汽车电动助力系统设计(附件)
为了减少燃油消耗，减少能源使用，减少环境污染以及降低对人体健康的危害。设计了汽车电动助力系统。本课题介绍了汽车电动助力系统设计，主要介绍了220V，500W的电动机设计，简要的说明了输入电压范围：12～24V，输出为220V的DC-DC升压转换器的设计，同时也简要的说明了电路的传递路线，以及主要介绍了电动机如何安装在后桥与传动轴之间。本课题解决了电动机安装在传动轴与驱动桥之间的难题，电动机与传动轴的连接是通过空心轴的连接，这是本课题的一个创新点。关键词 汽车，助力，电动机，设计，调压目 录
1 绪论 1
1．1 课题研究背景 1
1．2 课题国内外的研究发展状况 2
1．3 本课题的研究意义和目的 3
1．4 本课题研究的创新点 4
2 直流电动机主要参数选择与设计计算 4
2．1 电动机的磁路计算 4
2.1.1 主要技术指标 4
2．2绕组形式选择 4
2．3 磁路结构尺寸 4
2．4 计算空载特性曲线计算气隙磁通 8
2.4.1 空载特性曲线计算 8
2．5 电路的计算 9
2．6 核算主要技术指标 11
2．7 计算损耗与效率 （额定工作时） 13
3 设计升压电路 16
3．1 DC-DC升压转换器介绍 16
3．2 升压斩波电路原理 17
3．3 升压斩波电路的输入与输出电压的关系 19
3．4 DC-DC升压斩波电路稳压原理 19
3．5 设计主要电路 20
4 设计汽车电动助力系统 22
4．1 电路传递路线 22
4．2 汽车电动助力系统设计图 23
4．3 设计零件图 24
4.3.1 设计电动机外壳 24
4.3.2 设计空心轴 24
4.3.3 设计套筒连接件 25
4.3.4 设计凸盘连接 25
4.3.5 设计凸缘盘连接件 26
4.3.6 设计圆盘连接件 26
4.3.7 设计支承连接件
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
．2 汽车电动助力系统设计图 23
4．3 设计零件图 24
4.3.1 设计电动机外壳 24
4.3.2 设计空心轴 24
4.3.3 设计套筒连接件 25
4.3.4 设计凸盘连接 25
4.3.5 设计凸缘盘连接件 26
4.3.6 设计圆盘连接件 26
4.3.7 设计支承连接件 27
4.3.8 设计转子部分 27
结 论 28
致 谢 29
参 考 文 献 30
1 绪论
1．1 课题研究背景
伴随经济社会的飞速发展，汽车早已是生活中的重要代步工具，汽车已经是人类最常见，使用最方便的交通工具。目前汽车已经得到了广泛的使用，因此，人们对汽车的性能和舒适性要求也逐步提高。由于现在汽车的价格也不贵，越来越多的人能买得起车，很多的家庭不只是拥有一辆私家车，所以人们对它的需求量也是急剧上升，汽车使用的燃料自然也急剧增加。
然而目前使用的大部分汽车所使用的燃料是石油资源。但是我们知道石油资源属于不可再生资源，此资源只会越用越少。同时，汽车使用石油燃料会产生大量尾气排放，这些尾气不仅造成严重的环境污染，而且严重影响了人们的身体的健康。
由于大量的使用石油资源，造成了不可再生资源的紧张、城市环境受到污染、人体健康同时也受到影响，不得不引起人们对汽车环保节能的重视。因此如何减少石油资源的使用也越来越受到人们的关注。尽管目前市场上已经存在了电动汽车，但是电动汽车的蓄电池储藏电量能力是有限的，一般电动汽车充满电以后，不能进行长时间行驶，同时，当电动汽车亏电时，也不能随时随地地为其补充电量。主要有以下3个方面的原因：
电动汽车上的蓄电池充电时间长。以普通家用轿车为例，如果是快速冲
电的话，半小时内也只能充满70-80%的电量，然而，加油汽车只需要几分钟就可以加满油。如果采用快速充电，则对汽车上使用的昂贵蓄电池有损害。如果为了不让昂贵的蓄电池损害，采用缓慢充电的方式，可能大概需要7-8小时才能使蓄电池电量充满。这样给人们出行带来了极大的不方便。
2）目前，国内电动汽车充电站也很少，没有加油站那么普遍，因此，电动汽车不能普遍使用。
电动汽车的蓄电池不能够随时随地补充电量。大多数电动汽车顾客来说
不能独自建立自己的充电桩。目前，停车难这个问题也一直存在，尚未解决。在很多城市中，拥有汽车固定停车位汽车消费者不足50%，拥有自己独立的充电桩更是不太可能。如果充电桩是以全功率充电的话，很多小区电网是无法承受大批量电动汽车一起充电的，所以很多小区不接受私人拥有充电桩。
