畢業論文-微型純電動汽車總體設計與計算-wenkub

　

【正文】 宜的超微電可能成為銷量最大的四輪乘用 車 ,從而成為真正的國民車 . 本課題從微型電動汽車的研究開發入手，重點進行微型電動汽車的總體設計，零部件選型，性能計算以及主要部件設計，為開發新型微型電動打下基礎。推廣和普及純電動汽車是行之有效手段并且也是削減碳排放量重點方向之一！ 近年中國人對汽車的需求急劇增長 ,達到了用井噴來形容的程度 ,汽車目前燒掉了汽油的 85%,這還不算未來汽車擁有量的增長可能形成的新的需求 . 如今中國石油短缺 ,相當程度上 依靠進口 .可進口價格高漲不說 ,來源還沒有保障 .進口石油又成了中國戰略家必須考慮的軍事問題 .從長遠看中國的四輪車必須要尋找非石油替代動力 .對燒油車來說純電動車就是一個可能的替代 .近幾年來城市交通發生擁堵的主要原因是私家車急劇上升。對整車動力學匹配計算，主要部件的選擇 。電動汽車是由車載動力電池作為能量源的零排放汽車。近些年來，電動汽車的研制熱潮在全世界范圍內興起，逐步向小批量商業化生產的方 向發展。按照動力性能要求，運用汽車理論、電動機和電池相關知識，對電動機的功率、傳動比，蓄電池進行主要參數設計與匹配計算 。通過分析可知我國的人均可用交通資源甚少 (與國外相比差十幾倍 )，所以要改善交通首先必須設法減小交通工具載人的人均占用交通資源的“面積 技術參數要求 載客量 2 至 3 人，動力源為蓄電池，額定功率 5kw，主 電深度不超過 80%時，電動轎車最高時速 35km/h，勻速行駛的行駛里程 90km，作為城市老年人代步車使用，總體尺寸小，結構緊湊，重量輕，成本低。 。這比德國人 戴姆勒 （ Gottlieb Daimler）和本茨（ Karl Benz）發明汽油發動機汽車早了 10年以上。在 19 世紀下半葉成為交通運輸的重要產品，寫下了電動汽車需求量有了很大提高。 1899年法國人考門 目前 主要發達國家在純電動汽車領域內的動作： 美國 —— 在燃料電池汽車與純電動汽車之間徘徊 1991 年，美國通用汽車公司、福特汽車公司和克萊斯勒汽車公司共同協議，成立了 “ 先進電池聯合體 ” （ USABC），共同研究開發新一代電動汽車所需要的高能電池，并且與美國能源部簽訂協議在 1991～ 1995年間投資 能電池的研究。 EV ChryslerEPIC 等相繼停產，通用曾經也宣布不再繼續加大對純電動汽車研究的投入，只是對已經在路上使用的電動汽車進行維護。 歐洲 —— 擁有先進技術但工業化重視程度不足 與美國相比，歐洲更崇尚追求完美零污染的純電動汽車。法國政府、法國電力公司、標致 雪鐵龍汽車公司和雷諾汽車公司簽屬協議，共同承擔開發和推廣電動汽車，共同合資組建了電動汽車的電池公司 —— 薩夫特（ SAFT）公司承擔電動汽車的高能電池的研究和開發，以及電池的租賃和維修等工作。但是比利時沒有自己的汽車工業，沒有很多的企業投資，只有有限的政府資助，缺乏實際運用效果。然而由于技術與價格等方面的原因，在新能源汽車研發戰略中，更多的日本汽車企業選擇了混合動力汽車作為重點發展方向，堅持純電動汽車蓄電池技術研發的重點落在三菱重工、富士重工等動力裝備類企業。 