某型電動汽車總體設(shè)計畢業(yè)論文.doc

畢業(yè)設(shè)計說明書畢業(yè)設(shè)計說明書( (論文論文) ) 中文摘要 摘要：摘要：電動汽車(electric vehicle，簡稱 ev)是當(dāng)前解決能源短缺和環(huán)境污染問題可行 的技術(shù)之一。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(nèi)興起，逐步向小批量商業(yè)化生產(chǎn)的方向發(fā)展。電動汽 車技術(shù)的發(fā)展依賴于多學(xué)科技術(shù)的進步，尤其需要解決的問題是進一步提高動力性能， 增加續(xù)駛里程，降低成本。 本文基于微型燃油汽車的一些基本參數(shù)，研究整車驅(qū)動形式，整車總布置方案。 對整車動力學(xué)匹配計算，主要部件的選擇。按照動力性能要求，運用汽車?yán)碚摗㈦妱?機和電池相關(guān)知識，對電動機的功率、傳動比，蓄電池進行主要參數(shù)設(shè)計與匹配計算。 關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：電動汽車、總體設(shè)計、參數(shù)匹配、續(xù)駛里程 外文摘要 abstract：electric vehicle is one of available ways to solve the problems of energy sources lack and pollution of environment. pure electric vehicle whose energy is power battery loaded on the vehicle is a kind of zero emission vehicles. in recent years, the upsurge of developing electric vehicle is rising all over the world, and developing to the small amount commercialization production gradually. the development of electric vehicle is relying on the progress of several subjects. especially, further raising the dynamic performance, increasing the driving range and reducing cost are very necessary. in view of the development funds and times, use the computer to establish the simulation models to simulate the performance is a better way. this paper, based on one micro-fuel cars, the power form, configuration and chassis structure are defined. according to the dynamic performance, such important parameters as the power of the motor can be calculated by using the knowledge of vehicle, motor and battery. then the other parameters: reduction ratio, the parameters of battery also can be calculated. keywords：electric vehicle、overall design、driving range、parameters matching 目 錄 1 緒論.1 1.1 電動車的發(fā)展歷史及國外的研究情況.2 1.2 國內(nèi)的研究情況.4 2 純電動車的原理與構(gòu)造.6 2.1 工作原理7 2.2 主要結(jié)構(gòu)及特點.7 2.3 純電動汽車的技術(shù)介紹.11 3 微型純電動車部件選擇與設(shè)計.12 3.1 微型純電動車蓄電池系統(tǒng)12 3.2 微型純電動車電機驅(qū)動系統(tǒng).14 3.3 微型純電動車懸架系統(tǒng).22 3.4 微型純電動車轉(zhuǎn)向系統(tǒng).30 4 微型電動車總體參數(shù)與性能計算.33 4.1 車型、驅(qū)動、布置形式的選擇33 4.2 整車參數(shù)的選擇.33 4.3 電機功率的確定.34 4.4 計算微型電動車的爬坡度與加速時間.37 4.5 蓄電池組的數(shù)量與電池參數(shù)37 4.6 座椅的設(shè)計.38 4.7 輪胎的選擇.39 5 純電動車的發(fā)展瓶頸與展望.40 結(jié)論.42 參 考 文 獻.43 致 謝44 1 第一章 緒論 最初世界各國開始試圖發(fā)展新能源汽車的主要原因是石油價格持續(xù)飆升造成能 源緊缺，而擁有大量人口和消費潛力的金磚四國開始全面普及家庭汽車消費，這加 劇了石油危機轟轟烈烈爆發(fā)！于是人們提出了新能源汽車這個概念，嘗試混合動力 汽車、燃料電池汽車或者是太陽能汽車等等，然而經(jīng)過幾年摸索之后，大家發(fā)現(xiàn)這 些模式都不能從根本上解決問題，只有純電動汽車才能夠滿足快速削減石油消費的 根本目標(biāo)。全球碳排放標(biāo)準(zhǔn)的推出強化了主要國家推動純電動汽車產(chǎn)業(yè)普及的動力 的欲望，由于汽車尾氣和工業(yè)污染給大氣層和地球生存環(huán)境帶來日趨嚴(yán)重破壞，人 類必需在未來二十年內(nèi)努力將碳排放量指標(biāo)恢復(fù)到合理水準(zhǔn)，而削減碳排放量保護 生存環(huán)境顯然已經(jīng)是比賺錢更迫切更緊急的事情。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(dāng)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(zhàn)略家必須考慮的軍事問題.從長遠(yuǎn)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(fā)生擁堵的主要原因是 私家車急劇上升。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(shè)法減小交通工具載人的人均占用交通資源的“面積時 數(shù)”。由于我國城市家庭呈小型化結(jié)構(gòu)等因素，現(xiàn)實中，私家車在上下班高峰期所 載人數(shù)幾乎均為 12 人，即車載率總是相當(dāng)?shù)?