四轮环保电瓶车的整体结构设计.docx

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1、精选优质文档-倾情为你奉上目 录专心-专注-专业摘 要伴随着汽车工业的高速发展，汽车带来的环境污染，能源短缺，资源枯竭和安全等方面的问题越来越突出。为了经济的可持续发展，保护人类的居住的环境和缓解能源供给。电动汽车应运而生，电动汽车具有良好的环保性能和有多种能源为动力的显著特点，既可以保护环境，又可以缓解能源的短缺并能调整能源的结构，保障能源的安全。城市卫生问题需要大量的环卫工人的辛苦工作来保障，环卫工人属于体力劳动者，加之城市化区域人口密集，产生的生活垃圾量大，这就大大增加了环卫工人的劳动量；于是很多城市开始使用环卫清扫车，这种燃油的环卫清扫车大大节约了环卫工人的工作量，但却也存在着很多缺点

2、，比如耗能大，产生的二氧化碳及废气排放物对空气造成二次污染；如何就减轻环卫工人劳动量及节约能源方面做出平衡，这是一个值得研究的问题。本文就以上问题点进行讨论，主要简绍了一种环保的环卫车，在减轻环卫工人劳动量的同事也不存在废气排放对大气产生的污染；本文就环保电瓶车的结构设计，布局设计、发展和优缺点，结构与管理，能量存储与管理，电机的形式与驱动，典型电动汽车的分析和电动汽车所面临的问题展开论述。本文主要采用的技术有：1、电动机的转矩、转速、功率。2、电动机的主要调速方式。关键词：电动机、发动机、转矩、变频调速、交流电动机、电动汽车、环保电瓶车、节能环保The overall structure o

3、f the round green storage battery design ABSTRACTWith the rapid development of automobile industry, car pollution to the environment, energy shortages, such as resource depletion and security problems become more and more outstanding.In order to the sustainable development of economy, protect the hu

4、man living environment and reduce energy supply.Electric cars arises at the historic moment, the electric car has a good environmental performance and has many significant characteristics of energy for power, can protect the environment, and can relieve the shortage of energy and can adjust the ener

5、gy structure, energy security. Urban health problems need a lot of work hard to ensure sanitation workers, sanitation workers belong to the manual workers, combined with the densely populated area urbanization, produce big living garbage, this greatly increased the sanitation worker labor;So many ci

6、ties started to use the sanitation cleaning the car, the fuel sanitation sweeper greatly save the workload of sanitation workers, but there are also many shortcomings, such as large energy consumption, the carbon dioxide and exhaust emissions cause secondary pollution to the air;How to reduce the sa

7、nitation worker labor and save energy balance, this is a problem worth studying. Point is discussed in this paper, the above problem, the main JianShao an environmental sanitation vehicle, in reducing the sanitation worker labor colleagues also no emissions to the atmosphere pollution;In this paper,

8、 the structure of environmental protection (design, layout design, the development and the advantages and disadvantages, the structure and management, energy storage and management, in the form of motor and drive, analysis of typical electric cars and electric cars are faced with the problem.This ar

9、ticle mainly USES the technology are:1、the torque of the motor, speed and power.2、motor speed control mode.Key words: Engine, electric motor、frequency control of motor speed and torque of ac motor 、The electric car, environmental protection、storage battery、energy conservation and environmental prote

10、ction四轮环保电瓶车的整体结构设计XXXXXXXXXXX1、绪论1.1、课题来源，目的，意义与该课题的市场前景汽车工业的高速发展，汽车带来的环境污染、能源短缺、资源枯竭和安全等方面的问题越来越突出。为了保持国民经济的可持续发展，保护人类居住环境和能源供给，各国政府不惜巨资，投入大量人力、物力，寻求解决这些问题的各种途径。我国面临的形式也十分严峻，国内的石油储藏量和开采量相当有限，随着汽车保有量的增加，石油需求越来越多，目前已不能自给，不足部分主要通过进口来满足，而且每年成递增趋势。 由于电动汽车具有突出的环保方面的优势，使得电动汽车的开发和研究成为各国开发绿色汽车的主流。电动汽车使用的能源

