电动三轮车结构设计及运动仿真【说明书+PROE+仿真】

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电动三轮车运动仿真334.1链传动运动仿真334.2制动系统运动仿真334.3整车运动仿真33结论34致谢35参考文献36摘要目前，在国外有许多国家，尤其是日本，电动车已经风靡。政府也鼓励人们尽量使用没有污染的交通工具电动自行车。我国电动车的技术水平基本和世界同步，生产电动车的正规企业已经达到百家以上，产品品种多样，很多企业的产品质量符合和超过国外质量标准，进入千家万户。成为大众的重要交通工具。电动三轮车的使用对象主要老年人，利于中老年人走亲、访友、消闲郊游，逛市场购物买菜也很方便适用。随着全球经济的一体化，农用三轮车行业在高技术、能源紧张背景下的市场竞争日益激烈。产品不断创新的一个方面体现在造型和结构设计的改进，节能和环保要求，安全性和舒适度等的提高。本文简要介绍了电动三轮车的分类、用途以及各个类型的电动三轮车的工作原理，并根据我对电动三轮车的市场调查的情况进行分析研究，并对电动三轮车的某些结构做了简要的介绍、改进和整合。就电动车的发展过程发展前景以及电动车在发展过程中存在的问题做了简要的介绍和分析，并对世界上其它国家电动车的发展状况做了简要的叙述。最后，经过认真总结和对参考文献资料并利用四年来所学的知识，在指导老师和任课老师的指导和其他同学的帮助下，对电动三轮车的整车结构参数、外形尺寸、前叉结构、驱动系统和制动系统做了简单的设计，具体内容如下：1. 对电动三轮车整车结构进行合理设计2利用三维软件pro/e建模设计；3对传动部分的链传动设计计算分析，并利用动力学软件进行链传动仿真；4.对制动系统进行设计建模并完成刹车制动仿真。关键词： 电动三轮车，运动仿真，链传动，制动系统，PRO/E ABSTRACT第一章 绪论1.1引言目前，在国外有许多国家，尤其是日本，电动车已经风靡。政府也鼓励人们尽量使用没有污染的交通工具电动自行车。我国电动车的技术水平基本和世界同步，生产电动车的正规企业已经达到百家以上，产品品种多样，很多企业的产品质量符合和超过国外质量标准，进入千家万户。成为大众的重要交通工具。电动三轮车的使用对象主要老年人，利于中老年人走亲、访友、消闲郊游，逛市场购物买菜也很方便适用。随着全球经济的一体化，农用三轮车行业在高技术、能源紧张背景下的市场竞争日益激烈。产品不断创新的一个方面体现在造型和结构设计的改进，节能和环保要求，安全性和舒适度等的提高。 为了顺应时代的潮流和人民生活的需要，我早已想对电动车做进一步的开发，通过和指导老师讨论决定对电动三轮车进行进一步的研究和改进，设计出一款更为实用经济的电动三轮车产品。由于能源价格的日益攀升，电动车具有方便,节能,环保等优点，国家倡导绿色能源，电动车将在世界各地逐渐普及，这对保护环境、节约资源和提升人们的生活质量有重要的作用。针对掌握的资料知道电动摩托车是以蓄电池作为辅助能源，它虽然具有普通三轮摩托车的外表特征，但主要的是，它是在普通三行车的基础上，安装了电机、控制器、蓄电池、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。无论是国内销售,而是海外发展的电动三轮车.现在还是处于一个摸索中成长的阶段。表现主要有以下几点:科技含量不够高，整体产业链上中下游问题百出，无具体的行业标准要求限制。电动车行业经过05和06年“井喷”式增长，到07年整个行业产能已经达到了约6700万台，而08年市场需求只有2100万台左右，由于产能严重过剩，行业开始进入洗牌阶段，许多中小企业都陆续的退出了电动车行业，09年行业市场竞争会更加激烈。电动车行业由于门槛低，技术含量不高，产品仿冒层出不穷，大多数企业在新品开发上放弃了自主研发而采取市场跟进策略，即市场上什么车型畅销就上什么车型。电动车市场消费者的不成熟，对新鲜外观的追逐喜好的特点使得电动车新品更新换代过于频繁，企业要想投其所好吸引这些消费者，就必须加快新品开发的速度，可见电动车新品开发得重要性。1.2电动三轮车基本结构及工作原理1.2.1基本结构电动三轮车一般由行车部分、动力部分、传动部分、操纵制动部分、电气仪表等部分组成，行车部分: 它主要由车架、前叉（前减振器）、前后轮、座垫等组成。构成整体，支撑全车的总重量。传动部分：它由变速器、后传动装置或直驱链传动等组成。动力部分输出的功率传递给驱动轮，驱使电动自行车行驶。通过调速器，使电动自行车获得行驶所需要的驱动力和速度。它由变速器、后传动装置等组成。操纵制动部分: 车把、制动装置、调速手把等组成，作用是直接控制行车方向、行驶速度、制动等。电气仪表部分: 由数据显示装置、充电器等组成。反映车辆运动状态的主要装置。1.2.2工作原理电动驱动：能源主要采用蓄电池，电路导通后，可驱动轮毂电动机后轮制动，推进其余两个从动轮（一前轮、一后轮），车体整体行进。车把处有速度调节装置，应用霍尔传感器，控制轮毂电动机转速。体力驱动：与自行车驱动相同。骑行者脚踏踏板，曲柄飞盘转动。车架中间一处有固定的中轴装配孔，中轴固定后，飞盘与中轴由链条连接，同时，中轴也通过链条与主动轮毂处的飞轮相连。飞轮转动带动中轴旋转，进而也使飞轮转动，由于飞轮只能单向运转，轮毂驱动轮只能向前驱动机车行进。刹车结构，主要有两部分，主动涨闸与从动抱闸。