技术。2.2电动汽车驱动系统上的四种方案的比较和确定电动汽车驱动系统是由驱动电动机和驱动操纵系统组成，随着电动汽车结构形式不同，采用了不同的驱动系统。电动汽车的驱动系统由集中驱动系统和轮毂驱动系统组成。

电动汽车的驱动系统的四种布置形式：（1）传统驱动模式

（2）电动机—驱动桥组合式驱动系统

（3）电动机—驱动桥整体式驱动系统

（4）轮毂电动机分散驱动系统表2.2.1四种电动汽车驱动系统的特征驱动系统四种布置形式结构模型特征传统驱动模式1.电动机代替发动机。2.采用汽车的传动系统，包括离合器、变速器、传动轴和驱动桥等组成。3.有电动机前置、驱动桥前置、（F-F），电动机前置、驱动桥后置（F-R）等各种驱动模式。

4.结构较复杂，效率较低，不能充分发挥电动机的性能。电动机—驱动桥组合式驱动系统1.在电动机端盖处装置变速齿轮、差速器等驱动组成，形成电动机—驱动桥组合式驱动系统。

2.有电动机前置、驱动桥前置、（F-F），电动机后置、驱动桥后置（F-R）、驱动桥后置（R-R）等驱动模式。3传动机构紧凑，传动效率较高，安装较方便。电动机—驱动桥整体式驱动系统

在电动机端盖处装置变速齿轮、差速器等驱动组成，电动机有一个空心轴，有一个驱动桥的半轴从电动机空心轴中通过。

2.有电动机前置、驱动桥前置、（F-F），电动机后置、驱动桥后置（F-R）、驱动桥后置（R-R）等驱动模式。

3.传动机构紧凑，效率较高，可以作为驱动桥放在车架下面。轮毂电动机分散驱动系统1.电动机装在车轮轮毂中，能有4×2和4×4两种布置方式，各个车轮之间的同步转动、差速转动由中央控制器的计算机系统控制。

2.4×2布置方式有前轮驱动模式和双后轮驱动模式。

3.4×4布置方式可以实现4轮驱动模式。4.可以腾出大部分有效空间，便于很好的布置。2.3驱动电机型号的确定及参数电动汽车由电动机驱动系统组成，电动机是电动汽车的主要部分。要使电动汽车具有较好的性能，驱动电机应有调速范围宽及转速高、启动扭距足够大、体积小、质量轻、效率高、动态制动性强和能量回馈的性能。电动汽车对电动机的基本要求，主要有：

1．电动汽车用电动机应具有瞬时功率大，过载能力强、过载系数应为3～4，良好的加速性能，使用寿命长的特点。

2.

电动汽车用电动机应具有调速范围宽，包括恒转矩区和恒功率区。在恒转矩区，要求低速运行时具有大转矩，为了满足起动和爬坡的要求。在恒功率区，要求低转矩时具有高的速度，以为了满足汽车在平坦路面能高速行驶的要求。3.电动汽车用电动机应能在汽车减速时实现再生制动，将能量回收并反馈回蓄电池，使电动汽车具有最佳能量的利用率，这在普通内燃机汽车上是不能实现的。

