车辆动力系统设计毕业设计汇编.docx
- 文档编号:28880648
- 上传时间:2023-07-20
- 格式:DOCX
- 页数:45
- 大小:498.95KB
车辆动力系统设计毕业设计汇编.docx
《车辆动力系统设计毕业设计汇编.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《车辆动力系统设计毕业设计汇编.docx(45页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
车辆动力系统设计毕业设计汇编
装备制造学院毕业设计任务书
课题名称
电动汽车动力系统设计
教学系、部、室
专业
机械设计制造及其制动化
指导教师
朱天军
2014年03月02日
毕业设计(论文)任务书
学生姓名:
在张乐堂张乐堂
舒红松
专业:
机械设计制造及其制动化
设计(论文)题目:
电动汽车动力系统设计
设计方案及参数:
整车尺寸参数长、宽、高分别为2326、1455、1520mm;
离地间隙281mm;
轴距1780mm;
轮距1175mm;
前悬900mm;
额定总驱动功率7.5Kw;
最高车速65km/h;
0~40KM/H加速时间为12秒;
最大爬坡度10%;
摘要
随着全球环境问题和能源危机的日益凸显,人们对耗能少、污染小的新型交通工具的追求愈来愈强烈。
电动汽车作为公认的未来最具潜力的交通工具正在快速发展。
但是电动汽车技术发展尚未成熟,所以如何制造一辆低成本、性能好的电动汽车成为汽车行业的研究重点,而电动汽车动力系统则是重中之重。
电动汽车动力传动系统是由蓄电池、控制器、电动机、变速器、主减速器、驱动轮等组成。
电机控制器接受从加速踏板(相当于内燃机汽车的油门)、刹车踏板和P、R、N、D(停车、倒车、空挡、前进)控制按键的输出信号,控制电动机的旋转,通过减速器、传动轴、差速器、半轴等机械传动装置驱动车轮旋转。
为了满足车辆的动力性能要求电机要有较高转速和转矩性能、快速而平滑的控制能力、较高的运行效率以及能在恶劣的环境下运行等特点。
电池方面要有较高的比能量、快速充电能力及较高的放电率、安全可靠、使用寿命长等特点。
电动汽车动力系统与传统内燃机汽车相似,只是动力系统元件有所不同。
与燃油汽车一样,电动汽车动力系统的各组成部分的匹配也是非常重要的,例如电动机的功率大小、电池能量的多少、变速器的减速比等都需要依据整车的性能参数来设计计算的。
通过比较几种常见的驱动系统布置方案,对蓄电池、电机等动力元件进行选型。
在此基础上,对参数选择和参数间的合理匹配进行分析研究,提出一套比较合理的纯电动汽车驱动系统参数的设计原则,并以所设计的纯电动汽车为研究对象,对其驱动系统的参数进行了选择。
Abstract
Asglobalenvironmentalissuesandbecomingincreasinglyprominentenergycrisis,peopleconsumelessenergy,lesspollutionpursuitofnewtransportmoreintense.Recognizedasthefutureofelectricvehicles,themostpromisingmeansoftransportisgrowingrapidly.Butthedevelopmentofelectricvehicletechnologyisnotyetmature,sohowtomakealow-cost,goodperformanceelectriccarsbecometheautomotiveindustry'sresearchpriorities,andelectricvehiclepowersystemisatoppriority.
Electricvehiclespowertrainbybatteries,controller,motor,transmission,maingear,wheelsandothercomponents.Fromthemotorcontrollerreceivingtheacceleratorpedal(acceleratorequivalentinternalcombustionenginevehicles),andthebrakepedalP,R,N,D(park,reverse,neutral,forward)keycontroloutputsignaltocontroltherotationofthemotorthroughthespeedreducer,driveshaft,differential,axleandothermechanicalgeardrivewheelrotation.Inordertomeettherequirementsofdynamicperformanceofthevehiclespeedandtorquemotorshaveahighperformance,fastandsmoothcontrol,higheroperatingefficiencyandcanruninharshenvironmentsandothercharacteristics.Batterieshaveahighenergydensity,fastchargingcapabilityandhighdischargerate,safe,reliable,longservicelife.
Electricvehiclepowersystemandthetraditionalinternalcombustionenginevehiclessimilarto,butdifferentfromthepowersystemcomponents.Andfuelcars,matchingthecomponentsoftheelectricvehiclepowersystemisalsoveryimportant,Suchasthemotorpowersize,howmuchbatterypower,sothetransmissiongearratioaccordingtovehicleperformanceparametersneededtodesigncomputing.Bycomparingseveralcommondrivesystemlayoutschemeforbatterypowereddevices,motors,etc.Selection.Onthisbasis,areasonablematchbetweenpreferencesandparameterswereanalyzed,proposedamorereasonabledesignprinciplespureelectricvehicledrivesystemparameters,andpureelectriccardesignedforthestudy,itsdrivesystemselectionparameters.
