散热器在电动汽车上的设计及改进
2012-03-30
核心提示：IGBT产生的热量通过热传导的方式由管壳传到散热器，然后通过强迫风冷的方式传到外界环境
中去（散热器安装在逆变器的外部）。为减少管壳与散热器之间的热阻，首先要求散热器的安装表面粗糙
度达 1.6以上
2012年3月30日讯
1逆变器模块
2006年4月我们开发了一款电动汽车用逆变器。一共用了4个IGBT，右边是3个型号为
FF1200R17KE3-B2的IGBT，主要功能是逆变（该模块以下简称为逆变模块）；左边是1个型号为
FF300R17KE3的IGBT，主要功能是斩波或制动（该模块以下简称为斩波模块）。该逆变器的散热方式
为强迫风冷，风机安装在散热器的底部，进风方式为抽风。3个逆变模块为主要工作模块。
通过查找IGBT的参数，并经过计算得出：在峰值功率下各逆变模块的发热量为1016W，由于斩波模块的工况比较复杂，估算其发热量为200W，则总功耗为3248W；在额定功率下各逆变模块的发热量
为574W，斩波模块的发热量为100W，则总功耗为1822W。
2散热器热传递的分析
IGBT产生的热量通过热传导的方式由管壳传到散热器，然后通过强迫风冷的方式传到外界环境中
去（散热器安装在逆变器的外部）。为减少管壳与散热器之间的热阻，首先要求散热器的安装表面粗
糙度达 1.6以上，其次在管壳的底部均匀涂满导热硅胶或者加垫一层导热系数大而硬度低的纯铜箔或
银箔，并用一定的预紧力压紧。
3散热器的仿真分析
计算流体动力学（ComputationalFluidDynamics，简称CFD）是通过计算机数值计算和图像显示，
对含有流体流动和传热等相关物理现象进行的系统分析。CFD的基本思想是把原来在时间域和空间域
上连续的物理量的场，如速度场，温度场，压力场等，用有限个离散点上的一系列变量值的集合来代
替按照一定的原则和方式建立起关于这些离散点上场变量之间关系的代数方程组，然后求解代数方程组获得场变量的近似值。
近年来，随着计算机技术的发展，科研开发周期的缩短，人们广泛应用CFD技术建立各种工业环
境流体力学的模型和仿真环境，得出结论，并在原来的基础上进行优化运算，以得出满足要求的最佳
方案。ICEPAK软件是专业的电子热分析软件。借助ICEPAK软件的分析和优化结果，用户可以降低设
计成本，提高产品的一次成功率，改善电子产品的性能，提高产品可靠性，缩短产品的上市时间。以
下均是用ICEPAK软件进行仿真分析的结果。
散热器基板的尺寸为680mm×430mm×20mm，翅片的尺寸为390mm×80mm×2mm，翅片的截面为长
方形，翅片间距为4mm，逆变模块间的间距为30mm，逆变模块与斩波模块间的间距为20mm，环境温度为20℃，未加说明的冷却风机均采用鼓风方式。以以上散热器的尺寸为原形，在额定工况下（除特别
说明外），选择不同的参数对其进行了仿真分析。
3.1翅片厚度的选择选择
翅片间距为4mm，翅片高度为80mm，翅片厚度为1mm，1.5mm，2mm，2.5mm或3mm（超过3mm风阻太大）。
可知，随着散热器翅片厚度的增加，散热能力增强。但是翅片厚度超过2mm后，散热的增幅明显
变小，所以选用2mm厚的翅片比较合适。
3.2翅片间距的选择
选择翅片高度为80mm，翅片厚度为2mm，翅片间距为3mm，4mm，5mm，6mm或7mm.
说明翅片间距越小，散热能力越强。由于受工艺条件的限制，目前翅片能加工到的最小间距为4mm，所以选用4mm的翅片间距是合理的。
3.3翅片高度的选择
选择翅片厚度为2mm，翅片间距为4mm，改变翅片高度，即为90mm，80mm，70mm，60mm或50mm。
当翅片高度达到80mm后，温升的幅度很小，再增加高度几乎是无用的，所以翅片高度达80mm为极限高度。此逆变器选择翅片的高度为80mm。
3.4基板厚度的选择
基板在14～22mm之间，随着基板厚度的增加，垂直于基板方向的热扩散能力增强，使温升逐渐
减小，但不同基板厚度之间的温升幅度变化较小，因此选择基板的厚度时，主要是考虑基板的强度。
3.5模块间间距的选择
4个模块间的间距分别选择为：30mm，40mm，40mm；20mm，30mm，30mm；10mm，20mm，20mm；5mm，10mm，10mm.对它们进行分析，其前后两者之间的最高温差分别为 1.43K，1.45K，2.1K，由此可见，
选用间距太宽，对模块的散热没有多少作用，因此选用间距为10mm，20mm，20mm比较合理。
考虑到该逆变器结构布置，选用模块间的间距为20mm，30mm，30mm比较合适。
3.6对抽风与鼓风的情况进行比较
选择翅片间距为4mm，翅片高度为80mm，翅片厚度分别为1mm，2mm或3mm，将鼓风方式改变为抽
风方式.可知，风机为鼓风时，翅片越厚，散热效果越好，但为抽风时，翅片达3mm时，风阻明显增大，导致温升比翅片厚度为2mm时要差。
因此抽风效果劣于鼓风方式。但由于车上受空间限制，该逆变器采用的是抽风方式。