涨闸主要由蹄片，弹簧等组成，闸片通过螺纹与轮毂相连，与轮毂一体转动。当扯动主动刹后，牵动簧丝扳动主抱闸开关，此时，带动内部凸轮转一定角度，撑开两边蹄片（蹄片间有弹簧相连），蹄片涨开，与闸片内表摩擦，从而减速轮毂电动机，达到刹车功能。从动抱闸减速从动轮，内部原理类似。1.3电动三轮车国内外研究现状及发展趋势1.3.1 电动三轮车国内研究现状及发展趋势 中国电动三轮车行业起步于2001年左右，至今已有近十年的发展历程。从04年的总产量约50万辆到去年的约200万辆，电动三轮车行业发展之迅速让人为之振奋。短短的几年时间内，徐州丰县、河南商丘以及江苏常州几大重要板块崛起，形成了电动三轮车产业的三大根据地，几乎占据行业总销量的90%以上。此外，各地区的中小型电动三轮车企业也在这几年间如雨后春笋般成长起来，如山东、浙江等地，电动三轮车企业发展势头良好。电动三轮车产品涉及货运车、休闲观光车、助残车、沙滩车、太阳能电动车三轮车等多个车种。相对于电动两轮车来说，电动三轮车产业发展前景及空间更加广阔，起步晚，市场并未全面开发；产品仍处于较低水平，整体质量与功能还有待于提高；政策层面上，行业标准问题悬而未决；就企业而言，多为中小投资型，在资金、技术、渠道、营销等方面的积淀仍显不够，也并未形成实力雄厚的领导品牌，品牌格局并未形成稳定局面。虽然如此，迅速扩大的市场空间为电动三轮车企业提供了快速发展的可能，而电动三轮车产品凭借其环保、节能、便捷、实用的优点，在各地区特别是乡镇、农村市场迅猛增长，而像旅游观光车等特种车，也被应用于各个领域，并起着越来越重要的作用。最近几年属于电动三轮车蓬勃发展的关键时刻，预计2011年全国电动三轮车行业总销量将达到500万辆以上。电动三轮车行业起步较晚，竞争相对并不激烈，然而与前几年相比，近几年由于行业发展增速，企业数量也随之急速增长。目前，全国共有电动三轮车品牌厂家200余家，规模相对较大的企业有：金彭、宇峰、百事利、平安人家、淮海、福田、速利达、丰收、帅克、合旺牛、大安、富尔沃、普田、常力等。就销量上来说，目前年产量接近十万辆或超过十万辆的企业有三家左右，分别是宇锋、金彭与百事利，年产量在五万辆左右的企业约有十多家，包括平安人家、步步先、淮海、福田、速利达、丰收、帅克、合旺牛、大安、富尔沃、普天、常力等，另外，全国各区域分布着众多中小型电动三轮车企业，如美时达、万吉、绿能达、金源、阿拉奇、蒙格马、达尔福等。由于行业仍处于生长期阶段，现有电动三轮车企业发展势头良好，而更多的企业跻身到这一行业中来，其中包括摩托车企业、电动车企业以及自行车企业等。另一方面市场的不成熟也导致了行业内目前仍未出现实力明显领先的企业与品牌，电动三轮车行业品牌格局并未形成，而目前的基本格局也只是一个暂时的，并不稳定的格局，在行业迅速发展的近一两年内，这一格局将有可能被多次改变。目前来说，三大板块内的所有企业，包括其他区域的电动三轮车企业都处于扩大规模中。2005年至今，电动三轮车产业出现井喷状态，其发展形势犹如五年前的电动自行车行业。市场的迅速增长给企业带来巨大机会，同时也成为品牌突围的最佳时机，预计在三年之内，将会陆续有更多的企业进入到这一行业，电动三轮车行业的企业数量将成倍增长，而行业品牌格局在产业规模的持续扩张以及行业洗牌的双重作用下将逐渐清晰，并形成相对稳定的状态。近十年间，电动三轮车行业在各区域的发展程度各不相同，而总体上来说，已形成了三大主力板块，江苏丰县板块、河南商丘板块，以及江苏常州板块，这三大板块奠定了目前中国电动三轮车行业的基本格局，占据了整个行业90%左右的市场份额。江苏丰县是三大板块中实力最为雄厚的板块，占据了全国60%以上市场份额，代表企业有百事利、速利达、富尔沃、平安人家等。丰县拥有200多家企业从事电动三轮车的装配、零部件生产等，其中整车生产企业有80多家，配件生产企业120余家。丰县电动三轮车产品销往全国各地，目前除西藏、澳门、香港、台湾外，国内其他所有省、直辖市、自治区都有丰县产的电动三轮车，并出口到马来西亚、新加坡、印度、孟加拉、沙特、俄罗斯等十几个国家。丰县电动三轮车产业的崛起归结起来有两大原因，一是民营资本的介入，各企业自身发愤图强，另一方面则是当地政府对这一产业的政策支持。今后，丰县还将继续向前迈进，成为全国最大、实力最强的电动车研发、生产基地。据初步统计，丰县板块2010年预计产量将达到200万辆左右。今年，丰县又上马了几个较成熟企业的大项目：投资1亿元、建成后可年产20万辆整车、30万套电机、车架、车厢的徐州吉尔电动车有限公司开工建设；投资1.2亿元的徐州速利达公司年产25万辆电动车、50万套电机及配件的三期扩建项目。河南商丘是另一个重要的电动三轮车生产基地，年产30万辆电动三轮车，而且各企业正加紧扩大规模，代表企业有世纪泰美车业有限公司、中山电动车厂、白天鹅车业、清大快鸟车业等。据统计，目前，商丘市共有电动三轮车生产企业30多家，并已有4家企业年产量超过1万辆，其中中山电动车厂年产量达3万多辆，而世纪泰美车业有限公司则以年产7万辆的规模占据全国领先地位。对于一般的城乡居民特别是广大中老年来说，电动三轮车无噪音、无污染、安全节能、既能载人又能载物，受到了这部分人的青睐。介于电动三轮车的这些特殊性能，其市场主要集中于乡镇及农村，因此其渠道分布也大多集中于县城或乡镇。对于特殊用途的特种三轮车来说，由于是应用到特殊领域，一般由特定组织或集团从供应商手中直接提货，中间并不存在经销商环节，这也是由特种三轮车应用范围的局限所决定的。