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1、独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容以外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果，也不包含为获得江苏大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名： 5 5受访看O 1 4 2 日2 5 1 9 1 4 比例 通常情况下f 犯作日的行驶里程7每日行程里程 i 0 0( 英里)受访者比例4 3 4 3 ，1 1 2 2 0 0 英里1 0 1 - 2 0 0 英里5 0 - 1
2、0 0 英里 0 3 7 7 x 等r 1 9 ，“m xE 哦= ，+ 凡= 耐+ 五C D 西A 砧2 眦( 3 1 0 )式中兀叫一电动机最高转速时的输出扭矩，N q n ；凡眦一为最高车速时的行驶阻力，N 。具体计算如下：E 一= 7 0 0 9 8 o 0 1 1 + 面0 2 9 x 2 0 6 0 2L 眦= 1 6 7 3 N低速电动汽车传动系统设计及仿真研究i o _ 0 3 7 7 x 等等i o 2 2综合上面的计算所述，传动系的传动比范围为2 2 i 7 5 4 。经过搜索、对比，我们选用“四J I I 建安工业有限责任公司“ 生产的微型汽车后驱动桥，其具体参数如表3
3、7 所示。表3 7 微型汽车后驱动桥技术参数3 5 两档变速器的设计在电动机参数一定的情况下，为了达到纯电动汽车的动力性要求，进一步提高汽车驱动轮的转矩，并能够调节电机转速和汽车车速之间的关系，往往使用变速器传动装置。在变速器设计时，传动比的选择是关键，因为传动比的选择要兼顾续驶里程要求和汽车动力性要求，它往往关系到电机的工作状态以及电机在不同工况下的工作点，从而直接影响了电机工作效率，进而影响到整车的续驶里程。1 传动比对整车性能的影响分析一般情况下适当增大传动比可以提高整车的加速性能和爬坡性能，这是因为由汽车行驶过程中牵引力计算公式可知，在电动机输出转矩一定的情况下，整车牵引力随着速比的增
4、大而增大。这样在行驶阻力一定的情况下，可以提高整车的最大动力因素D 。由电动机的工作特性可知，在恒转矩阶段，速比的增大可以提高整车的加速性和爬坡性能。但是，由于电动机工作特性的特殊性，在电动机参数一定的情况下，增大速比却不一定能够提高整车的最高车速，这是因为：电动车在最高车速行驶时，电动机主要工作在恒功率区，在恒功率阶段，牵引力只与不同挡位下的所确定的速度有关系。因此，若要提高电动汽车的最高车速这就需要对电机的参数进行重新选择。2 传动比对整车续驶里程的影响传动比选择是否合适，对整车的续驶里程有着重要的影响。根据电机的高效区工作在电机的额定转速和额定功率附近的原理，电动汽车在工况行驶情况下，为
5、了提高其续驶里程，应尽量使电动机在等功率区段和额定转速附近工作。2 8江苏大学高教硕士学位论文为了实现上述要求，可以通过对传动比进行优化，使电动汽车经常运行的速度区域落在电动汽车的高效区所对应的转速范围内，图3 1 为通过速比优化电机高效区的调节路线，从图中可以看出，可以通过两个路线来调节电机的效率区，一个路线为通过调节电机在额定功功率附近的工作区，使电动机工作点上下移动；一个路线为通过调节电动机在额定转速附近的工作区，使电动机工作点左右移动。弋嘲嘲翻-电机；锄滋路线 研究对象目标囊提豳： 整1 ： 续驶I坐程：目标图3 1电动机高效区调节路线图3 2 为通过速比优化电动机高效区调节的原理图。
