小型節(jié)能電動(dòng)汽車底盤改進(jìn)的設(shè)計(jì)

淮 陰 工 學(xué) 院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書作 者: 劉治學(xué) 號(hào)：1111504209學(xué) 院: 交通工程學(xué)院專 業(yè): 車輛工程題 目: 小型節(jié)能電動(dòng)汽車底盤改進(jìn)的設(shè)計(jì)指導(dǎo)者： （姓 名） （專業(yè)技術(shù)職務(wù)）評(píng)閱者： （姓 名） （專業(yè)技術(shù)職務(wù)） 2015 年 6 月畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 中 文 摘 要近年來，汽車在全世界范圍保有量的不斷飛速增長(zhǎng)，使人類面臨全球變暖，石油短缺，空氣污染和水污染等很多問題變得越來越嚴(yán)重。而基于這些問題的認(rèn)識(shí)，各種類型的電動(dòng)汽車是解決這些問題的最佳方案。本次設(shè)計(jì)以小型電動(dòng)汽車的底盤為主要設(shè)計(jì)目標(biāo)。其設(shè)計(jì)過程是先對(duì)各種電動(dòng)汽車的各種布置形式經(jīng)行分析和選取，再對(duì)不同類型的電動(dòng)汽車的要求經(jīng)行分析。經(jīng)過分析后選取出此次設(shè)計(jì)電動(dòng)汽車的參數(shù)，再對(duì)小型電動(dòng)汽車的參數(shù)經(jīng)行整體動(dòng)力性分析，并驗(yàn)證其合理性。最后確定電動(dòng)汽車底盤的數(shù)據(jù)，先畫出其 CAD 圖，再通過 Pro/E 畫出其三維圖。關(guān)鍵詞 電動(dòng)汽車，動(dòng)力分析，底盤設(shè)計(jì)畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 外 文 摘 要Title The Design of the Small Energy Saving Car Chassis Improvement AbstractIn recent years, the number of cars around the world in rapid growth.It makes the human face of global warming, oil shortage, many problems such as air pollution and water pollution ,which is becoming more and more serious.Based on the understanding of the problems, various types of electric vehicles is the best way to solve these problems.This design with small electric car chassis as the main design goal.Design process to analysis different arrangement of the electric car chassis, and then selects the appropriate layout.This design analyzes the requirements of different types of electric vehicle and performance.After the analysis of the selection of the design of the electric car vehicle parameter, then the parameters of the small electric cars in the overall performance analysis and verify its rationality.Finally determining the size of the electric vehicle chassis data, drawing three-view drawing of the