畢業(yè)設(shè)計（論文）-四輪驅(qū)動電動汽車底盤結(jié)構(gòu)設(shè)計

四輪驅(qū)動電動汽車底盤結(jié)構(gòu)設(shè)計 FOUR WHEEL DRIVE ELECTRIC CARCHASSIS STRUCTURE DEDIGN 英文題目Arial二號，大寫，居中中文題目黑體二號，居中 摘要進入新世紀以來，我國城市到農(nóng)村經(jīng)濟得到了快速發(fā)展。汽車工業(yè)是國民經(jīng)濟的的支柱產(chǎn)業(yè)，傳統(tǒng)的化石能汽車造成的環(huán)境污染越來越嚴重，同時化石能源也面臨著資源枯竭的問題，再過幾十年全球范圍內(nèi)的石油石油資源越來越少，開采難度越來越高。人們想到大力發(fā)展風(fēng)能、太陽能等清潔可再生能源，環(huán)境保護越來越得到我國政府和人們的重視，節(jié)約能源和保護環(huán)境越來越深入人心。近年來，我國北方地區(qū)多次發(fā)生大面積沙塵天氣，使人們更加堅定使用清潔能源的決心。傳統(tǒng)汽車使用汽油、柴油等作為燃料，在被使用過程中會排放二氧化碳等溫室氣體，而電動汽車沒有二氧化碳等溫室氣體的排放，對環(huán)境的保護非常有幫助。本文主要介紹了四輪驅(qū)動型電動汽車的歷史、結(jié)構(gòu)和底盤的框架以及電池的能量存儲過程。本次畢業(yè)設(shè)計介紹和繪出了四輪驅(qū)動型汽車底盤結(jié)構(gòu)。關(guān)鍵詞 四輪驅(qū)動； 電動汽車； UG； 三維建模； 汽車底盤 全套圖 紙加扣 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 錄摘要IAbstractII1 緒論11.1 本課題的研究的主要內(nèi)容和實質(zhì)意義11.2 新能源汽車發(fā)展概況11.2.1 國外電動汽車發(fā)展狀況21.2.2 國內(nèi)電動汽車發(fā)展狀況42 電動汽車結(jié)構(gòu)與原理52.1 電動汽車的結(jié)構(gòu)形式52.2 電動汽車的主要結(jié)構(gòu)與原理52.3 四輪驅(qū)動型電動汽車底盤結(jié)構(gòu)總體方案73 四輪驅(qū)動電動汽車的方案設(shè)計93.1四輪驅(qū)動純電動汽車動力總成93.2 四輪驅(qū)動電動汽車的基本驅(qū)動性能103.3 四輪驅(qū)動電動汽車驅(qū)動電動機性能參數(shù)的選擇113.4減速器的設(shè)計要求153.5 差速器的基本數(shù)據(jù)選擇及強度計算173.5.1差速器齒輪基本數(shù)據(jù)選擇173.5.2差速器齒輪的幾何尺寸計算183.5.3差速器齒輪強度計算203.6 電動機的種類與原理213.6.1電動機的基本構(gòu)造213.6.2直流電動機的特點與運動特性223.7 其他電動機22設(shè)計小結(jié)36參考文獻37致謝38III1 緒論1.1 本課題的研究的主要內(nèi)容和實質(zhì)意義傳統(tǒng)汽車的尾氣排放是環(huán)境空氣污染是全球變暖和海平面升高的主要原因之一，內(nèi)燃機通過燃燒空氣及汽油、柴油等燃料產(chǎn)生推進力,不完全燃燒過程導(dǎo)致車輛排放污染物，車輛的排放包括二氧化碳、一氧化碳、碳氫化合物、可吸入顆粒物等。機動車尾氣排放有溫室氣體排放和空氣污染無排放兩類，溫室氣體排放導(dǎo)致全球變暖，而空氣污染是指碳氫化合物、顆粒物、氫氧化物、硫氧化物和二氧化硫等導(dǎo)致空氣品質(zhì)下降的排放物。人們發(fā)明很多控制車輛排放的技術(shù)、可變氣門正時技術(shù)、渦輪增壓技術(shù)、三元催化技術(shù)都在不同程度上改善了排放指標，但要在根本上解決問題，世界在等待新技術(shù)的問世。電動汽車即以電能驅(qū)動的汽車，有零排放的可能并有可能在未來幾十年內(nèi)取代內(nèi)燃機，純電動汽車在傳統(tǒng)汽車構(gòu)造和傳動系統(tǒng)方面提出新的設(shè)計。電動汽車之所以能達到很高的能量傳遞效率，是因為它減少了很多機械和排放元件，如排氣管、消音器、催化轉(zhuǎn)換器、離合器，單獨由電池提供能量的汽車在充電時間、行駛里程方面在近年來都有較大改善和發(fā)展。1.2 新能源汽車發(fā)展概況在過去的幾十年里，內(nèi)燃機和傳統(tǒng)的動力系統(tǒng)已經(jīng)主導(dǎo)了交通工業(yè)。車輛排放對環(huán)境的影響受到越來越多的關(guān)注，下一代的動力傳遞解決方案需要增加效率，減少溫室氣體和空氣污染物的排放。純電動汽車，即以電力為動力的汽車，有零排放的可能并有可能在未來取代內(nèi)燃機。然而，盡管發(fā)生一些改善，電動汽車仍然由于電力存儲技術(shù)的限制在行駛里程上有局限。純電動汽車在已經(jīng)成熟的傳統(tǒng)的汽車和傳動系統(tǒng)上提出了許多新的復(fù)雜的設(shè)計挑戰(zhàn)。除此之外為了滿足更加嚴格的燃油經(jīng)濟性、車輛安全變現(xiàn)和環(huán)境保護，汽車行業(yè)需要做出相當(dāng)大的努力投入資源去發(fā)展純電動汽車去解決所遇到的挑戰(zhàn)。