，這無疑是對緊缺交通資源極大的奢 侈浪費。所以電動微型轎車的推出無疑是節(jié)約交通資源和能源的體現(xiàn)！大多數(shù)城市 中國人的上班距離不超過 20 公里,在中國城市里,車速也很少能達到 60 公里.這樣, 一個重量約 330 公斤的(半個奧托大小),載兩個人,航程 7080 公里.最大時速 55 公 里的超微型城市上班車就可以滿足很多人的需要.當(dāng)然近距離也可以開電動兩輪車上 班.可下雨,冬天吹風(fēng),夏天曬太陽時就會感到不如封閉的超微型 4 輪電動車.并且二 者安全性也是完全不同的.最近的信息是,日本的富士公司投產(chǎn)一種類似這種檔次的純 電動車.(可以買來仿制)因日本的國情與中國類似,(上班距離短)一定可以獲得成功.對 一些收入低的家庭,這種車有較低的進入門坎,對一些富裕的家庭,這種車還可以作為家 庭的第二輛車.在出城跑遠(yuǎn)路時用汽油車(混合動力車),在城內(nèi)跑近路時可用超微電動 2 車.家里的婦女和老人也可以開. 這樣的超微低性能四輪城市電動上班車,中國量產(chǎn)價 格可能在兩萬元以下,(重量是電動摩托車的 4 倍,價格約為電摩 2500 元的六倍)它幾乎 沒有污染和噪音,通過性好,停車占地少,最重要的是:可以節(jié)省約 1/3 的汽油使用量.種 種跡象表明,象電動摩托車一樣,這種窮富兼顧,老少皆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(fā)入手，重點進行微型電動汽車的總體設(shè)計， 零部件選型，性能計算以及主要部件設(shè)計，為開發(fā)新型微型電動打下基礎(chǔ)。 技術(shù)參數(shù)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(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，成本低。可以滿足城市工況的行駛要求。 技術(shù)路線 1.查閱并了解微型電動汽車國內(nèi)外研究發(fā)展趨勢，搜集相關(guān)資料。 2.進行微型電動汽車總體設(shè)計和零部件選型。 3.進行微型電動汽車總體性能計算。 4.運用 auto-cad 軟件進行微型電動汽車總體設(shè)計圖紙。 1.1 電動車發(fā)展歷史電動車發(fā)展歷史 早在 19 世紀(jì)后半葉的 1873 年，英國人羅伯特戴維森（robert davidsson） 制作了世界上最初的可供實用的電動汽車。這比德國人戴姆勒（gottlieb daimler）和本茨（karl benz）發(fā)明汽油發(fā)動機汽車早了 10 年以上。 戴維森發(fā)明的電動汽車是一輛載貨車，長 4800mm，寬 1800mm，使用鐵、鋅、汞 合金與硫酸進行反應(yīng)的一次電池。其后，從 1880 年開始，應(yīng)用了可以充放電的二次 電池。從一次電子表池發(fā)展到二次電池，這對于當(dāng)時電動汽車來講是一次重大的技 術(shù)變革，由此電動汽車需求量有了很大提高。在 19 世紀(jì)下半葉成為交通運輸?shù)闹匾?產(chǎn)品，寫下了電動汽車需求量有了很大提高。在 19 世紀(jì)下半葉成為交通運輸?shù)闹匾?產(chǎn)品，寫下了電動汽車在人類交通史上的輝煌一頁。1890 年法國和英倫敦的街道上 行駛著電動大客車，當(dāng)時的車用內(nèi)燃機技術(shù)還相當(dāng)落后，行駛里程短，故障多，維 修困難，而電動汽車卻維修方便。 在歐美，電動汽車最盛期是在 19 世紀(jì)末。1899 年法國人考門吉納駕駛一輛 44kw 雙電動機為動力的后輪驅(qū)動電動汽車，創(chuàng)造了時速 106km 的記錄。 3 1900 年美國制造的汽車中，電動汽車為 15755 輛，蒸汽機汽車 1684 輛，而汽 油機汽車只有 936 輛。進入 20 世紀(jì)以后，由于內(nèi)燃機技術(shù)的不斷進步，1908 年美國 福特汽車公司 t 型車問世，以流水線生產(chǎn)方式大規(guī)模批量制造汽車使汽油機汽車開 始普及，致使在市場競爭中蒸汽機汽車與電動汽車由于存在著技術(shù)及經(jīng)濟性能上的 不足，使前者被無情的歲月淘汰，后者則呈萎縮狀態(tài)。 1.2 國內(nèi)外研究情況國內(nèi)外研究情況 目前主要發(fā)達國家在純電動汽車領(lǐng)域內(nèi)的動作： 1 1、美國、美國在燃料電池汽車與純電動汽車之間徘徊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(xié)議，成 立了“先進電池聯(lián)合體”（usabc），共同研究開發(fā)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(xié)議在 19911995 年間投資 2.26 億美元來資助電動汽 車用高能電池的研究。20 世紀(jì) 90 年代中期，美國克林頓政府曾制訂了發(fā)展電動車的 “新一代汽車伙伴(pngv)計劃”，集中研究電池驅(qū)動的純電動汽車。但鑒于當(dāng)時蓄 電池技術(shù)還未能獲得關(guān)鍵性突破，純電動汽車一次充電后的續(xù)駛里程短，充電時間 長，降低電池造價困難，在技術(shù)上也難以解決處理廢舊電池二次污染、回收困難的 問題，而且電池價格昂貴，商業(yè)化進展緩慢。 美國加州經(jīng)過 13 年在環(huán)保及環(huán)保車輛的探索實踐，表示不再積極鼓勵發(fā)展純電 動汽車，而轉(zhuǎn)向了燃料電池。ev1、chryslerepic 等相繼停產(chǎn)，通用曾經(jīng)也宣布不再 繼續(xù)加大對純電動汽車研究的投入，只是對已經(jīng)在路上使用的電動汽車進行維護。 不過美國國家實驗室還在繼續(xù)進行純電動汽車先進驅(qū)動系統(tǒng)、先進電池及其管理系 統(tǒng)等的深入研究。2002 年，美國人開始意識到走了彎路，美國能源部批準(zhǔn)經(jīng)費 l500 萬美元，用于“工業(yè)研究、開發(fā)和演示使用電池的電動汽車”的費用共擔(dān)項目，包 括使用效率和動力儲存、供電質(zhì)量等。小型、低速、特種用途的純電動汽車不斷發(fā) 展。 2 2、歐洲、歐洲擁有先進技術(shù)但工業(yè)化重視程度不足擁有先進技術(shù)但工業(yè)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。成立于 1990 年的歐洲 “城市電動車”協(xié)會至今在歐共體組織內(nèi)已有 60 座城市參與，幫助各城市進行電動 汽車可行性的研究和安裝必要的設(shè)備，并指導(dǎo)城市的電動汽車運營。其中最為成功 和著名的就是電動標(biāo)致 106 車型，這種以鎳鎘電池為動力的電動汽車已經(jīng)在歐洲各 4 國，尤其是在政府部門當(dāng)中擁有大量的用戶。