图4为额定工况下，翅片间距为4mm，翅片高度为80mm，翅片厚度为2mm，基板厚度为20mm，各模块间间距分别为20mm，30mm，30mm，采用抽风方式的仿真分析结果。图5为峰值工况下，其余条件
与图4相同的仿真分析结果。
3.7风机的选择：
仿真分析的结果与风机的选型有关。选择风机时，需要考虑的因素很多，诸如空气的流量，风压，风机的效率，空气流动速度，通风系统的阻力特征，环境条件，噪声，体积和重量等等，其中主要参
数为风量和风压。
经计算该逆变器的总风量要求为2040m3/h（1200CFM），风压为201Pa.我们选型的风机（P22072HBL）的实际工作点的风压能满足要求，风量是通过并联的3台风机来满足要求的。由于翅片间的间距为4mm，翅片高度达80mm，所以要求的风压很高。
由于选型风机的风压与风量都留有裕量，故都能满足表2中翅片间距为3mm与表3中翅片高度为90mm的要求。
4试验情况与结果
由此可知，分析结果与试验情况比较接近，说明分析能起到指导设计的作用。
该逆变器经过地面考核，装于北京公交公司的无轨电车上。在额定工况下，经过对逆变器的运行
情况跟踪，运行正常。
5结语
该逆变器于2006年7月装于北京公交公司的104路无轨电车上试运行，2006年底开始批量生产。此后装有该逆变器的无轨电车在203路和208路线上运行。到目前为止（经历了盛夏的考验），该逆
变器运行可靠，未发生过因散热器的温升过高而导致主要器件（如IGBT，电力电容）受损的严重故障。目前以该种逆变器为原型，衍生出许多系列的逆变器，主要用于北理工奥运纯电动车，广州电车以及
多种混合动力汽车。
新能源汽车概念课程设计 课题：电动汽车设计 姓名：赵炜渝 班级：机制125 学号：1120110130 时间：2015.6
一、汽车底盘布置形式 采用电动机前置前驱形式，变速驱动桥将变速器、主减速器和差速器安装在同一个外壳(常称为变速器壳)之内。这样可以有效地简化结构，减小体积，提高传动效率。而且取消了传动轴，可使汽车自重减轻。 电池组安装在前后两排座椅下。 二、驱动电机的选择 电动汽车电机是将电源电能转换为机械能，通过传动装置或直接驱动车轮的汽车驱动装置，该电机与其他电机相比具有体积小、重量轻、效率高且高效区范围广、调速性能好等特点。 电动汽车用电动机在需要满足汽车行走的功能同时，还应满足行车时的舒适性、耐环境性、一次充电的续行里程等性能，该电机要求比普通工业用电动机更为严格的技术规范，还希望有如下功能： 体积小，重量轻。 减小有限的车载空间，特别是总质量的减小，在整个运行范围内高效率。 一次充电续行里程长，特别是行走方式频繁改变时，低负载运行时，也有较高的效率。 低速大转矩特性及宽范围内的恒功率特性。 综合上述原因考虑我们初步选定永磁无刷直流电机作为驱动电机。 无刷直流电机优点是： ①电机外特性好，非常符合电动车辆的负载特性，尤其是电机具有可贵的低速 大转矩特性，能够提供大的起动转矩，满足车辆的加速要求。 ②速度范围宽，电机可以在低中高大速度范围内运行，而有刷电机由于受机械
换向的影响，电机只能在中低速下运行。 ③电机效率高，尤其是在轻载车况下，电机仍能保持较高的效率，这对珍贵的 电池能量是很重要的。 ④过载能力强，这种电机比Y系列电动机可提高过载能力2倍以上，满足车辆 的突起堵转需要。 ⑤再生制动效果好，因电机转子具有很高的永久磁场，在汽车下坡或制动时电 机可完全进入发电机状态，给电池充电，同时起到电制动作用，减轻机械刹 车负担。 ⑥电机体积小、重量轻、比功率大、可有效地减轻重量、节省空间。 ⑦电机无机械换向器，采用全封闭式结构，防止尘土进入电机内部，可靠性高。 ⑧电机控制系统比异步电机简单。缺点是电机本身比交流电机复杂，控制器比 有刷直流电机复杂。 永磁无刷直流电机的技术数据：
电动汽车两档自动变速器的设计与研究 摘要：本文基于某电动汽车原有固定档变速器，提出了两档自动变速器的结构方案，并根据动力性和经济性指标利用MATLAB软件对其传动比进行了优化设计，最后基于UG软件建立了两档变速器的三维模型。 关键词：两档自动变速器;传动比优化;三维建模 引言 环境污染和资源短缺近年来成为了以内燃机为动力的汽车目前所面临的两大技术问题，而电动汽车以可再生、清洁的电能作为动力，克服了传统汽车的这些缺点，成为了目前汽车生产商研究的热点。纯电动汽车以电动机作为动力源，具有良好的调速特性，电动机在低速时恒转矩和高速时恒功率的特性比较适合车辆的运行需求。鉴于研发成本的考虑，众多在内燃发动机汽车基础上改造的电动汽车，大都沿用了原有变速器的一个或两个档位来传动，不利于变速器的专用化。 山东某汽车公司生产的电动汽车采用固定速比减速器，只有一个档位，使得电动机常工作在低效率区域，既浪费能源，又提高了对牵引电机的要求，还使汽车的续驶里程减少。因此，对作为传动系统主体的变速器的研究成为改善电动汽车传动性能尤其是经济性能的主要部分。