第1章绪论
第1节电动汽车发展概况
一、电动汽车发展的必要性
汽车是人类文明的象征与产物,与人类社会文明进程息息相关,毫无疑问,汽车的发展脱离不了可持续发展的轨道。
能源、环保与安全是未来汽车技术可持续发展的三大主题。
如果说上个世纪人们关注的是汽车的节能、排放和安全技术,那么本世纪初人们已经更多的将目光转向汽车的新能源和环保技术。
因为如果仍然采用传统的内燃机技术发展汽车工业,将会给燃油的需求和环境保护造成巨大的压力。
研制开发更节能、更环保、使用替代能源的新型汽车成为各大汽车公司的当务之急,电动汽车就是其中的一种类型。
电动汽车是集汽车技术、电子及计算机技术、电化学技术、能源与新材料技术于一体的高新技术产品,是人类新一代的清洁交通工具,与普通内燃机汽车相比,具有无污染、噪声低及节省石油资源的特点。
基于以上电动汽车自身特点,它的推广有着不可估量的意义。
电动汽车作为“绿色的交通工具”,它的投入运行不仅对缓解世界能源危机以及环境问题有着重要的作用,对于我国自身相关产业的发展以及我国汽车业在国际中的地位也有着及其重要的意义。
首先,电动汽车是我国汽车工业赶超世界先进水平的大好机会。
中国在内燃机汽车技术上距国际先进水平有近20年的差距,但在电动汽车等环保型汽车的生产研发方面仅有5年的差距。
这意味着中国有可能在环保汽车时代到来之前,在谈判桌上找到自己的位予。
建立我国电动汽车整车的网络、总成及通讯协议规程,开发电动汽车基本车辆控制器模块,发展带有电子管理系统的高性能动力蓄电池组和具有数字控制系统的电机驱动系统,可大力促进我国电动汽车零部件产业的形成。
专家人士介绍无论采取何种类型的电动汽车作为突破口都将带动新的产业链形,形成一石多鸟的效应。
以电子产品为例,据估计,由于应用的大大提高,电子产品在汽车造价的比例将由传统汽车的10%上升到电动汽车的60%,按照到2030年我国电动汽车生产规模为1000万辆,平均每辆车售价为lO万元计算,我国电动汽车产业化所带动的电子产品市场容量将达到6000亿元。
与此同时,由于电动汽车对材料的轻量化要求还将是新材料、新技术的试验场,为新材料、新技术的开发提供了用武之地。
比较而言,电动汽车作为机械、冶金、电子、能源、新材料和计算机产品的集成,同时也是信息技术、生物技术、数字技术等多种高新技术的集成,是典型的高新技术产品,其最终目标是智能化、数字化和轻量化。
在这一实现过程中,与传统汽车相比,其对相关产业的带动效益将大上几倍。
二、电动汽车发展状况
1.初期孕育阶段
1769年法国炮兵军官居钮(Cugnot)研制成功世界上第一辆蒸汽机机动车,使19世纪进入蒸汽机汽车时代。
紧接着电科学方面的一系列突破孕育着电动汽车的问世。
1831年法拉第研制成功世界上第一台旋转直流电机。
1834年苏格兰人德汶博特(T.Davenport)研制成功不可充电蓄电池电动汽车。
1859年法国人伽斯顿·普拉特(GastonPlante)发明可充电铅酸电池。
2.电动汽车诞生
在1886年1月26日世界上第一辆汽车诞生(汽油机汽车)之前,1881年法国工程师克斯塔夫·特鲁夫(Gus讧veTrouve)研制成功世界上第一辆可充电铅酸电池电动三轮机动车,1881年8--,11月参展巴黎国际电器展览会。
1882年英国威廉·爱德华·阿顿(w.E.Ayrton)和约翰·培里(John.Perry)两位教授组装成功世界上第二辆电动机动车。
3.电动汽车的第一个黄金时代
电动汽车以及内燃机汽车的问世,使走过了100多年历程的蒸汽机汽车因热效率低下和结构笨重等缺点凸显,而受到双重打击。
当时内燃机汽车处于初创时期,许多关键技术有待突破,发展缓慢。
而电动汽车虽然也有许多关键技术没有解决,但因运转平稳、易启动、易操纵、效率高、噪音低和无排放等原因而受到特殊青睐,许多国家竞相开发。
继英国之后,美国和德国分别与1890年研制成功电动汽车,并迅速占有了可观的市场份额,如1900年在美国售出的4200辆机动车中,电动汽车占38%,蒸汽机汽车占40%,内燃机汽车占22%。
1912年早期电动车辆发展达到鼎盛,仅美国电动车辆即达3.4万辆。