chassis with Auto CAD , drawing 3d model of the chassis by Pro/E.Keywords electric car,power analysis,chassis design淮 陰 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 0 頁 共 22 頁目 錄 1 引言 .21.1 研究背景 .21.2 國(guó)內(nèi)外研究的發(fā)展概況 .21.3 研究目的及意義 .32 電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案對(duì)比分析 .42.1 電動(dòng)汽車按用途的不同分類 .42.2 小型電動(dòng)汽車的一般結(jié)構(gòu) .62.3 電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)方案的確定 103 電動(dòng)汽車整體參數(shù)選擇 113.1 外形尺寸的確定 113.2 離地間隙的選取 113.3 電機(jī)功率的選取 113.4 電池配置 113.5 最大車速 113.6 續(xù)航里程 123.7 爬坡能力 133.8 整車參數(shù)的確定 144 電動(dòng)汽車底盤設(shè)計(jì) 154.1 底盤模型的設(shè)計(jì) 154.2 底盤尺寸的設(shè)計(jì) 164.3 底盤材料的選擇 174.4 底盤的繪制 18結(jié) 論 .20致 謝 .21參 考 文 獻(xiàn) 22淮 陰 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 1 頁 共 22 頁1 引言1.1 研究背景汽車在全世界范圍保有量的不斷飛速增長(zhǎng)，使人類面臨全球變暖，石油短缺，空氣污染和水污染等很多問題。據(jù)有關(guān)專家調(diào)查表明，在未來五十年內(nèi)，世界人口將會(huì)急劇增加至 100 億人口，而汽車的使用數(shù)量也將激增至 2 億 5 千萬。假使這些汽車都是使用內(nèi)燃機(jī)的話，且不說現(xiàn)在全球的石油能源已經(jīng)變得緊缺，僅僅是這些汽車排出的尾氣就是一個(gè)難以解決的問題，那時(shí)我們的天空將會(huì)永遠(yuǎn)是灰色，而湛藍(lán)的天空將會(huì)成為一種奢望。為此許多汽車工程師在努力尋找降低油耗的方法，同時(shí)也在開發(fā)清潔、高效、智能的汽車，而全世界的汽車業(yè)界也正在為此努力并投入巨大的資金和人力。就這樣越來越多的認(rèn)識(shí)已經(jīng)認(rèn)識(shí)到各種類型的電動(dòng)汽車是解決這些問題的最佳方案，而電動(dòng)汽車也呈現(xiàn)出加速發(fā)展的趨勢(shì)。無論是從環(huán)保角度，還是從能源角度，電動(dòng)汽車都是最佳的選擇，而且，它對(duì)于促進(jìn)新科技的發(fā)展，新興工業(yè)的興起以及經(jīng)濟(jì)的發(fā)展將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。隨著電動(dòng)汽車的發(fā)展，現(xiàn)在人們對(duì)于小型節(jié)能汽車的需求也在飛速增長(zhǎng)，因?yàn)樾⌒碗妱?dòng)汽車無論是從給人以方便性，還是從節(jié)能方面，都有著很大的優(yōu)勢(shì)。1.2 國(guó)內(nèi)外研究的發(fā)展概況在美國(guó)、日本、歐洲等發(fā)達(dá)國(guó)家，由于新技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)和政府對(duì)汽車排放越來越苛刻，各大汽車公司投入了大量的人力、物力和財(cái)力用于電動(dòng)汽車的開發(fā)，不斷推出自己的新產(chǎn)品。為了促進(jìn)電動(dòng)汽車的發(fā)展，有關(guān)國(guó)家分別制定了一系列政策，如對(duì)電動(dòng)汽車購(gòu)買者的優(yōu)惠政策，對(duì)燃油汽車使用者的限制政策，還有對(duì)科研經(jīng)費(fèi)的投入和優(yōu)惠政策等，這些政策都對(duì)電動(dòng)汽車的發(fā)展有很大的促進(jìn)作用。 