純電動汽車用一個或更多的電動機來驅(qū)動，用電池來存儲電力。電池存儲系統(tǒng)為車輛的所有電子系統(tǒng)提供能量。電池可以通過電網(wǎng)系統(tǒng)、充電站、房屋插頭和非電網(wǎng)系統(tǒng)，如太陽能，或者使用車載的回收能量系統(tǒng)充電。純電動汽車有可能產(chǎn)生零溫室氣體和空氣污染物；然而，太陽能、風(fēng)力、煤的燃燒等發(fā)電形式?jīng)Q定了其有限的污染排放。然而即使通過煤的燃燒獲得的電力所排放的CO2也只是燃燒汽油排放的1/2或1/3。此外，純電動汽車相比于傳統(tǒng)的汽車還有很多其他的優(yōu)勢。純電動的傳遞效率至少為75%，然而內(nèi)燃機汽車的只有15%。純電動汽車之所以能保持很高的效率是因為他減少了很多機械或排放元件。例如，純電動汽車不需要消聲器、催化轉(zhuǎn)換器、排氣罐和煤氣罐。同樣，離合器組件和傳輸系統(tǒng)通常被電動機扭矩驅(qū)動系統(tǒng)所取代。電動機驅(qū)動系統(tǒng)的主要元件是加速踏板、電動機驅(qū)動系統(tǒng)、電池和牽引電動機。盡管有這些好處，純電動汽車也有些缺點需要考慮。目前，一個核心的關(guān)注點是純電動汽車的電池相比于液體燃料有更低的能量和能量密度。另一個值得關(guān)注的是充電時間。雖然充電明顯比燃油便宜，但是充電的速度會導(dǎo)致一個很長的等待時間（在家充電通常4-8h，在充電站至少30min）。此外，由于純電動汽車電池包能力的限制，單獨由電池提供能量的汽車相比傳統(tǒng)汽車行駛里程更短。即使電池的存儲能力和壽命有明顯的改善，電池包依然會很貴很重。1.2.1 國外電動汽車發(fā)展狀況1904年，herry ford開發(fā)了第一條以天然氣為動力為動力的汽車生產(chǎn)線。隨著20世紀的發(fā)展，汽車工業(yè)開始快速發(fā)展起來，汽車出現(xiàn)了蒸汽、電力和汽油版本。雖然在今天汽油動力汽車非常普遍，但是在20世紀初，電動汽車比其他車更受歡迎。不像汽油動力汽車，電動汽車受歡迎的主要原因是它沒有發(fā)動機帶來的振動、噪聲和氣味。然而，汽油動力汽車需要手動換擋，這在當(dāng)時被認為給駕駛帶來了困難。同樣，與蒸汽動力汽車相比，電動汽車有能力一次充電使用更長的范圍，在寒冷的天氣也更方便，在類似的天氣條件下，蒸汽動力汽車的啟動時間為45min。直到20世紀20年代，電動汽車仍然具有吸引力的，其生產(chǎn)高峰期在1912年。然而，城際道路質(zhì)量的改善推動了對內(nèi)燃機汽車的需求，因為其能夠行駛較長的距離。同時，石油的發(fā)現(xiàn)降低了汽油的價格，對于消費者來說，能承受內(nèi)燃機汽車帶來的負擔(dān)。此外，電動啟動器的發(fā)明使內(nèi)燃機汽車使用更方便，而電動汽車長的充電時間和昂貴的大型電池價格讓其失去了對消費者的吸引力。由于這些變化，20世紀30年代電動汽車在市場中逐漸消失。隨著時間向前推進，汽車不再是奢侈品而是日常生活中的必需品。雖然內(nèi)燃機使用的增加和發(fā)展改變了城市景觀和生活方式，但是科學(xué)家開始擔(dān)心長期的內(nèi)燃機廢氣排放對環(huán)境的影響。大多數(shù)關(guān)念認為汽車排放與全球變暖和過量的溫室氣體產(chǎn)生相關(guān)。此外，石油價格開始上升，以及這段時間公眾對于有限的石油供應(yīng)資源的意識的提高，從20世紀70年代開始，迫切需要一種替代動力汽車。上述問題使政府采取一些立法和監(jiān)管行動來降低對石油生產(chǎn)的依賴和減少空氣污染。同樣，來自世界各地的一些組織開始與汽車制造商一起為電動汽車發(fā)展創(chuàng)造更有利的條件。由于這些變化，汽車行業(yè)開始嘗試發(fā)展電動汽車。1974年，美國的sebring-vanguard公司，設(shè)計了第一款能大規(guī)模生產(chǎn)的電動汽車citicar，并一直持續(xù)到1744年。從1977到1979年，通用汽車公司花了超過2000萬美元用于電動汽車的發(fā)展和研究，并制定目標準備在20世紀80年代中期生產(chǎn)電動汽車。同樣，標志和雷諾公司設(shè)計的電動汽車可以達到100Km，行程140km。在1989年，奧迪公司推出了第一代試驗車汽油發(fā)動機/電動混合動力概念車 Audi Duo。這輛車后輪采用12.6hp的電動機驅(qū)動，前輪采用136hp的2.3L5缸發(fā)動機驅(qū)動。1996年，通用汽車公司設(shè)計和開發(fā)的電動汽車的最高時速130km/h，續(xù)航130km。電動汽車性能的改進推動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展并使得市場大批量生產(chǎn)電動汽車。然而，電動汽車市場沒能實現(xiàn)成功，到了20世紀90年代末，很大程度上是失敗的。主要的失敗原因是與汽油動力汽車相比，其性能有限。此外，當(dāng)時的石油價格低，以及電動汽車的初始成本高、維護成本高、基礎(chǔ)設(shè)施不足，導(dǎo)致其難以獲得成功。然而，在20世紀90年代后期，一個新的汽車類型出現(xiàn)了，即混合技術(shù)，他將內(nèi)燃機與電動機相結(jié)合。