1915年美国电动汽车的年产量达5000辆。
在此期间,电动汽车的新技术不断涌现,如1894年世界上第一辆混合动力概念车问世;1899年法国人Camille和Jenatzy制造的一辆炮弹性铝合金车身电动汽车,在当年的汽车大赛中创造了车速98km/h的世界纪录;1910年爱迪生发明铁一镍电池,该型电池一度成为电动汽车的主要能源;可以认为1895~1915年是早期电动汽车的黄金时代。
4.电动汽车相对沉寂
1915年美国洲际公路和欧洲公路进入快速发展时期,续驶里程短的电动汽车显得很不适应,开始走下坡路,而内燃机汽车的关键技术获得突破(如爆震机理的发现和四乙基铅抗爆剂的发明等),于是很快形成了内燃机汽车近乎一统天下的局面。
从1915年到20世纪六七十年代电动汽车沉寂了大约半个世纪,但仍在继续使用,如英国在二战时期有3.5万辆电动汽车运营。
5.电动汽车蓄势待发
20世纪60年代、70年代汽车污染和石油危机两件大事,对电动汽车的研究和开发起到强有力的推动作用。
近30年来,世界范围内能源意识和环保意识空前强化,电动汽车重新受到高度重视。
1975年出现第一辆现代汽油一电动混合动力车辆。
1981年出现第一辆飞轮,电动混合动力车辆。
1981年英国太阳能车辆诞生。
1986年镉特和通用电气公司开发出ETX-I型和Ⅱ型电动汽车。
80年代通用汽车公司的甲醇燃料电池x型样车问世。
1990年通用汽车公司开发出“冲击牌”电动汽车,据悉,这是第一辆为批量生产而设计的现代电动汽车。
其车身材料采用玻璃纤维,动力系统为32块铅酸电池和两台42Kw三相感应电机,最高时速为128km/h,从静止加速到96km/h的时间小雨9s,一次充电可行驶144kin,被称为20世纪90年代的经典之作。
1991年通用、镉特和克莱斯勒三大汽车公司组建了美国高效电池联合企业。
1994年克莱斯勒汽车公司的甲醇燃料电池汽车Necar3问世。
1996年通用、丰田联合研制的EVl蓄电池电动汽车进入市场。
1996年日本推出RAV4-EV四人乘电动汽车,该车采用镍氢电池、永磁交流同步电动机,最大功率45Kw,最高车速kra/h,续驶里程215km。
1997年丰田汽车公司研制的复合动力轿车Prius进入日本市场。
1998年加拿大巴拉德电力公司(BallardPowerSystem)开发出高功率密度的燃料电池,将燃料电池的功率密度从1立方英尺3kw提高到350kW。
1999年3月戴姆勒.克莱斯勒汽车公司在华盛顿为其投资14亿美元开发的Necar4燃料电池电动轿车揭牌。
1999年汽车公司研制的燃料电池汽车P2000在北京、上海展出。
2002~2005年法国雷诺、日本日产、韩国现代等汽车公司计划自己研发的电动汽车投放市场。
2004年通用在欧洲的欧宝公司拟将甲醇燃料电池汽车投放市场。
各汽车大国十分重视电动汽车的研究开发,不仅注入巨额资金,而且给予特殊的政策优惠。
如美国许多州制定了强制性的电动汽车发展计划,规定1998年电动汽车的销售量要占新车销售的2%,2003年要达到10%。
购买l辆电动汽车可从联邦政府获得10%(不超过4000美元)的补贴,从地方获得5000美元补贴。
法国于2000年投入15亿法郎用于发展电动汽车lO万辆,政府成立部级协调小组,总理和部长带头乘坐电动汽车上班。
规定每生产l辆电动汽车,电力公司要补贴厂家1万法郎,行政机关和地方团体每新购电动汽车1辆,由环保和能源控制署补贴8千法郎。
私人购买电动汽车可获政府补贴5000法郎。
在公司服务的电动汽车,减免各种地方税收。
英国规定电动汽车免缴牌照费和养路费,夜间充电减免2/3电费。
我国于20世纪70年代曾开展蓄电池汽车的研究,如交通部公路科学研究所,采用离子导流薄膜式钠硫电池,进行了装车试验。
90年代“八五”期间蓄电池电动汽车被列为国家重点攻关项目,以清华大学为主,开发出我国第一代蓄电池汽车,已在清华校园作为绿色交通车使用。
20世纪90年代,国内推出了若干种电动汽车样车。