11、是可以用与发电的一切能源。因此使用电动汽车可以摆脱汽车对化石燃料的依赖，改善能源结构，使能源供给多样化，使能源的供给有保障。电动汽车在解决道路交通事故方面和传统汽车相比也具有一定优势。因此，开发电动汽车是迎接汽车面临挑战的重要对策之一。电动汽车具有良好的环保性能和可以以多种能源为动力的显著特点，即可以保护环境，又可以缓解能源短缺和调整能源结构，保障能源安全。目前发展电动汽车已成为各国政府和汽车行业的共识，电动汽车的研发已成为汽车行业的热点。因此，无论是从设计、研究和开发的观点，还是从实用的角度来看，了解和掌握电动汽车技术的社会需求会越来越大。 近些年来，随着我国的经济迅速发展，人民生活水平也得

12、到很大的提高。人民对城市的卫生、道路清洁程度也越来越重视，之前城市道路的清扫都是依靠环卫清洁工人的双手来清扫，这种的方式显然已经变得很落后落后，不再能够满足当今大中城市对现代化环境卫生工作的发展需求。人工清扫，工作效率低，工作量大这就会在很大程度上阻碍了城市道路环境卫生工作向更深的层次方向发展，对城市的整体形象造成了很大的影响，对人民的生活环境也会造成很大的影响。因此，全国各地的环境卫生部门对城市道路清扫作业机械化程度的提高提出了迫切的需求。依据城市道路建设部门的量化要求，大中城市的街道清扫作业机械化量需要占到城市道路清扫作业量的百分之六十以上。因此对当前存在扫路车进行持续不断的深入研究和科技

13、创新的问题，迫切得以解决。纵观这十几年，我国道路清扫车快速发展，其产品从以前单一的纯扫式发展到现在的多种型式，多形式的扫路车以致满足我国不同地方不同气候的需求。不管是产品的质量何时性能等各方面都得到了迅猛提高，尤其是在改革开放之后，通过从国外进口一些扫路车，将国外的扫路车与国内的相结合，取其精华，去其糟粕，将各自优点相融合，使得我国扫路车的产品性能、质量以及可靠性得到很大程度的提高。不过现在，由于我国在一些诶技术领域上仍然相对落后，使得我国道路清扫车的整体水平同国外一些发达国家的扫路车水平相比，还有一定程度的差距，尤其是在产品的性能方面，仍存在较大的差距。为了使我国的道路清扫车水平在较短的时间

14、内得到提高，缩小和一些发达国家道路清扫车性能水平上的差距，满足我国环卫部门对城市街道清扫作业的要求，扫路车制造企业应该加大对道路车性能方面的研究。只有明确扫路车的研究方向，从扫路车的基础研究方面入手，根据中国城市街道对扫路车的要求，研发出高质量、高性能，低成本、符合中国国情的扫路车。1.2、有关环保电瓶车的概念1.2.1、什么是环保电瓶车环保电瓶车是以电池作为辅助能源，具有两个或四个车轮，能实现人力骑行、电动或电助动功能的特种车。它虽然具有普通车的外表特征，但更主要的是，它是在普通车的基础上，安装电动机、控制器、电池、转把、闸把等操纵部件和显示仪表系统的、机电一体化的个人交通工具或助力工具。1

15、.2.2、环保电瓶车的种类电动车以其驱动力性质、整车结构及电动机驱动方式的不同，可以分成以下三种类型：按驱动力性质分：有电动型和助力型两种。按整车结构分：有两轮、三轮、四轮三种。按电动机形式及驱动方式分：有直驱车轮的轮毂式直流电动机、中轴链式驱动的柱式直流电动机、电动箱式驱动的柱式和盘式直流电动机。1.2.3、电机由于电动车要求的功率较小，所带有的能源有限，故希望电机的驱动系统的体积小、功率高，而其中以直流电机最为合适。目前，电动车所使用的电机大多数为有刷直流电动机，但是随着技术的进步与电子元件成本的不断下降，无刷直流电机将成为今后电动车的发展主流。1、有刷直流电机电动车上使用的有刷直流电机主