1977年日本豐田公司成功推出了第一輛量產(chǎn)的混合動力汽車普銳斯（prius）。不久之后的1999年，本田公司的Insight在美國和日本推出。這兩家汽車公司的混合動力汽車概念導(dǎo)致了替代燃料汽車市場觀念的改變。此后，其他汽車制造商設(shè)計和生產(chǎn)各種使用汽車電氣化技術(shù)提高燃料效率的汽車。2004年，福特公司推出第一款混合動力SUV。同樣，通用汽車公司在2004年推出第一款混合動力Silverado和Sierra。目前，巴西和中國等都在增加其在全球純電動和混合動力汽車市場上的占有率。然而，相比于內(nèi)燃機汽車，混合動力汽車在全球的份額仍然很低。2004年，混合動力汽車的份額為0.25%，而2007年，總產(chǎn)量541000輛混合動力汽車僅為全球生產(chǎn)的輕型車輛的0.8%。到2014年混合動力汽車的生產(chǎn)數(shù)量增加到170萬輛?；旌蟿恿ζ嚨恼w份額的增加反映了車輛電氣化和更高效率零排放汽車的生產(chǎn)節(jié)奏在加快?；诃h(huán)保，能源安全等原因，大力發(fā)展電動汽車是我國的基本國策。自2013以來國家發(fā)改委工信部、科技部、財政部等各大部委陸續(xù)出臺了一系列鼓勵和推廣新能源汽車發(fā)展的政策，包括新能源汽車價格補貼、免購置稅以及不限行不限號等政策。從現(xiàn)階段情況來看，燃料電池汽車尚未實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。電動汽車仍將是市場未來發(fā)展的主流，電動車最初因為缺少充電配套設(shè)施而阻礙了發(fā)展，隨著政府多個有關(guān)充電樁的政策相繼出臺。電動汽車和充電樁行業(yè)的建設(shè)得到前所未有的推進，充電樁行業(yè)的發(fā)展為電動汽車的普及鋪平了道路。1.2.2 國內(nèi)電動汽車發(fā)展狀況 國內(nèi)主要銷售城市：純電動汽車主要銷售在北京、南京、杭州等早先一批的試點運行城市。其中，北京地區(qū)純電動汽車上牌量居高，2014年上半年605輛;其次是南京490輛。中國電動汽車重大科技項目的研發(fā)開始于2001年，經(jīng)過兩個五年計劃的科技攻關(guān)以及奧運、世博、“十城千輛”示范平臺的應(yīng)用拉動，中國電動汽車從無到有，技術(shù)處于持續(xù)進步狀態(tài)，建立起了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的電動汽車全產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)體系。到2010底，全國共有25個城市加入“十城千輛”節(jié)能與新能源汽車示范推廣工程，50多家企業(yè)的184個車型進入節(jié)能與新能源汽車示范推廣應(yīng)用工程推薦車型目錄，各地示范運行各類電動汽車超過1萬輛，示范運行里程超過2億公里，累計載客90億人次以上。電動汽車關(guān)鍵技術(shù)總體水平和應(yīng)用規(guī)模位于國際前列，部分領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破性進展。同時，中國的電動汽車在產(chǎn)品研發(fā)及示范推廣方面已經(jīng)取得了舉世矚目的成績。截至2012年6月底，共有83家企業(yè)的454款節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)品進入節(jié)能與新能源汽車示范推廣推薦車型目錄。截至2012年3月底，25個示范城市累計推廣節(jié)能與新能源汽車超過1.9萬輛。其中，公共服務(wù)領(lǐng)域1.68萬輛，建成充（換）電站170座，充電樁6400余個，載客超過90億人次。當(dāng)前，在各種新能源汽車的技術(shù)路線中，以混合動力、純電動汽車和燃料電池汽車為代表的電動汽車被普遍認為是未來汽車能源動力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型發(fā)展的主要方向，已經(jīng)成為世界汽車強國和主要汽車制造商發(fā)展重點。中國已經(jīng)是世界汽車產(chǎn)業(yè)大國，但“大而不強”，中國未來的汽車工業(yè)必須探求新的思路。電動汽車產(chǎn)業(yè)有望為中國汽車工業(yè)開拓新的增長點。未來10年是中國新能源汽車發(fā)展的戰(zhàn)略機遇期，中國高度重視電動汽車的發(fā)展，在2011年3月出臺的“十二五”規(guī)劃綱要中，中國把新能源汽車列為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一，提出要重點發(fā)展插電式混合動力汽車、純電動汽車和燃料電池汽車技術(shù)，開展插電式混合動力汽車、純電動汽車研發(fā)及大規(guī)模商業(yè)化示范工程，推進產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。未來中國電動汽車將迎來新一輪的高速發(fā)展。