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畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 設(shè)計（論文）題目: 電動車輪邊驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計 院 系 名 稱: 汽車與交通工程學(xué)院 專 業(yè) 班 級: 車輛工程 學(xué) 生 姓 名: 蔣善毅 導(dǎo) 師 姓 名: 安永東 開 題 時 間: 2011.2.28 指導(dǎo)委員會審查意見： 簽字： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 學(xué)生姓名 蔣善毅 系部 汽車與交通工程學(xué)院 專業(yè)、班級 車輛工程07-11班 指導(dǎo)教師姓名 安永東 職稱 副教授 從事 專業(yè) 車輛工程 是否外聘 □是√否 題目名稱 電動車輪邊驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計 一、課題研究現(xiàn)狀、選題目的和意義 隨著電動汽車技術(shù)得到了不斷的發(fā)展，作為電動汽車關(guān)鍵技術(shù)之一的電力驅(qū)動系統(tǒng)(包括電氣系統(tǒng)、變速裝置和車輪)出現(xiàn)了許多新的技術(shù)方案，其中，輪轂式電力驅(qū)動是一種極有發(fā)展前景的驅(qū)動形式。它直接將電動機(jī)安裝在車輪輪轂中， 省略了傳統(tǒng)的離合器、變速器、主減速器及差速器等部件，大大簡化了整車結(jié)構(gòu)、提高了傳動效率。通過控制技術(shù)實現(xiàn)對電動輪的電子差速控制，可以改善車輛驅(qū)動性能和行駛性能，且有利于整車的布置等優(yōu)點。將這樣的結(jié)構(gòu)稱為電動輪(In-wheel Motor)。本文研究的問題就是以電動輪驅(qū)動技術(shù)作為背景的。 在電動輪研究與應(yīng)用方面，目前國外電動輪的研究、應(yīng)用主要以日本、美國為主，如日本慶應(yīng)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，一直以輪轂電機(jī)驅(qū)動的電動汽車作為理想的研發(fā)目標(biāo)，至今已試制了五種不同形式的樣車。其中，1991年與東京電力公司共同開發(fā)的四座電動汽車IZA，采用Ni-Cd電池為動力源，以四個額定功率為6.8kw，峰值功率達(dá)到25kw的外轉(zhuǎn)子永磁輪轂電機(jī)驅(qū)動，最高時速可達(dá)176km/h；2001年，該小組又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(jī)獨立驅(qū)動的電動大轎車KAZ，該車充分利用電動輪驅(qū)動系統(tǒng)布置靈活的特點，打破傳統(tǒng)在KAZ轎車上安裝了8個車輪，大大增加了動力，從而使該車的最高時速可以達(dá)到驚人的311km／h。KAZ的電動輪系統(tǒng)中采用了高轉(zhuǎn)速、高性能的內(nèi)轉(zhuǎn)子電動機(jī)，其峰值功率可達(dá)55kw，大大提高了KAZ的極限加速能力，使其0一100km加速時間達(dá)到8秒，如圖 1.1所示。另外，慶應(yīng)大學(xué)電動汽車研究團(tuán)隊與38家同本民營企業(yè)聯(lián)合開發(fā)了時速達(dá)到400 km／h的電動汽車Eliica，該車以充電鋰電池為能源，并對8個車輪配有8個獨立的驅(qū)動電機(jī)，如圖 1.2所示。日本豐田汽車公司開發(fā)的Fine-x電動車，四輪獨立驅(qū)動控制搭配內(nèi)置于四輪內(nèi)的電動馬達(dá)，四輪輪邊驅(qū)動技術(shù)使該車具有報高的機(jī)動性及動力[1]。美國通用公司2001年試制的全新線控四輪驅(qū)動燃料電池概念車Autonomy也是采用電動輪驅(qū)動形式的(見圖 1.3)。加拿大TM4公司所設(shè)計的電動輪結(jié)構(gòu)形式清晰，采用外轉(zhuǎn)予永磁電動機(jī)。將電動機(jī)轉(zhuǎn)子外殼直接與輪轂相連，將電動機(jī)外殼作為車輪的組成部分，并且電動機(jī)轉(zhuǎn)子外殼集成為鼓式制動器的制動鼓，制動蹄片直接作用在電動機(jī)外殼上，省去制動鼓的結(jié)構(gòu)，減輕了電動輪系統(tǒng)的質(zhì)量．集成化設(shè)計程度相當(dāng)高,電動輪結(jié)構(gòu)如圖 1.4所示。TM4公司研制的這個電動輪系統(tǒng)的永磁無刷直流電動機(jī)性能非常高，其峰值功率可咀達(dá)到80kw，峰值扭矩為670Nm．最高轉(zhuǎn)速為1385rpm，額定功率為18.5kw．額定轉(zhuǎn)速為950rpm，額定工況下的平均效率可以達(dá)到96.3%。 