這與法國政府給予純電動汽車高度重 視和支持，出臺了許多鼓勵研發(fā)和生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)化的優(yōu)惠、支持、補貼和扶持政策密切 相關(guān)。法國政府、法國電力公司、標(biāo)致-雪鐵龍汽車公司和雷諾汽車公司簽屬協(xié)議， 共同承擔(dān)開發(fā)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(dān)電動汽車的高能電池的研究和開發(fā)，以及電池的租賃和維修等工 作。但它終究還是沒有能成功地解決一次充電后的續(xù)駛里程短的問題，因此也沒有 進行更大規(guī)模的擴張，而是更多地轉(zhuǎn)向清潔柴油車的產(chǎn)業(yè)化。目前，還有一些機構(gòu) 繼續(xù)在做純電動汽車的研究開發(fā)，例如體現(xiàn)法國政府意向的法國重要的國營企業(yè)， 法國電力公司與達索集團簽約了純電動汽車的合作開發(fā)項目。追隨法國進行理論研 究和產(chǎn)品開發(fā)的是比利時，主要集中在高等院校之中，例如布魯塞爾和列日 （liege）大學(xué)。但是比利時沒有自己的汽車工業(yè)，沒有很多的企業(yè)投資，只有有限 的政府資助，缺乏實際運用效果。此外還有意大利著重兩輪純電動車的研發(fā)和運營， 瑞士則側(cè)重研究超級電容器，尤其是電動城市輕軌方面的研究。 3 3、日本、日本嗅覺敏銳步步領(lǐng)先已提前進入推廣期嗅覺敏銳步步領(lǐng)先已提前進入推廣期 日本從 70 年代開始開發(fā)純電動車，許多汽車企業(yè)都陸續(xù)進行了一些產(chǎn)品發(fā)布與 銷售運行，但堅持下來進行研發(fā)和銷售的只有大發(fā)和鈴木兩家。到了 90 年代之后， 由于環(huán)境等問題，一些大汽車企業(yè)重新開始研發(fā)第二代純電動車，豐田、本田、日 產(chǎn)等陸續(xù)進行了一些產(chǎn)品發(fā)布與銷售運行。然而由于技術(shù)與價格等方面的原因，在 新能源汽車研發(fā)戰(zhàn)略中，更多的日本汽車企業(yè)選擇了混合動力汽車作為重點發(fā)展方 向，堅持純電動汽車蓄電池技術(shù)研發(fā)的重點落在三菱重工、富士重工等動力裝備類 企業(yè)。純電動汽車的產(chǎn)品開發(fā)向小型化發(fā)展，單人和 2 人車型成為主力車型，車輛 技術(shù)、零部件技術(shù)、充電設(shè)施技術(shù)都已相對成熟。截止到 2002 年，日本純電動汽車 的保有量為 2696 臺。目前，日本電動車輛協(xié)會、汽車協(xié)會、汽車電子協(xié)會等部門已 經(jīng)初步建立了一些純電動汽車共同利用系統(tǒng)，進行實用化試運行和試運營。 我國純電動汽車的研究開始于 20 世紀(jì) 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(chǎn)企業(yè)聯(lián)合開發(fā)充電電池和純電動汽車，并取 得了一些成果。2001 年，我國確立“十五”國家高新技術(shù)研究發(fā)展計劃（863 計劃） 電動汽車重大專項項目，明確了我國的電動汽車戰(zhàn)略發(fā)展基本原則，即燃料電池汽 車發(fā)展居首位、第二為混合動力電動汽車、純電動汽車兼顧一下，提出“三橫三縱” 研發(fā)布局，并招標(biāo)確定純電動轎車由上汽奇瑞、天津汽車來牽頭研制。2006 年開始 5 實施的國家中長期科技規(guī)劃對電動汽車研發(fā)戰(zhàn)略也大體相同。按照項目規(guī)定進程， 純動力電動汽車功能樣車已經(jīng)實現(xiàn)，純電動轎車和純電動客車在國家質(zhì)檢中心的型 式認(rèn)證試驗中各項指標(biāo)均滿足有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，關(guān)鍵零部件高功率 鎳氫電池、鋰離子電池性能有了較大提高。在過去十年，中國已經(jīng)成功取得了純電 動摩托車全球老大的位置，而汽車工業(yè)即始終在關(guān)鍵技術(shù)上落后于國際先進水平 30 年，這成為世界工廠最大的恥辱。但在純電動汽車技術(shù)開發(fā)上的差距并不大，幾乎 站在同一起跑線上，而且關(guān)鍵零部件技術(shù)平臺相同，有專家認(rèn)為研發(fā)水平最大差距 不超過 5 年。甚至在某些領(lǐng)域，如鋅-空氣電池和鋰電池研究方面，已經(jīng)達到世界領(lǐng) 先水平。 與世界其他國家一樣，電動汽車研發(fā)工作在我國也正在如火如荼的進行著?！笆?五“期間，國家從維護我國能源安全、改善大氣環(huán)境、提高汽車工業(yè)競爭力、實現(xiàn)我 國汽車工業(yè)的跨越式發(fā)展的戰(zhàn)略高度考慮，設(shè)立“電動汽車重大科技專項“，通過組 織企業(yè)、高等院校和科研機構(gòu)，集中國家、地方、企業(yè)、高校、科研院所等方面的 力量進行聯(lián)合攻關(guān)。為此，從 2001 年 10 月起，國家共計撥款 8.8 億元作為這一重 大科技專項的經(jīng)費。 我國電動汽車重大科技專項實施 4 年來，經(jīng)過 200 多家企業(yè)、高校和科研院所 的 2000 多名技術(shù)骨干的努力，目前已取得重要進展：燃料電池汽車已經(jīng)成功開發(fā)出 性能樣車，燃料電池轎車?yán)塾嬤\行 4000km，燃料電池客車?yán)塾嬤\行 8000km；混合動 力客車已在武漢等地公交線路上試驗運行超過 14 萬 km；純電動轎車和純電動客車均 已通過國家有關(guān)認(rèn)證試驗。 目前純電動轎車和純電動客車均已通過國家質(zhì)檢中心的型式認(rèn)證試驗，各項指 標(biāo)均滿足有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。天津清源電動車輛有限公司等單位研發(fā) 的純電動轎車，其整車的動力性、經(jīng)濟性、續(xù)駛里程、噪聲等指標(biāo)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(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)能力。北京理工 大學(xué)等單位初步完成了北京理工科凌電動車輛股份有限公司密云電動車輛產(chǎn)業(yè)化生 產(chǎn)基地的建設(shè)，并于 2003 年 12 月 30 日順利通過北京市公共交通總公司組織的示范 運行車組驗收。小批量研發(fā)生產(chǎn)的 4 種車型、近 40 輛公交車即將投入北京市奧運電 動示范車隊的示范運行。