对于普通电动三轮车，从经营模式上来看，目前电动三轮车行业的专营店并不多见，而大型超市、卖场等也少有电动三轮车的铺货，厂家一般采取的是寻找经营电动两轮车的经销商来进行顺带销售，电动三轮车在多数经销商经营的产品结构里，一般只占小部分，除了少数市场之外，大多数市场上电动三轮车的销量远远落后于电动自行车，这也是经销商采取顺带销售模式的原因之一。由此看来，电动三轮车行业的渠道模式仍然处于非常低的水平，也并未形成主流渠道。各种零散的销售网点虽已建立，但并不稳定，终端也未出现如电动自行车行业一样的大经销商和样板市场。总得说来，电动三轮车行业目前仍处在只关注生产的初级阶段，而针对终端销售市场的营销并未引起行业内的足够重视。据了解，截止目前，淮海、金彭等行业知名品牌已经在某些区域建设起了品牌专卖店，行业的渠道格局将得到提升，专营店、大卖场、大型超市等销售模式将在今后几年内逐渐普遍起来，电动三轮车渠道格局也将迎来新局面。与电动两轮车一样，电动三轮车也具有多种车种与车型。车种上来说，大致可分为普通电动三轮车和特种车，其中特种车包括旅游观光车、助残车、载客三轮车、电动垃圾车、沙滩车等，根据功率大小，又可分为单电瓶三轮车和多电瓶三轮车。从款式上来说，可分为标准型、多功能型和豪华型三种。1、标准型：此类电动车电机功率一般为150W，特点是造型简洁流畅，续行里程在40km50km，操作简便，价格适中，售价在2000元2600元左右，较适合上下班距离较长，工作、生活有一定机动性的用户使用。2、多功能型：此类电动车一般是在标准型基础上增加前叉避震、鞍座避震、前照灯、电喇叭等，它的特点是功能较多，骑行时比较舒适，夜间使用也比较方便，价格一般在2500元3000元左右。3、豪华型：此类电动车的特点是造型比较新颖豪华，功能更全，通常在车把上增设仪表板，以显示速度、里程、电压、电量等，有的还装有转向灯、语言提示、后视镜、工具箱、安全网等，价位通常在3000元3400元左右。款式上，与电动两轮车行业相似，由于电动三轮车行业发展的不成熟，研发、制造技术并未构成所有企业自主研发与生产的条件，因此，在行业中普遍存在着仿冒的现象。据行业内某些企业透露，行业中一款新品推出之后，少则十多天，多则一两个月之内，必定会在多个厂家推出的车款中看到同样的车型。设计人才的短缺，技术能力的相对落后以及开发新品的成本增加等多种因素，使得电动三轮车行业在产品的创新上显得举步维艰。价格上，由于今年的特殊形势，电动三轮车行业出现了价格战的苗头，整车利润开始全面下滑，市场竞争中价格逐渐成为至关重要的因素。据有关人士透露，2007年的时候，一辆电动三轮车的毛利还处于300元左右的水平，属于正常水平，而到了2008年，整体价格下降，一辆车的毛利下降到200元左右，而到了2009年，毛利就降到了150元左右，今年，价格持续下滑，每辆车的毛利只有100元左右，净利润更是只有三四十元上下。1.3.2 电动三轮车国外研究现状及发展趋势纵观全世界，我国的电动车行业用了最少的政府财政支持和行业监管，已经发展成为最大的电动车生产基地。原始设备制造商的工业增长从1998年的10增长到了2005年的481。根据非官方网站估计的数目，原始设备的增张从1000到了5000个。电动车制造厂的年生产辆从1000辆每年增加到了300000辆每年。多数自行车生产厂家的年产量在10000到50000辆，但有6家企业年产量超过了20万辆。造成这样的局面的重要原因是在这个行业里，部分企业的技术不够成熟，供应商的网络是巨大的，制造电动车相对简单。8个原始设备厂供应的零件的利润率只有6%。此外，和大公司的管理人员访谈时得知，相当多的中小企业盗窃知识产权的现象严重（IP）。由于进入这一行业的门槛太低和知识产权保护意识太差，有许多无牌的电动自行车制造厂销售劣质电动车，但是成本相当低。一些原始设备制造商预测，在未来几年，电动自行车生产厂家数量将大幅下降并且保持相对稳定的厂家数目 。该公司说明。目前，制造电动自行车的厂家背景各种各样。有些成立的电动车厂家是摩托车厂家，电器厂，甚至是玩具车厂家根据目前的电动车市场的需要的增加而转产的。其中一些公司已经成立60多年的大公司，但是直到2000年才开始制造电动自行车。许多公司甚至没有一点制造业的经验就直接进入制造电动自行车的行业。德、日、法、美这几个汽车工业发达国家，到目前为止都已研制出实用的电动汽车，其中包括大客车、轿车、摩托车等。美国几大主要汽车制造商已广泛深入的开展了电动车的研究。其中通用汽车公司是电动汽车行业的领导者。通用与美国能源部合作，用MH-Ni电池取代铅蓄电池，使电动车一次充电行使距离达到160km，他们计划在2004年开始生产燃料电池的电动汽车。1.4本设计主要内容通过网上资料的搜集和对市场的亲身调查发现现在电动三轮车的发展状况和技术水平，然后通过对资料的整合和自身大学四年学到的知识的运用和指导老师的帮助，把各项新的技术运用到设计的新产品中。论文由任务书、开题报告、文献综述、外文文献、目录、正文、附录、图纸、参考文献和心得体会等文件组成。内容主要是电动三轮车的整车简介、电动三轮车前叉的设计、电动三轮车驱动系统的设计和电动三轮车制动系统的设计等组成。主要内容如下:1. 对电动三轮车整车结构进行合理设计2利用三维软件pro/e建模设计；3对传动部分的链传动设计计算分析，并利用动力学软件进行链传动仿真；4.