电动汽车自动变速器设计研究

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电动汽车变速器设计---课程设计说明书

电动汽车变速器设计---课程设计说明书电动汽车变速器设计---课程设计说明书一、引言电动汽车变速器是电动汽车传动系统的核心组成部分之一，其设计关系到车辆的动力性能、能源利用率等重要指标。

本课程设计旨在通过对电动汽车变速器的设计过程进行详细阐述，使学生能够深入了解电动汽车变速器的工作原理、设计模式和优化方法，从而提升其设计能力。

二、需求分析2.1 汽车动力需求分析2.1.1 车辆类型和用途2.1.2 加速性能要求2.1.3 最大速度要求2.2 电机特性分析2.2.1 随转速变化的扭矩曲线2.2.2 额定转速和额定功率2.2.3 转速范围2.3 变速器设计要求分析2.3.1 换挡过程要求2.3.2 转速匹配要求2.3.3 效率和能耗要求三、变速器基本原理3.1 变速器工作原理概述3.2 常见的变速器类型3.2.1 手动变速器3.2.2 自动变速器3.2.3 CVT变速器四、电动汽车变速器设计过程4.1 变速器档位设计4.1.1 档位数量确定4.1.2 档位比确定4.1.3 齿轮参数计算4.2 变速器传动比设计4.2.1 传动比范围确定4.2.2 传动比选择4.2.3 变速器档位和传动比的匹配优化五、电动汽车变速器优化方法5.1 效率优化5.1.1 齿轮副传动效率优化5.1.2 摩擦材料的选择5.1.3 润滑和冷却系统设计5.2 换挡过程优化5.2.1 换挡时间缩短方法5.2.2 换挡舒适性优化六、法律名词及注释6.1 汽车动力系统法律规定6.2 电动汽车相关法规七、附件7.1 电动汽车变速器设计参数表7.2 变速器结构图纸7.3 齿轮参数计算表7.4 变速器装配过程示意图：本文档涉及的附件请参考附件部分，法律名词及注释请参考章节六，全文结束。

纯电动汽车两挡自动变速器效率和热平衡仿真分析

摘要随着纯电动汽车的不断发展，对于其爬坡性能、加速性能以及续驶里程的等汽车性能提出了必要的要求，装备两挡AMT的纯电动汽车目前成为了国内外研究的热点。

两挡AMT （Automated Mechanical Transmission）在运行过程中存在能量损失，包括齿轮啮合损失、轴承损失以及搅油损失。

由于其结构紧凑和高度集成的特点，随之导致变速器整体的散热条件变差。

若变速器损耗能量不能及时散发，齿轮轮齿将会承受较高的热负荷。

过高的油温不仅会引起系统温度升高，还会影响齿轮的润滑效果和传动性能。

此外，齿面温度过高，也是引起胶合的主要因素之一。

因此对纯电动汽车两挡AMT进行整体热分析，研究其传热规律及热特性具有很重要的学术意义及应用价值。

本课题结合校企项目选择某两挡AMT变速器为研究对象，以传热学为理论基础，对变速器温度分布进行了研究，结合热网络和有限元方法对不同工况下的变速器温升过程及热平衡状态进行了分析计算，最后通过试验验证计算结果的正确性。

具体内容有：①变速器功率损失模型的建立。

从功平面、热平面及润滑油平面建立齿轮系统能量转换模型；对变速器的效率进行理论分析，计算了变速器齿轮啮合损失、轴承摩擦损失和搅油损失多种能量损失，建立了变速器的效率模型；同时分析了不同工况下的功率损失及不同的损失对功率损失的贡献度，为齿轮系统热平衡分析奠定了基础。

②变速器热平衡分析及其验证。

忽略各个构件内部温度分布对传热性能的影响，将传动系统各个构件转化为节点，综合考虑各个构件间的耦合关系。

在对热传递过程中，在研究对流换热热阻和导热热阻的基础上，基于热网络法建立了变速器的热平衡模型，并对变速器在不同工况下的热平衡过程进行了计算。

③有限元仿真分析。

由于热网络法无法对变速器内部构件内温度分布状态进行精确描述，在热平衡分析基础上，采用有限元分析法对变速器关键零件进行了温度场分析。

首先运用SolidWorks建立变速器三维实体模型，然后运用Ansys建立变速器有限元分析模型。

纯电动汽车两挡行星齿轮自动变速器结构设计

纯电动汽车两挡行星齿轮自动变速器结构设计1. 变速器的基本原理和结构变速器是汽车传动系统的重要组成部分，它能够通过改变汽车发动机输出轴和车轮之间的传动比来实现汽车的加速、减速和行驶。