4.电动汽车用电动机应在整个运行范围内，具有高效率，以提高一次充电的续驶里程。5.要求电动汽车用电动机可靠性好，能长期在较恶劣的环境下工作，结构简单并且适应大批量生产，运行噪声低，使用与维修方便，价格便宜等。表2.3.1驱动电机的型号的确定及参数项目车型参数值电机电机型号XYQ-7.5-3BH电机型式三项异步交流（图2.3.1）额定功率7.5kw额定转速3440r/min额定转矩26N·M功率因数0.8最高空载转速5860r/min图2.3.1三相异步电动机结构2.4永磁无刷直流电动机的控制系统设计直流电动机由静止的定子和旋转的转子组成。定子由主杆、极间极,刷设备和碱基组成。线圈是铠装在主磁极铁芯,和一个磁场的磁场可以产生的直流励磁电流。换向杆由一个铁芯和线圈装在磁芯的顶部。为了减少之间的火花方向刷,避免消融。除了机械框架为电机支架,但也可以用作磁场的磁极之间的通路。转子铁心、转子绕组和换向器,轴和风机。转子铁心是用来安装转子绕组,并作为电动机的磁路的一部分。转子绕组的主要功能是产生感生电动势和电流,为了产生电磁转矩。连接的换向器换向器换向器绕组和转子绕组的组件。直流电机包括两永久磁铁固定在空间,一个用于N极,另一个用于杆。中间的杆,配备旋转线圈,线圈最后收到的最早的两端是两块圆弧形状的换向器,两个换向之间之间,换向器和转轴相互绝缘,电枢绕组和电路接通,换向器放置两个固定不移的刷子。因为刷固定与电源连接,无论多么线圈旋转,当前在上半部分总是电流的方向,和较低的电流是向外的一部分。根据左手定则在磁场线圈逆时针转矩。尽管交变电流的方向,电磁力的方向是恒定的,因此线圈可以逆时针方向旋转,这是直流电机的工作原理。（图2.4.1）图2.4.1直流电动机的工作原理沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第三章减速器方案设计第三章减速器方案设计3.1现有减速器的介绍与比较蜗轮蜗杆减速机:蜗轮蜗杆减速机是一种动力传达机构，利用齿轮的速度转换器，将电机的回转数减速到所要的回转数，然后得到较大转矩的机构。在目前用于传递动力与运动的机构中，减速机的应用范围相当广泛。谐波齿轮减速器:谐波齿轮减速器是一种由固定的内齿刚轮、柔轮和使柔轮发生径向变形的波发生器组成，具有精度高、承载力高等优点，与普通减速器相比，由于使用的材料要少50%，其体积和重量至少减少1/3。行星减速机:行星减速机是一种用途广泛的工业产品，它的性能可与军品级减速机产品相媲美，但有着工业级产品的价格，行星减速机广泛在华东地区、华北地区，被于广泛的应用工业场合。又可以作为配套部件用于挖掘、运输和建筑等行业。齿轮减速机:齿轮减速机是按国家专业标准ZBJ19004生产的外啮合渐开线斜齿圆柱齿轮减速机，齿轮减速机是我国广泛运用在华东地区、华东地区、用于塔引入式起重机机械的回转机构，广泛应用于冶金、起重、运输、建筑、化工、纺织、制药等较多领域。表3.1.1现有减速器的名称和优点减速器名称蜗轮蜗杆减速机谐波齿轮减速器行星减速机齿轮减速机图片优点具有反向自锁功能，可以有较大的减速比，输入轴和输出轴不在同一抽线上，也不在同一平面上。利用柔性元件可控的弹性变形来传递运动和动力的，体积不大，精度很高。结构较紧凑，回城间隙较小，精度高，使用寿命长，额定输出扭矩可以做的很大。体积小，传递扭矩大，传动比分级细密，可以满足不同的使用工况，实现机体一体化，传动效率高，耗能低，性能优越。缺点体积较大，传动效率低。柔轮寿命有限，不耐冲击，刚性与件相比较差，输入转速不能太高。价格较贵。安装形式多样，安装较麻烦。功率0.06-7.5kW几瓦至几十千瓦0.4-12934kW0.4-12934kW工作环境温度-40°-40℃-40°-40℃-11°-35°-40°-45℃3.2行星齿轮传动的概述行星齿轮传动是一个或多个齿轮的轴线绕另一齿轮的固定轴线回转的齿轮传动。行星轮既绕自身的轴线回转,又随行星架绕固定轴线回转。行星齿轮传动的主要优点：（1）行星减速器体积小、重量轻、结构紧凑、传递功率大、承载能力高。这个特点是由行星齿轮传动的结构等内在因素决定的，见下图3.2.1。图3.2.1行星齿轮减速器