对制动系统进行设计建模并完成刹车制动仿真。第二章 电动三轮车结构方案设计2.1 常见的电动三轮车后桥的结构样式2.1.1 单侧电机、外置车架型 单侧轮电机，外置车架（车架在车轮外边），这种结构的车没有大轴，稳定性不好，后两轮不同步，载重量轻，车架易变形。这种电动三轮车的优点是制造工艺简单车身轻便，耗电量相对较小 ，没有差速器，驱动系统相对简单，成本低。缺点就是使用范围比较狭小，不适合在路况不太好的乡下使用。一般情况下此种车型车速较低，车子容易掌控，可作为老年人、残疾人代步用车。如图2.1所示。 图2.1 外置车架电机型2.1.2 中置电机带大轴型要选择中置电机带大轴的车，（大轴又称后桥、后梁，是连接三轮车后两轮之间的车轴，三轮车的重要部件）这种车稳定性好，中置电机同时驱动后两轮，启动平稳。而且这类车不用外置车架，整车外观也好看。 这种类型的车成本比较高、车身比较重、承载能力强，适合城市货运和路况比较差的城乡使用。随着使用范围的扩大，还出现了电动三轮出租车，电动三轮环卫车等，如图2.1所示。图2.1 中置电机带大轴的三轮车2.2 电动三轮车根据用途不同的分类2.2.1休闲型电动三轮车 休闲型电动三轮车以自用为主，通常作为老年人休闲娱乐、接送儿孙上学或者买菜走亲戚所用。老年人可以用来作为结伴去钓鱼、逛公园、健身等的代步工具。车身比较轻，车速比较低，比较省电，还有助理脚踏，可以作为低电或者没电时应急所用，也可以作为老年人锻炼身体的工具,如图2.3所示。 图2.3 休闲型电动三轮车2.2.2 客运型电动三轮车客运型电动三轮车以城镇客运为主，他的主要特点就是承载能力强，可以坐五到六人，电池容量比较大，车身比较重比较长，一般采用中置电动机或者是采用差速电机的方式作为后桥的驱动方式。电池容量大、电机功率较大、电压较高、行程比较远。同时也有助理脚踏，在低电、没电或者上坡、起步时使用。这种客运型点动三轮车多用在城乡客运或者出租所用，车速比较高、车身比较大、轴距较长，稳定性比较好，如图2.4所示。 图2.4 客运型电动三轮车2.2.3 客货两用型电动三轮车客货两用型电动三轮车集合了客运和货运的长处，用途更多、应用范围更广泛。一般也是采用的中置电动机或者差速电机作为后桥驱动系统，不仅可以载人，还可以载货，不管是城市还是农村都可以用。它的电动机功率、电池容量、电池组电压更为高，这样车速更高、动力更强、行程更远、。同时车身使用的钢材更厚、标号更高，同时那整车成本更高。图2.5 客货两用电动三轮车2.2.4 货运型电动三轮车 货运型电动三轮车与客运型电动三轮车驱动形式相差不大，也是以中置电动机或者差速电动机为主要的驱动方式，只是电动机的功率更大，电池电压更高、电动机功率更高，电池容量更大而已。主要作为城市的轻货的运输工具，与其他机动车相比居于价格低，操控简单，方便实用的特点。货运型电动三轮车的钢材标号最高，钢板厚度更厚，成本也相应的会更高。 图2.6 货运型电动三轮车2.3 电动三轮车设计方案的确定综合所有电动三轮车的特点和用途，再经过我对本地区市场的需求，我决定设计一款新型的货运电动三轮车。因为现在的货运型电动三轮车整体来说使用的是多块电车组和中置电动机。这样呢就加重了车身的自重，还需要有链条的传动。这样的电动三轮车的缺点呢有两点：一、电动三轮车的电池组的自重消耗了电池的电量，使得电动三轮车的行程缩短；二、用链条传动在功率的传递过程中也消耗了一部分电能。那么我就想能不能在电动三轮车上使用一种新型的电池组呢？它既有同样的电池容量，也拥有比较低的自身重量。还有就是目前的货运型电动三轮车外观都是如图四所示的样式，千篇一律，虽说是用来拉货用的，但是总体来说还是不够美观，不能吸引人们的眼球。那么我能不能在货运型的电动三轮车的外观上做点文章呢？通过我认真的分析、导师的指点和通过搜集市场的资料和调研。一个全新的货运型电动三轮车在我的脑海中应运而生。那就是使用新型的电池组和差速电机做为驱动的改进为方案，和更为讲究而且符合大众口味的电动三轮车。不仅外观漂亮，而且车身自重更轻、行程更远，使用维护更为方便，噪音更低的电动三轮车将会在不久的将来展现在大家的面前, 如图2.7所示电动三轮车结构方案简图。图2.7 电动三轮车结构方案参考简图第三章 电动三轮车结构设计建模3.1 电动三轮车的参数选择 外形尺寸：291010001210 额定功率：1500w 额定电压：72 v电池容量：600Ah 最大行程：120km 最高车速：30 km/h 转弯半径：2.5m爬坡能力：16车辆自重：200kg（含电池） 总 承 重：450kg3.2 电动三轮车外形简介经过认真的调研和对目前市场的考察，经导师指点。我设计了一款新型电动三轮车。其外观如下：图3.1 电动三轮车外形车身效仿了原来比较流行的三轮摩托车的外观，整体比较协调，符合多数人的审美关，市场前景很好。具体参数如下：前后轴距:1930mm 、后轮轴宽:810mm、整车长:2910mm、整车宽:1000mm、整车高:1210mm 。车斗为三开门型新型设计方法，方便装卸货物，操作简单。3.3 电动三轮车动力系统设计3.3.1驱动系统选择电动三轮车采用链传动驱动：电动直驱链传动具有结构紧凑、体积小、传动效率高、故障率低、适应能力强等优点，专门用于实用三轮、小四轮电动车。