汽车构造论文1252087-李锦泉

1、 电动汽车驱动及传动系统概述汽车构造课程论文 学号：1252087专业：车辆工程（汽车）作者：李锦泉学院：汽车学院教师：周德宽 上课时间：周二 1、2 节，周三 3、4 节，单周五 5、6 节 电动汽车驱动系统的概述 电动汽车的驱动系统是电动汽车的心脏，它的任务是在驾驶员的控制下，高效率地将蓄 电池的能量转化为车轮的动能，或是将车轮上的动能反馈到蓄电池中。从功能上看，电动汽 车的驱动系统可以分为电气系统和机械系统。电气系统主要包括电动机及其电机的控制部分； 机械系统主要包括机械传动装置和车轮。电动机与车轮通过机械传动装置连在一起。 一、电动汽车对电动机的基本要求 （1） 电动汽车所用的电动机应

2、具有宽广的调速范围和平滑性能，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，以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，以满足汽车在平坦的路面能够高速行驶的要求。 （2） 电动汽车所用的电动机应具有瞬时功率大，带负载启动性能好、过载能力强，加速性能好，使用寿命长的特点。 （3） 电动汽车所用的电动机应在整个运行范围内，具有很高的效率，以提高 1 次充电的续驶里程。 （4） 电动汽车所用的电动机应能够在汽车减速时实现再生制动，将能量回收并反馈回蓄电池，使得电动汽车具有最佳能量的利用率。 （5） 电动汽车所用的电动机应可靠性好，能够在较恶劣的环境下长期工作。 （

3、6） 电动汽车所有电动机的结构要简单坚固、成本低，适合批量生产，便于使用和维护。 （7） 价格便宜，从而能够减少整体电动汽车的价格，提高性价比。 （8） 运行时噪声低，减少污染。 二、驱动电动机的类型及其选择 目前电动汽车中使用的电动机一般有直流电动机、感应电动机、开关磁阻电动机以及永磁无刷电动机等，各种电动机有着各自的优缺点： 1. 直流电动机 有刷直流电动机的主要优点是调速性能好、技术成熟。具有交流电机不可比拟的优良控制特性。在早期开发的电动汽车上多采用直流电动机，即使到现在，还有一些电动汽车上仍使用直流电动机来驱动。但由于存在电刷和机械换向器，不但限制了电机过载能力与速度的进一步提高，而

4、且如果长时间运行，势必要经常维护和更换电刷和换向器。另外，由于损耗存在于转子上，使得散热困难，限制了电机转矩质量比的进一步提高。鉴于直流电动机存在以上缺陷，在新研制的电动汽车上已基本不采用直流电动机。 2. 交流三相感应电动机 交流三相感应电动机是应用得最广泛的电动机。其定子和转子采用硅钢片叠压而成，定子之间没有相互接触的滑环、换向器等部件。结构简单，运行可靠，经久耐用。转速可达到1200015000r/min。可采用空气冷却或液体冷却方式。对环境的适应性好，并能够实现再生反馈制动。与同样功率的直流电动机相比较，效率较高，质量减轻一半左右，价格便宜， 维修方便。 交流三相感应电动机的不足是：转

5、子容易发热损耗较大。交流三相感应电动机的功率因数较低，使得变频变压装置的输入功率因数也较低，因此需要采用大容量的变频变压装置。交流三相感应电动机的控制系统的造价远远高于交流三相感应电动机本身，增加了电动汽车的成 本。另外，交流三相感应电动机的调速性也较差。 3. 永磁无刷直流电动机 永磁无刷直流电动机是一种高性能的电动机。它的最大特点就是具有直流电动机的调速特性。它采用永磁体转子，没有励磁损耗发热的电枢绕组装在外面的定子上，散热容易。没 有电刷及相关机械结构。因此，永磁无刷直流电动机没有换向火花，没有无线电干扰，寿命长，运行可靠，维修简便。此外，它的转速不受机械换向的限制，如果采用空气轴承或磁

6、悬浮轴承，可以在每分钟高达几十万转运行。永磁无刷直流电动机系统具有更高的能量密度和更高的效率，在电动汽车中有着很好的应用前景。 永磁无刷直流电动机的不足：永磁无刷直流电动机受到永磁材料工艺的影响和限制，使得永磁无刷直流电动机的功率范围较小，最大功率仅几十千瓦。永磁材料在受到振动、高温和过载电流作用时，其导磁性能可能会下降或发生退磁现象，将降低永磁电动机的性能，严重时还会损坏电动机，在使用中必须严格控制，使其不发生过载。永磁无刷直流电动机在恒功率模式下，操纵复杂，需要一套复杂的控制系统，从而使得永磁无刷直流电动机的驱动系统造价很高。 4开关磁阻电机 开关磁阻电动机（又称为 SR 电机）是一种新型

