车辆工程课程设计

本科专业课程设计题目新能源汽车动力与驱动系统总体的设计学院:汽车与交通工程学院专业:车辆工程学号:201223079026学生姓名:杨曼华指导教师:郑安文日期:2016.01I摘要日益严重的环境污染和能源危机对汽车工业的发展提出了极为严峻的挑战。为了汽车工业的可持续发展，以使用电能的电动机作为驱动设备的电动汽车能真正实现“零污染”，现已成为各国汽车研发的一个重点。纯电动汽车是指利用动力电池作为储能动力源，通过电池向电机提供电能，驱动电机运转，从而推动车辆前进。而在电动汽车研究的众多技术选型中，依靠轮边驱动的电动汽车逐渐成为一种新颖的电动汽车选型方向。本文设计了一种新型双电机独立驱动桥，该方案采用锂离子动力电池作为动力源，两台永磁直流无刷电机作为驱动装置，依靠两套减速齿轮组分别进行减速，用短半轴带动车轮旋转。在系统构型设计的基础上，进行了包括电动机、电池在内的动力系统参数匹配。关键词：纯电动汽车；锂离子；双电机系统IIAbstractIncreasinglyseriousenvironmentalpollutionandenergycrisisputforwardonthedevelopmentoftheautoindustryisextremelyseverechallenges.Inordertothesustainabledevelopmentofautomobileindustry,tousethepowerofthemotorasdrivingdeviceoftheelectriccarcantrulyrealizezeropollution,hasbecomeanationalautomobileresearchanddevelopmentofakey.So-calledpureelectricvehiclesistheuseofpowerbatteryasenergystoragepowersource,throughthebatterypowertothemotor,drivemotorrunning,pushingforwardvehicle.Intheelectriccarresearch,technologyselection,dependingontheroundedgedriveelectriccarsgraduallybecomeanewdirectionoftheelectriccartypeselection.Thispaperdesignsanewtypeofdoublemotordriveaxleindependently,theschemeadoptsthelithiumionpowerbatteryasapowersource,twopermanentmagnetbrushlessdcmotorasdrivedevice,relyontwosetsofgeargrouprespectivelyforslowingdown,withashorthalfshaftdrivesthewheels.Onthebasisofthesystemconfigurationdesign,thepowersystemparameters,includingelectricmotors,batteries,matching.Keywords:Electricvehicles;Li+;DualmotorsystemIII目录摘要...............................................................ⅠAbstract...........................................................Ⅱ设计任务...........................................................Ⅲ1绪论..............................................................11.1电动汽车发展背景...............................................11.2电动汽车发展现状与趋势.........................................12总体方案设计......................................................22.1电池的选择.....................................................22.2电动机性能分析与选择...........................................32.3驱动系统布置形式...............................................53动力系统参数设计..................................................93.1整车参数.......................................................93.2电动机参数匹配与选择...........................................93.3电池参数匹配与选择............................................113.4电池组数目的确定..............................................113.5减速比的确定..................................................123.6动力性分析....................................................124相关性能校核.....................................................14小结...............................................................15参考文献...........................................................16IV设计任务1.