多档化能够降低对电机的要求，扩大电动机的工作区域，通过对传动系统的控制来保证牵引电机总是能够工作在理想的区域，从而提高整车的动力性、经济性等指标。随着生活水平的不断提高，人们对驾驶舒适感和容易度也提出了更高的要求，本文基于某电动汽车研究了一种两档无离合式自动变速器，对其传动比进行了以能量消耗最小为目标的优化，并在UG环境下对变速器进行了三维建模，为进一步的动力学仿真和试车运行提供了理论依据。 1.电动汽车两档自动变速器的设计方案 档位数的增加有利于增大利用电动机最大功率的机会，提高整车的动力性和经济性，但由于电动机具有良好的调速特性，因此电动汽车的档位数不宜过多，否则会增加整车的体积和重量，降低传动效率，故本文设计两档变速，低档对应整车的起步和爬坡，高档对应整车的最大车速，这样低速档的传动比可以选择的较大，整车的牵引力也较大，动力性较强。基于原有固定速比减速器的机械结构和安装空间，本设计增加了一根传动轴，采用传统的三轴式结构。主要由输入轴、输出轴、中间传动轴、高速档齿轮、低速档齿轮、主传动齿轮、同步器及差速器等组成，其结构如图1所示。 通过换挡拨叉与同步器的连接实现高低档位的切换，同时同步器用于减少换挡冲击和噪声，实现快速同步;主传动齿轮为常啮合齿轮，用于降速增扭;差速器连接驱动轴，实现扭矩的输出和分解。变速器实现换挡的条件就是输入输出端的转速能够达到同步，由于电机的控制性能优于发动机，通过控制电机的转速、转
电动汽车变速器课程 设计 说 明 书 学院名称：机电工程学院 专业班级：机械XXXX班 学号： 0806XXXXXX 学生姓名： XXXXXX 指导老师：陈敏
电动汽车变速器设计---课程设计任务书 电动汽车变速器是有效改善牵引电动机扭矩范围的重要传动部件，通过加设变速器，可实现高转速电机和减速器的有机结合，使电动机保持在高效率工作范围类，减轻电动机和动力电池组的负荷，实现电动汽车的轻量化设计。电动汽车机械变速机构类型有多种，如轮毂电机减速器，驱动桥变速差速器等。本课程设计的变速器要求是一单级变速器，并具有空挡和倒档机制。要求通过学习掌握电动汽车变速器的原理，结构和设计知识，用所给的基本设计参数确定变速器的传动比，并进行电动汽车变速器的结构设计，绘制主要的零部件图纸，写出内容详细的设计说明书。 设计时间: 2010年秋季学期的19-20周。 1.基本设计参数： 1.电动机额定转速:2500r/min 2.电动机恒转矩区转矩: 200 Nm 3.车辆主减速比：1.0 4.电动机额定转速时车辆速度：60 km/h 5.车轮规格：205/55 R16 2.设计计算要求： 1.根据基本设计参数进行电动汽车变速器主要参数的选择与计算; 2.进行电动汽车变速器的结构设计与计算。 3.完成内容： 1.装配图１张; 2.零件图2张; 3.设计计算说明书１份。 1) 封面； 2) 课程设计任务书； 3) 目录； 4) 中英文摘要; 5) 正文； 6 ) 参考文献。 4.主要参考文献： [1]陈家瑞.汽车构造（第三版下）[M].北京：机械工业出版社,2009,6. [2]刘惟信.汽车设计[M].北京：清华大学出版社,2001,7. [3]康龙云.新能源汽车与电力电子技术[M].北京：机械工业出版社，2010,10.
新能源电动汽车两档变速器的设计与实现 一、纯电动汽车两挡自动变速器传动比优化及换挡品质研究 摘要： 汽车传动系统中，变速器作为关键构件，直接影响整车性能。为了使电动汽车驱动电机的效率得到提升，对固定速比电动汽车进行改动，采用两挡传动比方案，促使驱动电机工作效率提高，进而使整车动力性能及经济性能得到提升。主要对纯电动汽车两挡自动变速器传动比优化及换挡品质进行研究。 1、整车基本参数 基于传统微型车对电动汽车进行研究，保留原车悬挂系统，动力电池采用锰酸锂电池，驱动电机采用永磁同步电机。 综合研究后，整车参数为：满载质量 1 350 m/kg，机械传动效率0.9，轮胎滚动半径0.258 r/min，迎风面积1.868 A/m2，空气阻力系数0.31. 根据国标GB/T 28382—2012标准及市场定位，整车动力性指标如下：30 min最高车速≥80 km/h，最大爬坡速度≥20%，4%坡度的爬坡车速≥60 km/h，12%坡度的爬坡车速≥30 km/h，工况法行驶里程≥100 km。
2、驱动电机参数确定 对电机进行选择时，要确保电机最大限度地工作在高效区，同时也要考虑电池组的峰值放电倍率。 2.1 驱动电机功率在最高车速时计算 以最高车速在水平道路上行驶，对加速阻力忽略不计，设风速为0，那么电机的输出功率即为 ?P1为最高车速时驱动功率； ?ηt为机械传动效率； ?mg为整车满载质量； ?f（u）为滚动阻力系数； ?umax为最大车速； ?Cd为空气阻力系数； ?A为迎风面积。 其中： f（u）=1.2（0.009 8+0.002 5[u/（100 km/h）]+ 0.000 4[u/（100 km/h）]4）.
