张森：汽车电子差速及其控制方法设计
uN常规车速，km／h；
r滚动车轮半径，m。
根据现有电动汽车技术参数取：
ig=1.333(固定速比)，
io=4.35，
uN=50，r=0.3m,带入(3.2)，得
nN=2563 r／min
3.3电动汽车驱动电机性能比较
1．直流电动机
有刷直流电动机的主要优点是控制简单、技术成熟。具有交流电机不可比拟的优良控制特性。在早期开发的电动汽车上多采用直流电动机，即使到现在，还有一些电动汽车上仍使用直流电动机来驱动。但由于存在电刷和机械换向器，不但限制了电机过载能力与速度的进一步提高，而且如果长时间运行，势必要经常维护和更换电刷和换向器。另外，由于损耗存在于转子上，使得散热困难，限制了电机转矩质量比的进一步提高。鉴于直流电动机存在以上缺陷，在新研制的电动汽车上已基本不采用直流电动机。 2．交流三相感应电动机
交流三相感应电动机是应用得最广泛的电动机。其定子和转子采用硅钢片叠压而定子之间没有相互接触的滑环、换向器等部件。结构简单，运行可靠，经久耐用。交流感应电动机的功率覆盖面很宽广，转速达到12000～15000r/min。可采用空气冷却或液体冷却方式，冷却自由度高。对环境的适应性好，井能够实现再生反馈制动。与同样功率的直流电动机相比较，效率较高，质量减轻一半左右，价格便宜，维修方便。 3．永磁无刷直流电动机
永磁无刷直流电动机是一种高性能的电动机。它的最大特点就是具有直流电动机的外特性而没有刷组成的机械接触结构。加之，它采用永磁体转子，没有励磁损耗：发热的电枢绕组又装在外面的定子上，散热容易，因此，永磁无刷直流电动机没有换向火花，没有无线电干扰，寿命长，运行可靠，维修简便。此外，它的转速不受机械换向的限制，如果采用空气轴承或磁悬浮轴承，可以在每分钟高达几十万转运行。永磁无刷直流电动机机系统相比具有更高的能量密度和更高的效率，在电动汽车中有着很好的应用前景。
通过系统地分析和比较后认为永磁无刷直流电动机综合性能超过其它电动
10
2009届机械电子工程专业毕业设计
机，有可能是当前电动汽车的最佳选择。综上该系统选用4个永磁无刷直流电动机作为驱动电机，其外观如图3.1所示：
图3.1 永磁无刷直流电机外观图
电机具体参数见表3.1。
表3.1 永磁无刷直流电机参数
型号 额定电压 额定功率 4KW 额定转速 效 率 防护等级 IP54 绝缘等级 H级 RYW048—03 36V—96V 3000r/min 91% 3.4蓄电池的选择
纯电动汽车的最大瓶颈是电池。电动汽车对电池的要求比较高，高比能、高比功率、快速充电和具有深度放电功能、循环和使用寿命长。铅酸电池作为比较成熟的技术，虽然其比能量、比功率和能量密度都比较低，但是高的性价比及高倍率放电，成为目前唯一能大批量生成的电动汽车用电池。镍镉电池和镍氢电池虽然性能好于铅酸电池，但是其性价比不高，含重金属，用完遗弃后对环境会造成严重污染。
目前，越来越多的研究人员选用锂离子电池作为电动汽车的动力电池，因为锂离子动力电池有以下优点：工作电压高（是镍镉电池氢-镍电池的3倍）；比能量大（可达165WH/㎏，是氢镍电池的3倍）；体积小；质量轻；循环寿命长；自放电率低；无记忆效应；无污染等。磷酸铁锂电池也是一种锂电池，其比能量不到钴酸锂电池的一半，但是其安全性高，循环次数能达到2000次，放电稳定，价格便宜，成为车用动力新的选择。
11
张森：汽车电子差速及其控制方法设计
表3.2各种车用电池的性能比较
电池类型 铅酸电池 镍镉电池 镍氢电池 锂离子电池 磷酸铁锂电池 能量（W·h/kg） 功率（W/kg） 能量密度（W·h/L） 循环寿命（次） 35 55 80 120 120 130 170 225 180 90 90 94 143 360 210 500 500 1000 1200 2000 通过以上比较选择锂离子电池作为电动汽车的电源，额定电压12V，采用三组电池串联，来满足电动汽车的能量需求。
12
2009届机械电子工程专业毕业设计
第4章 减速机构设计
对于电机驱动控制系统，本设计采用驱动电机与减速器相连接，再带动车轮的方式，本章进行电机和车轮之间的减速器设计。
4.1传动比的计算
在第三章中已选择永磁直流无刷电机的额定转速为3000r/min,电动汽车的最高车速为100km/h,所以根据公式
v n轮? (4.1)
2?r?3.6式中：
n轮为车轮转速；
v 为车速；
r 为滚动车轮半径
已知v?100 km/h, r=0.3m,带入式(4.1)得n轮=14.7r/s 所以电机到车轮之间的传动比i为i?nn电机轮?300060=3.4,所以减速器设计为单14.7极减速器，传动比取i=4。
根据额定功率和转速确定电机额定转矩
MN?9554?pNnN =25.5Nm
N由此可得车轮的转矩为:
M=M轮?i=102Nm
4.2齿轮的设计
4.2.1齿轮参数选择与设计
圆柱齿轮传动的传递功率和速度适用范围大，功率可从小于千分之一瓦到10万千瓦，速度可从极低到 300米/秒。这种传动工作可靠，寿命长，传动效率
13
张森：汽车电子差速及其控制方法设计
高(可达0.99以上)，结构紧凑，运转维护简单。按轮齿与齿轮轴线的相对关系，圆柱齿轮传动可分为直齿圆柱齿轮传动﹑斜齿圆柱齿轮传动和人字齿圆柱齿轮传动3种。按啮合形式可分为：外啮合齿轮传动，由两个相啮合的外齿轮组成，两轮转向相反；内啮合齿轮传动，由一个内齿轮和一个外齿轮组成，两轮转向相同
[11]
。为使设计加工简单，本设计采用直齿圆柱齿轮。
1）选择齿轮材料及精度等级
小齿轮选用40Cr调质，齿面硬度为270HBS。大齿轮选用45 钢，调质，齿面硬度195HBS；根据课本选7级精度。齿面精糙度Ra≤1.6~3.2μm。 由机械课本图9—19、图9—25查得
?Hlim1?720MPa ?550MPa ?290MPa ?210MPa
???Hlim2Flim1Flim22）齿轮的中心距
根据校核公式推导出的简化设计公式 a?483(u?1)3式中：
为中心距（mm）； aK为载荷系数可取1.2～2.0；
外啮合取正号，内啮合取负号，此处为外啮合所以取正号。 齿数比：u ?i?4取齿宽系数： ???0.4 ，载荷系数取K?1.5， 小齿轮转矩T1?25.5Nm 由所选材料可得：
KT1 a (4.2)
?u???H??2720?1?Hmin1ZNZLVRZWZX?????655MPa??H1?1.1sHmin550?1?Hmin2ZNZLVRZWZX?????500MPa??H2?1.1sHmin14