美國(guó)電動(dòng)汽車的研究和開發(fā)，得到了來自法律、政府的資金和科研力量的支持。1976 年 7 月，美國(guó)國(guó)會(huì)通過電動(dòng)汽車和復(fù)合汽車的研究開發(fā)和樣車試用法令，以立法、政府資助和財(cái)政補(bǔ)貼等手段加速發(fā)展電動(dòng)汽車。1990 年，加利福尼亞州在為防止大氣污染而制定的限制法規(guī)中規(guī)定：到 1998 年，“零污染”汽車的銷售額要占新車銷售額的 2%；到 2000 年，“零污染”汽車的銷售額要占新車銷售額的 5%；到 2003 年，“零污染”汽車的銷售額要占新車銷售額的 10%。隨后，美國(guó)東部的 10個(gè)州也都通過了相應(yīng)的法規(guī)。法規(guī)的強(qiáng)力推行，促進(jìn)了電動(dòng)車小批量、商業(yè)化生產(chǎn)淮 陰 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 2 頁 共 22 頁和實(shí)踐應(yīng)用。此后，美國(guó)還出臺(tái)了一系列鼓勵(lì)開發(fā)生產(chǎn)電動(dòng)汽車的政策。這些因素加快了美國(guó)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程。從世界范圍電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)化發(fā)展現(xiàn)狀看，日本是最早開始發(fā)展電動(dòng)汽車的國(guó)家之一。日本國(guó)土狹小，石油資源匱乏，幾乎完全依賴進(jìn)口，油價(jià)很高。同時(shí)，日本工業(yè)發(fā)達(dá)，人口密度很大，城市污染嚴(yán)重。因此，日本政府特別重視電動(dòng)汽車的研究和開發(fā)，很早就對(duì)電動(dòng)汽車的發(fā)展做出了具體的布置和計(jì)劃。日本政府將電動(dòng)汽車、插電式混合動(dòng)力汽車、清潔動(dòng)力車、混合汽車、天然動(dòng)力車都定義為新的下一代汽車。日本政府對(duì)購(gòu)買環(huán)保車的消費(fèi)者給予補(bǔ)貼，從日本政府對(duì)環(huán)保車的優(yōu)惠政策來看，可以享受優(yōu)惠政策的車型已經(jīng)超過 160 種，占現(xiàn)在所有銷售車型的 80%以上。歐洲歷來重視節(jié)能和減排。歐盟委員會(huì)于 2007 年公布了“新歐洲能源政策”，其目標(biāo)是 2020 年將溫室效應(yīng)氣體排放降低 20%，將可再生能源的比例提高到 20%，同時(shí)將今后 5 年歐盟能源領(lǐng)域的研究開發(fā)預(yù)算提高 50%。在替代燃料開發(fā)應(yīng)用的發(fā)展方向上，生物燃料和氫燃料是重點(diǎn)。在亞洲、歐洲競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手對(duì)電動(dòng)汽車熱情日益高漲的情況下，歐洲汽車廠商沒有固守自己的觀念。寶馬、奧迪相繼推出混合動(dòng)力汽車，主要面向北美市場(chǎng)。除歐盟委員會(huì)外，歐盟各國(guó)政府也根據(jù)本國(guó)情況制定了大量政策和措施，推動(dòng)電動(dòng)汽車的開發(fā)和消費(fèi)。國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車的研究始于 20 世紀(jì) 60 年代，但當(dāng)時(shí)的研究開發(fā)都是零散和小規(guī)模的，投入也很少。自 1980 年開始，中國(guó)開始掀起電動(dòng)汽車的研究高潮，電動(dòng)汽車被國(guó)家列為“八五”、“九五”科技攻關(guān)項(xiàng)目。國(guó)內(nèi)一些科研院所和生產(chǎn)企業(yè)相繼開始研究電動(dòng)汽車，并取得了一些成果。