电动汽车自动变速器设计研究 时间:2011-04-30 14:39来源:南昌大学机电工程学院作者:黄菊花等点击: 次 本文首先简述了常见自动变速器的结构原理和优缺点，结合电动汽车电机特性和双离合器自动变速器的优点，提出将两挡双离合器自动变速器应用于电动汽车。 0引言 电动汽车以可再生清洁的电能为动力，克服了传统内燃机汽车的环境污染和资源短缺问题；电动汽车牵引电机相对传统内燃机具有较宽的工作范围，并且电机低速时恒转矩和高速时恒功率的特性更适合车辆运行需求。然而固定速比减速器仅有一个挡位，使得电动汽车电机常处在低效率区域，既浪费宝贵电池能量而使续驶里程减少，又提高了对牵引电机的要求。电动汽车牵引电机既要在恒转矩区提供较高瞬时转矩，又要在恒功率区提供较高运行速度，才能满足车辆的高速、爬坡和加速等整车性能要求。为使电动汽车发挥其优越性，并降低电动汽车对动力电池和牵引电机要求，电动汽车传动系统应多挡化。 手动变速器换挡操纵复杂以及换挡过程中需要切断动力源影响电动汽车的驾驶性能和舒适性。自动变速是车辆变速发展趋势，自动变速器相对手动变速器具有较高整车的安全性、舒适性等性能。基于平行轴式手动变速器的双离合器自动变速器，不仅继承了手动变速器传动效率高、结构紧凑、价格便宜等许多优点；同时还解决了换挡动力中断问题，也保留了液力自动变速器、无级自动变速器等换档品质好的优点。因此电动汽车采用两挡双离合器自动变速器具有更好的整车性能。 1电动汽车自动变速器结构原理 1.1系统结构原理图 图1 所示为两挡双离合器自动变速器系统结构原理图，它以变速器电控单元为中心，接收制动踏板、选择开关、加速踏板等传感器获知的信号，同时可以利用CAN 总线技术接收来自整车控制器的信号，如车速、电机转速等信号。变速器电控单元采集当前路况信息，通过一定的换挡规律发出信号指令，控制离合器执行机构操纵离合器的分离与结合等动作。
变速器设计文献综述 摘要：车辆的变速器很大程度上影响着车辆行驶的经济性、动力性、驾乘舒适性，是车辆最重要的部件之一。本文分析了国内外变速器产业的发展状况，介绍了国内外先进的变速器设计方法、科学的开发流程等，还根据我国变速器产业的发展现状提出了一些问题，并且对变速器产业的发展提出了一些合理的建议。 关键词：变速器，科学开发流程、先进设计方法 一.变速器研究意义 变速器是伴随汽车出现的产物，是组成一辆汽车的必需品，而变速器设计更是汽车设计中最重要的环节之一。变速器的作用是用来改变传动比，使发动机尽量工作在有利的工况下，满足不同的行驶要求。在不同的行驶条件下，要求汽车行驶速度和驱动扭矩能在很大范围内变化，而汽车发动机的特性是转速变化范围较小，扭矩变化范围更不可能满足实际路况需要，而变速器能做到在大范围内改变汽车行驶速度的大小和汽车驱动轮上扭矩的大小。因此,变速器的性能直接影响到汽车行驶性能。随着技术进步,变速器在最基本的传动功能之外，也在实现越来越多的功能，例如实现倒车行驶，用来满足汽车倒退行驶的需要; 中断动力传递，在发动机能够怠速运转，汽车换档或需要停车时，中断向驱动轮的动力传递; 实现空档，当离合器接合时，变速箱可以不输出动力。由此可见，研究变速器对汽车产业发展具有十分重大的意义。
二.国内外变速器使用的现状 在欧洲市场上，原本手动变速器占据的绝大部分的市场,在不断被自动变速器侵占。例如在西欧，2005年生产的装配有自动变速器的汽车占汽车总量的23%。而10年前，这个数字仅为13%。可见自动变速器正在成为市场的主流。在中国市场上，配备自动变速器也已经成为车用变速器的重要趋势。然而，在自动变速器方面，由于其新工艺、新技术和设计原理与传统手动变速器有比较大的差异，导致国内厂家在自动变速器的研发上与国际先进水平存在较大差距，即使向国外厂商寻求技术帮助，他们也不约而同地对国内厂家进行了技术封锁，这导致我国的自动变速器相比国外产品性能低下，需要大量依赖进口。据统计，进口产品占我国自动变速器市场的78%。而在手动变速器方面，经过长时间的发展，设计原理和生产工艺等都较为成熟，技术难度也相对较低，因此我国通过引进国外先进技术，消化吸收并自主创新，能做到自主生产，基本满足了本土车辆厂商的生产需要。可以预见的是，未来汽车变速器的市场将以自动变速器为主，发展和掌握高端自动变速器制造技术是追赶世界变速器制造技术的重要途径。而优先开发手自一体变速器在技术上可以延续我国在手动变速箱上积累的经验，更有利于我国变速器产业的发展。 三. 国外变速器先进的设计方法 近10年以来，我国变速器产业特别重视新产品的开发研制，无论是从人力物力的投入，还是资金的投入，都是非常巨大的。
电动汽车变速器的现状和发展方向 汽车行驶的速度是不断变化的，这就要求汽车的变速器的变速比要尽量多，这就是无级变速(Continuously Variable Transmission简称"CVT") 。尽管传统的齿轮变速箱并不理想，但其以结构简单、效率高、功率大三大显着优点依然占领着汽车变速箱的主流地位。 在跨越了三个世纪的一百多年后的今天，电动汽车还没有使用上满意的无级变速箱。这是汽车的无奈和缺憾。但是,人们始终没有放弃寻找实现理想汽车变速器的努力,各大汽车厂商对无级变速器(CVT)表现了极大的热情，极度重视CVT在汽车领域的实用化进程。这是世界范围尚未根本解决的难题，也是汽车变速器的研究的终极目标。 汽车变速器 围绕汽车变速箱五个研究方向，各国汽车变速器专家展开了激烈的角逐。 1．摩擦传动CVT 金属带式无级变速箱(VDT-CVT)的传动功率已能达到轿车实用的要求，装备金属带式无级变速箱的轿车已达100多万辆。据报道：大排量6缸内燃机（2.8L）的奥迪A6轿车上装备的金属带式无级变速箱Multitronic CVT ，能传动142kw（193bhp）功率，280Nm扭矩。这是真正意义的无级变速器。 另一种摩擦传动CVT(名为Extroid CVT)是滚轮转盘式。日产把它装在概念车XVL上首次于去年东京车展展示，新款公爵(Cedric)车也装用这种CVT。可与3L以上排量的大马力内燃
机(XVL的引擎输出为330Nm/194kw)搭配使用，可谓汽车变速箱发展史上又一重要进步。 从V形橡胶带CVT到V型金属带CVT再到滚轮转盘式CVT，摩擦传动CVT的研究已持续了整整一个世纪，尽管摩擦传动无级变速器的发展已经达到很高的水平，也已经装备上电动汽车达到了实用的水平。但齿轮变速箱依然占据着半壁河山，这至少说明了四个问题：（1）无级变速（CVT）是汽车变速箱始终追逐的目标。 （2）摩擦传动CVT实现大功率的无级变速传动是极为困难的。 （3）摩擦传动CVT传动效率低是必然的。 （4）摩擦传动CVT的效率，功率无法与齿轮变速相比。 2．液力传动 人们经常把液力自动变速器（AT）和无级变速器（CVT）两个概念混为一谈。实际上这两种变速器工作原理完全不同。液力自动变速器免除了手动变速器繁杂的换档和脚踩离合器踏板的频繁操作，使开车变得简单、省力。但是, 液力自动变速器（AT）不是无级变速，是有级变速的自动控制，没有从根本上满足汽车对变速器的要求。 从原始橡胶带无级变速箱到现代金属链无级变速箱、滚轮转盘式CVT，百年大回转说明：无级变速箱是汽车变速箱的最终归属，液力自动变速器只不过是一种过渡产品。 3．电控机械式自动变速器 电控机械式自动变速器(Automated Mechanical Transmission简称"AMT")和液力自动变速器（AT）一样，不是无级变速器，是有级变速器的自动换档控制。其特点是机械传动部分沿用了传统的有级变速箱，但控制参量太多，实现自动控制相当困难。 4．齿轮无级变速器 齿轮无级变速器（Gear Continuously Variable Transmission）这是一种全新的设计思想，是利用齿轮传动实现高效率、大功率的无级变速传动。 据最新消息：一种"齿轮无级变速装置"(Gear Continuously Variable Transmission简称"G-CVT")已经试制成功，并已经进行了多次样机试验。"齿轮无级变速装置"结构相当简单，只有不足20种非标零件，51个零件，生产成本甚至低于手动变速箱。预计今年进行装车试验。 齿轮无级变速器的优势表现为： （1）传动功率大，200KW的传动功率是很容易达到的； （2）传动效率高，90%以上的传动效率是很容易达到的； （3）结构简单，大幅度降低生产成本，相当于自动变速箱的1/10； （4）对电动货车而言，提高传动效率，节油20%； （5）发动机在理想状态下工作，燃料燃烧完全，排放干净，极大的减少了对环境的污染。