2 電動汽車結(jié)構(gòu)與原理2.1 電動汽車的結(jié)構(gòu)形式電動汽車結(jié)構(gòu)主要包括車身、底盤、動力總成、能量電源分配與管理系統(tǒng)底盤及其相關(guān)的系統(tǒng)在純電動汽車和傳統(tǒng)汽車上是有區(qū)別的，但最大的區(qū)別在于動力系統(tǒng)，設(shè)計和生產(chǎn)底盤平臺比開發(fā)上車身更有挑戰(zhàn)性、耗費時間。因此生產(chǎn)一型汽車底盤應(yīng)用到多個型號的汽車中，經(jīng)常一輛新款車型是由不同風(fēng)格的上車身和相同設(shè)計的底盤組成。底盤平臺的共同使用使汽車廠商大為減少了研發(fā)的時間和成本。底盤系統(tǒng)包括懸架，轉(zhuǎn)向和制動及行駛系統(tǒng)，強烈的影響著汽車的性能和特點，包括操作、安全和乘坐舒適性。懸架系統(tǒng)將車輪連接至車輛底盤。懸架系統(tǒng)分為獨立性和非獨立性兩種。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分為兩種類型的設(shè)計：平行四邊形和齒輪齒條型，平行四邊形的轉(zhuǎn)向是當(dāng)方向盤旋轉(zhuǎn)時，一個循環(huán)球轉(zhuǎn)向器將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動。在重型車輛中應(yīng)用較多，齒條和齒輪轉(zhuǎn)向機構(gòu)通過齒輪連接到轉(zhuǎn)向柱和水平移動齒條，適用于小型汽車。制動系統(tǒng)包括電動真空泵、電動液壓助力器等。電動汽車動力總成比內(nèi)燃機汽車要簡單一些，電動機和電池取代了發(fā)電機和燃料箱，而其余的動力總成部件變速器和差速器沒有變化，電動汽車動力系統(tǒng)的車身和底盤要體現(xiàn)電力推進系統(tǒng)的靈活性，根據(jù)蓄電池、電動機的數(shù)量和位置，動力系統(tǒng)分為輪轂電動機和輪外電動機，在輪外電動機結(jié)構(gòu)中，一個或多個電動機直接驅(qū)動齒輪和差速器。電源和能量管理系統(tǒng)的作用是控制和協(xié)調(diào)功率的產(chǎn)生，能源的輸出和在系統(tǒng)內(nèi)的流通，能量和功率管理提高了車輛的性能，減少了車輛的自重、體積和成本。因為電池是純電動汽車唯一的能量來源，所以為了盡可能的延長汽車的續(xù)航里程，電動汽車能量管理的目標就是減少能量消耗。2.2 電動汽車的主要結(jié)構(gòu)與原理當(dāng)一輛新電動汽車汽車出廠時，它集成了驅(qū)動、導(dǎo)航和電力電子器件，還有其電子系統(tǒng)。蓄電池提供電力，蓄電池管理系統(tǒng)可控制充電或放電，同理其它的模塊整車控制器在自動檢測汽車車速、加速踏板的運動等信號，自動操作電動機的力矩即加力力矩，制動控制器也能接收制動踏板的位置信息、車速信息，以確定制動力矩的大小，通過車載計算機控制各個模塊使用一根線路包括各種信息和多路復(fù)用信號。純電動汽車與常規(guī)汽車有很多相同之處，除了驅(qū)動負載。電氣設(shè)備的負載一般工作在12v條件下，而驅(qū)動電機則工作在幾百伏的高壓狀態(tài)下，這樣做的原因首先考慮到安全問題。電動汽車由電力驅(qū)動系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)和電源系統(tǒng)等三部分組成。圖2-1 電動汽車基本結(jié)構(gòu)雙線表示機械連接，細線表示控制信號連接，粗實線表示電氣連接。下面是根據(jù)電動汽車電力驅(qū)動系統(tǒng)的不同，其結(jié)構(gòu)可分為以下六種不同的形式： 圖2-2 電驅(qū)動的結(jié)構(gòu)形式C離合器D差速器M電動機 CB變速器 FC固定器電力驅(qū)動系統(tǒng)由制動踏板和加速踏板等部件控制電子控制、功率轉(zhuǎn)換器、電動機、機械傳動裝置最終驅(qū)動車輪運動。其承擔(dān)的任務(wù)是將電動汽車電池組中的電能轉(zhuǎn)換為機械能驅(qū)動汽車行駛，在汽車減速或制動時將車輛的慣性能轉(zhuǎn)化為電能該電池組充電，實現(xiàn)了能量的高效利用。能源系統(tǒng)包括蓄電池、調(diào)節(jié)器、充電機、開關(guān)和導(dǎo)線等連接而成的電氣系統(tǒng)，作用是管理電動機驅(qū)動過程及控制充電電機向蓄電池充電。除了動力系統(tǒng)和電源系統(tǒng)之外，電動汽車還包含一些輔助系統(tǒng)：動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、車輛導(dǎo)航系統(tǒng)、燈光、空調(diào)系統(tǒng)、多媒體系統(tǒng)、儲備動力源系統(tǒng)。這些系統(tǒng)與車輛的主系統(tǒng)一起構(gòu)成完整的成品汽車。各個系統(tǒng)在不同品牌的電動汽車中的設(shè)計是不一樣的，因電動汽車的電能可以通過電纜而不是通過機械方式傳遞，因此各個廠家在設(shè)計時有很大的靈活性，如既可以將電機前置也可以將電機后置，同時還可以選擇多電機模式。在車輛行駛過程中控制器控制電池組向電機供電，電動機轉(zhuǎn)速和輸出轉(zhuǎn)矩由加速踏板通過控制器進行調(diào)節(jié)。 