2008 年 3 月 9 日，山東時風(fēng)（集團）有限責(zé)任公司“經(jīng)濟 型電動轎車” ，經(jīng)國家機動車質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心（重慶）檢測表明，整車技術(shù)指標(biāo)符 合企業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，其中最高車速 46.1km/h，耗電率 8.0kwh/100km，一次充電續(xù)駛里 6 程 102 km。2008 年預(yù)計生產(chǎn) 1 萬輛，2009 年達到 5 萬輛，2010 年達到 10 萬輛【4】。 對于中國而言，大力發(fā)展和推廣純電動汽車擁有三重特殊戰(zhàn)略意義其一是 中國持續(xù)增長的國民經(jīng)濟水平已經(jīng)將能源消費提升至極限，如果純電動汽車全面替 代傳統(tǒng)汽車，將會使得中國獲得兩倍至三倍以上的能源自由度，進而為經(jīng)濟可持續(xù) 發(fā)展提供充足動力。其二是中國從現(xiàn)在開始全面推廣普及純電動汽車，相當(dāng)于在未 來 20 年中把發(fā)達國家上百年工業(yè)化道路重新再走一遍，國內(nèi)已經(jīng)大量普及的傳統(tǒng)汽 車逐步淘汰升級，會帶來巨大市場和新利潤增長點。其三是擁有 13 億人口的中國在 粗放式工業(yè)化進程中所遭遇的環(huán)境污染問題已經(jīng)到了刻不容緩需要解決時刻，以前 是用犧牲環(huán)境帶?！半u的屁”，目前出現(xiàn)了一個又能創(chuàng)造“雞的屁”又能修復(fù)和保 護環(huán)境之渠道，不趕快抓住機會還要等待什么呢？機不可失，時不再來，中國必將 繼續(xù)推出一系列推廣和普及純電動汽車的國家級政策 第二章 純電動汽車的原理與構(gòu)造 電動汽車是指以車載電源為動力，用電機驅(qū)動車輪行駛，符合道路交通、安全 法規(guī)各項要求的車輛。電動汽車顧名思義就是主要采用電力驅(qū)動的汽車，大部分車 輛直接采用電機驅(qū)動，有一部分車輛把電動機裝在發(fā)動機艙內(nèi)，也有一部分直接以 車輪作為四臺電動機的轉(zhuǎn)子，其難點在于電力儲存技術(shù)。本身不排放污染大氣的有 害氣體，即使按所耗電量換算為發(fā)電廠的排放，除硫和微粒外，其它污染物也顯著 7 減少，由于電廠大多建于遠(yuǎn)離人口密集的城市，對人類傷害較少，而且電廠是固定 不動的，集中的排放，清除各種有害排放物較容易，也已有了相關(guān)技術(shù)。由于電力 可以從多種一次能源獲得，如煤、核能、水力、風(fēng)力、光、熱等，解除人們對石油 資源日見枯竭的擔(dān)心。電動汽車還可以充分利用晚間用電低谷時富余的電力充電， 使發(fā)電設(shè)備日夜都能充分利用，大大提高其經(jīng)濟效益。有關(guān)研究表明，同樣的原油 經(jīng)過粗煉，送至電廠發(fā)電，經(jīng)充入電池，再由電池驅(qū)動汽車，其能量利用效率比經(jīng) 過精煉變?yōu)槠?，再?jīng)汽油機驅(qū)動汽車高，因此有利于節(jié)約能源和減少二氧化碳的 排量，正是這些優(yōu)點，使電動汽車的研究和應(yīng)用成為汽車工業(yè)的一個“熱點”。有專 家認(rèn)為，對于電動車而言，目前最大的障礙就是基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)以及價格影響了產(chǎn)業(yè) 化的進程，與混合動力相比，電動車更需要基礎(chǔ)設(shè)施的配套，而這不是一家企業(yè)能 解決的，需要各企業(yè)聯(lián)合起來與當(dāng)?shù)卣块T一起建設(shè)，才會有大規(guī)模推廣的機會。 優(yōu)點:技術(shù)相對簡單成熟，只要有電力供應(yīng)的地方都能夠充電。缺點: 目前蓄電池單 位重量儲存的能量太少，還因電動車的電池較貴，又沒形成經(jīng)濟規(guī)模，故購買價格 較貴，至于使用成本，有些使用價格比汽車貴，有些價格僅為汽車的 1/3，這主要取 決于電池的壽命及當(dāng)?shù)氐挠?、電價格。由于對環(huán)境影響相對傳統(tǒng)汽車較小，其前景 被廣泛看好，但當(dāng)前技術(shù)尚不成熟。 蓄電池電流電力調(diào)節(jié)器電動機動力傳動系統(tǒng)驅(qū)動汽車行 駛 2.1 主要結(jié)構(gòu)及特點主要結(jié)構(gòu)及特點 電動汽車的組成包括：電力驅(qū)動及控制系統(tǒng)、驅(qū)動力傳動等機械系統(tǒng)、完成既 定任務(wù)的工作裝置等。電力驅(qū)動及控制系統(tǒng)是電動汽車的核心，也是區(qū)別于內(nèi)燃機 汽車的最大不同點。電力驅(qū)動及控制系統(tǒng)由驅(qū)動電動機、電源和電動機的調(diào)速控制 8 裝置等組成。電動汽車的其他裝置基本與內(nèi)燃機汽車相同。 電源電源 電源為電動汽車的驅(qū)動電動機提供電能，電動機將電源的電能轉(zhuǎn)化為機械能， 通過傳動裝置或直接驅(qū)動車輪和工作裝置。目前，電動汽車上應(yīng)用最廣泛的電源是 鉛酸蓄電池，但隨著電動汽車技術(shù)的發(fā)展，鉛酸蓄電池由于比能量較低，充電速度 較慢，壽命較短，逐漸被其他蓄電池所取代。正在發(fā)展的電源主要有鈉硫電池、鎳 鎘電池、鋰電池、燃料電池、飛輪電池等，這些新型電源的應(yīng)用，為電動汽車的發(fā) 展開辟了廣闊的前景。 驅(qū)驅(qū)動動電電動動機機 驅(qū)動電動機的作用是將電源的電能轉(zhuǎn)化為機械能，通過傳動裝置或直接驅(qū)動 車輪和工作裝置。目前電動汽車上廣泛采用直流串激電動機，這種電機具有“軟 “的機械特性，與汽車的行駛特性非常相符。但直流電動機由于存在換向火花，比 功率較小、效率較低，維護保養(yǎng)工作量大，隨著電機技術(shù)和電機控制技術(shù)的發(fā)展， 勢必逐漸被直流無刷電動機（ bldcm）、開關(guān)磁阻電動機（ srm）和交流異步電 動機所取代，如無外殼盤式軸向磁場直流串勵電動機。 電電動動機機調(diào)調(diào)速速控控制制裝裝置置 電動機調(diào)速控制裝置是為電動汽車的變速和方向變換等設(shè)置的，其作用是控 制電動機的電壓或電流，完成電動機的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)方向的控制。 早期的電動汽車上，直流電動機的調(diào)速采用串接電阻或改變電動機磁場線圈 的匝數(shù)來實現(xiàn)。因其調(diào)速是有級的，且會產(chǎn)生附加的能量消耗或使用電動機的結(jié) 構(gòu)復(fù)雜，現(xiàn)在已很少采用。目前電動汽車上應(yīng)用較廣泛的是晶閘管斬波調(diào)速，通 過均勻地改變電動機的端電壓，控制電動機的電流，來實現(xiàn)電動機的無級調(diào)速。 