16、要有两种：一是印制绕组电机，二是绕线盘式电机。前者的应用较后者多一点。有刷直流电机的优点是控制系统简单，成本较低，过载能力强，但需要换向器（整流子），影响电机的效率。有刷直流电机又可以分为有齿和无齿两种。有刷有齿电机是一种高速电机，所谓“有齿”就是通过齿轮减速机构，将电机转速降低（国家标准规定电动车的转速不超过20）。由于高速电机通过齿轮减速，其特点是骑车者的感觉动力较强，而且爬坡的能力较强。但是电动轮毂是封闭的，只是在出厂前加注了润滑脂，用户很难进行日常保养。而且齿轮本身就有机械磨损，一年左右因为润滑不足导致齿轮磨损加剧，噪音增大，影响电机和电池的寿命。另一种是有刷无齿电机，这是一种外转子式

17、电动机，没有齿轮减速机构，直接采用低速输出，消除了齿轮噪音，其电机输出转矩较有刷有齿电机要小，故动力性能和爬坡性能相对要弱一些。但运行安全，电刷磨损小、噪音小这是他的优点。2、无刷直流电机无刷直流电机由于没有电刷，不需要齿轮减速，从根本上消除了电刷磨损和齿轮磨损，不存在定期更换电刷，而且噪音很小。因此，他无干扰、寿命长、效率高、运行可靠、维护简单，且转速由于不受机械换向的限制，可在宽广的范围内平滑调速，与有刷直流电机相比成本低，但是控制系统复杂成本高。无刷直流电机就起结构而言，是由电动机本体转子位置传感器以及电子电路换向组成。电动车上采用的是无刷电动轮毂电动机一般制成多相，如采用三相，它的电枢

18、放在定子上，永磁磁极位于转子上。反映电动机定转子位置传感器输出信号，通过定子换向电路去驱动与电枢绕组联接的相应的功率器件，使电枢绕组依次馈电，从而在定子上产生一个跳跃式旋转磁场，拖动永磁转子旋转。随着转子位置的旋转，位置传感器通过电子换向线路不断的送出信号，以改变电枢绕组的通电状态，保证在一定的范围内定子磁场与转子磁场成正交关系，保持转矩连续不断的产生，输出机械功率，从而实现了无接触式电磁换向。我国电动车用无刷直流电机的研制和生产厂家有上海微电机研究所、浙江卧龙集团等。今后二合一轮毂式无刷直流电机和无位置传感器无刷直流电机是电动车车用电机的发展方向。1.2.4、电池电池是电动车的动力源，电池质

19、量直接影响电动车的行驶里程和寿命。目前电池选用的是铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池等。镍镉电池属碱性电池，我国产量较大，主要生产厂家有深圳比迪亚有限公司和上海电池厂等。镍镉电池可以快速充电，其过充、过放电性能均好，循环寿命较长，达2000次。但它的价格是铅酸电池的4.5倍，而且旧电池得不到很好的回收，会因重金属镉造成严重的污染。常用的是24V 5Ah，重量，一次充电续行里程，按标准的80%放电，寿命约500次。1.2.5、控制器控制器是电动车的驱动系统，它是电动车的大脑。其主要的作用是提高电机和蓄电池的效率、节省能源、保护电机及蓄电池以及降低电动车在受到破坏时的损伤程度。电动车常用的无刷直流电机的

20、控制器的目的是有两种类型：一是采用专用集成电路制作的控制器；另一种是采用单片机为控制器件的控制器。前者针对无刷电机的控制要求，将控制逻辑集成在芯片内，一般该类控制器称为模拟控制器；后者采用单片机，用编程的方法来模拟无刷电机的控制逻辑，其特点是使用灵活，通过修改程序可以适应不同规格的无刷电动机，增加功能方便，如果电机缺相保护，堵转保护，添加力矩传感器，可以根据不同的电机进行结构的优化以达到良好的匹配等，通常将此类控制器称为数字式控制器。但无论是数字式还是模拟式控制器，其工作原理大致相同；用电子控制代替电刷控制线圈电流换向，根据电机内的位置传感器信号，决定换向的顺序和时间，从而决定电机的转向和转速