如清華大學(xué)研制的 16 座電動(dòng)中巴車，東風(fēng)汽車公司研制的電動(dòng)轎車，華南理工大學(xué)研制的輕型電動(dòng)客車，遠(yuǎn)望集團(tuán)公司研制的電動(dòng)大客車，長(zhǎng)江動(dòng)力公司研制的電動(dòng)雙層大客車等都具有一定的水平，但與國(guó)外先進(jìn)電動(dòng)汽車相比還有一定差距。1.3 研究目的及意義在電動(dòng)汽車的研發(fā)過程中，其底盤結(jié)構(gòu)是設(shè)計(jì)中最重要的部分，是因?yàn)槠涑惺茌d荷的主要部件，其中包括汽車中的設(shè)施裝備和承載重量等，都是通過底盤施加的，而底盤設(shè)計(jì)是否合理化，關(guān)乎著能否實(shí)現(xiàn)整車的輕量化，而汽車輕量化技術(shù)室汽車節(jié)能的重要手段，試驗(yàn)表明，汽車質(zhì)量每下降 10%，能源消耗約下降 3%-5%，這不僅僅可以使電動(dòng)汽車的最大續(xù)航里程提高，更可以提高其最大行駛速度。而電動(dòng)汽車淮 陰 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 3 頁 共 22 頁底盤的結(jié)構(gòu)構(gòu)架不僅僅影響其載荷的合理分布，還關(guān)乎著電動(dòng)汽車底盤的使用壽命以及行駛的平穩(wěn)性。本次論文主要目標(biāo)就是使其結(jié)構(gòu)和載荷分布更加合理，進(jìn)而使電動(dòng)汽車更加節(jié)能，再根據(jù)動(dòng)力學(xué)分析，分析其最大行程及最高車速等。2 電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案對(duì)比分析2.1 電動(dòng)汽車按用途的不同分類2.1.1 電 動(dòng) 高 爾 夫 球 車電動(dòng)高爾夫車是專門為高爾夫球場(chǎng)開發(fā)的場(chǎng)地用車，如圖 1。該車地盤低，上下方便，轉(zhuǎn)彎半徑小，操縱靈活·并采用真空寬胎，復(fù)合式前懸架系統(tǒng)，減震性能優(yōu)良，行駛平穩(wěn)，駕乘舒適；后懸架采用鋼板彈簧減震采用高回彈、高承載板簧設(shè)計(jì)，整車載重性能優(yōu)越，行駛中平穩(wěn)顛簸受力小，乘坐舒適。電動(dòng)高爾夫球車的車型可以分為 2 座，4 座，6 座，8 座等類型，一般采用的是電池驅(qū)動(dòng)，速度在 18-24 公里/小時(shí)。電動(dòng)高爾夫球車爬坡能力較強(qiáng)，一般 25%，這個(gè)特性在高爾夫球場(chǎng)上方便，自由的行駛，一次充電完成可以行駛 80 公里左右，最大的可以行駛 100 公里以上。電動(dòng)高爾夫球車的加速器是無級(jí)變速系統(tǒng)，沒有檔位的，根據(jù)電流大小來調(diào)整行駛的速度。圖 1 電動(dòng)高爾夫球車2.1.2 電 動(dòng) 游 覽 車電動(dòng)游覽車是屬于區(qū)域用車，專為旅游景區(qū)，公園，大型游樂園，封閉社區(qū)，校園，花園式酒店，度假村，別墅區(qū)，城市步行街，港口等區(qū)域開發(fā)的自駕游，區(qū)域巡邏，代步專用的環(huán)保型電動(dòng)乘用車輛，如圖 2。電動(dòng)游覽車系列使用的電池具有：容量大、重量輕、壽命長(zhǎng)、充電方便、安全性高、效率大等特點(diǎn)，其車外觀設(shè)計(jì)優(yōu)美，空間實(shí)用性大，操作方便，為國(guó)內(nèi)旅游淮 陰 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 4 頁 共 22 頁景區(qū)普遍使用。圖 2 電動(dòng)游覽車2.1.3 警 務(wù) 巡 邏 車巡邏車一種為治安，維和人員專門設(shè)計(jì)開發(fā)的車輛，如圖 3。市場(chǎng)中使用較多的為電動(dòng)巡邏車，這種車輛可以乘坐 2- 8 人的四輪方向盤式電動(dòng)車，并安裝有警示燈、鳴笛和喊話裝置的專業(yè)電動(dòng)車。其中有：半封閉、全封閉兩種類型。由于質(zhì)量?jī)?yōu)秀、收費(fèi)公道、售后服務(wù)好，所以所銷售的巡邏車不僅獲了公安部門的喜愛，同時(shí)也成為了一些諸如行政執(zhí)法部門、學(xué)校、醫(yī)院等場(chǎng)所進(jìn)行日常巡邏安保工作的首選車型。