7、电动机，具有如下优点： （1） 可控参数多，调速性能好。 控制方便，可四象限运行容易实现正转、反转和电动、制动等特定的调节控制。 （2） 结构简单，成本低。 开关磁阻电机，其转子无绕组，也不加永久磁铁，定子为集中绕组，比传统的直流电机， 永磁电机及感应电机都简单，制造和维护方便。它的功率变换器比较简单，主开关元件数较少，电子器件少，成本低。 （3） 损耗小，运转效率高。 开关磁阻电机，电机转子不存在励磁及转差损耗，功率变换器元器件少，相应的损耗也小。由于开关磁阻电动机控制灵活，易于在很宽转速范围内实现高效节能控制。 开关磁阻电机的不足：开关磁阻电机结构虽然很简单，但不意味着其设计和控制也简单。

8、由于其磁部的严重磁饱和以及磁极和沟槽的边缘效应，使开关磁阻电机设计和控制非常困难和精细，而且开关磁阻电机经常引起噪声问题。 三、机械传动装置方案 1. 机械传动装置功能 保证汽车在各种行驶条件下所必须的牵引力，使他们之间能够协调变化并能有足够的变化范围。 使汽车具有良好的动力性和经济性。 保证汽车的倒车及左右驱动车轮能适应差速要求。 使动力传递能根据需要而顺利结合与分离。 2. 传统电动汽车机械传动装置设计方案 传统电动汽车驱动系统除用驱动电机及控制系统取代发动机外，传动装置组成与普通燃油汽车相同。这种传动装置仍由离合器、变速器、传动轴、主减速器、差速器及半轴等组成。普通燃油汽车其结构简图见图

9、 1。 图 1 燃油汽车机械传动装置结构简图离合器位于发动机之后、传动系统的始端，用来接合和分离发动机与传动系统，以保证汽车起步时将发动机与传动系统顺利接合，使汽车平稳起步；当变速器换挡时能迅速彻底地将发动机与传动系统分离，以减少有级变速器的齿轮冲击以便于换挡。离合器也能缓传动系峰值载荷的冲击，吸收或避免扭振的产生。 变速器位于离合器之后，是传动系的变矩机构，分为有级、无极和综合式三种。大多数汽车的机械传动都是采用齿轮式有级变速器。小型车用 35 个，中型车用 56 前进档， 重型车加 0 装复变速器后可有 1020 个档位。为了倒车都有倒档，为了发动机在无负荷下起动及汽车的惯性滑行都设有空档

10、。变速器与驱动桥之间都由万向传动轴相连为适应汽车行驶中驱动桥与变速器之间的相对位移，万向传动轴除由轴管及万向节组成，其功用除增大由传动轴传递过来的转矩，减小转速并将转矩传给驱动车轮外，还使左右驱动车轮有差速的功能。桥壳还要承受并传递力和力矩等。 初期的电动汽车采用普通燃油汽车的机械传动装置方案，因变速器档位多，这种传动装置适合转速高、输出转矩小、控制技术简单的驱动电机，以满足电动汽车在不同工况下的运动要求。这种方案的优点是设计周期短，可直接采用普通汽车底盘的构造，造价低。缺点是零部件多、电动汽车总质量大、传动效率低。 3. 机械传动装置改进方案 目前电动汽车主要是在市区和城市近郊使用，它所遇到

11、的工况多种多样，它最低稳定行 使车速为 3-6km/h，最高车速可达 100km/h，甚至更高。电动汽车在行驶过程中所遇到的阻力变化很大。电动汽车在行驶过程中其阻力变化范围在 6 倍以上，而电动机的力矩变化范围不能满足电动汽车行驶性能的要求，因此要在电动机和车轮之间安装一个减速器或变速器。另一方面可以是电动机经常保持在高效率的工作范围内工作，减轻电动机和动力电池组的负 荷，采用一个单级的减速器，即可满足电动汽车行驶阻力变化范围的要求，同时可以减轻电 动机和动力电池组的负荷，提高工作效率，简化传动装置结构，减少能量的消耗，从而提高 传动效率。 由于驱动电机选用的是开关磁阻电机。其主要特点是电动机可四象限运行，即正转 、反转、电动和制动，能实现各种特定要求的调节控制。本文采用了由电机和传动系统直接组合集成在一起，由单级减速器、差速器、半轴等组成的机械传动装置的设计方案， 其结构简图见图 2。 图 2 改进后的机械传动方案简图4. 本方案传动装置的特点 （1） 传动效率高 对比图 1 和图 2，改进后的方案简化传动装置，缩短传动链，不用离合器，没有挡位很多的变速器，只采用了单级减速器、差速