它的应用重量应用使车辆重量减轻，机构布置合理、车辆控制操作简单、成本大幅下除、故障率明显减少，是低价位铅酸电池电动车的最佳配套产品。为便于用户了解，现将其技术参数简述如下，以供使用前参考。其宽度可根据用户定制。电动直驱链传动，直接通过链轮传动传到后轮上。较少了功率在传动过程中的能量损失，也简化了后桥的工艺流程和加工难度。既方便又实用美观，一定是未来电动三轮车的典范。车架部件是构成电动三轮车的基本结构体，也是电动三轮车的骨架和主体，其他部件也都是直接或间接安装在车架上的。3.3.2电池选型电动三轮车电机的功率选择为1500w,那么就需要一种电容比较大的电池组来作为驱动电源。 随着电动助力车行业从2006年下半年开始进入行业整合与战略转型阶段，其动力电源配套产品也呈现出新的趋势特征。典型的主流趋势是锂电池开始以产业化模式用作电动助力车动力电池，以替代铅酸蓄电池和镍氢电池等传统产品。在政府政策规范和行业协会大力倡导下，以及消费升级和消费结构变化的推动下，电动助力车用锂电池的发展十分迅速，且呈现加速度的态势。据估算，2007年电动助力车用锂离子电池出货量在25万组以上，较上年增长约110%；人们乐观预测2008年出货量可以达到50万组以上，再现翻番的增长速度。经过23年的行业磨合，在电动助力车结构逐渐梳理清晰的背景下，电动助力车用锂电池的年出货量将可望达到100万组以上，占电动助力车电池整个市场的约5%以上。 锂电池由主要用于电子数码终端消费品的储能型二次电源向动力型二次电源发展，是其产业发展历程中一次质的飞跃。由此推动锂电池行业扩张能力大幅度提升。其中，锂电池用于电动助力车动力电源是其最具有划时代意义的行业拓展。如果能够成功，则是锂电池自手机电池以后所开拓的最具发展潜力的市场空间。对此，分析并把握现阶段锂电池用于电动助力车的关键特点显得尤为重要。直接挑战铅酸蓄电池，较高的成本是用于电动助力车的锂电池的第一个关键特点。较低的成本所决定的高性价比特点是铅酸蓄电池160多年长盛不衰的关键因素。锂电池在没有任何中间过渡层产品的情况下用于电动助力车，直接与铅酸蓄电池竞争，主要是性价比竞争，因此产生非常大的压力。相对于铅酸蓄电池来说，锂电池较高的成本主要由于以下原因：第一、原材料价格较高。锂电池的正极材料、负极材料、集流体、隔膜、电解质等主材价格比铅酸蓄电池高出很多，其组装辅材和外部电路系统成本则是铅酸蓄电池几乎没有的。虽然锂电池由于能量远高于铅酸蓄电池，因此单位功率的原辅材料成本并没有表现出来的成本差距那么大，但是二者的材料成本差距确实存在，而且差距以倍数计；第二、由于制作工艺的原因，锂电池的人工成本比较比例。在制造成本中，锂电池的人工成本占40%以上，而铅酸蓄电池的人工成本一般为10%20%；第三、锂电池生产用的机器设备价值较高，单位功率的固定资产折旧金额较大；第四、锂电池在生产中大部分过程是不可逆的，而铅酸蓄电池是可逆修复的，因此锂电池的总体合格率较低；第五、铅酸蓄电池使用之后的回收价值在40%以上，而锂电池的回收价值几乎是零。综上，相对于铅酸蓄电池，锂电池用于电动助力车的成本较高是一个突出的特点，也是影响锂电池大规模替代铅酸蓄电池用于电动助力车的关键特点。对此，我们必须正视，不能回避。锂电池是迄今所有商业化使用的二次化学电源中性能最为优秀的电池，这也是促进锂电池用于电动助力车的一个关键因素。主要的可以概括如下：（1）比能量高；无论是体积比能量，还是重量比能量，锂电池均比铅酸蓄电池高出三倍以上。由此决定了锂电池体积更小、重量更轻，其市场消费感觉很好；（2）循环寿命长；锂电池用于电动助力车的循环寿命一般在800次以上，采用磷酸铁锂正极材料的锂电池可以达到2000次左右，超出铅酸蓄电池1.5倍至5倍以上。这大大降低了锂电池的使用成本，提高了消费者的使用便利程度；（3）具有较宽的充电功率范围；这是锂电池具有的独特优势。在需要时，可以1C3C充电，使充电时间控制在20分钟1小时，充电效率达到85%以上。在进一步技术创新的基础上，这一特性得到更好的发挥，可以具有很好的商业价值；（4）倍率放电性能好；锂电池的倍率放电可以达到10倍率以上，特殊制作可以达到30倍率。这一特性非常有利于电动助力车的智能控制骑行技术的发展。只是目前对这一特性尚未有很好的开发与利用。在锂电池发展过程中，因为采用的正负极材料及其配方不同，出现过爆炸、燃烧等不安全现象。主要是负极采用金属锂，经循环后产生枝晶，致使短路，出现燃烧爆炸；而正极材料采用钴酸锂或镍钴锂等，其化学活泼性较高，在石墨负极的配合下，一旦出现高温，容易发生爆炸燃烧。尽管实际发生的概率在十万分之一或百万分之一以上，但由于以手机及笔记本电脑等为主的电子消费品数量极大，使用范围极广，因此累计发生的安全事故绝对数量使人们感觉很多。由于这些电子消费品是人们日常生活经常相伴，不可或缺的用品，一旦发生安全问题，影响很大，致使人们“谈锂电池色变”。这种在电子数码产品中使用的锂电池的安全问题形成一种成见，开始影响电动助力车用锂电池。之所以说这是一种“成见性”的特点，是因为在技术创新的推动下，这一问题已经得到解决。目前，多家研究机构和企业通过技术创新采用改性锰酸锂或磷酸铁锂为正极材料，其氧化性呈惰性状况，并具有很强的承受大电流、高电压的能力，配以新型电解质和耐高温隔膜，制作的锂电池经过非常苛刻的测试，可以说，完全解决了安全性问题。