圖 3 巡邏車2.1.4 老 年 代 步 車?yán)夏贶?，又叫老年電?dòng)車、老年代步車、老年助力車，是老年人戶外出行代步的理想車輛，如圖 4。其性能相對(duì)穩(wěn)定，車速較慢，運(yùn)用電力無需加油，故又稱環(huán)保老年車，老年電動(dòng)車所使用的能源有很多，主要有鉛酸電池(含鉛酸膠體電池)、鎳氫電池、鎳鎘電池、鎳鐵電池、鋰離子電池(常稱之為鋰電池)、燃料電池等。電池淮 陰 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 5 頁 共 22 頁按電化學(xué)方式直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。它不經(jīng)過熱機(jī)過程，因此不受卡諾循環(huán)的限制，能量轉(zhuǎn)化效率高（4060%）；幾乎不產(chǎn)生 NOx 和 SOx 的排放?？紤]到老年人年齡過大，對(duì)于突發(fā)情況的反映速度會(huì)比較慢，所以，國(guó)家相關(guān)規(guī)定，老年代步車的車速必須在 20km/h 以下，不可速度過快。圖 4 老年代步車2.1.4 設(shè) 計(jì) 所 選 車 型本次設(shè)計(jì)選取老年代步車為主要研究對(duì)象，因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，便于設(shè)計(jì)，所以選取老年代步車為設(shè)計(jì)對(duì)象。2.2 小型電動(dòng)汽車的一般結(jié)構(gòu)2.2.1 小 型 電 動(dòng) 汽 車 的 電 驅(qū) 動(dòng) 系 統(tǒng) 的 結(jié) 構(gòu) 形 式采用不同的電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可構(gòu)成不同結(jié)構(gòu)形式的電動(dòng)汽車，一般分為以下六種，其中字母含義，C-離合器、D-差速器、FG-固定速比減速器，GB-變速器、M-電動(dòng)機(jī)。第一種就是從之前發(fā)動(dòng)機(jī)前置前驅(qū)的燃油汽車得來的，這種結(jié)構(gòu)是由電動(dòng)機(jī)、齒輪箱、離合器和差速器構(gòu)成的，如圖 5 。離合器是用來切斷和聯(lián)通電動(dòng)機(jī)和車輪之間的傳遞同理的機(jī)械裝置，變速器是一套不同速比的齒輪機(jī)構(gòu)，這樣可以實(shí)現(xiàn)不同的變速比。差速器就是在汽車轉(zhuǎn)彎的時(shí)候，可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)側(cè)車輪和外側(cè)車輪的不同轉(zhuǎn)彎半徑，使車輪可以差速行駛。 1淮 陰 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 6 頁 共 22 頁圖 5 電驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式第二種就是使用固定速比的減速器，這樣可以減掉離合器，減少傳動(dòng)裝置的質(zhì)量和體積。這種結(jié)構(gòu)是由電動(dòng)機(jī)、固定速比的減速器和差速器組成，如圖 6 。雖然這種結(jié)構(gòu)比較小而且質(zhì)量較輕，但是有一個(gè)明顯的缺陷，就是沒有離合器，也沒有變速裝置，不能夠提供比較理想的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速特性。 1圖 6 電驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式第三種結(jié)構(gòu)有些和發(fā)動(dòng)機(jī)橫向前置，前輪驅(qū)動(dòng)的燃油汽車的布置方式類似，它把電動(dòng)機(jī)、固定速比減速器和差速器集成為一個(gè)整體，兩根半軸連接驅(qū)動(dòng)車輪，這種結(jié)構(gòu)在小型電動(dòng)汽車上應(yīng)用極為普遍，本次設(shè)計(jì)的老年助力電動(dòng)汽車就應(yīng)用這種結(jié)構(gòu)，如圖 7。 