纯电动汽车动力传动系统设计
摘 要
2008年以来，以美国、欧盟、日本为代表的国家和地区相继发布实施了新的电动汽车发展战略，更加明确了产业的发展方向，进一步加大了研发投入与政府扶持力度。日本，以产业竞争力为第一目标，全面发展混合动力、纯电动、燃料电池三种电动汽车，研发和产业化均走在世界前列。美国，以能源安全为主要目标，强调插电式电动汽车发展。欧盟，以二氧化碳排放法规为主要驱动力，重视发展纯电动汽车。本文主要介绍了混合动力汽车的概念，和在国内外的发展状况，串联式、并联式、混联式混合动力汽车的结构特点和驱动模式，并对其结构特性进行分析，为了对混合动力汽车结构特性研究分析，本文以某款混合动力汽车为模型。 首先，分析了混合动力汽车主要工作模式，确定了传动系的布局形式。在分析了无级自动变速系统调速特性的基础上，根据原车性能指标确定变速器的结构设计参数。并对传动系统进行匹配设计（选型），主要对原车型的发动机、主减速比、电动机、电池的类型和特点进行介绍，并根据每个部件的优缺点和根据计算得到的主要性能参数对该部件做出选择。
关键词: 传动系统 ; Solidworks; 参数化设计；部件库；电动汽车
Abstract
Since 2008, countries and regions, represented by the United States, the European Union and Japan, have launched a new development strategy for electric vehicles. The development direction of the industry has been clearer, and the investment in R & D and the support of the government have been further strengthened. Japan, with its industrial competitiveness as the first goal, has fully developed three kinds of electric vehicles, such as hybrid power, pure electric and fuel cells, which are both in the forefront of the world. The United States takes energy security as its main objective, emphasizing the development of plug-in electric vehicles. The EU takes the carbon dioxide emission regulation as the main driving force and attaches importance to the development of pure electric vehicles. This paper mainly introduces the concept of hybrid electric vehicle and its development at home and abroad, the structure characteristics and driving mode of series, parallel, mixed hybrid hybrid electric vehicle, and analyses its structure characteristics. In order to study and analyze the structure characteristics of hybrid electric vehicle, this paper takes a hybrid electric vehicle as the model. Type. First, the main working mode of the hybrid electric vehicle is analyzed, and the layout form of the transmission system is determined. On the basis of analyzing the speed governing characteristics of the stepless automatic transmission system, the structural design parameters of the transmission are determined according to the performance index of the original vehicle. And the matching design (selection) of the transmission system is carried out. The types and characteristics of the engine, the main deceleration ratio, the motor and the battery are introduced, and the selection of the components is made according to the advantages and disadvantages of each component and the main performance parameters obtained according to the calculation.
Key words: transmission system; Solidworks; parametric design; component library; electric vehicle.
目录
第一章 绪论 1
1.1课题的目的意义： 1
1.2 近年来国内外研究现状： 2
第二章 整体设计方案的提出 6
2.1 现有驱动电动机种类 6
2.2电动汽车驱动系统上的四种方案的比较和确定 6
2.3 驱动电机型号的确定及参数 8
2.4 永磁无刷直流电动机的控制系统设计 10
第三章 减速器方案设计 11
3.1现有减速器的介绍与比较 11
3.2行星齿轮传动的概述 12