純電動汽車的工作原理是通過電動機將能量貯存在蓄電池組內(nèi)，電池組的使用使得能量的管理獲得更多的功率資源，以獲得整個系統(tǒng)的最大能源利用率，當(dāng)電池組通過能量管理系統(tǒng)向牽引電動機供電、牽引電機轉(zhuǎn)動將能源中的電能轉(zhuǎn)換為機械能，為車輛運動提供需要的牽引力。電動機必須經(jīng)得起考驗，例如頻繁的啟動和停止、低扭矩高轉(zhuǎn)速的巡航，高扭矩低轉(zhuǎn)速的爬坡等。城市駕駛涉及頻繁的加速和減速，分別使制動和回收系統(tǒng)中造成功率脈沖和大電流，意味著快速深放電循環(huán)。電機轉(zhuǎn)動帶動車輪或差速器進而使車輪運動。四輪驅(qū)動動力總成將發(fā)動機的扭矩分配到車輛的四個輪子，當(dāng)所有車輪被持續(xù)驅(qū)動時，扭矩傳遞到兩個軸上，在另一種情況下，發(fā)動機功率傳輸?shù)絻蓚€軸中的一個，而另一個軸需要時可通過手動或自動實現(xiàn)。變速器系統(tǒng)管理變速器的轉(zhuǎn)速，在車輛安全中制動性能是非常重要的安全因素，好的制動系統(tǒng)必須能夠快速減小車輛的速度，同時通過轉(zhuǎn)向盤控制維持車輛的方向，典型的摩擦制動系統(tǒng)通過制動盤和輪子之間的摩擦力使移動的車輛減速或停止。2.3 四輪驅(qū)動型電動汽車底盤結(jié)構(gòu)總體方案四輪驅(qū)動電動汽車底盤結(jié)構(gòu)總體設(shè)計方案如下圖所示：圖2-4 四輪驅(qū)動電動汽車底盤結(jié)構(gòu)設(shè)計平面圖3 四輪驅(qū)動電動汽車的方案設(shè)計3.1四輪驅(qū)動純電動汽車動力總成電力動力系統(tǒng)的功能是指根據(jù)駕駛員的命令高效地協(xié)調(diào)電力對輪速的反饋來提供所需的推進動力。通常，一個電力動力系統(tǒng)包含電氣和機械模塊。電氣模塊有一些子系統(tǒng)構(gòu)成，例如牽引電動機、電力電子器件（例如電荷控制器、逆變器和變換器）和動力儲蓄模塊(例如電池、電容和飛輪)。機械模塊由傳輸系統(tǒng)、變速器系統(tǒng)和車輪系統(tǒng)構(gòu)成。電器控制模塊包含三個功能模塊（傳感器、接口電路和微處理器）去優(yōu)化和監(jiān)控動力系統(tǒng)的表現(xiàn)。傳感器采集可測量的變量，如溫度、速度、扭矩、電流和電壓，并轉(zhuǎn)換為電子信號，這些接口狀態(tài)在傳送到微處理器之前要達到相應(yīng)的水平。一個控制單元指在動力總成原件之間的動力管理控制系統(tǒng)，控制牽引電動機的應(yīng)用和優(yōu)化動力流來達到最大行駛里程?？刂破鞯牧硗庖粋€重要的功能是最大化控制汽車在制動時的能量回收。純電動汽車的動力總成比內(nèi)燃機汽車更加簡單。動力傳遞到車輪通過一些選定的組件。純電動汽車的另一個核心優(yōu)勢是動力傳遞效率比內(nèi)燃機汽車高，能夠回收制動時的能量損失，同時能夠回收在下山時的能量損失。在這些情況中，電動機作為發(fā)電機產(chǎn)生電力。此外，純電動汽車快速的動態(tài)響應(yīng)能夠準確地控制車輪的轉(zhuǎn)矩，產(chǎn)生更好的操縱表現(xiàn)。而且，這種優(yōu)點也應(yīng)用于穩(wěn)定和安全控制系統(tǒng)，如自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)、避障系統(tǒng)和車輛穩(wěn)定控制系統(tǒng)，執(zhí)行速度更快導(dǎo)致車輛的安全性的提高。電力動力總成系統(tǒng)包含轉(zhuǎn)換和專用兩種類型。在轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中，7電動機和電池取代了內(nèi)燃機的發(fā)動機和燃料箱，而其余的動力總成部件包含變速器和差速器保持一樣。前輪驅(qū)動和后輪驅(qū)動的電力動力系統(tǒng)。在這些系統(tǒng)中，電動機和電池被安裝在車輛底盤上，動力通過變速器傳遞到車輪。離合器或者扭矩控制器能夠連接或者切斷電動機到車輪之間的連接。像大多數(shù)傳統(tǒng)的動力總成一樣，變速器調(diào)整純電動汽車的扭矩輸出。轉(zhuǎn)換的動力總成系統(tǒng)的車輛集成需要考慮車輛的自重、車輛性能的下降和復(fù)雜性。此外，相比于專業(yè)系統(tǒng)，它們更加缺少靈活性轉(zhuǎn)變?yōu)槿?qū)系統(tǒng)。另一方面，專用的純電動動力系統(tǒng)的車身和底盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計要體現(xiàn)電力推進系統(tǒng)更大的靈活性。專用的純電動汽車動力系統(tǒng)的不同是電池包數(shù)量、電動機和元件的安排。然而，根據(jù)電動機的數(shù)量和位置，動力系統(tǒng)的種類可以分為輪轂電動機和輪外電動機。在輪外電動機的結(jié)構(gòu)中，一個或者更多的電動機被安裝在車輛的底盤上直接驅(qū)動車輪或者齒輪單元或者差速器，然而輪轂電動機通過安裝在車輪內(nèi)的驅(qū)動電動機提供牽引力，不需要任何機械零件。