1圖 7 電驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式第四種就是雙電動(dòng)機(jī)機(jī)構(gòu)就是采用兩個(gè)電動(dòng)機(jī)通過固定速比的減速器分別驅(qū)動(dòng)兩個(gè)車輪，每個(gè)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可以獨(dú)立地調(diào)節(jié)控制，便于實(shí)現(xiàn)電子差速，因此，電動(dòng)汽車不需要選取機(jī)械差速器，如圖 8。 1圖 8 電驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式第五種則是輪轂電動(dòng)機(jī)，這樣可以進(jìn)一步縮減從電動(dòng)機(jī)到驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)路徑?；?陰 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 7 頁 共 22 頁為了將電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低到理想的車輪轉(zhuǎn)速，可采用固定減速比的行星齒輪變速器，它能夠提供比較大的減速比，而且輸入和輸出軸可布置在同一條軸線上，如圖 9。 1圖 9 電驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式第六種是徹底去掉了機(jī)械減速齒輪箱，電動(dòng)機(jī)的外轉(zhuǎn)子直接安裝在車輪的輪緣上，車輪轉(zhuǎn)速和電動(dòng)汽車的車速控制完全取決于電動(dòng)汽車的轉(zhuǎn)速控制，如圖 10。 1圖 10 電驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式2.2.2 小 型 電 動(dòng) 汽 車 的 儲(chǔ) 能 裝 置 的 結(jié) 構(gòu) 形 式采用不同類型的儲(chǔ)能裝置，如不同的蓄電池、燃料電池、超大電容器和高速飛輪等，構(gòu)成不同的電動(dòng)汽車結(jié)構(gòu)，有以下六種，其中字母的含義，B-蓄電池、C-電容器、FC-燃料電池、FW-超高速飛輪、P-功率轉(zhuǎn)換器、R-重整器。第一種是現(xiàn)在電動(dòng)汽車所獨(dú)有的以蓄電池作動(dòng)力源的一種結(jié)構(gòu)，蓄電池可以布置在車的四周，也可以集中布置在車的尾部或者布置在底盤下面，如圖 11。所選用的蓄電池應(yīng)該能提供足夠高的比能量和比功率，并且在車輛制動(dòng)時(shí)能回收再生制動(dòng)能量。同時(shí)具有高比能量和高比功率的蓄電池對(duì)電動(dòng)汽車而言是最理想的動(dòng)力能源，比能量影響汽車的行駛里程，而比功率影響汽車的加速性和爬坡能力。 2圖 11 儲(chǔ)能裝置的結(jié)構(gòu)形式第二種是為了解決一種蓄電池不能同時(shí)滿足對(duì)比能量和比功率的要求這個(gè)問題，淮 陰 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 8 頁 共 22 頁可以在電動(dòng)汽車上同時(shí)采用一種不同的蓄電池，其中一種能提供高比能量，另外一種提供高比功率。如圖 12 中顯示的是這種蓄電池作混合動(dòng)力能源的基本結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)不僅分離了對(duì)比能量和比功率的要求，而且在汽車下坡或制動(dòng)時(shí)可利用蓄電池回收能量。 2圖 12 儲(chǔ)能裝置的結(jié)構(gòu)形式第三種是除了蓄電池以外，還可以用燃料電池作儲(chǔ)能裝置，它是一個(gè)小型的發(fā)電裝置。燃料電池的工作原理是利用可逆的電解過程，即用氫氣和氧氣結(jié)合產(chǎn)生電和水。氫氣可以儲(chǔ)存在一個(gè)車載的氫氣罐里，而氧氣可以直接從空氣中獲得。