HUNAN UNIVERSITY 毕业设计(论文) 设计论文题目：电动车两档变速器 换挡机构设计学生姓名：曹文研 学生学号：20110402426 专业班级：11级车辆四班 学院名称：机械与运载工程学院 指导老师：周云山 学院院长：韩旭 2015 年5 月20 日
电动车两档变速器换挡机构设计 摘要 变速器已经因为其对性能较大的提升逐渐成为一个电动车不可或缺的一部分，目前最常用的是AMT变速器。本论文为此类型变速器设计一个换档机构（包括电机驱动的换挡执行机构），主要重点有： 1，根据对电动汽车变速器的受力分析，对换挡机构进行结构设计，从而保证换挡机构性能，保证换挡过程中不可与其他零件产生干涉，结构紧凑。准确地实现换挡电机对同步器的控制功能。 2，保证换挡电机符合要求。需要计算同步器力矩和换挡力的大小，可以通过对换挡同步过程进行分析，通过约束换挡速度和拨叉行程这两个参数在合理范围内，根据不同换挡时刻主从动齿轮的转速差，由此计算出换挡力，以此为依据完成选换挡电机及传动机构的参数设计。 3，要选择合适的电动执行机构的结构形式，保证电动执行机构可以可靠平稳的换挡，并且通过结构设计对换挡过程进行优化，达到减小换挡时的冲击，保证寿命，减小换挡电机功率，减小成本的优点。 关键词：电动车两档变速器，换挡机构，结构设计，换挡过程优化，三维建模
Electric car two speed transmission shift mechanism design Abstract because of its great performance，Transmission is becoming an integral part of an electric car, the most commonly used is the AMT transmission. this thesis is about designing a shift mechanism for this type of transmission (including a motor-driven shift actuator), the main focus are: 1, based on stress analysis of electric vehicle transmission, the shift mechanism is designed to ensure that the performance of the shift mechanism to ensure that the shift process can not interfere with other parts, compact structure. Achieving the Shifting motor to control the synchronization accurately. 2, to ensure the shift motor compliance with the requirements. Need to calculate the synchronization torque and the shifting power. Through an analysis of shifting during synchronization.By constraining the shifting rate and shift fork movement within reasonable limits to calculate the shifting force,depending on these,we can choose the appropriate shifting motor and shifting mechanism. 3,To select the appropriate electric shifting actuator form, guarantee electric shifting actuator smooth and reliable, and by the structural design to make the shifting process optimization, to reduce the impact of the shift time to ensure longevity, reduced shift motor power,to reducing costs. Key Words:Electric car two speed transmission，Shifting mechanism， Structural Design，Shifting Process Optimization， 3-dimensional modeling
HUNAN UNIVERSITY 毕业设计(论文) 设计论文题目：电动车两档变速器 换挡机构设计 学生： 学生学号： 专业班级： 学院名称： 指导老师： 学院院长： 2015 年5 月 20 日
电动车两档变速器换挡机构设计 摘要 变速器已经因为其对性能较大的提升逐渐成为一个电动车不可或缺的一部分，目前最常用的是AMT变速器。本论文为此类型变速器设计一个换档机构（包括电机驱动的换挡执行机构），主要重点有： 1，根据对电动汽车变速器的受力分析，对换挡机构进行结构设计，从而保证换挡机构性能，保证换挡过程中不可与其他零件产生干涉，结构紧凑。准确地实现换挡电机对同步器的控制功能。 2，保证换挡电机符合要求。需要计算同步器力矩和换挡力的大小，可以通过对换挡同步过程进行分析，通过约束换挡速度和拨叉行程这两个参数在合理围，根据不同换挡时刻主从动齿轮的转速差，由此计算出换挡力，以此为依据完成选换挡电机及传动机构的参数设计。 3，要选择合适的电动执行机构的结构形式，保证电动执行机构可以可靠平稳的换挡，并且通过结构设计对换挡过程进行优化，达到减小换挡时的冲击，保证寿命，减小换挡电机功率，减小成本的优点。 关键词：电动车两档变速器，换挡机构，结构设计，换挡过程优化，三维建模 Electric car two speed transmission shift mechanism design