所以尽管电动汽车能够解决能源稀缺、环境污染等问题，但是电动汽车存在电池问题，因此不能普遍使用，不能彻底解决这些问题。因此，我设计了汽车电动助力系统来减少燃油消耗，减少能源使用，减少环境污染以及降低对人体健康的危害。
本课题目的是在查阅国内外文献的基础上，设计汽车电动助力系统，本系统是以电动自行车、轮毂电机以及直流无刷电动机为基础进行研究设计的。
1．2 课题国内外的研究发展状况
马南，刘元成，刘耀武，刘广成和于起顺发表的《汽车电动助力转向系统》[1]，介绍了目前现有汽车的助力转向系统之间的一些比较， 提出了关于电子液压助力与机械液压的缺点，还介绍了系统的组成主要设计参数、控制特性。这个助力系统的优点就是减少能源消耗， 操作稳定性也得到了提高，动力转向将成为发展主流。
张雄飞，何天明和张献伟发表的《纯混合动力车辆电量储能补偿及修正方法分析》[2]，简单介绍了一种新型的混合动力汽车（PHEV），本文主要从特点、动力系统的结构以及核心技术这三个层次进行了详细的介绍，同时提出纯电动汽车发展的最好方式之一就是依靠PHEV。王领辉和徐达发表的《混合动力车辆电量储能补偿及修正方法分析》[3]，介绍了由某个串联式混合动力车辆，在国内某个典型城市公交循环下的消耗的油量和消耗的电量的测试分析，来研究实际的燃油消耗、电能变化，以及根据国家标准GB/T19754-2005要求公式实施补偿修正的结果。
刘自凯，徐伟和林务田发表的《汽车电动助力转向系统（EPS）研究》[4]，介绍了伴随着性能、安全、环保和舒适性得到了提高，汽车上早已普遍地使用电动助力转向系统。为了解决开发新车型时，存在汽车电动助力转向系统选型和设计上的问题，本篇文章分析了不同类型与不同结构的汽车电动助力转向系统的特点和应用，同时也说明了汽车电动助力转向系统的核心技术与将来的发展趋势。
孙立军，陈龙，赵景波和江浩斌发表的《汽车电动助力转向系统助力特性研究及试验》[5]，介绍了为了研究助力系统的特性对汽车转向性能产生的影响， 来建立转角输入的动力学模型, 选定了汽车电动助力系统的助力特性曲线;并且通过仿真试验, 验证了模型的正确性;最后通过自己开发的助力转向控制器进行实车实验，实验结果显示控制器可以符合转向性能的指标。
唐小琦，关勇刚和赵国庆发表的《汽车电动助力转向控制系统的研究》[6]，分析了控制策略中的三个核心模块：助力控制和预估模块以及回正模块这三个模块的作用。根据以上要求开发出了EPS的控制器，装车实验结果显示，汽车电动助力转向的助力效果很好、手握方向盘的感觉以及平稳性都满足所设计
1 绪论 1
1．1 课题研究背景 1
1．2 课题国内外的研究发展状况 2
1．3 本课题的研究意义和目的 3
1．4 本课题研究的创新点 4
2 直流电动机主要参数选择与设计计算 4
2．1 电动机的磁路计算 4
2.1.1 主要技术指标 4
2．2绕组形式选择 4
2．3 磁路结构尺寸 4
2．4 计算空载特性曲线计算气隙磁通 8
2.4.1 空载特性曲线计算 8
2．5 电路的计算 9
2．6 核算主要技术指标 11
2．7 计算损耗与效率 （额定工作时） 13
3 设计升压电路 16
3．1 DC-DC升压转换器介绍 16
3．2 升压斩波电路原理 17
3．3 升压斩波电路的输入与输出电压的关系 19
3．4 DC-DC升压斩波电路稳压原理 19
3．5 设计主要电路 20
4 设计汽车电动助力系统 22
4．1 电路传递路线 22
4．2 汽车电动助力系统设计图 23
4．3 设计零件图 24
4.3.1 设计电动机外壳 24
4.3.2 设计空心轴 24
4.3.3 设计套筒连接件 25
4.3.4 设计凸盘连接 25
4.3.5 设计凸缘盘连接件 26
4.3.6 设计圆盘连接件 26
4.3.7 设计支承连接件
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
．2 汽车电动助力系统设计图 23
4．3 设计零件图 24
4.3.1 设计电动机外壳 24
4.3.2 设计空心轴 24
4.3.3 设计套筒连接件 25
4.3.4 设计凸盘连接 25
4.3.5 设计凸缘盘连接件 26
4.3.6 设计圆盘连接件 26
4.3.7 设计支承连接件 27
4.3.8 设计转子部分 27
结 论 28
致 谢 29
参 考 文 献 30
1 绪论
1．1 课题研究背景
