轻型电动汽车电机变速器集成驱动系统设计与开发

摘要

在轻型纯电动汽车、串联式混合动力、燃料电池电动汽车的研制过程中，驱动系统的结构布置和参数以及参数之间的匹配合理性对电动汽车的动力性、经济性、续驶里程等都有显著的影响。驱动系统是电动汽车的关键组成部分，它的特性决定了电动汽车的动力特性，同时，它的效率对电动汽车效率影响也非常大。对该系统的设计参数进行研究是提高电动汽车性能的重要手段之一。电动汽车驱动系统的对电动汽车的动力性、续驶里程等都有显著的影响。
　　 本文介绍了电动汽车的发展，各类驱动电机的特点和变速器的发展现状，介绍了国内外对电动汽车驱动系统的研究重点和方向。研究了电机变速器的集成方案，设计了电机变速器的布置形式，分析了取消离合器及倒挡齿轮的可行性，并发现了对国内普遍介绍的无离合器AMT的换挡过程所存在的问题并提出了解决该问题的办法。研究了该无离合器AMT的换挡工作原理，设计了该变速器的基本结构。介绍了轻型电动汽车电机和变速器的匹配原则，选择了感应电机作为驱动电机，并分析了其工作特性，设计了电机和变速器的各个参数，并验证了参数的合理性。介绍了目前常见的各种变速器的换挡机构，设计出了由换挡电机驱动的齿轮齿条机构和螺旋传动机构这两种换挡机构。根据驱动系统集成化的要求，选用了螺旋传动机构作为换挡机构，并计算出了螺旋传动机构的详细参数，分析了换挡品质，结果表明，该换挡机构具有良好的换挡品质。介绍了三维建模技术、装配及其运动分析的基本知识，建立了电机变速器集成驱动系统的三维模型，在装配后进行了空间及运动学仿真分析，验证了该驱动系统结构尺寸关系的合理性及优势、传动比及换挡时间等参数的正确性和可行性。介绍了变速器轴的强度和刚度的传统验算理论，并对变速器输入轴和输出轴进行了静力学和模态分析，校验了其在极限情况下的力学性能满足要求，在工作时不会发生共振情况。并得到了前十阶的振型图，对轴的进一步优化设计奠定了基础。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外电动汽车的发展现状

1.3 电动汽车用驱动电机及变速器现状

1.3.1 驱动电机

1.3.2 自动变速器的发展

1.4 本文主要研究内容

1.5 研究目的及意义

1.6 本章小结

第2章 电机变速器集成方案的研究

2.1 电机变速器的结构布置方案的研究

2.2 自动变速器类型的确定

2.3 变速器轻量化和小型化方案的研究

2.3.1 取消离合器的可行性分析

2.3.2 无离合器AMT换挡的原理

2.3.3 换挡过程的调速控制

2.3.4 无离合器AMT的优势

2.4 自动变速器结构的确定

2.4.1 变速器轴的布置方案

2.4.2 取消倒挡齿轮的可行性分析

2.5 自动变速器换挡系统类型的选择

2.6 自动变速器挡位数的确定

2.7 变速器及换挡执行机构的初步设计

2.8 本章小结

第3章 电机变速器集成驱动系统参数设计

3.1 电机和变速器的匹配原则

3.2 驱动电机的选择及工作特性分析

3.2.1 驱动电机的选择

3.2.2 驱动电机的工作特性分析

3.3 驱动电机参数的设计原则

3.4 自动变速器传动比的设计原则

3.5 电机变速器集成驱动系统参数的确定

3.6 参数小结

3.7 本章小结

第4章 变速器换挡机构设计及换挡品质分析

4.1 目前常见的变速器换挡机构

4.1.1 变速器操作机构概述

4.1.2 变速器操纵机构分类、功用和组成、设计要求

4.2 电控电动AMT换挡机构的作用和要求

4.3 电控电动AMT换挡机构方案的选择

4.4 螺旋传动换挡机构方案设计

4.4.1 螺旋传动机构介绍

4.4.2 螺旋传动换挡机构类型及结构

4.5 电控电动AMT换挡机构的参数设计

4.5.1 换挡电机基本参数的确定

4.5.2 螺旋传动机构参数的设计

4.5.3 螺旋传动换挡机构的验证

4.6 传统自动变速器换挡品质分析

4.6.1 换挡品质的定义

4.6.2 传统AMT存在的换挡品质问题

4.7 自动变速器换挡机构的换挡品质分析

4.7.1 分析换挡品质需要考虑的因素

4.7.2 自动变速器换挡机构的换挡时间分析

4.7.3 自动变速器换挡机构换挡品质结果分析

4.8 本章小结

第5章 电机变速器集成驱动系统建模及其运动仿真分析

5.1 概述

5.2 CATIA软件介绍

5.3 电机变速器集成驱动系统建模与装配

5.3.1 自动变速器三维建模

5.3.2 电机变速器集成驱动系统的虚拟装配

5.4 电机变速器集成驱动系统配体间的空间分析

5.5 变速器的运动仿真分析

5.5.1 变速器运动过程的干涉分析

5.5.2 变速器传动比及换挡时间验证

5.6 本章小结

第6章 变速器轴的有限元分析

6.1 有限元法的发展及其在轴系研究中的应用

6.2 轴的强度和刚度计算理论

6.3 变速器轴的有限元分析

6.3.1 输入轴的有限元分析

6.3.2 输出轴的静力学分析

6.4 输入轴和输出轴的模态分析

6.5 本章小结

第7章 全文总结与展望

7.1 全文总结

7.2 展望

致谢

参考文献

附录