燃料電池能提供高的比能量但不能回收再生制動(dòng)能量，因此最好與一種能提供高比功率且能高效回收制動(dòng)能量的蓄電池結(jié)合在一起使用。如圖 13 所示的就是用燃料電池和蓄電池作混合動(dòng)力的結(jié)構(gòu)框圖。 2圖 13 儲(chǔ)能裝置的結(jié)構(gòu)形式第四種燃料電池所需的氫氣不僅可以以壓縮氫氣、液態(tài)氫或金屬氫化物的形式儲(chǔ)存，還可以由常溫的液態(tài)燃料如甲醇或汽油隨車產(chǎn)生。如圖 14 是一個(gè)帶小型重整器的電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，燃料電池所需的氫氣由重整器隨車產(chǎn)生。 2圖 14 儲(chǔ)能裝置的結(jié)構(gòu)形式第五種是當(dāng)用蓄電池與電容器作混合動(dòng)力時(shí)，所選的蓄電池必須能提供高比能量，因?yàn)殡娙萜鞅旧肀刃铍姵鼐哂懈叩谋裙β屎透咝Щ厥罩苿?dòng)能量的能力。由淮 陰 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 9 頁 共 22 頁于用在電動(dòng)汽車上的電容器（通常稱為超大容量電容器）相對(duì)而言電壓較低，所以需要在蓄電池和電容器之間加一個(gè) DC-DC 功率轉(zhuǎn)換器。如圖 15 顯示了蓄電池和電容器作混合動(dòng)力的結(jié)構(gòu)框圖。 2圖 15 儲(chǔ)能裝置的結(jié)構(gòu)形式第六種是與超大容量電容器類似，飛輪是另外一種新興的具有高比功率和高效制動(dòng)能量回收能力的儲(chǔ)能器。用于電動(dòng)汽車的飛輪與傳統(tǒng)低速笨重的飛輪是不同的，這種飛輪質(zhì)量輕，且在真空下高速運(yùn)轉(zhuǎn)，超高速飛輪與具有一種工作模式（電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)）的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子相結(jié)合，能夠?qū)㈦娔芎蜋C(jī)械能進(jìn)行雙向轉(zhuǎn)換。如圖 16 顯示了這種飛輪和蓄電池作混合動(dòng)力的結(jié)構(gòu)，所選用的蓄電池應(yīng)能提供高比能量。飛輪最好與無刷交流電動(dòng)機(jī)結(jié)合使用，因?yàn)檫@種電動(dòng)機(jī)的效率比直流電動(dòng)機(jī)高，因而應(yīng)在蓄電池和飛輪之間加一個(gè) AC-DC 轉(zhuǎn)換器。 2圖 16 儲(chǔ)能裝置的結(jié)構(gòu)形式2.2.3 設(shè) 計(jì) 所 選 的 結(jié) 構(gòu) 形 式因?yàn)榇舜卧O(shè)計(jì)為老年代步車的底盤設(shè)計(jì)，而老年代步車車型較小，底盤較為簡(jiǎn)單，所以所選的結(jié)構(gòu)形式盡可能的簡(jiǎn)單。本次設(shè)計(jì)所選取的結(jié)構(gòu)形式如圖 7 和圖 11 。2.3 電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)方案的確定綜合上面的一系列信息，以老年代步車作為主要設(shè)計(jì)方向，通過市場(chǎng)調(diào)查和資料查閱來確定其車的整車參數(shù)。在確定整車的參數(shù)之后，通過電動(dòng)汽車的動(dòng)力性分析來檢測(cè)這些參數(shù)是否合理和滿足設(shè)計(jì)要求。在設(shè)計(jì)其底盤的構(gòu)造方面，在圖 7 和圖 11 的結(jié)構(gòu)上，合理的安排其動(dòng)力系統(tǒng)，傳動(dòng)系統(tǒng)等，包括蓄電池，電動(dòng)機(jī)等，使其分布合理化，并且使電動(dòng)汽車底盤的載荷分布合理化，使設(shè)計(jì)的車輛能夠滿足安淮 陰 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 10 頁 共 22 頁全性。