21、。1.3、电动车行车参数的设计在设计前先将文章中计算需要的数据假定如下：整车质量（） 300滚动阻力系数（） 人重（） 70额定载重重（） 100车轮直径（） 400后轴转子直径（） 101.4、设计任务对电动车的运行状态进行了分析，分别对电动车的运行阻力、惯性力、再生制动力以及所需要的牵引力进行计算。利用现代电子技术及电动机发电反馈制动理论，设计一套能够在电气制动的同时，发电给电瓶充电的发电反馈制动系统。利用该系统能够实现将车及人体的动能通过电动机的发电运行状态转化为电能，并经过相应的处理和控制电路，达到给电瓶充电和车减速的双重目的。完成发电反馈制动系统机械连动机构、发电反馈制动电控系统、发

22、电反馈回路的设计、电动机选型。1.5、研究意义首先本设计的课题使我们对电动车有了进一步的了解，对制动能量再生有了新的认识，所谓制动能量再生，是指电动车减速制动时将其中一部分机械能转化为其他形式的能量这里是电能，并且将其充进电池。制动能量再生方法原理是先将电动车制动或减速时的一部分机械能转化为电能存储在电池中，同时产生一定的负荷阻力使电动车速度降低；当电动车再次起动或加速时再生系统又将存储的能量再次转化为电动车行驶时所需要的动能。这样就可以提高一次充电的续行距离，避免了不必要的能量损失。同时电动车可以运用在很多领域，比如代步、助力、小型搬运、城市环卫等。2、环保电动车的动力性能分析动力传动系统由

23、蓄电池、控制器、电动机、驱动轮等组成。电动车的动力性评价指标有最高车速、加速时间和最大爬坡度。然而，电动机的最大功率与额定功率下观察甚多，而最大功率工况不能长时间运行，因此必须用电动机的额定工况计算电动车的最大爬坡度和最高车速。电动车的加速过程和起步时间较短，理论上可以用电动机的外特性进行设计计算。下面从车的直线行驶动理学模型来进行分析。2.1、电动车运行方程电动车在路面上运行，有各种不同方向和不同大小的作用力作用在电动车上，电动车牵引学主要研究对车运行有直接影响的力，也就是与电动车方向相平行的外力及外力的分力，这些力可以分为三种：电动车的牵引力它是由电力机车的牵引电动机所产生的，并通过动轮与

24、路面的相互作用力而引起的外力。它与电动车的运动方向相同，其大小由开车的人决定。电动车运行阻力它是由电动车运行时由多种原因引起的阻止电动车运行的外力，其大小是不可以控制的。电动车的制动力它是由机车和车辆上的制动装置所产生的，并通过轮与钢轨的相互作用而引起的外力，用来使电动车减速或停车。它与电动车的运行方向相反。这三种力以不同的方式形成作用于电动车上形成的合力：牵引运行时：合力；惯性运行时：合力；制动时：合力。电动车运行方程是把电动车当作一个平移的钢体，表示电动车在不同运行状态时，作用在电动车上诸力的关系式。在工程上用它计算电动车运行时所需要的制动力、惯性力。电动车在运行时状态有三种：牵引状态，电

25、动车在电动机的牵引力作用下，起动，加速或等速运行；惯性运行，电动车在运行中牵引电动机断电后靠惯性运行；制动运行，电动车在运行中切断牵引电动机的电源，并且施加机械或电气的制动力，减速运行。电动车在牵引等速状态下，沿运行方向作用在电动车上的力有牵引力、静阻力和惯性力。根据静法原理，可列出如下方程 式(2.1)这就是牵引等速运行状态下的基本方程。 2.2、电动车的行驶力学2.2.1、车辆模型驱动系统的动力输出特性与车子的动力性能直接相关。驱动系统的动力输出更该满足车子的动力性能要求。在设计电动车驱动系统时，为了使电动车达到要求的动力性能指标，首先必须建立电动车的力学模型，对电动车行驶过程中力与功率的

26、平衡进行分析，以得到电动车的需求特性。电动车的动力传动系统主要是由能量存储系统和动力驱动系统组成。能量存储系统包括蓄电池和能量管理系统，动力驱动系统包括驱动电动机和驱动控制系统。电动车在行驶过程中，由动力蓄电池输出电能给电动机，电动机输出功率，用于克服电动车本身机械装置中的内部阻力以及行驶条件决定的外部阻力消耗的功率，外部阻力即电动车的行驶阻力。从分析电动汽车行驶时的受力状况出发，建立直线行驶方程式，是分析电动车直线行驶性能的基础。图 2-1 车轮行驶时的受力分析电动车运行时的阻力系数为： 式(2.2)式中： 车轮与地面之间的滚动摩擦系数，取0.02； 车轮直径，; 轴承的直径，； 轴承的摩擦