Abstract because of its great performance，Transmission is becoming an integral part of an electric car, the most commonly used is the AMT transmission. this thesis is about designing a shift mechanism for this type of transmission (including a motor-driven shift actuator), the main focus are: 1, based on stress analysis of electric vehicle transmission, the shift mechanism is designed to ensure that the performance of the shift mechanism to ensure that the shift process can not interfere with other parts, compact structure. Achieving the Shifting motor to control the synchronization accurately. 2, to ensure the shift motor compliance with the requirements. Need to calculate the synchronization torque and the shifting power. Through an analysis of shifting during synchronization.By constraining the shifting rate and shift fork movement within reasonable limits to calculate the shifting force,depending on these,we can choose the appropriate shifting motor and shifting mechanism. 3,To select the appropriate electric shifting actuator form, guarantee electric shifting actuator smooth and reliable, and by the structural design to make the shifting process optimization, to reduce the impact of the shift time to ensure longevity, reduced shift motor power,to reducing costs. Key Words:Electric car two speed transmission，Shifting mechanism， Structural Design，Shifting Process Optimization， 3-dimensional modeling
7070E电动汽车变速器传动比的选择 朱育增 （辽宁工业大学辽宁锦州12100） 摘要:根据电动汽车动力性能要求, 从车辆动力学出发建立了驱动电机功率计 算模型, 给出了系统传动比、最高车速、加速时间等电动汽车动力性能采参数计算一般公式。通过cruise软件对7070E电动汽车的电机变速器进行仿真分析，达到整车的设计时的动力性要求，验证匹配的可能性。 关键词：电动汽车; 动力性; 匹配;cruise。 7070 e electric auto transmission gear ratio selection Zhuyuzeng （liaoning university of technology liaoning Jinzhou 12100） Abstract In accordance with the requirements of electric vehicle power performance, starting from the vehicle dynamic driving motor power calculation model is established, the system is given transmission ratio, maximum speed, acceleration, time and so on electric vehicle dynamic performance by parameter calculation formula in general. Through cruise software for simulation analysis was made on 7070 e electric car motor gearbox, reaches the design of the vehicle's power performance requirements, verify the possibility of a match. Keywords Electric vehicle，Dynamic performance，Matching，Cruise . 1.引言 由于环境污染、能源匮乏等问题, 电动汽车日益受到各国汽车业界的重视,开发电动汽车时环节能源危机的主要手段之一。目前对电动汽车的研究主要集中在两个方面，一是能源存储问题，二是驱动方式动力匹配问题。对纯电动汽车动力传动系统部件进行合理选择和匹配将是提高电动汽车性能关键。7070E电动汽车是万得集团贴合现代居民切实需求所设计、研发的一款经济代步车。最高时速70km/h，续驶里程＞100km，完全能够满足居民的城镇代步需求。其变速器要配合整车尺寸，尽量减少重量，降低整车质量，提高续航里程。在城市路况下行驶，频繁的停车启动，因此要求各档传动齿轮传动平稳，具有较好的加速能力。 本文已运用cruise软件进行电动汽车的电机与变速器仿真分析，在匹配中首
第五节电子控制自动变速器 液压控制的自动变速器主要由行星齿轮机构和液压系统组成。尽管液控自动变速器已经作了多年的改进，但是本身的结构特征决定了它的一些固有的缺陷，例如由于油液的流动，使升降档稍有延迟，变速器的工作响应比较缓慢，换档点不够稳定。另外，液控自动变速器的换档规律只有一种，不能适应各种使用条件的需要。由于换档的信号都依靠各种机械感应阀转换成油压信号，使得整个液压系统十分复杂，可靠性下降而成本增大。 电控自动变速器的发展，得益于电子技术的发展，更得益于发动机电子控制技术的发展。因为自动变速器的许多输人信号，都来自电控发动机的传感器。由于共享这些信号资源，使得电控自动变速器的结构和控制变得比较简单。 电控自动变速器的基础元件是计算机（ECU），它具有“大脑”的功能。它接收、存储、处理和发送信息，决定车辆的工作条件。计算机的全部工作信息都是电信号（电压或电流），因此响应的速度特别快。对于计算机而言，接受的一定的电压或电流值就表示当前汽车工作时的一种工作状态，计算机就是根据这些数值进行处理的。计算机接受各种输入装置发送的电信号以后，将其储存起来，并通过与计算机存储器中的数值进行比较，来解释这些信号。通过这些数据处理，就知道了目前汽车的工作状态，并且根据计算机已设置的程序对下一步动作作出响应。如果需要产生某一动作，计算机将向要实现这一动作的装置发送一个电压信号，使它响应和校正其工作状态。 电控自动变速器的计算机通常控制下面的工作状态。 ①通过控制换档电磁阀的线圈的开人关方式，从而控制变速器档位的升档或降档。 ②通过控制压力电磁阀的电流大小，从而调节主回路油压，使该油压随发动机的负荷变化而变化。 ③通过控制变矩器锁止离合器（TCC）的占空比电磁阀线圈的脉冲宽度，来调节锁止离合器作用和释放的时间，以及作用时的油压。 ④对于各种超越界限的电信号，作出报警和故障存储的控制，甚至转换成另一种控制方式。 电控自动变速器的整个工作过程，就是由微处理器的接收来自一些输人传感器的信号，经计算机处理，然后向执行装置发送指令。通常电控自动变速器都设有自我工作监控器，以检查其指令是否达到预期要求的结果。如果结果尚未实现，则计算机进一步修正它的指令，直至达到预期目标为止，这种控制方式就称为闭环控制。