a.行星齿轮减速器的工作原理。用几个相同的行星齿轮均匀分布在中心轮上，以分担负载，从而使每一个齿轮的负荷小，相应的齿轮模块可以更小。在这两种情况下，随着行星轮的增加，其外形尺寸较小。b.行星齿轮减速器是合理使用内啮合的。充分利用高承载能力和内齿轮（或齿圈）的空间体积，从而降低径向、轴向尺寸，结构紧凑，承载能力高。c.行星减速器是一种同轴线路式传动装置。该中心轮构成一个同轴线路型传动，输入轴和输出轴的轴线，使传动装置具有更小的长度方向的尺寸。（2）行星减速器传动比大。只要选择合适的行星传动形式和分配方案，就可以用几个齿轮和得到很大的速度比。在不作为动力传递的同时，主要用于传输在行星机构的运动中，其传动比可以达到几千。此外，由于其三个基本组成部分的行星齿轮传动可以旋转，所以它可以实现运动的合成与分解，及有级和无级变速传动等复杂的运动。（3）行星减速器传动效率高。由于行星齿轮传动采用了分流传动结构的对称性，即使他有一系列的行星齿轮的均匀分布，使车轮和转向臂轴承反应力平衡彼此，以提高传输效率。在合适的传输类型，结构布局合理，其效率可达到0.97-0.99。（4）行星减速器运动平稳、抗冲击和振动的能力强。同一颗行星轮，均匀地分布在中心轮，这可以使行星轮和旋转臂惯性力平衡彼此，也使参与的数量增加的牙齿啮合，因此，行星减速机/行星齿轮减速器传动平稳运动，更好的能力，冲击和振动，工作更可靠。在下面的表格中列出了该公司生产的传动比i=7.15，P=4400千瓦功率的行星减速器是与一般的齿轮减速器相比，行星齿轮减速器，行星齿轮机构的优势。表3.2.1行星减速机/行星齿轮减速器与普通定轴齿轮减速器的比较项目行星齿轮减速器普通定轴齿轮减速器项目行星齿轮减速器普通定轴齿轮减速器质量/Kg34716943体积/m³2.296.09高度/m1.311.8齿度/m0.180.41长度/m1.291.42损失功率/Kw8195宽度/m1.352.36圆周速度（m/s042.799.4

行星齿轮减速机缺点：结构较固定轴齿轮传动更为复杂，制造质量高；由于体积小，散热面积小的高油温升得快，所以行星减速器、行星齿轮减速器具有严格的润滑和冷却装置等。3.3行星齿轮减速器的选型首先应该选择与电机安装法兰相匹配的行星齿轮减速机，电机都是按安装法兰来分类的。例如：伺服电机分为40系列、60系列、80系列、110系列、130系列、150系列、180系列等。步进电机分为42系列、57系列、86系列、110系列、130系列等，行星减速机也是根据安装法兰来定型号的，所以400W60系列的伺服电机或57的步进电机一般都是配60系列的行星齿轮减速机；750W80w系列的伺服电机或86的步进电机一般都配80系列的行星减速机。确定减速比：具体的减速比是设备厂家根据自己的设备要求来确定的。目前行星齿轮减速机一般分为3级，1级减速一般在20以下，2级减速在20—100之间，3级减速在100以上，级数越高，价格越贵，间隙越大。确定减速机的输入和输出形式：输入方面包括有孔输入和轴输入。输出方面包括有轴输出、孔输出和法兰盘输出等。减速机的外形：有圆形的减速机和方形的减速机，由于方形额定输出扭矩比圆形大，而且制作工艺比圆形复杂等原因，方形减速机比圆形减速器昂贵。3.4行星齿轮传动比的计算行星齿轮传动比的计算主要有两种方法：转化机构法和速度图解法。在此采用转化机构法针对图（3.4.1）形式的行星机构传动比进行计算。3.4.1行星齿轮机构的结构简转化机构法计算行星机构传动比的方法的基本思想是：根据相对原理，如果给整个行星齿轮传动加上一个与行星架H的角速度大小相等方向相反的公共角速度，行星齿轮传动中各个构件之间的相对运动关系仍然不变。但是，原来以角速度运动的行星架H就变成静止不动的构件，即其相对角速度。于是，该行星齿轮传动就转化为定轴齿轮传动。这样便可以用定轴齿轮传动的传动比公式计算其传动比。总传动比，其中、为主动件和被动件的角速度根据该计算方法的基本思想，结合图3-1的具体结构，得到第一级传动比为：(3-1)同理第二级和第三级传动比分别为：(3-2)(3-3)根据图3-1中的实际结构，及三个内齿圈连接为一体，且第三级行星架H3固定，所以有，，，（3-4）由(3-3)式可得(3-5)把（3-5）式代入（3-2）式可得所以得(3-6)把（3-6）式代入（3-1）式可得：(3-7)式（3-7）可化简为：（3-8）由（3-8）式可得所以：所以得总传动比即为该种行星结构的传动比。3.5行星齿轮的计算与校核3.5.1行星齿轮传动的设计本设计为电动汽车所配用的行星齿轮减速器。已知输出功率2Kw，输出轴转速n=140r/min，工作一天24小时，要求工作年限8年。且要求该行星齿轮减速器速度输出平稳、结构紧凑、轴向尺寸较小和传动效率高。3.5.2选取行星齿轮转动的类型根据上述设计要求：轴向尺寸小、结构简单紧凑、传动比较大、传动效率高。再结合各传动类型的特点，选择NGW型行星传动完全可以满足要求，但由于NGW型行星传动的传动比较小，所以，本设计中为了弥补NGW型行星传动传动比小的缺点，采用二级传动。则本设计的为一级行星传动传动其传动简图，图（)所示。图一级行星传动传动其传动3.5.3齿轮材料、热处理工艺及制造工艺的选定40Cr具有较高的强度、硬度、耐磨性及良好的韧性，是一种中碳调制钢，冷镦模具钢。该钢价格适中，加工容易，在油中临界淬透直径达18～33mm；正火后可切削性良好，冷拔、滚丝、攻丝和锻造、热处理工艺性能也都较好。所以齿轮的材料选用40Cr。太阳轮、行星轮材料为40Cr,表面淬火处理，表面硬度45~55HRC。试验齿轮齿根许用弯曲疲劳强度极限。齿轮为渐开线直齿，滚齿加工，最终加工为磨齿，精度为6级。内齿圈材料40Cr，调质处理，硬度为241~266HBS。试验齿轮齿根许用弯曲疲劳强度极限齿形的最终加工为插齿，精度为7级。 3.6齿轮的精度等级及公差的设计我国国标GB10095-88中，对渐开线圆柱齿轮规定了12个精度等级，第l12级最低。齿轮精度等级主要根据传动的传递的功率、圆周速度、使用条件以及其它经济、技术要求决定。6级是高精度等级，用于齿轮7～8低速齿轮可使用9～12级。齿轮每个精度等级的公差根据对运动准确性、传动平稳性和载荷分布均匀性等三方面要求，划分成三个公差组，即第I公差组、第II公差组、第III公差组。在一般情况下，可选三个公差组为同一精度等级，但也容许根据使用要求的不同，选择不同精度等级的公差组组合。齿轮传动的侧隙是指一对齿轮在啮合传动中，工作齿廓相互接触时，在两基圆柱的内公切面上，两个非工作因廓之间的最小距离。规定侧隙，可避免因制造、安装误差以及热膨胀或承载变形等原因而导致轮齿卡住。合适的侧隙可通过适当的齿厚极限偏差和中心距极限偏差来保证，齿轮副的实际中心距越大，齿厚越小，其侧隙就越大。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第四章三维实体造型第四章三维实体造型4.1概述Solidworks公司成立于1993年,是专门为制造行业提供专业三维机械设计软件的厂商,1997年通过与法国达索公司的股票交易成为达索公司旗下的一员。目前在全球范围内获得了广泛认可，不断的产品创新和改进是Solidworks取得成功的内因，公司以用户的成功作为自己的成功标准。Solidworks可以创造与众不同的产品并缩短上市的时间，也可以降低产品的开发成本、提高产品的质量。