在電子電力技術(shù)的不斷發(fā)展中，它也逐漸被其他電力晶體管（入 gto、mosfet、btr 及 igbt 等）斬波調(diào)速裝置所取代。從技術(shù)的發(fā)展來看，伴隨 著新型驅(qū)動電機的應(yīng)用，電動汽車的調(diào)速控制轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷髂孀兗夹g(shù)的應(yīng)用，將成 為必然的趨勢。 在驅(qū)動電動機的旋向變換控制中，直流電動機依靠接觸器改變電樞或磁場的 電流方向，實現(xiàn)電動機的旋向變換，這使得電路復(fù)雜、可靠性降低。當(dāng)采用交流 異步電動機驅(qū)動時，電動機轉(zhuǎn)向的改變只需變換磁場三相電流的相序即可，可使 9 控制電路簡化。此外，采用交流電動機及其變頻調(diào)速控制技術(shù)，使電動汽車的制 動能量回收控制更加方便，控制電路更加簡單。 傳傳動動裝裝置置 電動汽車傳動裝置的作用是將電動機的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩傳給汽車的驅(qū)動軸，當(dāng)采用 電動輪驅(qū)動時，傳動裝置的多數(shù)部件常?？梢院雎浴Ｒ驗殡妱訖C可以帶負(fù)載啟動， 所以電動汽車上無需傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車的離合器。因為驅(qū)動電機的旋向可以通過電 路控制實現(xiàn)變換，所以電動汽車無需內(nèi)燃機汽車變速器中的倒檔。當(dāng)采用電動機 無級調(diào)速控制時，電動汽車可以忽略傳統(tǒng)汽車的變速器。在采用電動輪驅(qū)動時， 電動汽車也可以省略傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車傳動系統(tǒng)的差速器。 行行駛駛裝裝置置 行駛裝置的作用是將電動機的驅(qū)動力矩通過車輪變成對地面的作用力，驅(qū)動 車輪行走。它同其他汽車的構(gòu)成是相同的，由車輪、輪胎和懸架等組成。 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向向裝裝置置 轉(zhuǎn)向裝置是為實現(xiàn)汽車的轉(zhuǎn)彎而設(shè)置的，由轉(zhuǎn)向機、方向盤、轉(zhuǎn)向機構(gòu)和轉(zhuǎn) 向輪等組成。作用在方向盤上的控制力，通過轉(zhuǎn)向機和轉(zhuǎn)向機構(gòu)使轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)一 定的角度，實現(xiàn)汽車的轉(zhuǎn)向。多數(shù)電動汽車為前輪轉(zhuǎn)向，工業(yè)中用的電動叉車常 常采用后輪轉(zhuǎn)向。電動汽車的轉(zhuǎn)向裝置有機械轉(zhuǎn)向、液壓轉(zhuǎn)向和液壓助力轉(zhuǎn)向等 類型。 制動裝置制動裝置 電動汽車的制動裝置同其他汽車一樣，是為汽車減速或停車而設(shè)置的，通常由 制動器及其操縱裝置組成。在電動汽車上，一般還有電磁制動裝置，它可以利用驅(qū) 動電動機的控制電路實現(xiàn)電動機的發(fā)電運行，使減速制動時的能量轉(zhuǎn)換成對蓄電池 充電的電流，從而得到再生利用。 工作裝置工作裝置 工作裝置是工業(yè)用電動汽車為完成作業(yè)要求而專門設(shè)置的，如電動叉車的起升 裝置、門架、貨叉等。貨叉的起升和門架的傾斜通常由電動機驅(qū)動的液壓系統(tǒng)完成。 結(jié)構(gòu)特點結(jié)構(gòu)特點 內(nèi)燃機汽車的特點是裝備有發(fā)動機、發(fā)動機控制裝置、機械式動力轉(zhuǎn)動系統(tǒng)、 燃油箱、排氣系統(tǒng)等，能量的補充方式為向燃油箱加入燃油，通常無法回收利用減 10 速和下坡時的能量。蓄電池電動車與內(nèi)燃機汽車的最大區(qū)別是動力系統(tǒng)的差別，傳 統(tǒng)內(nèi)燃機汽車動力系統(tǒng)的構(gòu)造示意圖如圖所示，動力系統(tǒng)的起點是發(fā)動機，動力經(jīng) 離合器、變速器、萬向節(jié)、傳動抽、主減速器、差速器和驅(qū)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。蓄電池電動車汽車的最大特點是裝備有蓄電池、電動機、電動 機控制裝置和能源管理系統(tǒng)等，能量的補充方式為充電，可在充電站或停車場進行， 充電站使用的充電器多為快速充電器。由于電動機被拖動時，即可發(fā)電，因此蓄電 池電動汽車一般都帶有可回收減速和下坡是能量回收（再生）系統(tǒng)。純電動汽車， 相對燃油汽車而言，主要差別（異）在于四大部件，驅(qū)動電機，調(diào)速控制器、動力 電池、車載充電器。相對于加油站而言，它由公用超快充電站。純電動汽車之品質(zhì) 差異取決于這四大部件，其價值高低也取決于這四大部件的品質(zhì)。純電動汽車的用 途也在四大部件的選用配置直接相關(guān)。純電動汽車時速快慢，和啟動速度取決于驅(qū) 動電機的功率和性能，其續(xù)行里程之長短取決于車載動力電池容量之大小，車載動 力電池之重量取決于選用何種動力電池如鉛酸、鋅碳、鋰電池等，它們體積，比重、 比功率、比能量、循環(huán)壽命都各異。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(xì)分。純電動汽車的驅(qū)動電機目前有直流有刷、無刷、有永磁、電 磁之分，再有交流步進電機等，它們的選用也與整車配置、用途、檔次有關(guān)。另外 驅(qū)動電機之調(diào)速控制也分有級調(diào)速和無級調(diào)速，有采1用電子調(diào)速控制器和不用調(diào) 速控制器之分。電動機有輪轂電機、內(nèi)轉(zhuǎn)子電機、有單電機驅(qū)動、多電機驅(qū)動和組 合電機驅(qū)動等。電機及調(diào)速控制器的選用和配制對整車檔次和價位也有影響。公用 超快充電站是純電動汽車商業(yè)化的基礎(chǔ)設(shè)施，將它做完善到位了才能使前者暢行無 憂，反之則是它的短腿，受其制約和影響，歐洲、美國電動汽之商業(yè)實踐充分說明 了這點。我們對此認(rèn)識到了，但行動不力。另外，充電機與車載電池之電纜連接器 問題必須規(guī)范，形成電池品種、電壓分檔、快慢（功率大小）諸要素的一致，否則 純電動汽車及公用超快充電站無法有效無法對接，這個產(chǎn)業(yè)目前白紙一張，待我們 去開拓，但必須規(guī)劃、設(shè)計成型后實施，以免徒勞，以免勞命傷財。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(tǒng)， 這是汽車行業(yè)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。