3.3行星齿轮减速器的选型 14
3.4行星齿轮传动比的计算 14
3.5行星齿轮的计算与校核 17
3.6齿轮的精度等级及公差的设计 18
第四章 纯电动汽车整车参数匹配设计 19
4.1 纯电动汽车传动系统结构 19
4.2 整车参数及设计要求 19
4.3 驱动电机匹配选型 20
4.4 传动比匹配 24
4.5 本章小结 26
第五章 三维实体造型 27
5.1 概述 27
5.2 三维图 28
第六章 电动汽车技术经济分析 38
6.1 电动汽车的动力组合模式 38
6.2电力汽车集电方案 38
6.3 电气化公路与电力汽车经济性分析 40
结 论 44
参考文献 45
第一章绪论
1.1课题的目的意义：
1.1.1 纯电动汽车的背景
当前，我国电动汽车发展已经进入关键时期，既面临重大的发展机遇，也面临着严峻的挑战。我国电动汽车发展中还存在很多需要解决的问题，如核心技术还不具备竞争力，企业投入不足，政府的统筹协调能力还没有充分发挥等。总体上看来，我国电动汽车产业，起步不晚，发展不慢，但是由于传统汽车及相关产业基础相对薄弱、投入不足，差距仍然存在，中高端技术竞争压力越来越大，因此，必须加大攻坚力度，推动我国汽车产业向创新驱动转型，提高核心技术竞争力，确保我国汽车行业的可持续发展。
纯电动汽车使用电动机作为传动系统的动力源，缓解了能源紧缺的压力，实现了人们长期以来对汽车零尾气排放的期盼，传动系统作为汽车的核心组成部分，其技术创新是纯电动汽车发展的必经之路。在污染日益严重、能源日益缺乏的今天，电动汽车的出现给人们带来了新的希望，可以形象地把它称为21世纪的交通工具、明日之星。
电动汽车是一个崭新而有古老的话题。世界上第一辆内燃机汽车的诞生日子为1886年1月29日，而早在1881年，在法国巴黎街头就已经出现了电动汽车，该车是由法国工程师Gustsve Trouve 发明的采用铅酸电池做动力的三轮电动车，这是世界上第一辆电动汽车。1890年，美国也制造出了第一辆电动车，时速高达23km/h，创造了当时汽车时代的世界记录。随着铅酸电池技术的不断发展，电动汽车也得到了更大的进步，而那时的内燃机汽车由于启动困难的原因一直不为人所赏识，如，在20世纪初美国的汽车保有量中，蒸汽机汽车占40%、电动汽车占38%、内燃机汽车仅占22%。而在1915年，单是美国的电动汽车年产量就达到5000辆。20世纪20年代，由于启动电机的发明促进了汽油机的大发展，又由于电动汽车不能适应远距离的需要，电动汽车终于逐渐走向衰落。在1935年到1955年的22年间，电动汽车基本上处于停滞状态。20世纪60年代、70年代，有两件大事影响了世界汽车的发展，并使电动汽车得以复苏：一是由于汽车的排放污染相继使美、日、欧等国家和地区出现光化学烟雾，威胁着人们的健康和生命安全。1960年，美国加州首先立法控制汽车排放物，后来美国其他地区、日本及欧洲各国也制定了更严格的法规来限制汽车污染物的排放。另一件事是于1973年爆发的中东战争，当时由于战争引发了石油危机，西方发达国家的汽车工业依赖石油进口，着严重影响了这些国家的利益和安全。这两个大事件结束了电动汽车停滞不前的局面，从80年代起，世界各地激发了一股研究开发电动汽车的热潮。90年代是电动汽车开发最热的年代，各国汽车公司无不投入了大量的人力物力。1991年，美国三大汽车巨头签定协议，合作研究开发电动汽车用电池，美国政府拨款2.23亿美元资助此项目。1990年，通用开发了“冲击”牌电动汽车，其电池为铅酸电池，最高时速129km/h，每次充电可行驶145km。1993年，福特投资1.5英镑开发了81生态之星（E-COSTAR）电动汽车，并送到各地进行有关试验。
电动汽车是一种高新技术产品，它集光、电、机、化等各学科领域中的最新技术于一体，是汽车、电力拖到、功率电子、智能控制、化学电源、计算机、新能源、新材料等工程技术中最新成果的集成物。从外形上看，电动汽车于常见的汽车并没有什么区别，它们的区别主要在于来自蓄电池。汽车行驶时，蓄电池电流通过控制器输入到电机中，电机输出扭矩，经离合器、变速器、万向传动装置、主减速器、差速器、半轴等驱动车轮转动。电动汽车在行驶过程中，不排出任何污染物，噪声也很小，而且不仅不消耗汽油、柴油等石油产品，还可应用多种能源，具有结构简单、使用维修保养方便的特点，是一种新型的交通工具。
90年代出现的现代电动汽车决不是百年前陈旧技术的重复，而是历史发展的必然，因为电动汽车有着传统内燃机汽车无法比拟的技术优势和时代要求。首先，电动汽车具有清洁、无污染或低污染的特点。目前，全世界汽车产量约5000万辆，汽车保有量近6亿辆，这些汽车绝大部分都是内燃机汽车，每年要消耗大约10亿吨的石油制品，并排出大量的一氧化碳、二氧化碳、NO化物和HC化合物等有害物质污染环境。电动汽车是不会排出污染物的汽车，使用电动汽车将大大减少各种污染物的排放。据美国加州空气资源委员会估计，在洛杉矶地区大量使用电动汽车后，可降低HC化合物98%，降CO约99%等。另外，使用电动汽车还有助于降低城市噪声污染。第二，电动汽车能节省高新技术，它的能源效率更高，已大大超过了普通内燃机汽车的热效率，而且在制造过程中电动汽车的电动机能自动转化成发电机，给电池充电而把制动能量储存起来，因此电动汽车具有节能的先天优势。另外，电动汽车的能量来自电力，这些电力是由发电厂提供的。它不仅仅来自石油制品的燃烧，还可以来自煤炭、天然气、核能、水力、太阳能、风力等，从而实现能源的多样化，使汽车不再仅依赖于有限的石油资源。第三，电动汽车结构简单，维修使用方便。成熟的电动汽车在结构上比内燃机汽车更简单，运动部件也减少，从而可以大大降低汽车的日常维修保养费用。不过，由于目前电动汽车技术还没有内燃机汽车技术那样完善成熟，特别更受动力电池寿命短而引起使用成本过高，一次充电行程里程过短，充电时间过长，相关配套设施少等因素的影响，而大大地限制了它的发展。但相信不用多久，这些问题都能迎刃而解，电动汽车的优势更加明显。
我国的电动汽车开发水平也处于世界领先地位，主要有清华大学的电动中型面包车、四川内江微型电动厂的电动型微型车、上海新宁汽车厂的电动敞篷车、洛阳拖拉机厂研制的电动轿车、北京理工大学、长沙科技大、河北胜利客车厂共同研制的电动大客车、华南理工大学研制的电动面包车等。另外，我国还在广东省汕头市南澳岛成立了国家级电动汽车试验区，在这里有各国的电动汽车正在运行之中，为世界电动汽车的发展积累素材。
我相信电动汽车因其环保节能等很多优点必定会在21世纪发挥重大的作用。