自从上个世纪90年代Solidworks进入中国市场后，就其方便、易用的操作界面，灵活、快捷的设计理念，以及强大的功能让设计师耳目一新。从Solidworks

2008以后更是用其创新的理念，将功能和界面大胆革新，从而又开辟了一条3D设计的新疆界。

Solidworks软件广泛应用于电子、机械、模具、工业设计、汽车、机车、自行车、航天、家电和玩具等各行业。Solidworks软件可谓是个全方位的3D产品开发软件，集成了零件设计、产品装配、模具开发、NC加工、钣金设计、铸造件设计、造型设计、自动测量、机构仿真、应力分析、和产品数据管理等功能。4.2三维图图4.2.1内齿轮图4.2.2键图4.2.3球顶图4.2.4前机盖图4.2.5后机盖图4.2.6行星轮子装图4.2.7行星轮图4.2.8输入轴图4.2.9输出轴图4.2.10输入轴透盖图4.2.11输出轴透盖图4.2.12行星轮轴承图4.2.13花键套定位螺钉图4.2.14输出轴箱体图4.2.15输入轴轴承图4.2.16输入轴轴套图4.2.17太阳轮图4.2.17机体图4.2.19装配体沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第五章电动汽车技术经济分析第五章电动汽车技术经济分析5.1

电动汽车的动力组合模式电动汽车可能的多动力组合模式有以下几种：（1）电网集电+储能电池。即在非集电状态下，由储能电池提供动力，这种电动汽车只需要电动机，不需要内燃机，车辆传动结构简单。可以停车充电，也可在行驶过程中完成充电。目前应用较广泛的有铅酸电池、锂离子电池和镍氢电池等。