同時與此相關(guān)的零部件制造商應(yīng)以此形成產(chǎn)業(yè)鏈，共圖發(fā)展。國家發(fā)政委“新 能源汽車公告管理辦法和實施細(xì)則”已于 2007 年 11 月 1 日施行。 “城鎮(zhèn)鄉(xiāng)村農(nóng)用（專 11 用）電動汽車通用技術(shù)條件”也在醞釀過程中，純電動汽車商業(yè)化在農(nóng)村已經(jīng)初現(xiàn)雛 形，我們不該視而不見。 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：1、電動車輛研發(fā)制造運營必須符合國家各項相關(guān)法規(guī)。整車、零部件性能必 須滿足國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和各項具體要求。2、電動車輛是以電為能源，由電動機驅(qū)動行 駛的，不再產(chǎn)生新的污染，不再產(chǎn)生易燃、易爆之隱患。3、電動車輛儲能用的電池 必須是無污染、環(huán)保型的。且具有耐久的壽命，具備超快充電（2-3c 以上電流）的 功能。車輛根據(jù)用途確定一次充電之續(xù)行里程，以此裝置夠用電量的電池組，充分 利用公用充電站超快充電以延長續(xù)行里程。4、電動機組應(yīng)有高效率的能量轉(zhuǎn)換。剎 車、減速之能量的直接利用和回收，力求車輛之綜合能源利用的高效率。5、根據(jù)車 輛用途和行駛場合設(shè)定最高車速，且不得超過交通法規(guī)的限定值，以合理選擇電動 機的功率和配置電池組容量。6、車輛駕駛操作，控制簡單有效、工作可靠，確保行 車安全。7、機械、電氣裝置耐用少維修。車輛運營之費用低廉。8、以目標(biāo)市場需 求為依據(jù)，提供實用、合適車型滿足之，力求做到技術(shù)、經(jīng)濟、實用、功能諸方面 的綜合統(tǒng)一。 將來產(chǎn)業(yè)化、商業(yè)化為用戶所歡迎的電動汽車，必定符合以下幾點特征：準(zhǔn)確 的定位、恰當(dāng)?shù)挠猛?、宜駛的區(qū)域、最佳的效能。合適的車型、經(jīng)濟的配置?？煽?的性能、便當(dāng)?shù)牟倏?。環(huán)保的電池、耐久的壽命、夠用的電量、超快的充電、完善 的網(wǎng)絡(luò)、到位的服務(wù)。低廉的費用、最少的維修。 2.2 純電動汽車技術(shù)介紹純電動汽車技術(shù)介紹 技術(shù)概述 電動汽車是指以車載電源為動力，用電機驅(qū)動車輪行駛，符合道路交通、安全 法規(guī)各項要求的車輛。它使用存儲在電池中的電來發(fā)動。在驅(qū)動汽車時有時使用 12 或 24 塊電池，有時則需要更多。 無污染，噪聲低 電動汽車無內(nèi)燃機汽車工作時產(chǎn)生的廢氣，不產(chǎn)生排氣污染，對環(huán)境保護和空 氣的潔凈是十分有益的，幾乎是“零污染”。眾所周知，內(nèi)燃機汽車廢氣中的 co、hc 及 nox、微粒、臭氣等污染物形成酸雨酸霧及光化學(xué)煙霧。電動汽車無內(nèi) 燃機產(chǎn)生的噪聲，電動機的噪聲也較內(nèi)燃機小。噪聲對人的聽覺、神經(jīng)、心血管、 消化、內(nèi)分泌、免疫系統(tǒng)也是有危害的。 能源效率高，多樣化 12 電動汽車的研究表明，其能源效率已超過汽油機汽車。特別是在城市運行，汽 車走走停停，行駛速度不高，電動汽車更加適宜。電動汽車停止時不消耗電量，在 制動過程中，電動機可自動轉(zhuǎn)化為發(fā)電機，實現(xiàn)制動減速時能量的再利用。有些研 究表明，同樣的原油經(jīng)過粗煉，送至電廠發(fā)電，經(jīng)充入電池，再由電池驅(qū)動汽車， 其能量利用效率比經(jīng)過精煉變?yōu)槠停俳?jīng)汽油機驅(qū)動汽車高，因此有利于節(jié)約能 源和減少二氧化碳的排量。 另一方面，電動汽車的應(yīng)用可有效地減少對石油資源的依賴，可將有限的石油 用于更重要的方面。向蓄電池充電的電力可以由煤炭、天然氣、水力、核能、太陽 能、風(fēng)力、潮汐等能源轉(zhuǎn)化。除此之外，如果夜間向蓄電池充電，還可以避開用電 高峰，有利于電網(wǎng)均衡負(fù)荷，減少費用。 結(jié)構(gòu)簡單，使用維修方便 電動汽車較內(nèi)燃機汽車結(jié)構(gòu)簡單，運轉(zhuǎn)、傳動部件少，維修保養(yǎng)工作量小。當(dāng) 采用交流感應(yīng)電動機時，電機無需保養(yǎng)維護，更重要的是電動汽車易操縱。 動力電源使用成本高，續(xù)駛里程短 目前電動汽車尚不如內(nèi)燃機汽車技術(shù)完善，尤其是動力電源（電池）的壽命短， 使用成本高。電池的儲能量小，一次充電后行駛里程不理想，電動車的價格較貴。 但從發(fā)展的角度看，隨著科技的進步，投入相應(yīng)的人力物力，電動汽車的問題會逐 步得到解決。揚長避短，電動汽車會逐漸普及，其價格和使用成本必然會降低。 第三章 微型純電動車部件選擇與設(shè)計 3.1 微型電動車蓄電池系統(tǒng)微型電動車蓄電池系統(tǒng) 電動汽車目前還存在價格較高、續(xù)駛里程較短、動力性能較差等問題，而這些 問題都是和電源技術(shù)密切相關(guān)的。目前制約電動汽車發(fā)展的關(guān)鍵因素是動力蓄電池 不理想，對于開發(fā)電動汽車的競爭，最重要的就在于開發(fā)車載動力電池的競爭。對 電源系統(tǒng)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； 13 (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(huán)境無危害, 可回收性好。 目前國內(nèi)純電動汽車使用的主要是鉛酸電池、鎳氫電池和鋰離子電池這三類。各種主要電 動車用蓄電池對比見表 1。目前能大量生產(chǎn)供應(yīng)的只有鉛蓄電池和鎘鎳蓄電池。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(yōu)良的 mh-ni 電池有可能 很快進入市場。本文將重點討論鉛蓄電池、mh-ni、鋰離子及鈉氯化鎳蓄電池的進展 情況。質(zhì)子交換膜燃料電池（pemfc）是唯一可以在性能上與燃油汽車競爭的電池， 本文將介紹其最近發(fā)展情況情況。 表 1 各種主要電動車用蓄電池對比 能 電池種類 比能量 wh/kg 能量密度 wh/l 比功率 w/kg 循環(huán)壽命 (次) 價格 (相對) 商品化 程度 鉛酸 鎘鎳 mh-ni nanicl2(zebra) 鋰離子 35 50 65 86 100 90 80 135 132 170 150 200 150 157 300 500 1000 1000 1000 1200 100 500 400 500 1000 大量生產(chǎn) 大量生產(chǎn) 試制 中試 試制 研究顯示，鋰電池將是未來動力電池的發(fā)展方向，鋰離子電池的比容要好于鎳氫 電池，具有重量輕、儲能大、功率大、無污染（也無二次污染） 、壽命長、自放電系 數(shù)小、溫度適應(yīng)范圍寬泛等優(yōu)點，其壽命也可以比鎳氫電池做得好。