國內(nèi)，哈爾濱工業(yè)大學(xué)一愛英斯電動汽車研究所研制開發(fā)的EV96-1型電動汽車驅(qū)動電動輪也屬于外轉(zhuǎn)予型電動機(jī)。該電動機(jī)選用的是一種“多態(tài)電動機(jī)”的永磁電動機(jī)，兼有同步電動機(jī)和異步電動機(jī)的雙重特性，集成盤式制動囂，采用風(fēng)凈敖熱系統(tǒng)。同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院試制的四輪驅(qū)動電動汽車“春暉一號”、“春暉二號一和“春暉三號"均采用四個直流無刷輪轂電動機(jī)，外置式盤式制動器。比亞迪于2004年在北京車展上展出的ET概念車也采用了4個輪邊電機(jī)獨立驅(qū)動的模式。中國科學(xué)院北京三環(huán)通用電氣公司研制的電動轎車用直流無刷輪轂電機(jī)，又稱電動車輪。單個電動車輪功率為7.5kW，電壓264V，雙后輪直接驅(qū)動。 國內(nèi)，哈爾濱工業(yè)大學(xué)一愛英斯電動汽車研究所研制開發(fā)的EV96-1型電動汽車驅(qū)動電動輪也屬于外轉(zhuǎn)予型電動機(jī)。該電動機(jī)選用的是一種“多態(tài)電動機(jī)”的永磁電動機(jī)，兼有同步電動機(jī)和異步電動機(jī)的雙重特性，集成盤式制動囂，采用風(fēng)凈敖熱系統(tǒng)。同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院試制的四輪驅(qū)動電動汽車“春暉一號”、“春暉二號一和“春暉三號"均采用四個直流無刷輪轂電動機(jī)，外置式盤式制動器。比亞迪于2004年在北京車展上展出的ET概念車也采用了4個輪邊電機(jī)獨立驅(qū)動的模式。中國科學(xué)院北京三環(huán)通用電氣公司研制的電動轎車用直流無刷輪轂電機(jī)，又稱電動車輪。單個電動車輪功率為7.5kW，電壓264V，雙后輪直接驅(qū)動。 圖 Error! No text of specified style in document..1KAZ電動汽車 圖 Error! No text of specified style in document..2 Eliica電動汽車 圖 Error! No text of specified style in document..3 Eliica電動汽車 圖 Error! No text of specified style in document..4 TM4一電動輪系統(tǒng) 本文研究所應(yīng)用的減速驅(qū)動型電動輪，需要合適的減速器作為電動輪的減速裝置。原則上既可以選擇可變速比齒輪減速器，也可以選擇固定速比齒輪減速器。雖然可變速比齒輪減速器傳動具有以下優(yōu)點：應(yīng)用常規(guī)驅(qū)動電動機(jī)系統(tǒng)可以在低檔位得到較高的啟動轉(zhuǎn)矩，在高檔位得到較高的行駛速度，但是缺點就是體積大、質(zhì)量大、成本高、可靠性低、結(jié)構(gòu)復(fù)雜。實際上，現(xiàn)在所有電動車都采用了固定速比齒輪變速器作為減速裝置。并把安裝在電動輪輪轂內(nèi)的定減速比減速器稱為輪邊減速器(Wheel Reducer)。帶輪邊減速器電動輪電驅(qū)動系統(tǒng)能適應(yīng)現(xiàn)代高性能電動汽車的運(yùn)行要求。輪邊減速器將動力從原動機(jī)(此研究中即為輪轂驅(qū)動電機(jī))直接傳遞給車輪，其主要功能是降低轉(zhuǎn)速、增加轉(zhuǎn)矩，從而使原動機(jī)的輸出動力能夠滿足電動轎車的行車動力需求。按照齒輪及其布置型式，輪邊減速器有行星齒輪式及普通圓柱齒輪式兩種結(jié)構(gòu)。這兩種結(jié)構(gòu)形式在工程中都已有成功應(yīng)用，例如在奧地利微型越野汽車“Steyr-puch Haflinger"的斷開式后驅(qū)動橋中就采用了普通圓柱齒輪式輪邊減速器；在某些雙層公交汽車的驅(qū)動橋中，為了降低車廂與地板的高度，有時也采用普通圓柱齒輪式輪邊減速器作為汽車的第二級減速裝置；日本開發(fā)的輕型輪式電機(jī)電動汽車Luciole，采用的是內(nèi)轉(zhuǎn)子高速無刷直流電動機(jī)．行星齒輪-鼓式制動器的驅(qū)動系統(tǒng)，也應(yīng)用了輪邊減速器；“太脫拉111R”重型汽車的貫通式中橋、法國索瑪MTP型自卸汽車、斯太爾汽車后驅(qū)動橋等都采用了行星齒輪式輪邊減速器；在電動汽車領(lǐng)域，在輪邊減速器的應(yīng)用上，主要以日本應(yīng)慶大學(xué)開發(fā)研制的八輪輪邊驅(qū)動電動汽車“KAZ”最為成功，為了使得電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)速符合實際轉(zhuǎn)速要求，KAZ的電動輪系統(tǒng)配置了一個傳動比為4.588的行星齒輪減速器，圖 1.5為KAZ的前、后電動輪系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，從圖中可以看見行星減速器為傳動主題的輪邊減速裝置。 （a） 前輪 （b） 后輪 圖 Error! No text of specified style in document..5 KAZ電動輪系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 設(shè)計一種微型電動車用的輪邊減速器，是為電動汽車的輪邊驅(qū)動系統(tǒng)使用，工作力矩較小，但因沒有主減速器而需要更大的減速比。大型車輛的輪邊減速器的結(jié)構(gòu)型式可以為電動汽車的輪邊減速器提供參考，縮小結(jié)構(gòu)尺寸，而增大減速比，滿足輪邊驅(qū)動系統(tǒng)的使用要求。 二、設(shè)計（論文）的基本內(nèi)容、擬解決的主要問題 （一）主要設(shè)計內(nèi)容 行星齒輪減速器齒輪幾何尺寸計算、減速器各級齒輪的校核、軸承選取及壽命計算、軸的設(shè)計、箱體設(shè)計。 第2章 輪邊減速器設(shè)計 2.1 電動輪的類型及選擇 2.2 輪邊減速器的傳動方案 第3章 輪邊驅(qū)動的參數(shù)確定及關(guān)鍵零部件的設(shè)計 3.1 驅(qū)動電機(jī)性能參數(shù)的確定 3.2 減速器關(guān)鍵零部件的設(shè)計 3.3 輪邊減速器的潤滑 3.4 輪邊減速器零部件之間的裝配關(guān)系 第4章 行星齒輪傳動的傳動結(jié)構(gòu)的設(shè)計 4.1 行星齒輪傳動的均載機(jī)構(gòu) 4.2 行星齒輪傳動的齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計 三、技術(shù)路線（研究方法） 調(diào)查研究 輪邊驅(qū)動系統(tǒng)工作要求、主要技術(shù)指標(biāo)的分析 數(shù)據(jù)計算、分析、處理 輪邊驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計、行星齒輪設(shè)計 輪邊減速器進(jìn)行優(yōu)化分析 確定最終設(shè)計結(jié)果 四、進(jìn)度安排 1、進(jìn)行文獻(xiàn)檢索查，查看相關(guān)資料，對課題的基本內(nèi)容有一定的認(rèn)識和了解。完成開題報告。第1-2周（2月28日～3月11日） 2、初步確定設(shè)計的總體方案，討論確定方案；對減速器進(jìn)行初步設(shè)計和選取。第3-6周（3月14日～4月8日） 3、提交設(shè)計草稿，進(jìn)行討論，修定。第7周（4月11日～4月15日） 4、詳細(xì)設(shè)計液壓系統(tǒng)，設(shè)計非標(biāo)件，繪制裝配圖及零件圖。第8-12周（4月18日～5月20日） 5、提交正式設(shè)計，教師審核。第13-14周（5月23日～6月3日） 6、按照審核意見進(jìn)行修改。第15周（6月6日～6月10日） 7、整理所有材料，裝訂成冊，準(zhǔn)備答辯。第16周（6月13日～6月17日） 五、參考文獻(xiàn) [1] 宋佑川，金國棟．電動輪的類型與特點．城市公路交通，2004．4 [2] 饒振剛．行星齒輪傳動設(shè)計．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003．9 [3]劉維信．汽車設(shè)計(第1版)．北京：清華大學(xué)出版社。2007 [4]饒振綱．行星傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計(第二版)．北京：國防：工業(yè)出版社，1994 [5] [6] [5]孫恒，陳佐模．機(jī)械原理(第六版)．北京：高等教育出版社，2002 [6]成大龍．機(jī)械設(shè)計手冊(第三版，第二卷)．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1999 [7]程乃士.減速器和變速器設(shè)計與選用手冊．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007 [8]余志生．汽車?yán)碚摚本簷C(jī)械工業(yè)出版社，2000 [9]陳家瑞．汽車構(gòu)造(下冊)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006 [10] 胡驊，宋慧．電動汽車．北京，人民交通出版社，2000 [11] 濮良貴，紀(jì)明剛．機(jī)械設(shè)計(第七版)．北京：高等教育出版社，2002 [12] 王望予．汽車設(shè)計(第3版)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000 [13] Ron McCoy．VLrtual Prototyping：The Practical Solution．Inventor’Digest,May／June 1998 六、備注 指導(dǎo)教師意見： 簽字： 年 月 日