伴随经济社会的飞速发展，汽车早已是生活中的重要代步工具，汽车已经是人类最常见，使用最方便的交通工具。目前汽车已经得到了广泛的使用，因此，人们对汽车的性能和舒适性要求也逐步提高。由于现在汽车的价格也不贵，越来越多的人能买得起车，很多的家庭不只是拥有一辆私家车，所以人们对它的需求量也是急剧上升，汽车使用的燃料自然也急剧增加。
然而目前使用的大部分汽车所使用的燃料是石油资源。但是我们知道石油资源属于不可再生资源，此资源只会越用越少。同时，汽车使用石油燃料会产生大量尾气排放，这些尾气不仅造成严重的环境污染，而且严重影响了人们的身体的健康。
由于大量的使用石油资源，造成了不可再生资源的紧张、城市环境受到污染、人体健康同时也受到影响，不得不引起人们对汽车环保节能的重视。因此如何减少石油资源的使用也越来越受到人们的关注。尽管目前市场上已经存在了电动汽车，但是电动汽车的蓄电池储藏电量能力是有限的，一般电动汽车充满电以后，不能进行长时间行驶，同时，当电动汽车亏电时，也不能随时随地地为其补充电量。主要有以下3个方面的原因：
电动汽车上的蓄电池充电时间长。以普通家用轿车为例，如果是快速冲
电的话，半小时内也只能充满70-80%的电量，然而，加油汽车只需要几分钟就可以加满油。如果采用快速充电，则对汽车上使用的昂贵蓄电池有损害。如果为了不让昂贵的蓄电池损害，采用缓慢充电的方式，可能大概需要7-8小时才能使蓄电池电量充满。这样给人们出行带来了极大的不方便。
2）目前，国内电动汽车充电站也很少，没有加油站那么普遍，因此，电动汽车不能普遍使用。
电动汽车的蓄电池不能够随时随地补充电量。大多数电动汽车顾客来说
不能独自建立自己的充电桩。目前，停车难这个问题也一直存在，尚未解决。在很多城市中，拥有汽车固定停车位汽车消费者不足50%，拥有自己独立的充电桩更是不太可能。如果充电桩是以全功率充电的话，很多小区电网是无法承受大批量电动汽车一起充电的，所以很多小区不接受私人拥有充电桩。
所以尽管电动汽车能够解决能源稀缺、环境污染等问题，但是电动汽车存在电池问题，因此不能普遍使用，不能彻底解决这些问题。因此，我设计了汽车电动助力系统来减少燃油消耗，减少能源使用，减少环境污染以及降低对人体健康的危害。
本课题目的是在查阅国内外文献的基础上，设计汽车电动助力系统，本系统是以电动自行车、轮毂电机以及直流无刷电动机为基础进行研究设计的。
1．2 课题国内外的研究发展状况
马南，刘元成，刘耀武，刘广成和于起顺发表的《汽车电动助力转向系统》[1]，介绍了目前现有汽车的助力转向系统之间的一些比较， 提出了关于电子液压助力与机械液压的缺点，还介绍了系统的组成主要设计参数、控制特性。这个助力系统的优点就是减少能源消耗， 操作稳定性也得到了提高，动力转向将成为发展主流。
张雄飞，何天明和张献伟发表的《纯混合动力车辆电量储能补偿及修正方法分析》[2]，简单介绍了一种新型的混合动力汽车（PHEV），本文主要从特点、动力系统的结构以及核心技术这三个层次进行了详细的介绍，同时提出纯电动汽车发展的最好方式之一就是依靠PHEV。王领辉和徐达发表的《混合动力车辆电量储能补偿及修正方法分析》[3]，介绍了由某个串联式混合动力车辆，在国内某个典型城市公交循环下的消耗的油量和消耗的电量的测试分析，来研究实际的燃油消耗、电能变化，以及根据国家标准GB/T19754-2005要求公式实施补偿修正的结果。
刘自凯，徐伟和林务田发表的《汽车电动助力转向系统（EPS）研究》[4]，介绍了伴随着性能、安全、环保和舒适性得到了提高，汽车上早已普遍地使用电动助力转向系统。为了解决开发新车型时，存在汽车电动助力转向系统选型和设计上的问题，本篇文章分析了不同类型与不同结构的汽车电动助力转向系统的特点和应用，同时也说明了汽车电动助力转向系统的核心技术与将来的发展趋势。
孙立军，陈龙，赵景波和江浩斌发表的《汽车电动助力转向系统助力特性研究及试验》[5]，介绍了为了研究助力系统的特性对汽车转向性能产生的影响， 来建立转角输入的动力学模型, 选定了汽车电动助力系统的助力特性曲线;并且通过仿真试验, 验证了模型的正确性;最后通过自己开发的助力转向控制器进行实车实验，实验结果显示控制器可以符合转向性能的指标。
唐小琦，关勇刚和赵国庆发表的《汽车电动助力转向控制系统的研究》[6]，分析了控制策略中的三个核心模块：助力控制和预估模块以及回正模块这三个模块的作用。根据以上要求开发出了EPS的控制器，装车实验结果显示，汽车电动助力转向的助力效果很好、手握方向盘的感觉以及平稳性都满足所设计
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