因此鋰離子電 池逐漸取代鉛和鎳氫電池，成為純電動汽車蓄電池的核心技術(shù)。雖然目前鋰離子電 池成本較高但它在其他方面的優(yōu)越性能較高仍然會成為今后純電動車蓄電池的主流 隨著技術(shù)的不斷發(fā)展成本勢必會不斷減小，綜合考慮微型純電動車蓄電池采用鋰離 子電池最佳。 14 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(dǎo)的有 機電解液后遷移嵌入到碳負(fù)材料負(fù)極，負(fù)極處于富鋰態(tài)，正極處于貧鋰態(tài)，同時電 子的補償電荷從外電路供給到碳負(fù)極，保證負(fù)極的電荷平衡工作原理。 鋰離子電池 使用鋰碳化合物作負(fù)極,鋰化過渡金屬氧化物作正極, 液體有機溶液或固體聚合物作 為電解液。在充放電過程中, 鋰離子在電池正極和負(fù)極之間往返流動。電化學(xué)反應(yīng) 方程式為: lixc + li-xmyoz c + limyoz lixc 為鋰碳化合物; li-xmyoz 為鋰化過渡金屬氧化物。放電時, 鋰離子由電 池負(fù)極通過電解液流向正極并被吸收。充電時, 過程正好相反; 放電時則恰好相反， 鋰從碳材料中脫出回到氧化物正極中，正極處于富鋰態(tài)。 3.2 微型電動車電機驅(qū)動系統(tǒng)微型電動車電機驅(qū)動系統(tǒng) 電動汽車的動力性能與其驅(qū)動系統(tǒng)直接相關(guān)，當(dāng)前驅(qū)動方案主要有四種：機械 驅(qū)動布置方案、機電集成化驅(qū)動布置方案、機電一體化驅(qū)動布置方案、輪轂電機驅(qū) 動布置方案。其中輪轂電機布置方案可以對各個驅(qū)動電機進行相互獨立的控制，有 利于提高車輛轉(zhuǎn)向靈活性和充分利用路面附著力，這種布置方式比其他三種布置方 式更能體現(xiàn)電動汽車的優(yōu)勢，本設(shè)計便是采用此種布置方案。 采用輪毅驅(qū)動電動機驅(qū)動，電動機可以裝在電動汽車的車輪輪毅中，直接驅(qū)動 電動汽車的驅(qū)動輪，蓄電池可以布置在車身底部，或者布置在行李倉內(nèi)，如圖。這 種布置結(jié)構(gòu)簡潔，更加節(jié)省了空間。代表車型比亞迪汽車公司的純電動汽車 et。 15 輪轂電機動力系統(tǒng)通常由電動機、減速機構(gòu)、制動器與散熱系統(tǒng)等組成。輪轂 電機動力系統(tǒng)根據(jù)電機的轉(zhuǎn)子型式主要分成兩種結(jié)構(gòu)型式：內(nèi)轉(zhuǎn)子型和外轉(zhuǎn)子型。 圖 3.2.1 所示為兩種型式輪轂電機的結(jié)構(gòu)簡圖。通常，外轉(zhuǎn)子型采用低速外傳子電 機，電機的最高轉(zhuǎn)速在 10001500r/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(zhuǎn)速與電機相同。內(nèi)轉(zhuǎn)子型則采用高速內(nèi) 轉(zhuǎn)子電機，同時裝備固定傳動比的減速器。為了獲得較高的功率密度，電機的轉(zhuǎn)速 通常高達 10000r/min。減速結(jié)構(gòu)通常采用傳動比在 10：1 左右的行星齒輪減速裝置， 車輪的轉(zhuǎn)速在在 1000r/min 左右。 16 圖 3.2.1 輪轂電機的結(jié)構(gòu)形式 高速內(nèi)轉(zhuǎn)子的輪轂電機具有較高的比功率，質(zhì)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(zhì)量增大，電機的最高轉(zhuǎn) 速受線圈損耗、摩擦損耗以及變速機構(gòu)的承受能力等因素的限制。低速外轉(zhuǎn)子電機 結(jié)構(gòu)簡單、軸向尺寸小，比功率高，能在很寬的速度范圍內(nèi)控制轉(zhuǎn)矩，且響應(yīng)速度 快，外轉(zhuǎn)子直接和車輪相連，沒有減速機構(gòu)，因此效率高；缺點是如要獲得較大的 轉(zhuǎn)矩，必須增大發(fā)動機體積和質(zhì)量，因而成本高，加速時效率低，噪聲大。圖所示 為兩種結(jié)構(gòu)形式的輪轂電機。這兩種結(jié)構(gòu)在目前的電動車中都有應(yīng)用，但是隨著緊 湊的行星齒輪變速機構(gòu)的出現(xiàn)，高速內(nèi)轉(zhuǎn)子式驅(qū)動系統(tǒng)在功率密度方面比低速外轉(zhuǎn) 子式更具競爭力。 輪轂電機動力系統(tǒng)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(tǒng)。輪轂電機系統(tǒng)中的制動器可以根據(jù)結(jié)構(gòu)采用鼓式或者 盤式制動器。由于電動機電制動容量的存在，往往可以使制動器的設(shè)計容量可以適 17 當(dāng)減小。大多數(shù)的輪轂電機系統(tǒng)采用風(fēng)冷方式進行冷卻，也有采用水冷和油冷的方 式對電機、制動器等的發(fā)熱部件進行散熱降溫，但結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。 電機應(yīng)用類型與特點分析 輪轂電機系統(tǒng)的驅(qū)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。對比如下：（1）軸向磁通電機的結(jié)構(gòu)更利于熱量散發(fā)，并且它的定子可以不需 要鐵心；（2）徑向磁通電機定轉(zhuǎn)子之間受力比較均衡，磁路由硅鋼片疊壓得到，技 術(shù)更簡單成熟。 輪轂電機的電機類型分為永磁、感應(yīng)、開關(guān)磁阻式。其特點如下： （1）感應(yīng)（異步）電機結(jié)構(gòu)簡單、堅固耐用、成本低廉、運行可靠，轉(zhuǎn)矩脈動 小，噪聲低，不需要位置傳感器，轉(zhuǎn)速極限高；缺點是驅(qū)動電路復(fù)雜，成本高，相 對永磁電機而言，異步電機效率和功率密度偏低； （2）無刷永磁同步電機可采用圓柱形徑向磁場結(jié)構(gòu)或盤式軸向磁場結(jié)構(gòu)，具有 較高的功率密度和效率以及寬廣的調(diào)速范圍，發(fā)展前景十分廣闊，已在國內(nèi)外多種 電動車輛中獲得應(yīng)用； （3）開關(guān)磁阻式電機具有結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低廉，轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩特性好等特點， 適用于電動汽車驅(qū)動；缺點是設(shè)計和控制非常困難和精細(xì)，運行噪聲大。 