纯电动车两挡自动变速器的研发 简介 近几年，纯电动汽车的研究集中在能量储存系统的发展（如动力电池），电驱系统和控制策略，然而，在电池和其他相关的技术取得突破之前，变速器参数的优化对发展电动汽车的性能有很重要的意义。纯电动汽车变速器参数的设计，特别是齿轮传动比的选择和动力组件的匹配将在动力性能、能量消耗以及续航里程产生重要的影响。变速器的参数选择得不合理将不能优化汽车的性能，本文用一种新的用于纯电动运动多功能汽车的两级自动变速器取代了固定速比的减速器。这种变速器有两套齿轮，但没有离合器，由一组电动执行机构控制着齿轮的改变，采用牵引电机主动同步控制以达到高质量换挡过程、电机速度和扭矩相一致的目的。为了证明提议的两级变速器的有效，下一个仿真模型被开发，仿真分析显示电机主动同步确保减少了电动汽车的动力损失，提高了换挡的舒适性。两级变速器还有许多其他的优点，它可以降低对电机最大转矩的需求，减少机械传动噪音，优化电机的工作转速区间，同时提高动力传动系统的效率。 1. 两级自动变速器的发展 传统的纯电动汽车通常采用固定速比的减速器，为了实现汽车的高性能，牵引电机的输出转矩和最高转速应该足够大，另一方面，速度太高将会导致机械噪音，减短轮轴轴承的使用寿命。为了发展纯电动运动多功能汽车的性能，开发了一种新的两级变速器，并将其用于第二代汽车，而其他动力组件，包含电机和电池，相比于第一代仍保持不变。 此变速器拥有两套齿轮和一个同步器，但没有离合器，依靠电动执行机构来改变齿轮，为了使变速器紧凑，不同的机构做成一体化。因此，整个系统看起来很简单，成本也很低。图1为已开发的EV 动力模型的装配图。 1.1 变速器的控制策略 由于电机和变速器之间没有离合器，为了实现高质量的换挡过程，牵引电机采用主动同步控制，同步器被动同步。图2为升档过程中电机的转矩和速度曲线。首先，电机进入转矩控制模式，输出转矩为T 1，电机转速为n 1，当我们想升档时，电机改变为怠速模式，输出转 矩变为0，然后电动执行机构使得变速器分离一档齿轮，目标转速可表示为： 1122)/(n i i n =, (1) 在公式(1)中，i 1是一挡齿轮的传动比，i 2是二挡齿轮的传动比。 当实际转速接近目标转速时，例如转速差远远小于50r/min ，然后电机再次改变为怠速模式，随后电动执行机构使得变速器进入二档齿轮，同时同步器也在工作。最后，当变速器处在目标档时，电机再次改变为转矩控制模式，目标输出转矩变为T2，可以表示为： 1212)/(T i i T =， (2) 图3为降低过程中电机转矩和速度曲线，其与升档工程相类似，但目标转速和目标输出转矩是不同的。 1.2 齿轮传动比的选择 两级变速器齿轮传动比的设计是非常重要的，一档齿轮传动比不仅应满足某阶段的性能，而且还要考虑在常用的低速段电机的效率，当二档齿轮传动比能满足最大速度时，它应有更低的电机转速。此外，平顺的换挡过程也是一个关键点，一档齿轮传动比太大和二档齿轮传动比太小都会导致间隔很长总的牵引扭矩不平衡，这将会使换挡质量恶化。另一方面，
变速器设计文献综述
变速器设计文献综述 摘要：车辆的变速器很大程度上影响着车辆行驶的经济性、动力性、驾乘舒适性，是车辆最重要的部件之一。本文分析了国内外变速器产业的发展状况，介绍了国内外先进的变速器设计方法、科学的开发流程等，还根据我国变速器产业的发展现状提出了一些问题，并且对变速器产业的发展提出了一些合理的建议。 关键词：变速器，科学开发流程、先进设计方法 一.变速器研究意义 变速器是伴随汽车出现的产物，是组成一辆汽车的必需品，而变速器设计更是汽车设计中最重要的环节之一。变速器的作用是用来改变传动比，使发动机尽量工作在有利的工况下，满足不同的行驶要求。在不同的行驶条件下，要求汽车行驶速度和驱动扭矩能在很大范围内变化，而汽车发动机的特性是转速变化范围较小，扭矩变化范围更不可能满足实际路况需要，而变速器能做到在大范围内改变汽车行驶速度的大小和汽车驱动轮上扭矩的大小。因此,变速器的性能直接影响到汽车行驶性能。随着技术进步,变速器在最基本的传动功能之外，也在实现越来越多的功能，例如实现倒车行驶，用来满足汽车倒退行驶的需要; 中断动力传递，在发动机能够怠速运转，汽车换档或需要停车时，中断向驱动轮的动力传递; 实现空档，当离合器接合时，变速箱可以不输出动力。由此可见，研究变速器对汽车产业发展具有十分重大的意义。
二.国内外变速器使用的现状 在欧洲市场上，原本手动变速器占据的绝大部分的市场,在不断被自动变速器侵占。例如在西欧，2005年生产的装配有自动变速器的汽车占汽车总量的23%。而10年前，这个数字仅为13%。可见自动变速器正在成为市场的主流。在中国市场上，配备自动变速器也已经成为车用变速器的重要趋势。然而，在自动变速器方面，由于其新工艺、新技术和设计原理与传统手动变速器有比较大的差异，导致国内厂家在自动变速器的研发上与国际先进水平存在较大差距，即使向国外厂商寻求技术帮助，他们也不约而同地对国内厂家进行了技术封锁，这导致我国的自动变速器相比国外产品性能低下，需要大量依赖进口。据统计，进口产品占我国自动变速器市场的78%。而在手动变速器方面，经过长时间的发展，设计原理和生产工艺等都较为成熟，技术难度也相对较低，因此我国通过引进国外先进技术，消化吸收并自主创新，能做到自主生产，基本满足了本土车辆厂商的生产需要。可以预见的是，未来汽车变速器的市场将以自动变速器为主，发展和掌握高端自动变速器制造技术是追赶世界变速器制造技术的重要途径。而优先开发手自一体变速器在技术上可以延续我国在手动变速箱上积累的经验，更有利于我国变速器产业的发展。 三. 国外变速器先进的设计方法 近10年以来，我国变速器产业特别重视新产品的开发研制，无论是从人力物力的投入，还是资金的投入，都是非常巨大的。
电动汽车多档变速箱的优势分析 发布日期：2014-12-10 来源：中国电动车网作者：综合报道 笔者曾经在一篇关于变速箱的文章中看到，大部分电动车仅通过匹配结构紧凑的单级变速箱，就可以达到普通动力车型的性能，于是作者就此提出，在未来大规制造常规变速箱的场景将成为历史。这个观点指出，“多档位”变速箱属于内燃机时代的“遗留产物”，难道果真如此？ 被变速箱拖累在终点的特斯拉 以性能最好的电动车特斯拉modelsp85（以下简称models）为例，它可以轻松赢在起步，但在中后段加速却频输对手。究其原因，问题就出在特斯拉匹配的单级变速箱上，它使特斯拉始终在用一档，完成从起步到最高时速的行驶。这相当于开一辆燃油车，用一档起步后不换档行驶，直到转速被拉高至红线区，发动机不能回到最佳扭矩输出区间，再加速动力被大幅削弱。同样特斯拉“再加速潜力”，也被这个一档走天下的单级变速箱拖累，才会在中途被对手超越。 单级变速箱降低特斯拉续航潜力 单级变速箱造成电动机产生的扭矩输出一气呵成，也许不间断的动力输出对起步加速有利，但却不利于车辆的经济性与舒适性。尤其是为追求性能采用高转速电动机的models，它配置的高转电动机功耗较大，并且单级变速箱一档大齿比，造成车辆巡航状态也处于较高的转速临界点，经济性不高。 至于效率的打折有多严重，可以看看采用47.5千瓦时电池容量的腾势，最佳续航里程在250公里左右，而models配置了容量达到85千瓦时的锂电池组，最佳续航里程为400公里左右，特斯拉高出腾势近一倍电量，续航里程却没有翻倍。 多档变速箱优势在哪里?