27、系数，取0.002；所以阻力系数：需要说明的是车轮与地面之间的滚动摩擦系数是随着路面状况的不同，其数值也在不断改变。参考文献27给出正常行驶的不同路段的滚动摩擦系数表2-1。表2-1 不同路面的滚动摩擦系数路面特征全新坚硬的柏油、混泥土、小方石块路面0.01-0.02经压轧的坑洼波动的碎石路，混泥土路面0.02-0.03压坏的柏油路面0.03-0.04良好路面0.045一般的土路0.05-0.15松沙路面0.15-0.32.2.2、电动车阻力计算2.2.3、电动车惯性力的计算2.2.4、电动车牵引力的计算2.3、电动车的动力性能电动车因为以蓄电池存储的电能为能量来源，所以衡量电动车性能的一项重

28、要指标是最大续驶里程，而且，电动车采用的是电机驱动系统，其输出特性和一般车也不相同。电动车的电机驱动系统将蓄电池输出的电能转化为车轮的旋转动能，从而驱动电动车运行。它决定了电动车的动力性能，它的能量转化效率也直接影响到电动车的最大行驶里程。由此可见，研究电动车驱动系统对提高电动车性能具有重要意义。另外，电动车因为采用电机驱动系统，可以利用电动机的逆向工作性能，制动时的能量进行回馈，增强其制动性能。电动车的动力性能值是车在良好路面上直线行驶时由车受到的纵向外力决定的，所能达到的平均行驶速度29。下面介绍车的主要动力性能指标：最高车速、加速时间、最大爬坡度。车的最高车速：在水平良好的路面上，车所能

29、达到的最高行驶车速。车的加速时间：常用原地起步加速时间与超车加速时间来表明车的加速能力。原地起步加速时间是指汽车由低档起步，并以最大的加速度逐步换至最高档后到预定的距离或预定速度所需的时间。超车加速时间，是指用最高档由较低车速全力加速到高速所需的时间。车能爬上的最大的坡度是指用满载时车在良好路面上的最大爬坡度表示的。2.3.1、电动车的基本参数介绍a.整车整备质量：包括动力蓄电池，不包括乘员或装载质量，随车工具，车载充电器。b.功率：指物体在单位时间内所做的功。功率越大转速越高，车的最高速度也越高，常用最大功率来描述车的动力性能。最大功率一般用马力或千瓦来表示，1马力等于0.735千瓦。c.扭

30、矩：扭矩是使物体发生转动的力。发动机的扭矩就是指从曲轴端输出的力矩。在功率固定的条件下它与发电机转速成反比关系，转速越快扭矩越小，反之越大，它反映了车在一定范围内的负载能力。d.最大总质量（kg）：车满载时的总质量。 最大装载质量（kg）：车在道路上行驶时的最大装载质量。e.轴距（mm）：通过车辆两车轮的中心，并垂直于车辆纵向对称平面的二垂线之间的距离。简单的说，就是车前轴到后轴的距离。 轮距（mm）：车的左右轮胎面中心线间的距离。2.4、电动车的制动系统2.4.1、电动车刹车分类传统的电动车只是机械式刹车,使很多的能量在不知不觉中浪费,而现在我们做的电动车带有了能量反馈节约了能量。带有制动能

31、量再生系统电动车的制动过程与传统的电动车的制动有着不同之处。再生制动力是利用在电磁场中旋转的磁极将会产生的电磁转矩，电磁转矩的旋转方向与车轮行驶的方向相反，从而产生对电动车的制动。但是这种制动方式在遇到紧急情况时将不能应付，因为他不能在短时间内使车停下来。因此在做电动车制动时，既用了再生制动也使用了传统的带式制动器，使电动车的刹车更有效，也能尽量减少不必要的损耗，电池一次充电行驶的路程最长。因此在求制动力时，我们分紧急情况与正常情况。紧急情况指的是在同一时间内既有手制动也有再生制动。正常状况指的是只有再生制动一种情况。2.4.2、制动力的分析与求解2.4.3、手动制动器的设计2.5、蓄电池的种