“九五”期间国家将电动汽车项目确定为国家重大科技产业工程项目加以实施,并于1998年在广东省汕头市南澳建立了“国家电动汽车运行试验示范区”,区内运行示范的电动汽车有我国自己研制的(广东益威厂轿车,华南理工大学中巴,广东长润集团轿车等),也有美国通用(EVol轿车,S10农夫车)、日本丰田(RAV4轿车)、法国雪铁龙(SAXO轿车)和德国大众等汽车公司开发的电动汽车。
2001年,我国科技部自阿“十五”国家863计划中,特别设立电动汽车重大项目,选择新一代电动汽车技术作为我国科技创新的主攻方向,组织联合攻关,以电动汽车产业化技术平台为工作重点,力争在电动汽车关键单元技术、系统集成技术及整车技术上取得重大突破。
近期,我国三大汽车集团研制的电动汽车纷纷亮相,有混合动力汽车、燃料电池客车、电动客车、电动概念车等品种,记载了我国电动汽车向产业化迈进的阶段成果。
三、国内外电动汽车测试评价技术发展现状及趋势
电动汽车测试评价一直是电动汽车技术开发和产业化过程中的研究重点。
美国、欧洲、日本等在推动本国电动汽车研发的同时,也不断地提高电动汽车测试评价技术来推动电动汽车技术进步、示范推广和产业发展。
我国电动汽车的测试评价技术在科技部“十五”和“十一五”科技计划的支持下,通过各参与单位的积极努力,在标准和技术规范方面取得了显著的成绩,并完成了多个专项测试基地的建设。
(一)、国外电动汽车测试评价
1.美国电动汽车测试评价
(1)美国先进车辆测试项目
在美国,为了建立起电动汽车等先进车辆技术研发与产业化的桥梁,在美国能源部(DepartmentOfEnergy,以下简称DOE)自由车辆技术项目(FreedomCARandVehicleTechnologiesProgram)的支持下,开展了先进车辆测试)项目(AdvancedVehicleTestingActivity,简称AVTA),旨在提供国家级、综合性、公正的先进车辆技术测试评价服务,该项目是美国国内最主要的由国家主导的测试评价活动,包括进行轻型车、先进动力总成、蓄电池及充电基础设施的测试评价。
AVTA建立了电动汽车比较完整的测试评价体系与规程,包括基准测试(Baselineperformancetesting)、快速可靠性测试(Acceleratedreliabilitytesting)及车队运行测试(Fleettesting)。
美国通过AVTA项目的开展,完善测试评价能力建设,建立相关的测试评价技术规范,推动电动汽车相关标准的制定;为企业进行产品开发提供试验技术支持,从而加速电动汽车的商品化、产业化;为购买电动汽车的企业及个人提供真实的电动汽车性能从而使他们做出科学的购买决定;同时也为政府制定政策推动电动汽车的发展提供了依据。
(2)SAE电动车辆技术标准
美国机动工程师协会(SAE)从1990年发布第一项关于电磁辐射规定的标准以来,已发布了各类电动车辆技术标准51项,内容包括各类电动车辆的术语和安全技术要求,整车动力性、经济性和排放、电磁场强度等的试验、测量方法,蓄电池和蓄电池模块的各种试验规程及对电动车辆用的高压电缆、线束与元器件、连接件的技术要求和试验方法。
2001年成立的“SAE燃料电池标准委员会”,已经发布了对氢燃料的质量要求、氢燃料电池系统的性能试验和回收、氢燃料加注连接装置等方面的7个标准。
随着电动汽车技术的不断进步及各种新型式的电动汽车(如增程式电动汽车、插电式混合动力电动汽车)的出现,SAE也在不断修订与完善其标准体系,如SAEJ1711《轻型混合动力汽车排放和能量消耗量试验方法》。
2.欧洲电动汽车测试评价
欧洲从事电动汽车标准化工作的区域性组织主要有:
欧洲标准化委员会(CEN)、欧洲电工标准化委员会(CENELEC),联合国欧洲经济委员会(ECE)等。
CEN/TC301成立于1992年,其主要工作范围是负责纯电动汽车和混合动力汽车领域的标准化工作,主要解决这两类车辆上路行驶所需的标准问题。
1995年CEN/TC301发布了电动汽车制动的建议,提出了再生制动系统的不同设计方案,以后所编制的各项标准主要包括车辆结构安全要求和故障及触电的防护,车辆性能的测量(车速、加速性能、爬坡性能、能耗及续驶里程、混合动力车的排放等),车辆电源方面的要求(充电站、车载充电器噪声等)。