在纯电动汽车中，由于电机的特性和传动系统的设计，常用的变速器结构是行星齿轮自动变速器。

行星齿轮自动变速器是一种复杂的机械传动系统，由太阳轮、行星轮、外齿圈、离合器、湿式多片离合器和液压控制装置等部件组成。

它的工作原理是通过改变太阳轮、行星轮和外齿圈之间的组合关系来实现不同的传动比，从而达到变速的目的。

行星齿轮自动变速器的工作原理主要包括以下几个部分：（2）外齿圈的定位和控制：外齿圈是由外齿和外齿轴组成的部件，它可以通过液压控制装置来实现定位和控制。

在不同的工况下，外齿圈可以和太阳轮或者行星轮组合，从而改变传动比。

（3）湿式多片离合器的控制：湿式多片离合器是由摩擦片、摩擦板和液压控制装置组成的部件，它可以通过控制液压腔压力来实现离合和结合。

在变速器工作过程中，湿式多片离合器可以实现不同部件之间的相对运动和传动比的变化。

3. 变速器的结构设计要求根据纯电动汽车的特点和发展趋势，变速器的结构设计需要满足以下几个重要的要求：（1）紧凑型设计：由于纯电动汽车的电池和电机布局的限制，变速器的尺寸和重量需要做到尽可能的小和轻。