6、从图中可以看出，经过改变速比，可以使电动机的工作点通过上下、左右移动，而移向电动机经常工作的最佳效率区域内。nn m 默转速nn m 强转速图3 2 通过速比优化电机高效区调节原理在进行传动比优化时，为了兼顾整车的动力性和续驶里程要求，一般以动力性为约束条件，以整车的续驶里程为优化目标函数，优化的最终目的是使得续驶里程达到最大值【矧。3 5 1 传动比的范围确定项目要设计的是一个两档的变速器，因此只有一个最高档和一个最低档，电动汽车以最高车速行驶时，用最小传动比的档位工作，在最大爬坡度时用最大传动比的档位工作。1 根据最高车速和使电机处于高效区来确定二档传动比2 9低速电动汽车传动系统设计及仿
7、真研究i z 0 3 6 7 8 旦_( 3 1 1 )l ，呱l O式中，一车轮半径，r = 0 3 m ：一电机额定转速；一设计的最高车速，6 0 虹l l l ；l o 一主传动比，3 9 。i 2 - 0 3 6 7 8 等筹0 9 4 3为使设计的变速器质量轻，二档采用直接档，即i 2 = 1 。2 根据最大爬坡度确定一档传动比汽车在最大上坡路面上行驶时，最大驱动力应能克服轮胎与路面间滚动阻力及上坡阻力。由于汽车上坡行驶时，车速不高，故忽略空气阻力，由汽车行驶方程得：f l 巡!( 3 1 2 ) 2 乙眦i o r l式中矗一变速器一档传动比；f o 一主减速器传动比；7 7 一汽
8、车传动系总效率：柏一汽车总质量，l 【g ；、l ，一道路最大阻力系数，这里取0 0 4 ；，一驱动轮半径，m ；兀叫一电动机最大扭矩，N m 。具体计算如下： 0 3 x 7 0 0 x 9 8 x 0 0 42 0 3 9 0 9i l 1 23 根据驱动轮与路面的附着力确定一档传动比汽车行驶时，为了使驱动轮不打滑，必须使驱动力等于或小于驱动轮与路面间的附着力，由此得：i l - 丝翌( 3 1 3 )T , - i o t l式中：伊一道路附着系数，计算时取矿= 0 5 0 6 ；江苏大学高教硕士学位论文一驱动轮垂直反力，用下列公式计算：- - ( x c o s 口+ 鼢譬s i nc
9、 ：) m 。g L ，其中，当后轮驱动时x = 厶，S - 1 ；口为路面坡度角；、L l 、L 2 分别为汽车质心距前后轴的距离；L 为汽车轴距；h 8 为汽车满载时的质心高度。具体计算如下：L 1 = 5 5 x L = 5 5 2 1 7 0 = 1 1 9 3 5 m m= ( 11 9 3 5 c o s l 8 0 + l 5 5X S i n l 8 。) 7 0 0 9 8 XS i n l 8 。赤三1 1 2 5 5 N1 1 2 5 5 0 3 0 5 J 1 、一2 0 3 9 U 9i l 2 4根据上述条件可以确定一档传动比的范围为1 2i I 2 4 。3 5
10、2 传动比的优化设计为了使整车在工况运行条件下续驶里程达到最大，以续驶里程为目标函数，以动力性要求和传动比范围为约束条件对变速器传动比进行优化设计。工况下目标函数的计算在整个工况下电动汽车可以行驶的续驶里程( 目标函数) 表达式为：L ：C , V N 7 7 S( 3 1 4 ) 。式中C 一电池容量oy 一电池组电压，7 2 V ；，7 珈8 ：彬一在一个工况下汽车行驶所消耗的能量；s 一为一个工况下的行驶距离，k m 。由上式可知，要建立在工况下的续驶晕程的函数表达式，需求得形的表达式。一个工况情况下电动汽车整车所消耗的能量由该工况下等速行驶时的能量消耗和汽车加速过程中的能量消耗两部分组