輪轂電動機和輪外電動機配置都可以轉(zhuǎn)化為全驅(qū)動力系統(tǒng)。電力動力系統(tǒng)合適的安排和結(jié)構(gòu)依據(jù)以下幾個特點：期望性能（加速性能、最大速度和爬坡性能等）、車輛的限制（車重、載荷等）和能量資源（電池、飛輪和電容等）。一些純電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)可能的電力動力總成結(jié)構(gòu)如下：1） 輪外電動機后輪驅(qū)動：結(jié)構(gòu)包含電動機、固定的齒輪和差速器。與傳統(tǒng)的內(nèi)燃汽車相比，現(xiàn)代純電動汽車通過電動機和固定齒輪組合更容易達到預(yù)期的扭矩速度。通常來說，電動汽車在很大的范圍內(nèi)有持續(xù)的動力，和傳統(tǒng)的電傳動系統(tǒng)相比，由于移去了復(fù)雜的變速器結(jié)構(gòu)和離合器或者液力變矩器，這種動力結(jié)構(gòu)具有簡單的結(jié)構(gòu)、更輕的質(zhì)量和更小的尺寸。2） 輪外電動機前輪驅(qū)動:這種結(jié)構(gòu)跟傳統(tǒng)的前置前驅(qū)的汽車非常相似，所有的動力總成元件集成在前軸。這個結(jié)構(gòu)由電動機、固定的齒輪和差速器整合成一個單獨的總成。3） 雙輪外電機前輪驅(qū)動：在之前提過的結(jié)構(gòu)中，左右車輪的運動被機械差速器各自分開。與之相對的，差速器被移除了，取而代之分開的是電動機和固定的齒輪驅(qū)動車輪。因為電動機能夠更加準確的控制車輪的扭矩，所以這種結(jié)構(gòu)提供了更好的車輛穩(wěn)定性。然而，額外電動機、功率變換器和固定的齒輪增加了系統(tǒng)的成本。4） 輪轂電動機驅(qū)動：輪轂電動機技術(shù)可以最小化或者消除電氣動力總成系統(tǒng)的機械元件。在設(shè)計中，電動機被設(shè)計在輪胎內(nèi)，有或者沒有固定的齒輪裝置。通過連接高速內(nèi)轉(zhuǎn)子電動機的固定齒輪降低電動機的轉(zhuǎn)速，以獲得預(yù)定的車輪轉(zhuǎn)速。另一方面，也可以通過驅(qū)動安裝在輪內(nèi)的低速外轉(zhuǎn)子電動機直接驅(qū)動在輪輞上的外轉(zhuǎn)子，從而簡化固定齒輪組。在這種安排中，電動機直接控制輪胎的扭矩（車輛的速度）。在圖中，展示了輪轂電動機驅(qū)動的純電動汽車很容易實現(xiàn)前輪驅(qū)動、后輪驅(qū)動或者四輪驅(qū)動，只需要打開或者關(guān)閉電動機即可。除去這些優(yōu)點，輪轂電動機的實施導(dǎo)致了輪胎、車輪、懸架系統(tǒng)高程度的組合。這個特點使車輛的動態(tài)性和穩(wěn)定性都不可預(yù)知。而且電動機需要很高的強度來承受外界縱向和橫向的載荷及雨水的腐蝕。3.2 四輪驅(qū)動電動汽車的基本驅(qū)動性能四輪電動汽車的牽引電機如同汽車的心臟，要能提供足夠大的最大扭矩，特別是0至100km加速或爬坡時提供4-5倍的額定扭矩。提供良好的操縱性和高可靠性，在面對高溫、冰雪和振動時表現(xiàn)出長期的可靠程度電機應(yīng)具有瞬時大功率和寬廣的調(diào)速范圍，更好速度比的電機能提供轉(zhuǎn)矩使其具有更大的初始加速性能和爬坡能力。3.3 四輪驅(qū)動電動汽車驅(qū)動電動機性能參數(shù)的選擇A 整車性能要求小型電動汽車性能指標：1)整車滿載時的質(zhì)量m：1000kg2)最高車速:60kmh3)最大爬坡度：204)0一30kmh加速時間：不大于8秒5）車輪滾動半徑R：275mm6）傳動系的傳動比i：5:17）旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)：1.18）迎風(fēng)面積，汽車行駛方向上的投影面積A：29）空氣阻力系數(shù)：0.410）滾動阻力系數(shù)：0.02011)傳動系統(tǒng)總效率：0.85B 驅(qū)動電機參數(shù)計算(四輪驅(qū)動)(1) 按最大爬坡度要求估算電機峰值轉(zhuǎn)矩以l0kmh的時速爬20的最大坡度時，電機應(yīng)滿足如下轉(zhuǎn)矩要求：其中阻力F計算如下： (3-1)式中：F阻力（N）； M電動機輸出轉(zhuǎn)矩（Nm）； 減速器傳動比； 電動汽車機械傳動效率； R輪胎半徑（m）。經(jīng)過上面公式計算得出F=15454.54N （3-2） 式中：M電動機輸出轉(zhuǎn)矩（Nm）； R表示輪胎半徑（m）； 減速器傳動比。克服阻力所需要的功率： （3-3）式中：F表示由計算所得到的阻力； V汽車行駛速度（km/h）； P克服阻力所需要的功率。 (2)電機額定功率估算設(shè)汽車以V(kmh)的時速行駛作為電機額定工況，地面滾動阻力： （3-4）式中：滾動阻力（N）； G汽車總重力（N）； 滾動阻力系數(shù)。又因電機內(nèi)阻隨著轉(zhuǎn)速的提高而增大。（3-5）式中：滾動阻力（N）； 空氣阻力（N）； 空氣阻力系數(shù)，在這里取0.4； A迎風(fēng)面積，汽車行駛方向上的投影面積； V汽車行駛速度（km/h）。所以滾動阻力要比此計算值大，計算后取取值250N，則滾動阻力為： 設(shè)V=30 kmh（3-6）式中：滾動阻力（N）； 空氣阻力（N）。