國內(nèi)外典 型輪轂電機驅(qū)動系統(tǒng) 日本慶應(yīng)義塾大學(xué)環(huán)境信息學(xué)部清水浩教授領(lǐng)導(dǎo)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(qū)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。其中，1991 年與東京電力公司共同開發(fā)的電動汽車 iza，采用 ni-cd 電池為動力源，采用四個額定功率為 6.8kw，峰值功率達到 25kw 的外轉(zhuǎn)子式 永磁同步輪轂電機驅(qū)動，最高時速可達 176km/h。1996 年，該小組聯(lián)合日本國家環(huán) 境研究所研制了采用輪轂電機驅(qū)動的后輪驅(qū)動電動汽車 eco，輪轂電機驅(qū)動系統(tǒng)選用 永磁直流無刷電動機，額定功率為 6.8kw，峰值功率為 20kw，并配速比為 1：5 的行 星齒輪減速機構(gòu)。輪轂電機采用機械制動與電機再生制動相結(jié)合的方式，機械制動 力矩由鼓式制動器提供，制動力分配規(guī)律的基本原則是不損害制動效能的前提下， 盡可能多的回收制動能量，有效延長了續(xù)駛里程。2001 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(qū)動的電動大轎車 kaz，最高時速達 到 311km/h。kaz 的輪轂電機系統(tǒng)中采用高轉(zhuǎn)速的高性能內(nèi)轉(zhuǎn)子型電動機，其峰值功 率可達 55kw，提高了 kaz 的極限加速能力，使其 0-100km/h 加速時間僅 8 秒。為了 18 使電動機輸出轉(zhuǎn)速符合車輪的實際轉(zhuǎn)速要求，kaz 的輪轂電機系統(tǒng)匹配了一個傳動比 為 4.588 的行星齒輪減速機構(gòu)。kaz 的前后輪沒有采用相同型式的制動器，而是前輪 采用盤式制動器，后輪采用鼓式制動器。圖 3.2.2 為 kaz 的前、后輪轂電機系統(tǒng)的 結(jié)構(gòu)圖。2003 年日本豐田汽車公司在東京車展上推出的燃料電池概念車 fine-n 也采 用了輪轂電機驅(qū)動技術(shù)。 19 圖 3.2.2 kaz 一體化輪轂電機系統(tǒng) 法國 tm4 公司設(shè)計制造的一體化輪轂電機結(jié)構(gòu)如圖 3.2.3 所示。它采用外轉(zhuǎn)子式 永磁電動機，將電動機轉(zhuǎn)子外殼直接與輪輞相固結(jié)，將電動機外殼作為車輪輪輞的 組成部分，而且電動機轉(zhuǎn)子與鼓式制動器的制動鼓集成在一起，實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)子、輪 輞以及制動器三個回轉(zhuǎn)運動物體的集成，大大減輕一體化輪轂電機系統(tǒng)質(zhì)量，集成 化程度相當(dāng)高。該一體化輪轂電機系統(tǒng)的永磁無刷直流電動機的額定功率為 18.5kw，峰值功率可達到 80kw，峰值扭矩為 670nm，額定轉(zhuǎn)速為 950rpm，最高轉(zhuǎn)速 為 1385rpm，而且額定工況下的平均效率可達到 96.3%。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)愛英斯電動汽車研究所研制開發(fā)的 ev96-1 型電動汽車也采用外 轉(zhuǎn)子型輪轂電機驅(qū)動系統(tǒng)，選用一種稱為“多態(tài)電動機”的永磁式電動機，兼有同 步電動機和異步電動機的雙重特性，其額定功率為 6.8kw，峰值功率為 15kw，集成 盤式制動器，風(fēng)冷散熱。 20 圖 3.2.3 tm4 一體化輪轂電機系統(tǒng) 同濟大學(xué)汽車學(xué)院在 2002 年、2003 年和 2004 年分別推出了采用輪轂電機驅(qū)動 系統(tǒng)的四輪驅(qū)動燃料電池微型電動汽車動力平臺“春暉一號”和“春暉二號”，兩 者均采用四個低速永磁直流無刷輪轂電動機直接驅(qū)動，匹配相應(yīng)的盤式制動器。輪 轂電機為外轉(zhuǎn)子型輪轂電機，其外形結(jié)構(gòu)主要考慮與雙橫臂懸架、輪輞及制動盤的 連接方便。為了提高輪轂電機的外形通用性，考慮在一定功率范圍內(nèi)的輪轂電機采 用相同的外形結(jié)構(gòu)。該輪轂電機既可安裝市售微型汽車制動盤，又能安裝不同規(guī)格 摩托車制動盤。因此相同的底盤結(jié)構(gòu)只需更換不同功率的輪轂電機，即可獲得不同 的整車動力性能。輪轂電機額定功率 0.8kw，峰值功率 2.5kw；額定轉(zhuǎn)矩 25nm，峰值 轉(zhuǎn)矩 155nm；額定轉(zhuǎn)速 300rpm，最高轉(zhuǎn)速 510rpm。 對于內(nèi)燃機驅(qū)動的汽車，需要通過多級變速箱來近似實現(xiàn)理想的汽車驅(qū)動特性， 如圖 3.2.4.1 所示。而電動機驅(qū)動系統(tǒng)基于恒轉(zhuǎn)矩和恒功率運行模式實現(xiàn)理想的汽 21 車驅(qū)動特性，如圖 3.2.4.2 所示。 輪轂電機系統(tǒng)特點分析 通常，電動汽車采用集中電機驅(qū)動的動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)型式。這種結(jié)構(gòu)型式具有以 下優(yōu)點： （1）可以沿用內(nèi)燃機動力車的部分傳動裝置，布置在原發(fā)動機艙中，繼承性好； （2）可以采用電機和減速機構(gòu)，乃至控制器的集成結(jié)構(gòu)型式，結(jié)構(gòu)緊湊，便于 處理電機冷卻、振動隔振以及電磁干擾等問題； （3）整車總布置型式與內(nèi)燃機接近，前艙熱管理、隔聲處理以及碰撞安全性與 原車接近或者容易處理。 缺點是： （1）傳動鏈長，傳動效率低； （2）通常要求使用高轉(zhuǎn)速大功率電機，對電機性能要求高。 分散電機驅(qū)動相對于集中電機驅(qū)動具有以下優(yōu)點： （1）以電子差速控制技術(shù)實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎時內(nèi)外車輪不同轉(zhuǎn)速運動，而且精度更高； （2）取消機械差速裝置有利于動力系統(tǒng)減輕質(zhì)量，提高傳動效率，降低傳動噪 聲； （3）有利于整車總布置的優(yōu)化和整車動力學(xué)性能的匹配優(yōu)化； （4）降低對電機的性能指標(biāo)要求，且具有冗余可靠性高的特點。 但是，分散電機驅(qū)動方式具有以下缺點： （1）為滿足各輪運動協(xié)調(diào)，對多個電機的同步協(xié)調(diào)控制要求高； 22 （2）電機的分散安裝布置提出了結(jié)構(gòu)布置、熱管理、電磁兼容以及振動控制等 多方面