以浙江振龙电源股份有限公司（以下简称“振龙公司”）生产的动力型聚合物锂电池为例，过充达到3C15V，热滥用达到150摄氏度，高温95摄氏度搁置48小时，短路、针刺、振动，反复多次测试，无一爆炸燃烧。可以说，这是一种与传统锂电池在基本性质上不同的锂电池，它具有很好的安全性。但是，仍然在发生着的某些锂电池安全事故，以及人们已经形成的成见，至今仍严重影响锂电池用于电动助力车的进一步推广，这也是我们不得不重视的一个关键特点。当锂电池采用锰酸锂正极材料以后；当聚合物锂电池改革了电解质膜制作的特殊工艺以后，在技术创新的持续推进下，锂电池进入了完全绿色环保可再生能源发展的崭新阶段。从社会发展宏观层面和政府政策导向层面，采用这种全环保无污染的二次化学电源替代铅酸蓄电池，生产成千万辆甚至上亿辆电动助力车供中国广大老百姓作为基本代步交通工具，其重大战略意义是不言而喻的。从操作层面把握，关键是政策力度在什么时候逐步到位。以上四个方面是决定现阶段锂电池用于电动助力车发展状况以及发展趋势和空间的关键特点。针对这些特点，采取积极的应对措施和主动有力的策略，是全行业的当务之急。我们目前的任务是将锂电池这种绿色环保的可再生能源用于电动助力车行业，并推动其得到尽可能广泛的发展。对此，我们首先应该分析并把握电动助力车的行业本质。无轮从我国自行车发展的历史背景看，还是从我国人多地少，石油能源匮乏及经济尚不发达的国情特点看，电动助力车是一种基本的、数量最多的代步交通工具。随着经济发展，人民生活水平提高，及对传统自行车更新换代改进的需要，电动助力车的迅速发展具有必然的性质。对这一新兴的、正处于快速发展中的行业的本质，笔者的初步认识是：高技术与低成本相结合，以满足普通的代步交通工具需要。对这一行业本质的把握，主要有三个层面的要点：（1）高技术：电动助力车是一个高技术密集的产品，包括设计、电机、车身材质、电池和骑行控制系统，无一不是最新的高技术的成果。任何一个方面的技术含量欠缺不到位，都会使整个产品的性能和稳定性大大下降；（2）低成本:电动助力车在中国是自行车的更新产品，其历史价格参照物是自行车；而且购买电动助力车的主体是收入较低的普通老百姓，其年可支配收入一般在1万元2万元。因此，低成本是一个重要前提；（3）普通代步交通工具；这也就是说，电动助力车使用密度较高，骑行频次较高，骑行的道路状况可能不好，同时必然要求带人载物。因此，消费者对电动助力车的骑行距离、循环寿命、充电时间、牢固可靠性及对路面的适应性等要求较高。把握电动助力车行业本质，根据现阶段锂电池运用的关键特点，我们才能够设计应对策略和实现路径，通过电动助力车用锂电池整个供应链共同的努力，克服瓶颈，尽快把这个事业做大。对此，本文就以下对策进行初步探讨：对策一：节能环保政策加大落实力度，加快落实步伐这是需要整个社会和政府做的事情。大量生产铅酸蓄电池用于电动助力车，从微观看，目前的性价比无出其右，低廉的成本是其他电池无法与之竞争的；但是从社会成本看，酸雾、铅粉（铅烟尘）和污水对环境的影响和社会支付的代价是很大的，而且是需要长期支付的。一个负责任的社会主体，一个负责任的政府应该尽快阻止这种污染的继续延续，尽快鼓励支持节能环保产品的发展。这一对策的落实，是锂电池用于电动助力车发展必要的前提和环境。对策二：以较高的整体性价比应对高成本就绝对的成本比较，锂电池不可能做到与铅酸蓄电池一样；也就是说，单纯以放电功率的性价比而言，目前锂电池无法与铅酸蓄电池竞争。但是整体性价比，是锂电池与铅酸蓄电池进行成本竞争的主要取胜之道。这包括两个方面：一方面，以技术创新为基础，不断降低成本，提高性价比。锂电池的核心是通过锂离子脱嵌与嵌入的转移来实现电能与化学能之间的转换。可以实现并且更高效率的实现这一核心的锂电池材料、制作工艺及其相关技术存在非常广阔的创新空间。例如，研发创新采用锰酸锂为锂电池正极材料，既解决了安全性问题，又使正极材料的成本大幅度下降；由60多万元一吨的钴酸锂下降为5万多元一吨的锰酸锂。另外，通过研发和技术创新，使目前锂电池所需要的部分材料得以国产化，打破日本美国企业的垄断，从而大幅度降低成本。这方面的工作已经取得了积极的进展。可以初步估计，经过12年的努力，用于电动助力车的锂电池的制造成本可以下降30%以上。在铅酸蓄电池的铅资源价格不断上涨的背景下，锂电池的相对性价比将会大幅度提高。另一方面，通过整车的设计改进和消费理念的引导，提高使用锂电池的电动助力车的“感受性价比”。所谓“感受性价比”，是指消费者在消费过程中主观体验产品舒适度、便利度、新奇度及各种精神享受与其支付的价格的比较。例如，采用智能控制设计的电动助力车以骑行使用的力度为控制主体，充分发挥锂电池倍率放电特性，骑行者越是用力，放电功率越大，速度越快并且骑行效率越好；这可以使骑行者获得一种特别的感受。锂电池具有较高的比能量，具有快充的技术条件，聚合物锂电池又有非常好的设计柔性，这些都可以更好的利用来提高“感受性价比”，弥补低层次的功率性价比的不足。对策三：加大产业链整合力度，充分发挥锂电池的优势性能从目前的实际情况看，由于锂电池刚刚进入电动助力车行业，基本上采取的是就着铅酸蓄电池轨迹走的路径，按铅酸蓄电池原有的设计套入锂电池。例如电压模式，因为铅酸蓄电池是以2V单体为基础进行串联而成的，所以目前绝大多数电动助力车采用的电压是24V、36V和48V等。而实际上，配合电机、载重、速度等等整车整体设计最佳的电压、电流及放电功率却未必如此。