電機扭矩：（3-7） 式中：M電動機輸出轉(zhuǎn)矩（Nm）； R表示輪胎半徑（m）； 減速器傳動比。 克服阻力所需要的功率：（3-8）式中：F表示由計算所得到的阻力； V汽車行駛速度（km/h）； P克服阻力所需要的功率。（3） 按汽車加速性要求估算電機峰值功率 設(shè)汽車在秒內(nèi)，啟動加速到時速 (kmh)，其加速慣性力為: （3-9）式中：加速慣性力； 加速期間的行駛總阻力為： (3-10)式中： F加速期間的行駛總阻力； 加速慣性力； 滾動阻力（N）； 空氣阻力（N）。 行駛所需的功率需求為: （3-11） 電動機轉(zhuǎn)矩為：（3-12）電動機功率為； （3-13）設(shè)秒， 則（3-14） 故電機峰值功率應(yīng)大于5523.5W，可取。（4）極速狀態(tài)下電動機功率檢測設(shè)最高車速為，則此時的風(fēng)阻為； （3-15）式中：滾動阻力（N）； 空氣阻力（N）； 空氣阻力系數(shù)，在這里取0.4； A迎風(fēng)面積，汽車行駛方向上的投影面積； 汽車行駛的最大速度（km/h）。地面滾動阻力，此時電機轉(zhuǎn)速較高，內(nèi)阻增大，所以滾動阻力要比此計算值大，取與額定功率計算中相同的值。總的阻力為： （3-16） 式中：F風(fēng)阻（N）； 滾動阻力（N）； 空氣阻力（N）； 空氣阻力系數(shù)，在這里取0.4； A迎風(fēng)面積，汽車行駛方向上的投影面積； 汽車最高行駛速度（km/h）。 輪邊力矩為：M=F40275 (3-17)輪邊所需的總功率為： （3-18）電機功率為： （3-19） 設(shè)=60kmh。此時，=522.34N，M=35.91Nm，P=87064=2176W5600w。3.4減速器的設(shè)計要求(1)傳動比條件在行星齒輪傳動過程中，各齒輪齒數(shù)的選擇必須確保實現(xiàn)所給定傳動比ip的大小，對于2K-H(NGW)型： （3-20） （3-21）式中：太陽能a的輸出，設(shè)x為行星架的傳動比(2)鄰接條件在設(shè)計行星齒輪傳動時，為了進行功率分流，而提高其承載能力，同時為了減少其結(jié)構(gòu)尺寸，使其結(jié)構(gòu)緊湊，經(jīng)常在太陽輪a和行星架內(nèi)齒輪b之間均勻的、對稱的布置幾個行星輪c。為了使各行星輪不產(chǎn)生碰撞，必須保證它們齒頂之間在其連心線上有一定的問隙，即兩相鄰行星輪的頂圓半徑之和應(yīng)小于其中心距LC。即：（3-22）式中：,分別為行星齒輪C齒頂圓半徑和直徑。 行星齒輪的個數(shù)。 相鄰兩個行星齒輪中心之間的距離。 a，c 齒輪嚙合副的中心距。本減速器選取=3。（3） 安裝條件 傳動系統(tǒng)是動力總成系統(tǒng)中傳輸電動機功率到路面的最后裝置，采用多行行星輪提高差速器的承載力，差速器輸入信號到傳動軸，傳動軸輸出到半軸，差速器是一種將電機功率引導(dǎo)分配到驅(qū)動輪的變速器，此外，差速器可以使車輛的任何一個驅(qū)動輪在不同的速度獨立旋轉(zhuǎn)，這在轉(zhuǎn)向時提高了車輛的操縱性能，十分必要，轉(zhuǎn)向時內(nèi)側(cè)的車輪行駛較短距離，外側(cè)車輪要比內(nèi)側(cè)車輪自旋更快，否則車輪將鎖入相同轉(zhuǎn)速，從而導(dǎo)致無論在內(nèi)側(cè)和外側(cè)車輪的跳躍而失去牽引力，這種喪失牽引力會導(dǎo)致意外事故的發(fā)生，導(dǎo)致輪胎的損壞及傳動系統(tǒng)扭曲變形。左、右輪之間分配功率之和為電動機輸出總功率，車輪轉(zhuǎn)速平均值等于軸的轉(zhuǎn)速，如果一個車輪的轉(zhuǎn)動速度在上升，則另一個對應(yīng)的車輪速度必定通過相應(yīng)的減少來補償。3.5 差速器的基本數(shù)據(jù)選擇及強度計算3.5.1差速器齒輪基本數(shù)據(jù)選擇1、行星齒輪數(shù)目的選擇輕型車用2個行星齒輪，載貨汽車和越野車可以采用4個行星齒輪2、行星齒輪球面半徑的確定通過圓錐行星齒輪差速器參數(shù)來確定行星齒輪背面的球面半徑Rb，行星齒輪的安裝以其為依據(jù)，根據(jù)Rb可計算出差速器圓錐齒輪的節(jié)錐距。球面半徑可根據(jù)經(jīng)驗公式來確定： （3-33） 式中：行星齒輪球面半徑系數(shù)，,對于有4個行星齒輪的轎車和公路載貨汽車取小值；取2.6 計算轉(zhuǎn)矩，取11141帶入（3-33）式，求得=58.07可根據(jù)下式預(yù)選取節(jié)錐距： =57.48 （3-34）3、差速器圓錐齒輪模數(shù)及辦軸齒輪結(jié)緣直徑的初步確定先初步求出行星齒輪和半軸齒輪的節(jié)錐角：=33.69； =56.30 （3-35）式中：為行星齒輪和半軸齒輪齒數(shù)。當(dāng)量齒數(shù)： （3-36）當(dāng)量齒數(shù)都大于17，因此滿足條件，不會根切。求出圓錐齒輪的大端模數(shù)： （3-37）為了保證齒輪強度取8。節(jié)圓直徑可根據(jù)下式求得： （3-38）壓力角采用推薦值22.5，齒高系數(shù)為0.8。 