变速器的结构设计需要尽可能的紧凑，减少部件数量和占用空间。

（2）高效率和长寿命：为了提高纯电动汽车的能效和运行稳定性，变速器的结构设计需要考虑到传动效率和使用寿命。

通常情况下，采用高强度材料和精密加工工艺可以提高变速器的传动效率和使用寿命。

（3）舒适性和智能化：随着汽车科技的不断进步，用户对汽车的舒适性和智能化要求越来越高。

变速器的结构设计需要考虑到变速过程的平稳性和自动化程度，满足用户的驾驶和乘坐需求。

（1）太阳轮和行星轮的布置：在变速器中可以将太阳轮设置在中心位置，行星轮设置在外围位置。

这样可以减少变速器的尺寸和重量，提高传动效率和使用寿命。

纯电动汽车两挡自动变速器研究开发

纯电动汽车两挡自动变速器研究开发纯电动汽车是未来汽车领域的发展趋势，越来越多的汽车制造商也开始投入到该领域的研究和开发中。

而纯电动汽车使用的电动机与传统的燃油发动机有很大的不同，需要更加先进的自动变速器以满足其特殊的需求。

与传统的液力自动变速器相比，两挡自动变速器成为了纯电动汽车的上佳选择。

两挡自动变速器是指具备两个驱动档位（前进和倒车）的自动变速器。

相比于传统的液力自动变速器，两挡自动变速器构造更为简单，润滑和维护成本更低，可以更好地满足纯电动汽车的轻量化和低成本特点。

同时，两挡自动变速器换挡更加平稳，驾驶者可以感受到更加顺滑的行驶体验。

然而，两挡自动变速器也存在着不足之处。

首先，其只有两个驱动档位，无法满足传统自动变速器多档速的需求。

其次，部分纯电动汽车采用了单速传动系统，无需采用变速器，因此两挡自动变速器在该类车型上无法应用。

为了满足纯电动汽车的需求，两挡自动变速器的开发需要解决以下几个关键技术问题：1.转矩转速特性的匹配问题。

纯电动汽车的电动机转矩特性与传统燃油汽车存在很大不同，因此需要对两挡自动变速器进行特殊的转矩转速匹配设计。

2.动力输出的控制问题。

两挡自动变速器需要具备可控的动力输出能力，能够适应电动汽车的高效节能特性。

3.自动控制系统的设计问题。

两挡自动变速器需要通过自动控制系统进行换挡操作，因此需要设计完善的控制算法以确保换挡的平稳性和准确性。

总体来说，两挡自动变速器在纯电动汽车上的应用具有广阔的前景和市场潜力。

伴随着电动汽车市场的快速发展，两挡自动变速器的研究和开发也将不断推进，为纯电动汽车的发展提供创新的动力。

随着环保和能源储备等问题的日益成为全球关注的热点，电动汽车已经成为未来可持续交通发展的主流。

而在电动汽车的原理中，变速器也起到了至关重要的作用。

两挡自动变速器符合了电动汽车的特殊需求，具有良好的市场前景。

首先，两挡自动变速器的设计的确更加简单，这样可以更好地满足轻量化和低成本的目标。

新能源汽车变速箱行业深度研究报告

【报告】新能源汽车变速箱行业深度研究报告报告综述：近年来新能源汽车销量高速增长，人们普遍担心自动变速箱的发展前景。

我们针对传统、普混及新能源汽车的变速箱进行了详细分析，总体来看，新能源汽车仍然需要变速箱，市场空间依然巨大。

我们预计变速箱整体需求仍将快速增长，总体产能供给充裕，利好万里扬等优势供应商，齿轮及油泵等领域逐步突破，未来发展看好。

•新能源汽车仍然需要变速箱。

新能源汽车分为插混(串联、并联、混联等)、纯电动及燃料电池等，其中串联、纯电动、燃料电池目前多采用单级减速器，未来能耗要求提升，或发展为多级减速器;并联多采用现有自动变速箱进行改造或使用电驱动桥;混联多采用专用混动变速箱。

总体来看，新能源汽车仍然需要变速箱，市场空间依然巨大。

•变速箱需求快速增长。

变速箱需求由汽车销量及结构决定，在双积分、五阶段油耗等政策推动下，预计弱混、强混、新能源占比大幅提升。

结合近年销量占比及车企技术路线，我们预计2025 年自动变速箱、专用混动变速箱、纯电动变速箱销量分布为1888 万、360 万和437万台，较2018 年分别增长16.3%、1145.7%、454.9%。

•产能供给充裕，利好优势供应商。

2020 年国内自动变速箱产能预计将超过2223 万，且改装为并联混动变速箱较为容易，加上专用混动变速箱总产能将超过100 万台，因此传统及新能源变速箱总体产能充裕，技术能力较强、配套关系紧密的变速箱供应商有望受益。

AT 领域爱信合资广汽、吉利并扩建产能，DCT 领域以车企自建为主，CVT 领域万里扬积极拓展吉利等客户，具有较好的发展机会。

•传统CVT、混动并联及混联、纯电动多级减速器发展前景较好。

综合市场空间及增长速度来看，传统CVT 变速箱、混动并联及混联变速箱市场空间均超过百亿且增速较快，纯电动多级减速器有望实现从无到有的突破，均具有较好发展前景，相关供应商及产业链有望大幅受益。

•齿轮及油泵等领域逐步取得突破。

电动车两档变速器换挡结构设计.doc

电动车两档变速器换挡结构设计一、绪论1.1 课题研究背景及目的随着油价的不断上涨和人们对环境污染问题的日益关注,电动汽车因其安全可靠,清洁环保的特点而成为未来汽车研究和发展的重要方向。

除了污染小，电动车还有很多优点。

比如电动车噪声低，能有效减小噪声污染，提高驾驶舒适度。

电动车的效率也很高，与内燃机相比可以大大节省资源。

同时电动汽车在成本方面也有优势，与一般的使用燃油的汽车相比，电动汽车具有操纵简便、结构简单，汽车传动部件比较少，而且不需要更换机油、油泵，还有冷却水，消声装置等，在维修保养方面的工作量相对较少。

在一些特殊场合，比如不通风、冬天低温场所，或者高海拔缺氧的地方，电动车与内燃汽车相比还具有适用范围广，不受所处环境影响的特点。

所以电动车并不如以前所想象的那样仅仅是为了保护环境而开发，如果解决了蓄电池的一些问题，它在驾驶舒适度，可靠性，成本方面都有内燃汽车无法比拟的优点。

所以，电动车的发展，必然是以后汽车的重点发展方向。

与内燃机相比，电动机的输出转矩较为固定，不像内燃机转矩和转速有很大的关系，所以电动车不用通过变速器繁琐的换挡，就可以完成起步，加速，高速行驶的过程。

但是没有档位的电动车的电动机在高速运转时扭矩较大，而并不需要这么大的扭矩，所以浪费了电能，降低了效率，电动车在爬坡时，电动机也会因为其扭矩的限制而产生最大爬坡度不足的情况。

而在启动时，电动机固定的扭矩也导致它不能更快的加速。

所以电动汽车再起步，加速，上坡，高速行驶情况下，会浪费很多电量，在地面起伏比较大的地带，或拥挤的城市里面，电动汽车的效率会大大降低。

简单的说，就是没有变速器的电动车太“笨”了，它的扭矩只能在很有限的范围内变化，而且不会朝以此时工况最适宜的扭矩变化，所以在上述对扭矩需求超出或低于电动车扭矩范围的情况下，无变速器的电动车就会显示出他的劣势，而加装一个变速器就可以改变这一状态，就可以在根据不同工况所需的扭矩的不同来挂入合适的档位，从而使电动汽车的性能得到大幅提升，而且可以简化电动机的冷却系统。