3.日本电动汽车测试评价
日本以日本电动汽车协会(JEVA)为主开展电动车辆标准化工作,所制定的电动车辆标准(JEVS)比较系统完整,内容涉及电动车辆本身、试验方法、电机/控制器、蓄电池和充电系统等。
目前已发布的电动汽车标准包括整车13项、电机及控制器2项、蓄电池7项、充电机5项。
JEVA正在开展以下两方面工作:
首先是电动车辆及其零部件能效的评价方法,其中包括充电器的能效评价及术语等;另一方面则是混合动力车辆的能效评价方法。
(二)、国内电动汽车测试评价
1.国内电动汽车测试评价技术及标准
根据行业发展的需要,科技部从“十五”开始,通过电动汽车重大项目对电动汽车测试评价方法进行了持续支持,推动了我国电动汽车相关测试评价技术的进步。
目前在电动汽车整车及关键零部件通用性、安全性、互换性、技术条件及试验方法等标准方面,已经发布的电动汽车标准项目42项(含电动摩托车6项),其中国家标准35项,汽车行业标准7项。
标准按照技术路线分包括纯电动汽车11项,混合动力汽车6项,燃料电池汽车4项,电动摩托车6项,动力蓄电池8项,电机及控制器2项,能源供给和充电相关5项。
除以上发布的标准外,目前已通过标委会审查、正在报批等待发布的标准12项(修订标准1项,新制定标准11项);正在规划过程中,行业急需制修订的项目有40余项,主要包括低速电动汽车、电动汽车安全要求(修订)、混合动力汽车排放与能耗(制定和修订)、混合动力系统总成、QC/T741-744动力蓄电池标准的修订(或转化为国标)、动力蓄电池系统级别的系列标准(性能、安全性、可靠性等)、动力蓄电池回收利用、蓄电池快速更换、蓄电池加速寿命考核、电动汽车发电机、充电设施标准、燃料电池汽车配套设施、驱动电机标准的国际化等。
(1)电动汽车整车测试评价技术
作为国家“十五”863计划电动汽车重大专项重要组成部分,由中国汽车工程研究院等单位在“十五”期间承担的“电动汽车检测试验技术研究”课题之“电动汽车整车运行检测实验研究”开展对电动汽车整车道路运行工况的研究工作,实际测量汕头、广州、武汉、北京、上海、重庆等典型城市的电动汽车整车道路运行工况并制定出可用于指导电动汽车动力性、经济性以及排放性能等研究开发和模拟试验用的“电动汽车整车道路运行工况”,并制定出以汕头南澳岛环岛公路和沙石泥土路为基础、能够反映电动汽车在我国典型城市实际运行道路状况的“电动汽车整车运行道路可靠性考核试验用载荷谱、典型路段及其里程分配”。
通过对电动汽车整车运行性能(动力性、经济性以及安全性等)检测试验技术、检测试验方法、检测试验标准、检测试验规程的研究,研究开发或配置电动汽车整车运行性能检测试验所需的检测试验设备仪器。
(2)动力蓄电池测试评价
“十五”期间,在科技部电动汽车重大项目的支持下,我国开展了混合电动汽车、燃料电池汽车和纯电动汽车用先进动力蓄电池的研制及测试评估技术的研究工作。
期间科技部采取了一系列新的举措,极大地推动了我国动力蓄电池技术及测试评估技术的快速进步,特别是在实用化方面的进步,主要集中在动力蓄电池单体电池的综合性能和模块的部分电性能方面。
通过国家“十五”电动汽车重大项目的实施,制定了《电动汽车用锂离子蓄电池》、《电动汽车用金属氢化物镍蓄电池》、《车用超级电容器》、《电动汽车用铅酸蓄电池》四项标准并成为中华人民共和国汽车行业标准(QC/T743-2006《电动汽车用锂离子蓄电池》,QC/T744-2006《电动汽车用金属氢化物镍蓄电池》,QC/T741-2006《车用超级电容器》,QC/T742-2006《电动汽车用铅酸蓄电池》);制定《2003-2005EV/HEV车用金属氢化物镍蓄电池》、《2003-2005EV/HEV车用锂离子蓄电池测试规范》等测试评价技术规范。
近年来我国动力蓄电池的测试评价技术朝着蓄电池模块与系统的动态使用性能、工况循环寿命与使用寿命
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 车辆 动力 系统 设计 毕业设计 汇编