我國純電動汽車的研究開始于 20 世紀 60 年代，到了 90 年代掀起了一股電動汽車熱，部分高校、汽車研究所以及生產企業聯合開發充電電池和純電動汽車，并取得河北工業大學 2021 屆畢業論文 5 了一些成果。在過去十年，中國已經成功取得了純電動摩托車全球老大 的位置，而汽車工業即始終在關鍵技術上落后于國際先進水平 30 年，這成為世界工廠最大的恥辱。 十五 期間，國家從維護我國能源安全、改善大氣環境、提高汽車工業競爭力、實現我國汽車工業的跨越式發展的戰略高度考慮，設立 電動汽車重大科技專項 ，通過組織企業、 高等院校和科研機構，集中國家、地方、企業、高校、科研院所等方面的力量進行聯合攻關。天津清源電動車輛有限公司等單位研發的純電動轎車，其整車的動力性、經濟性、續駛里程、噪聲等指標已超過法國雪鐵龍公司贈送的純電動轎車和箱式貨車，初步形成了關鍵技術的研發能力。 2021 年預計生產 1萬輛， 2021 年達到 5萬輛， 2021 年達到 10 萬輛 【 4】 。 電動汽車顧名思義就是主要采用電力驅動的汽車，大部分車輛直接采用電機驅動，有一部分車輛把電動機裝在發動機艙內，也有一部分直接以車輪作為四臺電動機的轉子，其難點在于電力儲存技術。有關研究表明，同樣的原油經過粗煉，送至電廠發電，經充入電池，再由電池驅動汽車，其能量利用效率比經過精煉變為汽油，再經汽油機驅動汽車高，因此有利于節約能源和減少二氧化碳的排量，正是 這些優點，使電動汽車的研究和應用成為汽車工業的一個 “熱點 ”。由于對環境影響相對傳統汽車較小，其前景被廣泛看好，但當前技術尚不成熟。電 動汽車的其他裝置基本與內燃機汽車相同 。 河北工業大學 2021 屆畢業論文 8 驅動電動機 驅動電動機的作用是將電源的電能轉化為機械能，通過傳動裝置或直接驅動車輪和工作裝置。 早期的電動汽車上，直流電動機的調速采用串接電阻或改變電動機磁場線圈的匝數來實現。從技術的發展來看，伴隨著新型驅動電機的應用，電動汽車的調速控制轉變為直流逆變技術的應用，將成為必然的趨勢。 傳動裝置 電動汽車傳動裝置的作用是將電動機的驅動轉矩傳給汽車的驅動軸，當采用電動輪驅動時，傳動裝置的多數部件常常可以忽略。在采用電動輪驅動時，電動汽車也可以省略傳統內燃機汽車傳動系統的差速器。作用在方向盤上的控制力，通過轉向機和轉向機構使轉向輪偏轉一定的角度，實現汽車的轉向。在電動汽車上，一般還有電磁制動裝置，它可以利用驅動電動機的控制電路實現電動機的發電運行，使減速制動時的能量轉換成對蓄電池充電的電流，從而得到再生利用 。蓄電池電動車與內燃機汽車的最大區別是動力系統的差別，傳統內燃機汽車動力系統的構造示意圖如圖所示，動力系統的起點是發動機，動力經離合器、變速器、萬向節、傳動抽、主減速器、差速器和驅動半軸傳至車輪，其能源來自燃料箱，燃料可以是柴油、汽油、液化石油氣、天然氣和醇類等，用完之后可通過加油站補充。相對于加油站而言，它由公用超快 充電站 。這取決于制造商對整車檔次的定位和用途以及市場界定、市場細分。電機及調速控制器的選用和配制對整車檔次和價位也有影響。純電動汽車之四大部件及公用充電站之大型充電機，專用電纜、線纜連接器乃至計費、收費系統，這是汽車行業新的零部件，沒它們將是無米之炊，沒做到位、不完善則是短腿受其制約。 