（2）电网集电+燃料电池。即在非集电状态下或离网运行时，由燃料电池提供动力，这种电动汽车也只需电动机，车辆传动结构简单。如果采用氢燃料电池，则需要加注氢燃料；如果采用金属燃料电池，则需要更换金属燃料模块。

（3）电网集电+燃油。即在非集电状态下，用汽油或柴油提供动力，这种电动汽车不仅需要电动机，同时需要配备内燃机，车辆动力结构较复杂。这是典型的双动力模式电动汽车，不可避免地要经常前往加油站加油。

（4）电网集电+燃气。即在非集电状态下，用天然气或煤制气提供动力，这种电动汽车也需要电动机和内燃机两套动力系统，车辆动力结构较复杂。这种模式的电力汽车则要经常前往加气站加注燃气。

（5）电网集电+电池+燃油／燃气。这种电力汽车包括两种以上的能源供应系统，一般可设计成“电网集电+电池+燃油”或“电网集电+电池+燃气”模式。其内燃机可以直接跟车辆传动系相连驱动车辆，也可作为发电机，把所发的电能提供给主电动机驱动车辆行驶，或者为蓄电池充电。5.2电力汽车集电方案

电力汽车的集电方式主要有以下三种：

（1）顶部集电。这种集电模式需要在道路上方布设架空线网，在车顶安装集电器。传统的无轨电车就是采用这种架空线网顶部集电的方式（如图5.2.1所示），优点是道路行人、牲畜和其他移动物体难以接触架空线网，因此电气安全性好，可有效防止电击事故；顶部集电杆可使电力汽车得到较大的偏线距离，对车辆沿线行驶的精度要求低。缺点是架空线网高度大，只适合车身较高的车辆从电网集电行驶，如公交汽车和大型货车，不适用于车身较低的小型车辆，如小轿车、小型货车等，所以应用范围用限制。架空线网对道路上方空间形成屏障，将会影响车辆通行，形成安全隐患，也会影响景观。图5.2.1顶部集电模式图5.2.2德国西门子公司位于柏林郊区的电气化公路试验线（2）侧集电。是指沿中间隔离带或道路一侧布置供电系统，电力汽车的集电杆从车辆侧面伸出，通过集电刷从电网取电。优点是电力网线安装在道路侧面，不占用空间，不影响景观，可以跟道路两侧的隔离带、护栏等有机地融为一体。更重要的是，由于供电系统布置较低，适合所有不同高度车辆从电网取电，普及性好。缺点是对电动汽车沿线行驶的精度要求高，即在车辆行驶过程中，车辆行驶时必须保持适当的距离与道路供电装置，不能有太大的偏差。侧面集电杆具有较高的定位精度，如集电刷上下偏离不能过大，否则不能正常触网集电。图5.2.3侧集电模式

图集电行驶中的实验用电力车辆图

侧集电刷工作原理

（3）地面集电。即把供电系统布置在地面上，电力汽车集电杆从车辆下面伸出与地面线网接触取电。优点是对集电器的定位精度要求低，也允许车辆行驶过程中发生较大偏离，适合各种车辆从电网集电。缺点是触电危险性高，供电系统容易遭受水的侵蚀，容易被车辆及重物损坏，容易被灰尘、雨水、异物埋没。5.3

电气化公路与电力汽车经济性分析5.3.1

电气化公路供电系统成本分析

公路电气化技术工程尚未实施，属于一个复杂的系统工程，难以准确估计施工成本。对于成本的分析，可通过跟现有交通设施、供电系统作比较，初步判断施工电气化道路成本。电气化公路的发展，需要在原有公路基础上新增设施，新增项目主要有道上供电系统、变电站、发电站和控制中心。在比较建设成本时，不需要考虑电气化公路和公路基础设施建设的相同，如道路建设成本。其他电气化公路与现有公路在设施方面的差异如表5.3.1所示。不论二者部分设施的有无，仅从二者间有区别的设施项目的角度来看，它们之间的成本差异将反应在石油和电力上。所以在最初成本分析，可以不用考虑项目的建设成本，可以认为电气化高速公路的电价能够涵盖其分项的设施成本，而当前执行的电价已经包含了变电站、发电厂、供电系统和电力调度中心的管理费，所以对公路的建设电气化的成本分析时应考虑系统的电源是唯一不同于现有的公路基础设施项目。你可以向电气化铁路接触网和电车网架空线路施工成本估算。表电气化公路与既有高速公路设施对比\o""设施项目公路类型电气化公路既有高速公路高速公路收费站有有加油站少多道上供电系统有无变电站所有无发电厂站有无管理控制中心有无道上供电系统的设施成本估计与基本假设：（1）单一方向电气化高速公路路上供电系统的电网功率等同于一级铁路单方向接触网功率。列车的平均追踪距离取10km，一个列车的功率为5000kw，平均功率为500kw/km。亦取该值为道上供电系统单方向的供电功率。（2）可认为铁路接触网的“网线塔架+承力索”的成本等于路上供电系统支架成本，由于路上供电系统增加了大量传感器、供电节电力转换部件，其总体成本高于铁路接触网，按其两倍计算。