32、类和结构蓄电池是电动车的能源载体，是电动车的核心部件之一，主要分为阀控密封铅酸蓄电池、胶体电池、锂离子电池、镍氢电池和燃料电池等。电动车对蓄电池的要求是容量大，寿命长，重量轻，价格廉。铅酸蓄电池的优点是价格最低，内电阻小、电压稳定，具有良好的防振性能和密封性能；锂离子电池和镍氢电池虽然重量轻，寿命长，但是价格昂贵。在电动车的电源广泛采用铅酸蓄电池。但铅酸蓄电池的比能量和比功率都很低，随着科技的发展近年来又使用了新型的蓄电池如镉-镍电池。镉-镍电池放电时，正极还原为，充电时，又被氧化成，电极反应表示为：负极海绵状镉放电时氧化生成氢氧化镉，充电时氢氧化镉还原为镉，电极反应表示为： 电池的总反应的表

33、示式为：镉-镍电池体系以氢氧化钾或氢氧化钠水溶液为液，加入适当的氢氧化锂可以延长电池的寿命。氢氧化钾（或钠）不参加反应，但是放电时消耗水，充电时生成水。氢氧化物只起导电的作用，在充电过程中密度和组成没有明显的变化。参考文献6，选择的型号为：GNY-12其中：G镉为负极 ，N镍为正极，Y圆柱形，12额定容量为12。参考文献镉-镍电池理论比能量为214.3，实际比能量为：35。说明：电池的容量是指电池工作，即电池放电时能提供的电量，有理论容量，实际容量，额定容量（或公称容量）之分，常以或为单位。为了比较不同系列的电池，常用比容量的概念即单位质量或单位体积的电池所能给出的电量来衡量，公别以或表示。在

34、表中列出了各种电池体系的理论比容量。2.5.1、动力传动系统的设计现有电动车车大致可以分为以下几个主要部分:蓄电池、电池管理、充电系统、驱动系统整车管理系统及车体等。驱动系统为电动车提供所需的动力,负责将电能转换成机械能。无论何种电动车的驱动系统,均具有基本相同的结构,都可以分成能源供给子系统、电气驱动子系统、机械传动子系统三部分,其中电气驱动子系统是电动车的心脏,主要包括电动机、功率电子元器件及控制部分。2.5.2、驱动系统的构成电动车驱动系统包括机械传动系统和电气系统两个部分4。其中,机械传动部分因电动车驱动系统布置方式不同而不同。电动车对其驱动系统有特殊要求能够频繁地起动、停车,加、减速

35、,对转矩控制的动态性能要求高，电动车驱动的速度、转矩变化范围大,既要工作在恒转矩区,又要运行在恒功率区,同时还要求保持较高的运行效率能在恶劣工作环境下可靠地工作。正因为电动车对其电机驱动系统有这些特殊要求,所以在电动车电机驱动系统设计中,驱动电机的选择及整流器、控制器的设计,都必须考虑到这些特殊的要求。直流电机驱动系统为电动车的驱动系统之一,它结构简单,具有优良的电磁转矩控制特性。与直流驱动电机相匹配的变流器是斩波器,它将固定的直流电压变成可调的直流电压,调速方法主要是调压调速和调磁调速。采用直接转矩控制的电机驱动系统,转矩给定值的确定非常重要,它是直接转矩控制的转矩目标值,理想情况下,电动机

36、的输出转矩就等于该时刻的转矩给定值。所以,转矩给定值应该能够满足负载的动力需求。因此在电动车的电机驱动系统设计中,首先要按照电动车的性能要求,对电机驱动系统的载荷进行分析,也就是对电动车行驶所需的的牵引力进行分析,得出合理的电动机直接转矩控制的转矩给定值。2.5.3、电动机的选择在所有已有的电动机中,综合性能最好的是直流电动机。过去开发的电动车主要采用有刷直流电动机,有刷直流电动机系统调速方便,改变其输入电压或励磁电流就可对其转矩实现独立的控制,进行平滑的调速,所以有刷直流电动机调速系统具有良好的动态特性和调速品质。但是有刷直流电动机系统由于电刷和换向器的存在而导致以下两方面的缺点:第一,必须