纯电动汽车两档变速器的研究与设计

ＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＤｅｓｉｇｎｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅｗｊｔｈＴｗｏ－ＳｐｅｅｄＧｅａｒｂｏｘ
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纯电动汽车两挡行星齿轮自动变速器结构设计

纯电动汽车两挡行星齿轮自动变速器结构设计【摘要】本文主要讨论了纯电动汽车两挡行星齿轮自动变速器结构设计，通过引言部分介绍了研究背景、研究意义和研究目的。

在正文部分分析了纯电动汽车两挡行星齿轮自动变速器的基本原理、齿轮箱设计、行星齿轮系统设计、动力传递系统设计和结构优化设计。

结论部分归纳了纯电动汽车两挡行星齿轮自动变速器结构设计的重要性，探讨了未来发展方向，并对研究内容进行了总结。

该研究对提高纯电动汽车的性能和节能环保具有重要意义，为未来的汽车工程技术发展提供了有益的参考。

【关键词】纯电动汽车，两挡，行星齿轮，自动变速器，结构设计，基本原理，齿轮箱设计，动力传递系统设计，结构优化设计，重要性，未来发展方向，总结。

1. 引言1.1 研究背景现在汽车已经成为人们日常生活中不可或缺的交通工具，而随着全球对环境保护和节能减排的重视，纯电动汽车逐渐成为汽车行业的发展趋势。

而纯电动汽车的自动变速器作为其关键部件之一，对其性能和效率起着至关重要的作用。

对纯电动汽车两挡行星齿轮自动变速器的结构设计进行研究和优化，将有助于提高纯电动汽车的性能和驾驶体验，推动纯电动汽车技术的发展和普及。

本文将深入探讨纯电动汽车两挡行星齿轮自动变速器的结构设计原理及优化方向，为纯电动汽车的发展提供参考和指导。

1.2 研究意义纯电动汽车是未来汽车发展的趋势，具有零排放、低噪音和高效率的特点，因此受到越来越多消费者的青睐。

而自动变速器作为汽车的重要组成部分，对于提升驾驶舒适性和能效性起着至关重要的作用。

纯电动汽车两挡行星齿轮自动变速器结构设计的研究意义在于，可以提高变速器的效率和可靠性，进一步提升纯电动汽车的整体性能。

通过对变速器结构进行优化设计，可以实现更顺畅的动力传递，减少能量损失，延长汽车的使用寿命。

优化设计也可以减少零部件的磨损和故障率，降低维护成本，提高汽车的可靠性和稳定性。

在当前环保和节能的大环境下，纯电动汽车的发展已经成为汽车行业的主流趋势。

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电动汽车自动变速器设计研究
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。

1.2 传动结构原理
根据汽车行驶性能确定IdealⅡ纯电动汽车传动设计采用两挡变速器即可满足整车的动力性和经济性要求。

图2 为两挡双离合器自动变速器传动结构图，低速挡1 挡与离合器CL1 联接，高速挡2 挡与CL2 联接。

离合器CL1 输出轴为实心轴，套在实心轴外面是一个空心轴，即离合器CL2 输出轴。

两输出轴同心使得结构使变速器更加紧凑。

通过电机与减速增距结构使两个离合器的接合与分析实现两挡自动变速，不需要再增加换挡机构，简化了系统的结构，倒挡通过整车电机反转实现。

电动汽车处停车状态时，离合器CL1 和离合器CL2 都处于分离状态，故不传递动力。

当电动汽车起步时，自动变速器电控单元控制离合器CL1 电机使离合器CL1 接合，当离合器CL1 完全接合时，电动汽车进入1 挡，此时离合器CL2 仍是分离的，不传递动力。

当电动汽车加速并达到2 挡的换挡速度值时，通过变速器电控单元控制离合器电机使离合器CL1 开始分离的同时，离合器CL2 开始接合。

两个离合器交替切换，直到离合器CL1 分离完全，离合器CL2 接合完全，电动汽车升挡过程结束。

当电动汽车进入2 挡车速运行后，变速器电控单元采集相关信号并判断电动汽车即将运行的挡位是否降挡。

降挡过程只需将正接合离合器CL2 分离，同时将处分离状态的离合器CL1 接合即可。

配合好两个离合器切换时序，按一定的换挡规律进行换挡，整个换挡即可有序完成。

1.3 控制系统原理
1.3.1 控制系统硬件原理
自动变速箱电控单元TCU 是整个双离合器自动变速器系统的控制核心，TCU 设计的好坏直接关系到整个双离合器自动变速器的品质和性能。