4、行星齒輪安裝孔直徑及其深度的確定行星齒輪安裝孔與行星齒輪軸名義直徑相同，而行星齒輪安裝孔的深度也就是行星齒輪在其軸上的支承長度。通常?。? （3-39）行星齒輪軸直徑為為： （3-40）式中: 差速器傳遞的轉(zhuǎn)矩（N.m）； 行星齒輪的數(shù)目； 為行星齒輪支承面中點到錐頂?shù)木嚯x，是半軸齒輪齒面寬中點處的直徑，； 支承面的許用擠壓應(yīng)力，取98。求出： 3.5.2差速器齒輪的幾何尺寸計算查得修正系數(shù)=-0.052，齒側(cè)間隙B=0.300表3-1 電動汽車差速器直齒輪錐齒輪的幾何尺寸計算序號項目計算公式計算結(jié)果1行星齒輪齒數(shù)10，應(yīng)盡量取小值1625徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計續(xù)表3-12半軸齒輪齒數(shù)=14-25，且滿足243模數(shù)84節(jié)圓直徑=128mm；=192mm5壓力角大部分汽車：=20206軸交角907節(jié)錐角；=33.7；= 56.38節(jié)錐距= 115.37mm9齒面寬度 mm10mm10齒根高=1.6m12.8mm11齒全高h=1.788m+0.05114.355mm12外錐距115.38mm13周節(jié)t=3.1416m25.1328mm14齒頂高；=8.044mm=4.756mm15齒根高=1.788-；=6.26mm=9.548mm16徑向間隙C=h-=0.188m+0.051C=1.555mm續(xù)表3-117外圓直徑；=53.38mm=65.28mm18節(jié)錐頂點至齒輪外緣距離 =25.54mm=16.04mm19齒側(cè)間隙B=0.245-0.330B=0.300mm3.5.3差速器齒輪強度計算差速器齒輪的尺寸受結(jié)構(gòu)限制，而且承受的載荷較大，它不像主減速器齒輪那樣經(jīng)常處于嚙合狀態(tài)，只有當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎或左右輪行駛不同的路程時，或一側(cè)車輪打滑而滑轉(zhuǎn)時，差速器齒輪才能有嚙合傳動的相對運動。因此對于差速器齒輪主要應(yīng)進行彎曲強度校核。輪齒彎曲應(yīng)力為： （3-41）式中： 為差速器一個行星齒輪傳給一個半軸齒輪的轉(zhuǎn)矩，其計算公式 ，在此將T取為3162N.m； n為差速器的行星齒輪數(shù)，在此為2； 為半軸齒輪齒寬； 為半軸齒輪大端分度圓直徑； 為尺寸系數(shù)，反映材料的不均勻性，與齒輪尺寸和熱處理有關(guān)，當(dāng)m1.6時，在此=0.7491； 為載荷分配系數(shù)，當(dāng)兩個齒輪均用騎馬式支承型式時，1.001.1；其他方式支承時取1.101.25。支承剛度大時取最小值。在此=0.56； 為質(zhì)量系數(shù)，對于汽車驅(qū)動橋齒輪，當(dāng)齒輪接觸良好，周節(jié)及徑向跳動精度高時，可取1.0； 半軸齒輪齒數(shù)； 計算汽車差速器齒輪彎曲應(yīng)力用的綜合系數(shù)，小齒輪取0.228，大齒輪取0.2242。根據(jù)輪齒彎曲應(yīng)力公式： （3-42） 滿足設(shè)計要求。 3.6 電動機的種類與原理目前電動汽車上所使用的電機主要有直流電動機和交流電動機兩種。電動機主要由電樞或轉(zhuǎn)子、換向器、電刷場磁體組成。電動機有各種形狀和類型，尺寸大小也不盡相同，在設(shè)計電動汽車時，電動機的尺寸和安放位置都要認真考慮。電動機輸出機械轉(zhuǎn)矩的效率高達90%以上，高于傳統(tǒng)發(fā)電機很多。直流電動機分為串勵電機、復(fù)勵電機、永磁電機、無刷電機。交流電機分為單相交流感應(yīng)電動機和多相或分相交流感應(yīng)電動機。電動機可將電能轉(zhuǎn)換為機械能，并通過傳動部件進一步轉(zhuǎn)換為如牽引、推力、起重、振動等工作過程。電動機中包含兩個磁體：電樞（即轉(zhuǎn)子）是一個電磁鐵，在通電時具有磁性，不通電時沒有磁性，而場磁鐵（即定子）是一個永久磁鐵，但給轉(zhuǎn)子子中的導(dǎo)線供電，導(dǎo)線以正確的角度切割磁力線，電樞就會旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生動力。3.6.1電動機的基本構(gòu)造 直流電動機由線圏、轉(zhuǎn)子、換向器以一個可選刷組成。在直流電動機中，線圈通電后產(chǎn)生磁力產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子安裝在軸承內(nèi)部的磁場中，換向器提供電壓使電樞圍繞一個固定的電刷總成旋轉(zhuǎn)，從而使定子旋轉(zhuǎn)，電刷連接整流器，直流電動機因轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速特性良好能提供足夠的動力，直流電機的制造成本也相對較低，直流電動機最大的好處是短暫加速時間短，但是直流電動機質(zhì)量大、效率高、可靠性不高，電刷在轉(zhuǎn)動過程中處于磨損狀態(tài)，必須及時的定期更換。與直流電動機相似，交流電動機也有一組線圈和一個轉(zhuǎn)子。