11、成，下面以C Y C5 P E A K 工况为例，将对这两种过程所消耗能量的计算过程进行详细论述。C Y C5 P E A K 工况包括在加速、减速和等速等不同条件下行驶I 蛔，工况如图3 3 所示。3 1低速电动汽车传动系统设计及仿真研究图3 3C Y C 一5 眦工况1 等速行驶时的能量消耗计算工况条件下，假设在某时间间隔A t 。内，以速度行驶，其计算步骤为：计算在U 速度下，整车所消耗的功率 只= 击+ 警)O 1 5 )只2 高( 啊+ 蔷 )计算在屹速度下，速比为时，电机的转速1 1刀：塑生( 3 1 6 )0 3 7 7 r、7计算在u 速度下，速比为时，电机的转速TT = 纛(
12、 耐+ 尝0 1 7 ) 2 11 5= ( 耐+ 矧7 7 I l o 一由电机的效率特性曲线，计算在u 车速下的电机的效率r h计算在该时间她内的能量消耗形= 仇A t 。( 3 1 8 )同理，在其它时间白J 隔内等速行驶时消耗的能量可按上述步骤计算得出，则在整个工况下等速行驶时所消耗的总能量为：= 彤( 3 1 9 )式中肼一不同时间段内等速工况的个数。2 汽车加速过程中的能量消耗计算假设从速度M 匀加速至屹，加速时间为t ，则可将时间分成刀个均匀区段，时间间隔b ， ，t m - 1t 。( t o = 0 ，t = f ) ，时间间隔A t = f l + l 一= t m ，对应
13、加速度a = p 2 一v , ) t ，每个区段车速为K = q + a t m ，计算在每个区段内的能量消耗的步骤为：计算在K 速度下，速比为时，电机的转速n江苏大学高教硕士学位论文露= 揣03 7 7 r( 3 2 0 )露= = 一l j Z U 、，计算在U 速度下，速比为i 一时，电机的转速T z = 嘉( m g f + 尝，7 ，l o l Z l 1 3由电机的效率特性曲线，计算在U 车速下的电机的效率仇算在U 以一U 速度下，整车所消耗的能量彤= 赤旧+ 等+ 棚( f n )( 3 2 2 )则在对应整个加速阶段的能量消耗为彤o = 彤( 3 2 3 )同理，在其它时间间
14、隔内加速行驶时消耗的能量可按上述步骤计算得出，则在整个工况下加速行驶时所消耗的总能量为：= 彤o( 3 砷式中j 一一个工况下不同时间段内加速工况的个数。则在整个工况行驶条件下整车所消耗的总能量W 就可求出，为：W = + ( 3 2 5 )由式( 3 1 3 ) 可计算出在整个工况下电动汽车可以行驶的续驶里程。从以上求解的过程中可以看出，由于主减速器传动比已固定为3 9 ，因此为变速器传动比的函数，所以在传动比范围和动力性条件约束条件下，通过对变速器传动比的迭代运算可以求出最优的传动比使续航里程最大 4 7 1 4 8 1 。约束条件确定。动力性约束条件，即传动系统总传动比的上限和下限，还有
15、一档传动比的范围，即2 2 i 7 5 41 2 i lS2 4( 3 2 6 )加速时间的约束 扛伊朋( r i 两去耐限2 7 )+ r i i 石南丽砷) s 1 0 G- 00 3 4 1 v+ l = 1 咖) S 也，眦刁一厂 ，37式中P 眦一电机最大功率；低速电动汽车传动系统设计及仿真研究屹一正常车速，3 5 k m h ：一整车设计参数，4 0 k m h 。3 5 k m h 等速行驶条件情况下续驶里程约束条件的建立L 一2 0 0 ：! ：堡：翌一2 0 0 o( 3 2 8 ) P式中P 一为在速度为3 5 k m h 情况下的功率消耗；一电池总能量。编程实现速比优化。在上述目标函数和约束条件确定后，选用M A T L A B 优化工具箱中h n i n c o n 优化函数，分别建立目标函数M 文件和约束条件M 文件，通过编程优化，初始值毛= 3 9 ，= 2 ，如= 1 。经过优化后一档传动比为= 1 8 7 。3 5 3 变速器中心距的确定变速器齿轮的中心距是变速器的重要参数，它对变速器整体尺寸、体积及质量有很大影响。通常根据经验公式初选中心距A ： 彳：七癍( 3 2 9 )其中k 为中心距系数，对轿车，k = 8 9 。9