多档位变速箱相比固定档位对动力输出的损耗更小，能提升发动机的动力输出效率，这正是研发人员乐此不疲地对变速箱档位数极致追求的关键，考虑到轻量化以及体积的问题，变速箱也不会无限制的增加档位。所以如果能匹配一个速比范围合理的多档变速箱，来优化电动机动力爆发的时机，那将会大幅提升经济性，其次是持续加速性能。 说完了一个档的缺点，多个档的优势，电动车厂商们却依然在使用单机变速箱，这是何苦？关键在于单级有结构极为紧凑的优势，体积远比普通变速箱小很多，它不需要离合器（电动机输出轴直接连接变速器，而非内燃机用飞轮），电控换档结构也比液压更简单可靠。单级变速箱正是利大于弊，主要性能已经满足当前的使用，所以才被广泛使用。这不是说厂商们已经放弃了提升经济性，只是现在还无暇顾及。gkn已经推出量产电动机用两级变速箱，虽然从档位数看还有点名不副实，不过从宝马i8装配它后的性能表现看已经优于单级变速箱。 率先实现“多”档位，i8双级变速箱 目前纯电动车中，我们还没有看到多级变速箱的存在。在采用插电混动结构的车型中，宝马i8已经率先为驱动前轮的电动机单独装配了一台结构小巧的“双级”变速箱。 大部分混合动力车型都配有离合器结构，用于电动机转速过快时，防止达到临界速度会将电力驱动脱离，但这样会影响动力的性能发挥。宝马i8是一辆对动力有追求的跑车，电动机占到一半的动力输出，显然断开电力传动对它来说不合适，而来自吉凯恩（gkn）公司的eaxle变速箱解决了这个问题，它使宝马i8的电动机在第二档时临界转速更低，这样全程都有电动机与汽油发动机共同驱动车辆。
电动汽车论文汽车变速器设计论文： 汽车变速器可靠性设计研究 摘要:汽车变速器是整个汽车传动系统中相对关键的一个部件，其设计的好与坏将直接影响汽车实际使用性能，文章对汽车变速器的可靠性设计做了理论上的推导，最后还对优化的设计方法的具体运用提出了一个可操作框架。 关键词:机械式变速器；可靠性；优化设计 0前言 汽车的发展史上，机械式齿轮变速器有着主要的地位，它结构简单、使用寿命长，瞬时传动系数为一个常量、效率高，机械结构简单、生产工艺成熟通用，保养便捷。因此机械式齿轮变速器是目前运用广泛的汽车变速器。随着汽车工业的不断发展，新技术的不断运用，自动变速器和无极变速器在汽车上也大量运用，它们的操作简易的优点十分明显，使得机械式齿轮变速器的市场占有率逐步下降。但近来AMT 技术的出现又为机械式齿轮变速器带来了新的活力，因此对于机械式齿轮变速器的研究还是有一定意义的。针对以上分析，文章对汽车机械式变速器的可靠性设计做相关研究[1]。 1相关研究 1.1机械的可靠性设计机械产品可靠性设计分析是指为满足机械产品的可靠性而进行的功能性设计。目前世界上已广泛使用的如故障模式及影响分析、故障树分析、可靠性预
测、概率设计等先进设计方法及手段在国内的可靠性设计方面应用还不充分。分析系统研制阶段的主要任务，并结合工程实际中开展可靠性设计分析工作的经验可知，各种可靠性设计分析工作主要集中在技术指标论证阶段、方案论证阶段和工程研制阶段，包括可靠性要求制定、可靠性建模、预计分配、故障模式影响、危害性分析、故障树分析和可靠性仿真分析等。可靠性设计分析工作从宏观上可以分为定性设计分析和定量设计分析，可靠性定性分析方法相对应用广泛，并且得到了工程验证，而定量设计分析的方法则是机械可靠性设计分析中的难点和薄弱环节，特别是在数字化环境中如何利用CAD/CAE工具进行定量的机械可靠性参数设计也是今后重要的发展方向[2]。 1.2汽车变速器相关研究对机械式变速器来说，在最大传动比的情况下，设计时需要将负荷最大爬坡度、低档最大动力输出、最大附着力输出以及最低稳定车速输出当作设计的约束条件。汽车机械式变速器最小和最大传动比确定后，还需要确定中间各档的传动比。通常，中间各档传动比的确定需要考虑较多的因素，实现起来有一定的难度，设计者一般采用以往的设计经验作为设计依据。从理论上来说，档位增多可以优化汽车的整体动力燃油比，但如果变速器前进档位超过5个时，会使整个变速器结构复杂化，操作者的操纵