既然锂电池有非常好的比能量、循环寿命、快充条件、倍率放电能力等等优势性能，那么电动助力车生产厂商在进行整车设计的时候，在制造过程安排的时候，在考虑售后服务维修的时候，将锂电池制造企业更紧密的整合在一起，从而更好地发挥锂电池的优势特性。例如放电功率，如果充分考虑锂电池有效工作电压在3.0V4.2V之间，则可以用紧设计方式，在充分发挥电机功能的前提下，将锂电池做的更小、更轻；再譬如，如果进一步完善技术创新，克服磷酸铁锂目前存在的弱点，将锂电池循环寿命做到1500次以上，则在整车设计的时候，特别是电机寿命、材质寿命和控制系统寿命等，加大使用寿命延长的设计，推出5年以上的保质期，同时在商务策略和售后服务策略上进行调整，打造一种全新的概念车。总之，加大产业链整合力度，尽快采用总体设计模式，实现产业流程再造，以充分发挥锂电池优势性能，是锂电池大规模用于电动助力车发展的必由之路。对锂电池用于电动助力车的发展作为一次产业转型来对待，是一个庞大的系统工程；但是，以上述四个方面为抓手，从点的突破开始，以点带面，纲举目张，我认为是比较有效率的关键之处。在将锂电池用于电动助力车的过程中，以振龙公司为代表的一些锂电池生产厂商开发出具有更为高端技术的动力型聚合物锂电池，这与电动助力车的需要更为契合。针对上述锂电池应用于电动助力车的特点，振龙公司开发的动力型聚合物锂电池具有更为明显的优势特性：1、具有非常好的比能量特点，尤其是重量比能量聚合物锂电池采用复合铝塑膜为电芯外壳，因此在同样技术和材料的情况下具有更好的重量比能量，见下表：在保持锂电池工作电压平台最高的前提下，聚合物锂电池的重量比能量是最好的；因此在消费者的实际使用中，聚合物锂电池是最轻便的；从目前正在紧锣密鼓地制定行业政策和标准的角度看，聚合物锂电池更适合用于电动助力车。2、具有更好的安全性能，因此聚合物锂电池可以完全消除“安全性成见”聚合物锂电池在被发明出来时，就是以其较高的安全性能为典型特征。聚合物锂电池独特的电解质配方和制作工艺方式，优化了极性材料与电解质的结合关系，屏除了电池内部产生较大气体压力的源头因素。同时，铝塑膜外壳的软包形式使得可能的内部压力可以得到缓解。因此，聚合物锂电池可以较好的避免液态锂电池常见的爆炸与燃烧现象。目前的动力型聚合物锂电池均采用锰酸锂或磷酸铁锂为正极材料，这为彻底解决安全性问题奠定了基础。3、具有独特的柔性设计特点，因此聚合物锂电池更适合产业流程整合聚合物锂电池的极片规格、外形尺寸、极耳位置、连接方式等都具有很好的设计柔性，可以在较短的时间内，以较低的成本，尽可能贴近客户的需要设计出新的款式、尺寸、规格、品种。这为推进产业流程整合，适应综合设计需要提供了更好地条件，同时也为电动助力车更多个性化设计提供了较大的空间，为电动助力车生产厂家短平快地争夺市场提供较好的支持。4、具有高倍率放电优势，因此聚合物锂电池更显强势瞬间动能聚合物锂电池在航模、玩具、电动工具等市场拓展过程中呈现出无可比拟的高倍率放电优势，相关技术已经比较成熟。因此当聚合物锂电池用于电动助力车时，这一特性为电动助力车动力设计和智能控制系统设计提供了特别的技术支持；在电动助力车启动、爬坡、瞬间加速等关键点和骑行中使用的力度大小，聚合物锂电池的倍率放电性能可以提供非常到位的动能支撑，从而发挥独到的效率作用。5、由于铝塑膜和工艺的特点，聚合物锂电池更具成本下降空间目前聚合物锂电池的成本与液态锂电池相当，但是，其在两个方面具有更为确定的成本下降空间：一是铝塑膜外壳，目前国产产品的研发已经取得阶段性成果，估计近一两年可以有适用的批量化的产品供应。届时，铝塑膜外壳的成本将会有较大的下降幅度；二是制作工艺成本下降。目前聚合物锂电池成本较高的一个重要方面是比较复杂的工艺过程和较高的制作成本。随着工艺技术研发创新的进一步深化和简化，聚合物锂电池的制造工艺成本预期有较大的下降空间。 电动助力车在实际使用过程中对快速充电性能有比较强烈的需求。针对此需求，振龙公司特别在材料匹配及特殊的工艺设计方面加大力度，开发的聚合物锂电池具有很好的充电电流宽度。目前已经可以批量生产1C电流充电的聚合物锂电池，可以使充电时间缩短到1小时。而已经在实验室研发成功，并制作出样品的3C充电模式，可以使充电时间达到20分钟，其容量效率仍保持在86%以上。我们认为，一旦实现工业化批量生产，电动助力车的使用便捷将会发生革命性的变化。综上所述，新一代动力型聚合物锂电池具有更为鲜明的特点，更有利于应用于电动助力车新的发展阶段，因此，在国家政策进一步落实支持的背景下，张扬这些特点，并使这些特点在更大规模的数量上得以实现，将有力地推动电动助力车尽快进入一个更高层次的新的发展轨道。项目指标铅酸蓄电池镍镉电池镍氢电池液态锂电池聚合物锂电池重量比能量（Wh/kg）355065130160额定电压（V）21.21.23.73.7现阶段锂电池应用于电动助力车及其发展的特点是解决行业转型的关键，也是规范电动助力车管理的重要条件，更是发展绿色代步交通工具，打造环保节能社会的一个方面努力的核心。博鳌（亚洲）论坛将建设绿色节能社会作为大会主题之一，并将发展可再生能源作为其中的一个重点。可以预期，对污染产业的制约，对绿色环保产业的扶持和倡导，将越来越成为社会的共识，中国政府的政策也一定会逐渐加大落实力度，锂电池的用途也会会越来越多。3.3.3链传动设计计算已知条件如：电动三轮车电机的功率选择为1500w, (额定功率P=1.5kW，转速n1=970r/min)，从动轮转速n2=300rpm，载荷平稳，链传动中心距不应小于550mm，要求中心距可调整。