普通铁路接触网建设成本为20~30万元/km，取单方向道上供电系统的单位成本60万元/km。投资回收期按10年计，车流量按300辆/h计，则分摊到每辆车上的费用为：600000(元/km)

/10(年)×300(天/年)×12（小时/天）×300（车/小时）=0.056（元/车·km）即5.6元／车hkm，当投资回收期按更长时间考虑且车流量更大时，分摊到每辆车上百公里的供电系统建设费用会更低。7.3.2传统燃油汽车能源消耗

当前部分车型汽车的耗油量如表所示。表不同类型汽车的耗油量车型指标型号/排量（L）发动机功率（kw）标称油耗（L/hkm）实际平均油耗（L/hkm）燃油呈种轿车奥迪Q7/3.0L20010.713汽油宝马5系/2.5L1309.412.2汽油别克GL8/2.4L11211.514.2汽油菲亚特500/1.4L1007.312汽油越野车长城塞弗/2.21201293#汽油路虎V8/5.0L28014.11697#汽油大客车沃尔沃SWB/6.7L21026柴油大货车欧曼牌牵引车/10L2804050柴油红岩牵引车/10L28045柴油下面举例计算燃油汽车的能耗费用，油料价格按8元／升计算。小客车以长城赛弗为例，100km的燃油费用为12×8=96（元／hkm）大客车以沃尔沃为例，100km的燃油费用为26×8=206（元／hkm）大货车取欧曼牵引车为例，100km的燃油费用为50×8=400（元／hkm）具体计算结果如表所示。表耗油汽车的能耗费用车型指标发动机最大功率（KW）计算速度（km/h）平均百km耗油量（L）百km能耗费用（元）长城赛弗越野车120901296沃尔沃大客车2109026208欧曼牵引车28060504005.3.2电动汽车能源消耗仍以长城赛弗越野车、沃尔沃大客车和欧曼牵引车为例，计算该车型改装成电力汽车后使用电网电力的能耗。电价按0.5元／kwh计，计算可得每100km的能耗成本如表所示。表电力汽车能耗费用车型指标电动机最大功率（kw）电动机计算功率（kw）计算速度（km/h）百km耗电（kwh）百km能耗费用（元）长城赛弗越野车12060906734沃尔沃大客车2101609017889欧曼牵引车28018060300150表中的电动机计算功率（kw）为保守值，实际工况下平均功率小于该值，因此所计算的费用为保守估计值。

5.3.3电动汽车与燃油汽车运行成本比较从表、表的结果可知，在电气化高速公路上行驶的电动汽车能耗费用不超过普通燃油汽车能耗费用的一半。已知建设电气化高速公路增加的道上供电系统的分摊费用为5.6元／车hkm，根据表、表的可知：34+5.6=39.6＜96/2(元)89+5.6=94.6＜208/2（元）167+5.6=172.6＜400/2（元）因此，在考虑电气化公路建设成本增加因素的情况下，电动汽车在电气化高速公路上行驶的能耗加上建设成本的分摊，仍然小于普通燃油汽车运行成本的一半。

至于电动汽车的制造成本，虽然增加了安装集电器的成本，但当采用“电网集电+储能电池”模式时，只需要电动机，节省了内燃机，而且传动机构大为简化，因而汽车制造成本可比燃油汽车低。如果采用“电网集电+燃油／气”的双动力模式，因为具有两套动力系统，车辆制造成本则比单一动力模式的汽车制造成本就会提高。因此，从环保与经济角度考虑，“电网集电+储能电池”是电力汽车合理的动力模式。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文