动力和驱动系统总体方案确定。根据课程设计子题目和设计要求，对现有动力与驱动系统方案进行综合分析比较，并确定最终布置方案，画出布置方案草图。2.对动力和驱动系统进行匹配设计。根据设计要求及给定的设计参数，对电动机、电池、发动机或发电机等关键部件进行比较选型，并计算确定相应的额定功率、最小工作电压、最大工作电压、动力电池模块的数量及容量。驱动系统中有传动变速装置的，还需对挡位数、传动比进行选择和计算。3.相关性能校核。根据所选动力装置的特性，对整车动力性和续驶里程进行校核计算，画出驱动力-行驶阻力平衡图等动力学特性图。4.设计说明书撰写。按照毕业设计规范，完成设计说明书的撰写。子题目及设计参数1.纯电动汽车动力与驱动系统总体设计车辆类型设计参数城市客车最高车速（km/h）10080续航里程（km）10090整备质量（kg）（总质量）6680（29座）3200（14座）98005100中速客车最高车速（km/h）150120续航里程（km）200150整备质量（kg）13501250SUV轿车最高车速（km/h）180160续航里程（km）250200整备质量（kg）15001400载货汽车最高车速（km/h）8090续航里程（km）120150整备质量（kg）400050002.燃料电池汽车动力与驱动系统总体设计3.串联混合动力汽车动力与驱动系统总体设计4.并联混合动力汽车动力与驱动系统总体设计5.混联混合动力汽车动力与驱动系统总体设计11绪论1.1电动汽车发展背景世界上最早出现的汽车实际上就是电动汽车，比传统内燃机汽车早了整整半个世纪，只不过那时的蓄电池还是不可充电的。电动汽车是以电池为动力来源的，相对于传统的内燃机汽车对环境以及噪声污染要小很多，而且还有利于节约燃油，缓解全球石油危机。而且，电动汽车采取制动时，能量可以实现回收是其最大的特点。如今，电动汽车大致被划分成：纯电动与混合动力以及燃料电池。在经济高速发展以及能源问题日益突出的当今社会，电动汽车已不再是一种简单的交通运输工具，而是一种社会责任与价值理念的产物。同时，电动汽车也是技术要求较高的科技产品，它代表了全球汽车行业发展的最新科技成果。全世界范围内的政府机构与企业，在提升电动汽车研发能力方面已经达成共识。在我国电动汽车早期的发展阶段，只有企业自主的研发行为，没有形成市场合力，再者由于技术限制以及资金问题，使得电动汽车的研发未能持续发展。随着我国以及国际石油危机的到来，我国也曾出现过电动汽车的研发高潮期，并取得一些研究成果，但最终还是未能实现量产。二十世纪九十年代我国将电动汽车列出国家科技攻关项目，重点攻关电动汽车关键技术。然后又将其列入国家重大科技产业工程项目，主要针对电动汽车产业化的相关技术、试验、法规等内容进行深入研究。1.2电动汽车发展现状与趋势2001年我国将电动汽车列为国家高新技术研究发展计划(863)重大专项项目之一，以期改善国家能源安全状况和城市污染严重的现状，保证汽车产业乃至整个国民经济的健康可持续发展。“十五”期间我国“三纵三横”的发展布局，其中“三纵”是指燃料电池汽车、混合动力汽车、纯电动汽车，“三横”包括动力蓄电池技术、驱动电机技术、控制系统技术。“十五”期间由整车企业领头，高校和零部件供应商积极配合，产、学、研相结合，自主研发具有国际先进水平的纯电动、混合动力、燃料电池汽车，并积极推动电动汽车的商品化、产业化进程，特别是在纯电动汽车方面的成就尤为令人瞩目，在CAN总线分布式控制、高压电安全管理单元集成、一体化电动动力总成模块设计等方面都取得了突破性进展。电动汽车是未来汽车工业实现可持续发展的最好选择，但这种替代的过程必定是漫长而艰辛的。近期来看，考虑到电池成本、技术可靠性等方面的影响因素，混合动力汽车是很好的过渡产品，能够同时满足节能环保和消费市场要求：但从中长期来看，一旦动力电池和相关控制技术取得突破，纯电动车、燃料电池车将会是实现低能耗、零排放的最优选择。22总体方案设计纯电动汽车的整车动力性、经济性在很大程度上取决于动力系统零部件的选型和参数匹配。电池和电机是纯电动汽车的关键部件，对于传动系统参数的影响很大；反过来，传动系统确定以后也会对电池和电机的选择形成边界条件。电机功率太大会造成效率的损失；电机功率太小会影响车辆爬坡、加速等性能。电池组太多会造成载荷偏重、布置困难，对能量管理系统要求也会偏高；电池组太小可能会无法满足电机大功率运行的需求，从而降低车辆性能，电池组长期超负荷工作也会减少使用寿命。2.1电池的选择电动汽车市场化研究的核心就是其续驶里程，而电动汽车的能源系统是其续驶里程的重要保证，也是其决定性因素。电动汽车主要的能量来源便是蓄电池，因而蓄电池是否最优将最终影响到整车的经济性为此，电动汽车的蓄电池应该具备三个方面的要求：一、在制造方面，要使用寿命尽可能长，成本控制要低。二、在使用方面，要具有较高的能量与功率密度，充电要尽可能快，放电要深，对工作环境限制较少（环境温度范围宽）。三、在维护及回收利用方面，要维修方便、可回收性好。同时，还得考虑到回收与维修成本。蓄电池是电动汽车车的动力来源，是能源系统的根本。因此，其质量的优劣将会制约电动汽车的性能，进而影响其行车里程。目前，市场上比较常见的、应用比较广泛的电池为铅-酸(Lead-Acid)蓄电池、镍-氢(Ni-MH)蓄电池以及锂离子(Li-Ion)蓄电池。本文在查阅相关资料的基础上，对在我国使用较广泛的几种蓄电池其主要性能指标做了比较整理，具体的如下表2.1所示。表2.1电池性能参数对比电池