1、选择链轮齿数链传动速比：由表6-5选小链轮齿数z1=25。大链轮齿数z2=iz1=3.2325=81，z2550mm，符合设计要求。中心距的调整量一般应大于2p。a2p=215.875mm=31.75mm实际安装中心距 a=a-a=(643.3-31.75)mm=611.55mm6、求作用在轴上的力链速工作拉力F=1000P/v=10007.5/6.416=1168.9N工作平稳，取压轴力系数KQ=1.2轴上的压力FQ=KQ F=1.21168.9N=1402.7N7、选择润滑方式根据链速v=6.416m/s，链节距p=15.875，按图6-8链传动选择油浴或飞溅润滑方式。设计结果：滚子链型号10A-1136GB1243.1-83，链轮齿数z1=25，z2=81，中心a=611.55mm，压轴力FQ=1402.7N。三维模型如图所示。3.4 电动三轮车制动系统设计制动器是制动系统的主要组成部分，目前制动器基本都是摩擦式制动器，按照摩擦副中旋转元件的不同，分为鼓式和盘式两大类制动器（如下表所示）。鼓式制动器又有领从蹄式、双领蹄式、双向双领蹄式、双从蹄式、单向自增力式、双向自增力式制动器等结构型式。盘式制动器的旋转元件是一个垂向安放且以两侧面为工作面的制动盘，其固定摩擦元件一般是位于制动盘两侧并带有摩擦片的制动块。当制动盘被两侧的制动块夹紧时，摩擦表面便产生作用于制动盘上的摩擦力矩。鼓式制动器又分为内张型鼓式制动器和外束型鼓式制动器。内张型鼓式制动器的固定摩擦元件是一对带有摩擦蹄片的制动蹄，后者又安装在制动底板上，而制动底板则又紧固于前梁或后桥壳的突缘上(对车轮制动器)或变速器壳或与其相固定的支架上(对中央制动器)；其旋转摩擦元件为固定在轮毂上或变速器第二轴后端的制动鼓，并利用制动鼓的圆柱内表面与制动蹄摩擦片的外表面作为一对摩擦表面在制动鼓上产生摩擦力矩，故又称为蹄式制动器。外束型鼓式制动器的固定摩擦元件是带有摩擦片且刚度较小的制动带；其旋转摩擦元件为制动鼓，并利用制动鼓的外圆柱表面和制动带摩擦片的内圆弧面作为一对摩擦表面，产生摩擦力矩作用于制动鼓，故又称为带式制动器。在汽车制动系中，带式制动器曾仅用作某些汽车的中央制动器，现代汽车已很少采用。由于外束型鼓式制动器通常简称为带式制动器，而且在汽车上已很少采用，所以内张型鼓式制动器通常简称为鼓式制动器，而通常所说的鼓式制动器即是指这种内张型鼓式结构。鼓式制动器可按其制动蹄的受力情况分类(见图 1)，它们的制动效能、制动鼓的受力平衡状况以及车轮旋转方向对制动效能的影响均不同。制动一般前轮制动由手捏闸把来控制，后轮制动由脚踩制动踏板来完成。电动三轮车的制动装置有机械鼓式制动器和液压盘式制动器两种。鼓式制动器结构与汽车、拖拉机相似，制动蹄块由铝合金压铸成型，上面粘有摩擦制动片，通过制动臂转动制动凸轮并推开制动蹄块起到制动的目的。制动器由油箱、柱塞阀油泵（均在车把上）、液压油管、制动钳、制动盘等组成。制动错开与前叉导向近固定在一起，是制动装置的固定部分。制动盘与车轮固定在一起，随车轮旋转。制动时，握紧闸把，柱塞阀移动，推动液压油沿液压油管进入制动钳的两个油缸。在压力油的作用下，油缸推动摩擦片从两边紧夹住制动盘，产生很大的摩擦阻力，迫使车轮停止转动。放松闸把时，液压油路中的压力迅速回降，油缸带动摩擦片恢复原位，解除制动。3.4.1电动三轮车前轮制动系统的设计电动三轮车前轮制动系统采用手捏闸形式:制动原理：通过电动三轮车前叉手柄手柄拉线刹车拉片刹车转轴轮觳刹车皮刹车锅达到刹车的作用。各部分参数：前轮制动总摩擦片面积为（单片）：1870前轮制动总面积为：18702=3740前轮轮觳直径为:95mm摩擦片的直径为:93.5mm转轴为一个:614(mm)的圆角长方体 拉片两中心孔的距离为:60mm前轮制动系统图如下：图（11）前轮制动系统图3.4.2 电动三轮车后轮制动系统的设计电动三轮车后轮制动系统采用脚踩制动踏板式原理：通过制动踏板连杆中间转轴连杆拉片制动转轴制动摩擦片压紧轮觳完成制动过程。后轮觳制动系统的制动直径为:160mm后轮摩擦片的制动直径为:158mm制动板总长为:70mm制动轴为:1416(mm)圆角长方体后制动踏板的力矩为:235mm踏板与拉杆力矩为：61mm后轮制动摩擦片面积（单片）：5370单个后轮制动面积：53702=10740后轮制动总面积：107402=214803.4.3 电动三轮车驻车系统的设计 原理：驻车手柄中间有一带弹簧的导杆与车身上的齿状锁止开关配合通过驻车手柄连杆中间转轴连接制动系统起到驻车的作用。驻车手柄长度为：185mm驻车手柄的力矩为：38mm驻车中轴连接板长度为：55mm电动三轮车制动系统设计图如下：图3.5 电动三轮车制动系统总成图3.5 电动三轮车三维模型对电动三轮车其它零部件进行简单设计，并利用三维软件PRO/E建立模型如图3.6所示。第四章 电动三轮车运动仿真机构仿真是PROE的功能模块之一。术语：创建机构前，应熟悉下列术语在PROE中的定义：主体 (Body) - 一个元件或彼此无相对运动的一组元件，主体内DOF=0。连接 (Connections) - 定义并约束相对运动的主体之间的关系。自由度 (Degrees of Freedom) - 允许的机械系统运动。连接的作用是约束主体之间的相对运动