將來符合國際和符合市場需求的純電動汽車必定遵守以下幾項： 電動車輛研發制造運營必須符合國家各項相關法規。且具有耐久的壽命，具備超快充電（ 23C以上電流）的功能。根據車輛用途和行駛場合設定最高車速，且不得超過交通法規的限定值，以合理選擇電動機的功率和配置電池組容量。 以目標市河北工業大學 2021 屆畢業論文 11 場需求為依據，提供實用、合適車型滿足之，力求做到技術、經濟、實用、功能諸方面的綜合統一。環保的電池、耐久的壽命、夠用的電量、超快的充電、完善的網絡、到位的服務。在驅動汽車時有時使用 12 或24 塊電池，有時則需要更多。噪聲對人的聽覺、神經、心血管、消化、內分泌、免疫系統也是有危害的。有些研究表明，同樣的原油經過粗煉，送至電廠發電，經充入電池，再由電池驅動汽車，其能量利用效率比經過 精煉變為汽油，再經汽油機驅動汽車高，因此有利于節約能源和減少二氧化碳的排量。 結構簡單，使用維修方便 電動汽車較內燃機汽車結構簡單，運轉、傳動部件少，維修保養工作量小。但從發展的角度看，隨著科技的進步，投入相應的人力物力，電動汽車的問題會逐步得到解決。 對電源系統的要求如下 : (1) 高的比能量和能量密度 ； (2) 高的比功率和功率密度 ； (3) 快速充電和深度放電的能力 ； (4) 使用壽命長 ； (5) 自放電率小 , 充電效率高 ； (6) 安全性能良好 , 且成本低廉 ； (7) 免維修 ； (8) 對環境無危害 , 可回收性好。由于鎘鎳電池性能價格比不如鉛 蓄電池而且存在鎘污染，性能優良的 MHNi電池有可能很快進入市場。h/kg 能量密度 W 鋰電池工作原理：充電時鋰離子從氧化物正極晶格脫出，通過鋰離子傳導的有機電解液后遷移嵌入到碳負材料負極，負極處于富鋰態，正極處于貧鋰態，同時電子的補償電荷從外電路供給到碳負極，保證負極的電荷平衡 工作原理 。 LixMyOz 為鋰化過渡金屬氧化 物。 微型電動車電機驅動系統 電動汽車的動力性能與其驅動系統直接相關，當前驅動方案主要有四種：機械驅動布置方案、機電集成化驅動布置方案、機電一體化驅 動布置方案、輪轂電機驅動布置方案。代表 車 型比 亞 迪汽 車 公 司的 純電動 汽 車 ET。通常，外轉子型采用低速外傳子電機，電機的最高轉速在 1000－ 1500r/min 左右，無任何減速裝置，電機的外傳子與車輪的輪輞固定或者集成在一起，車輪的轉速與電機相同。 圖 輪轂電機的結構形式 高速內轉子的輪轂電機具有較高的比功率，質量輕，體積小，效率高，噪聲小，成本低；缺點是必須采用減速裝置，使效率降低，非簧載質量增大，電機的最高轉速受線圈損耗、摩擦損耗以及變速機構的承受能力等因素的限制。 輪轂電機動力系統由于電機電制動容量較小，不能滿足整車制動效能的要求，通常需要附加機械制動系統。 電機應用類型與特點分析 輪轂電機系統的驅動電機按照電機磁場的類型分為徑向磁場和軸向磁場兩種類型。 國內外典型輪轂電機驅動系統 日本慶應義塾大學環境信 息學部清水浩教授領導的電動汽車研究小組在過去的十幾年中，一直以基于輪轂電機的全輪驅動電動汽車為研究對象，至今已試制了五種不同型式的樣車。 2021 年，最新推出了以鋰電池為動力源，采用 8個大功率交流同步輪轂電機獨立驅動的電動大轎車 KAZ，最高時速達到 311km/h。圖 KAZ 的前、后輪轂電機系統的結構圖。