37、进行经常性的维修和保养;第二,无法实现高速大容量。这两方面的缺点使其在电动车驱动系统中的应用受到了限制。而无刷直流电动机则克服了有刷直流电动机的缺点,它既有有刷直流电动机的优越的性能,又依靠电子换向,免去了机械式电刷和换向器。本系统选用无刷直流电动机。无刷直流电动机,就其基本结构而言,可以认为是一台有电子开关线路，永磁式同步电动机以及位置传感器三者组成的。电动机系统,它借助反映转子位置的位置信号,通过驱动控制电路,驱动逆变电路的功率开关元件,使电枢绕组依一定次序馈电从而在气隙中产生步进式旋转磁场,拖动永磁转子旋转。随着转子的转动,转子位置信号依一定规律变化,从而改变电枢绕组的通电状态,实现无刷

38、直流电动机的机械能量转换。3、电动车的控制系统设计3.1、控制系统的组成控制器是由周边器件和集成块组成。周边器件是实现系统输入、输出功能的器件， 它们是放大器、传感器、桥式开关电路,以及辅助单片机或专用集成电路完成控制过程的器件； 在控制系统设计中,利用脉宽调制原理控制直流无刷电机的速度。同时，应用了回馈制动的技术，将制动能量回馈到电网对蓄电池进行充电,从而大大节省了能源，提高了利用效率。 3.2、控制系统方案设计1、控制芯片MC33035MC33035是24脚的双列直插窄式集成电路块,其内部结构如图3所示。其主要功能有:(1)转子位置译码器 接受转子位置检测器的信号,处理后生成6路输出驱动信

39、号控制逆变桥的正确换流;(2)故障与处理 包括欠压、过热、误码、过流等;(3)正反转控制 改变6路输出驱动信号的顺序,以改变定子绕组的电流方向,从而改变电机转向;(4)制动 封锁所有上桥臂的驱动信号,使电机与电源隔离,同时打开所有下桥臂的驱动信号,短接电机的电动势,使电机迅速减速;(5)内部振荡器 决定PWM的调制频率;(6)转速给定 包括1个误差放大器和1个PWM比较器,给定的转速信号与振荡器的输出锯齿波相比较,产生PWM控制信号;(7)内部基准电压 不仅用于内部比较器和振荡器的电源,还输出作为转子位置检测器的电源。 图33 MC33035 电路示意图2 控制系统电路设计以MC33035为核

40、心构成的电动车控制系统采用PWM方式控制电机的转矩和转速,采用电机内置的霍尔传感器检测转子位置。由MC33035接收霍尔传感器的位置信号,并对其进行译码,以决定由哪个电极换相。采用三相全桥驱动，由人根据车速的快慢来调节控制车速电位器,使车加速或减速。（1）转子位置检测电路无刷直流电动机定子绕组采用三相Y 型接法,三个霍尔位置传感器的空间间距为60, 即120电角度。3个霍尔感应器的输出SA、SB、SC 分别接到的4、5、6脚, 设置芯片的这3个引脚响应方式均为电平跳变触发, 当霍尔脉冲发生由高而低或者由低而高的电平跳变时, 均会触发中断, 六种组合分别对应一个周期中6个状态, 以查表方式确定换

41、相。图34 转子位置检测电路（2）欠压保护MC33035的第17脚的输入电压低于9.1V时,由于第17脚的输入连接内部一比较器的同相输入端。该比较器的反相输入为内部的9.1V标准电压,此时MC33035通过与门将驱动下桥的三路输出全部封锁下桥的3个功率三极管全部关断,电机停止运行,起欠压保护的作用。（3）系统电路图下图是运用MC33035,IR2103设计的36V直流无刷电机控制线路图，受控制的无刷直流电机为一轮毂电机，额定电压为36V，额定功率为180W，最大允许电流为5A，要求电动车的额定转速为20km/h。系统采用3块额定电压为12V的个镉镍免维护蓄电池供电，考虑到MC33035所需的电