本设计选用飞思卡尔公司16 位MC9S12C64 单片机。

MC9S12C64 具有高速数字信号处理能力、实时性强、低功耗、集成度高等性能。

它工作环境温度可在-40 ~ 125 之间，能克服汽车工作环境恶劣对单片机性能的影响。

MC9S12C64 采用16 位微处理器S12CPU，具有较高的计算和处理能力。

MC9S12C64拥有2KB内部RAM、64KB 的内部FLASH；一个8 路16 位TIM（定时器）模块，具有高效处理多路时间事件的能力，满足电动汽车自动变速器控制系统中多路转速信号采集要求；8 路10 位AD（模数转换）模块，满足多路模拟信号转换精度要求；6 路8 位PWM（脉宽调制）模块，可以满足电动汽车多路电机驱动信号输出要求；实现与其它电控单元进行通讯的CAN 总线模块。

其他可用资源：80 脚封装有可用60 个通用I/O 口、两个8 位双向数字I/O 口、内部看门狗等。

以MC9S12C64 为核心TCU系统主要由主控制器模块、输入模块、电机驱动模块、显示和CAN通信模块等组成。

信号输入包括模拟信号、开关信号和脉冲信号输入。

其中电机转速采用霍尔脉冲式传感
器，转速传感器输出的脉冲信号经过光电隔离、电平转换后输入到单片机引脚上测速。

电机驱动模块采用
PWM 对两个离合器控制电机进行转速和转向进行控制，PWM 具有调速精度高、响应速度快、调速范围宽和耗损低等优点。

CAN 通信模块可以将TCU 与整车电机控制器和制动防抱死系统进行数据传输，从而实现了双离合器自动变速器系统对电机转速和转矩的控制，不仅简化了设计，降低了系统制造成本，同时提高了TCU 的集成度和可靠性，改善了换挡品质和整车的动力性、舒适性。

显示模块采用两个数码管，分别显示挡位和故障代码。

故障报警采用发光二极管和蜂鸣器实现。

MC9S12C64 不具有内部EEPROM 和时钟，故要增加时钟电路以及掉电存储器。

TCU 系统硬件原理图如图3 所示。

1.3.2 控制系统软件软件原理
双离合器自动变速器软件系统采用模块化程序设计方法，由主程序、信号处理、换挡决策、执行等模块组成。

主程序是一个循环程序，它不断通过采集信号来读取整车状态，实时根据司机的操作，调用相应的子程序进行换挡决策、换挡和故障诊断，并显示挡位和故障代码显示与报警。

TCU 系统主程序由上电初始化子程序、停车挡处理子程序、空挡处理子程序、前进挡处理子程序、倒挡处理子程序、以及在线故障诊断显示程序等子程序组成。

上电初始化子程序主要是对软件运行环境进行必要初始化。

停车挡处理子程序、空挡处理子程序、前进挡处理子程序及倒挡处理子程序等子程序分别根据各自挡位处理特点和功能形成各自的循环体。

故障诊断和显示功能对程序出现异常或者无法处理情况进行处理,并显示故障代码。

自动变速器电控系统软件系统主程序流程图如图4 所示。

2电动汽车自动变速器优点
根据纯电动汽车两挡双离合器自动变速器的结构特点，其具有以下几个方面优点：
（1）结构简单。

纯电动汽车电机能够在一定范围内无级调速，所以此变速系统只要采用两个前进挡就能满足整车的动力性能和经济性，简化了传动结构；同时通过离合器换挡机构对离合器进行结合与分离控制即可达到自动变速的要求，不需要换挡执行机构。

（2）节省成本。

双离合器自动变速器对原有自动变速器生产线继承性好，技术改造投入资金少；取消了液压系统等复杂机构，降低了制造成本；纯电动汽车电池和电机比较昂贵，采用两挡双离合器自动变速器可节省电池电量，降低电机性能要求，从而节省整车制造成本。

（3）换挡品质高。

双离合器自动变速器结构简单，操纵稳定，在换挡过程不切断动力，具有良好的换挡品质及传动效率。

（4）维修方便，费用低。

没有液压系统，取消了换挡执行机构等复杂结构，降低了维修难度和费
3总结
在节能减排的社会背景下，电动汽车将有良好的发展前景。

受限于电池技术和整车电机技术，电动汽车需采用并在未来一段时间内仍需采用两挡以上变速器来满足整车动力性和经济性。

电动汽车两挡双离合器自动变速器既降低了电动汽车对电池和电机的要求，同时克服了手动变速器换挡品质差和AMT 换挡中断动力源问题，因此该两挡双离合器自动变速器具有较好的应用前景。

（注：可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!）。