該一體化輪轂電機系統的永磁無刷直流電動機的額定功率為 ，峰值功率可達到 80kw，峰值扭矩為 670Nm，額定轉速為 950rpm，最高轉速為 1385rpm，而且額定工況下的平均效率可達到 %。為了提高輪轂電機的外形通用性，考慮在一定功率范圍內的輪轂電機采用相同的外形結構。 對于內燃機驅動的汽車，需要通過多級變速箱來近似實現理想的汽車驅動特性，如圖 所示。 缺點是： （ 1）傳動鏈長，傳動效率低； （ 2）通常要求使用高轉速大功率電機，對電機性能要求高。所謂輪邊電機方式是指每個驅動車輪由單獨的電機驅動，但是電機不是集成在車輪內，而是通過傳動裝置（例如傳動軸）連 接到車輪。與輪邊電機方式相比，輪轂電機方式具有明顯的優點，主要包括： （ 1）可以完全省略傳動的傳動裝置，整體動力利用效率大大提高； （ 2）輪轂電機使得整車總布置可以采用扁平化的底盤結構型式，車內空間和布置自由度得到極大的改善； （ 3）車身上幾乎沒有大功率的運動部件，整車的振動和噪聲舒適性得到極大改善； （ 4）輪轂電機方式便于實現四輪驅動驅動型式，有利于極大改善整車的動力性能； （ 5）輪轂電機作為執行元件，利用響應速度快和準確的優點便于實現包括線控驅動、線控制動以及線控整車動力學控制在內的整車動力學集成控制，提高整車的主動安全性。這種布置難以充分發揮電動 汽車的優勢。 車輪獨立驅動技術的特點 電動汽車車輪獨立驅動系統是利用獨立控制的電動機分別驅動汽車的車輪，車輪之間沒有機械傳動環節。 3) 對車輪采用制動能量回收系統，則可大大提高汽車能量利用效率，且與采用單電動機驅動的電動汽車相比，其能量回收效率也獲得顯著增加。它的功用是把路面作用于車輪上的垂直反力（支承力）、縱向反力、（驅動力和制動力）和側向反力以及這些反力所造成的力矩都要轉遞到車架上，以保證汽車的正常行駛。 2）獨立懸架其結構特點是車橋做成斷開的，每一側的車輪可以單獨地通過彈性懸架與車架連接，兩側車 輪可以單獨跳動，互不影響。另外。 獨立懸架具有以下優點： 1） 在懸架彈性元件一定的變形范圍內，兩側車輪可以單獨運動，而互不影響，這樣在不平道路上行駛時可減少車架和車身的振動，而且有助于消除轉向輪不斷偏擺的不良現象。 3） 采用斷開式車橋，發動機總成的位置便可降低和前移，使汽車質心下降，提高了汽車的行駛穩定性。獨立懸架結構復雜，制造成本高，維修不便。評價時常從以下幾個方面進行： 側傾中心高度 汽車在側向力的作用下，車身再通過左、右車輪中心的橫向垂直平面內發生側傾時，相對于地面的瞬時轉動中心，稱為側傾中心。 車輪定位參數的變化 車輪相對車身上下跳動時，主銷內傾角、主銷后傾角、車輪外傾角及車輪前束等定位參數會發生變化。 橫向剛度 懸架的橫向剛度影響操縱穩定性。因此，懸架占用的空間尺寸也用來作為評價指標之一。不等長的雙橫臂式獨立懸架多應用于轎車前輪上。目前，汽車上廣河北工業大學 2021 屆畢業論文 26 泛采用上下臂不等長的雙橫臂式獨立懸架（主要用于前懸架）和麥弗遜式獨立懸架。具有車輪接地性能好，縱橫兩向承受外力的能力強的特點，從而可獲得良好的操縱穩定性。 雙橫臂式獨立懸架導向機構設計 1．縱向平面內上、下橫臂的布置方案 上、下橫臂軸抗前俯角的匹配對主銷后傾角的變化有較大影響。