42、压范围为1030V，用稳压块7815给其供电。系统的PWM信号频率可以由外部电路调节，只需要在MC33035的外围加一个电容、一个电阻和一个可调电位器即可产生所需要的脉宽调制信号。IR2103芯片是为了驱动MC33035，MC33035将产生的PWM信号输送给IR2103，而IR2103是将其控制信号进行处理，进而将其放大。MC33035的第7脚为使能端，高电平有效，只要将其输入电平设置为低，即可实现能耗制动刹车，另外也可经通过调节控制车速的电位器，从而改变PWM信号的占空比，实现无级调速；当占空比为零时，电机转速为零，实现刹车。图3-5 芯片控制线路图4、电动车的结构框架4.1、结构框架蓄电

43、池电动车是由动力蓄电池向电动机供电从而驱动汽车行驶，是目前运用最广泛的电动车，其结构主要由动力蓄电池（车载电源）、控制器、接触器、控制电路、附加电路、DC/DC、DC/AC、电动机、变速器、附加电器、车身等组成。蓄电池电动车是由多个动力蓄电池串联组成的电池组为电动车供电，电池组一般是36V400V的直流电源，为了便于向一些低压用电设备供电，动力电池组还有DC/DC转换器。动力电池组采用并联或者串联的方式进行组合，在EV（电动汽车）上占据很大一部分有效的装载空间，在布置上有相当的难度，通常有“集中”布置和“分散”布置两种形式。控制器是电动车大脑，它控制着电池电量的输出、电动机的转速、转向、过载保

44、护、能量反馈等等，目前使用的控制器分为两大类：直流控制器和交流控制器。直流控制器使用比较广泛的是串励电机控制器和他励电机控制器，在是使用方面也都有各自的优势。交流控制器现在在技术上也有了很大的提高，不如变频调速，不过由于成本高所以在使用范围上收到了很大限制。电动机是整个电动车的动力输出部分，就像汽车的发动机。现在电动车上使用的电动机以直流电动机为主流，交流电动机目前在电动车上还没有得到广泛应用。直流电机在电动车上应用最广泛的主要有串励电机和他励电机。交流电动机的使用还是以三相交流异步电动机为主。蓄电池电动汽车结构框架4.2、驱动组结构特征原理项目结构模型 特征 传统的驱动模式1.电动机代替发动

45、机；2.仍然采用内燃机汽车的传动系统，包括离合器、变速器、传动轴和驱动桥等总成；3.有电动机前置、驱动桥前置、（F-F），电动机前置、驱动桥后置（F-R）等各种驱动模式；4.结构复杂，效率低，不能充分发挥电动机的性能电动机驱动桥组合式驱动系统1.在电动机端盖处装置变速齿轮、差速器等驱动总成，形成电动机驱动桥组合式驱动系统；2.有电动机前置、驱动桥前置、（F-F），电动机前置、驱动桥后置（F-R）、驱动桥后置（R-R）等驱动模式；3.传动机构紧凑，传动效率高，安装方便电动机驱动桥整体式驱动系统1.在电动机端盖处装置变速齿轮、差速器等驱动总成，电动机有一个空心轴，有一个驱动桥的半轴从电动机空心轴中

46、通过；2.有电动机前置、驱动桥前置、（F-F），电动机前置、驱动桥后置（F-R）、驱动桥后置（R-R）等驱动模式；3.传动机构紧凑，传动效率高，可以作为驱动桥布置在车架下面轮毂电动机分散驱动系统1.电动机装在车轮轮毂中，可以有42和44两种布置方式，各个车轮之间的同步转动或差速转动由中央控制器的计算机系统控制；2.42布置方式有双前轮驱动模式和双后轮驱动模式；3.44布置方式可以实现4轮驱动模式;4.能腾出大量有效空间，便于布置5、环保电动车的结构设计5.1、系统布局及尺寸大样图根据使用环境及性能要求，此环保用四轮电动车方案尺寸为轴距2250、长度3500、宽度1500、高度2000，在满足环卫工人使用的情况下尽量小型化方便操控及随时停放，设置后背垃圾箱，垃圾箱底部带轮子方便装卸，前部设置操控台，操控台底部设置电源储备箱。其结构主要由动力蓄电池（车载电源）、控制器、接触器、控制电路、附加电路、DC/DC、DC/AC、电动机、变速器、附加电器、车身等组成。环保电瓶车系统布局图环保电瓶车尺寸大样图5.2、三维建模及结构设计部分先根据尺寸大样图用草绘工具绘制出环保车的具体轮廓，具体见