3 電動(dòng)汽車整體參數(shù)選擇 3.1 外形尺寸的確定根據(jù)個(gè)人經(jīng)行的市場(chǎng)調(diào)查，大多老人希望電動(dòng)汽車的尺寸不要太大，盡量小巧一些，這樣方便停車，也方便出行，比如一些菜市場(chǎng)等地方，也可以行使，這樣在設(shè)計(jì)底盤以及整車的外形尺寸方面就需要盡量的縮小，不可太大，根據(jù)調(diào)查表明，對(duì)于車長(zhǎng)來說，大多數(shù)人希望車長(zhǎng)在 1.5m 范圍之內(nèi)，對(duì)于車寬方面，盡量不要超過1m，對(duì)于車高來說，因?yàn)榭紤]到車輛的重心等問題以及通過性的問題，盡量不要超過 1.8m，鑒于此次調(diào)查，大體確定了我對(duì)于此次設(shè)計(jì)的尺寸選擇范圍。3.2 離地間隙的選取考慮到現(xiàn)在很多地方有減速帶等問題，以及現(xiàn)在路邊的路牙高度一般在 0.15m-0.2m 左右，為了使車輛能夠擁有良好的通過性，所以選取的離地間隙要高于 0.2m。3.3 電機(jī)功率的選取由于國(guó)家規(guī)定，以及又是老年人代步車，車速等不能太快，不可超過 20km/h，功率和轉(zhuǎn)速不能太大，暫時(shí)選取的電動(dòng)機(jī)功率為 800w，扭矩為 5.1Nm，轉(zhuǎn)速為1500r/min。3.4 電池配置動(dòng)力蓄電池是電動(dòng)汽車的能量源，為整車提供驅(qū)動(dòng)電能，動(dòng)力電池系統(tǒng)的選型及參數(shù)選擇已經(jīng)成為制約電動(dòng)汽車發(fā)展的關(guān)鍵因素之一。本次設(shè)計(jì)選取鋰電池，其優(yōu)點(diǎn)眾多，如：比能量高；無論是體積比能量，還是重量比能量，鋰電池均比鉛酸蓄電池高出三倍以上。由此決定了鋰電池體積更小、重量更輕，其市場(chǎng)消費(fèi)感覺很好。循環(huán)壽命長(zhǎng)；鋰電池用于電動(dòng)助力車的循環(huán)壽命一般在 800 次以上，采用磷酸鐵鋰正極材料的鋰電池可以達(dá)到 2000 次左右，超出鉛酸蓄電池 1.5 倍至 5 倍以上。這大大降低了鋰電池的使用成本，提高了消費(fèi)者的使用便利程度。具有較寬的充電功率范圍；這是鋰電池具有的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。而老年代步車，車身不大，也不重，不需要太遠(yuǎn)的續(xù)航能力，所以電池配備為 24V/60AH 的車用鋰電池。 533.5 最大車速及傳動(dòng)比淮 陰 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 11 頁 共 22 頁考慮到老年人的反應(yīng)能力會(huì)較年輕人的反應(yīng)能力弱一些，對(duì)車子的掌控沒有年輕人那么好，所以在本次設(shè)計(jì)中主減速器的傳動(dòng)比和變速器的傳動(dòng)比都選取的比較小。而且國(guó)家規(guī)定，老年助力電動(dòng)汽車速度不應(yīng)大于 20km/h，設(shè)計(jì)其車速為15km/h。式（1）0gainr37.V式中：-速度 (km/h)；aV-轉(zhuǎn)速 (r/min)；n-車輪半徑(m)；r-主減速器和減速器的傳動(dòng)比。0gi將 =15km/h， =1500r/min， =0.203,可得到其 3.77aVnr0gi因?yàn)榇舜卧O(shè)計(jì)的電動(dòng)汽車所采用的只有一個(gè)主減速器，所以可以知道其傳動(dòng)比約為 1:4 。3.6 續(xù)航里程電動(dòng)汽車的續(xù)航里程是此次調(diào)查中，老年人最關(guān)心的問題。在電動(dòng)汽車的發(fā)展中，有一個(gè)新名詞被大家漸漸熟知，叫做“里程焦慮癥”。這不僅僅反應(yīng)在老年助理電動(dòng)汽車這一方面，在純電動(dòng)汽車的設(shè)計(jì)與發(fā)展方面，也是人們關(guān)心的重中之重，很多老人擔(dān)心，萬一出去之后，沒電返回了，該怎么辦？因此，電動(dòng)汽車必須要有較高的續(xù)航里程性，由于本車所選取的蓄電池容量較大，而且電動(dòng)機(jī)的功率不是很大，所以可以提供較高的續(xù)航里程。式（2） IUP式中：-功率(W)；P-電壓(V) ；U-電流 (A)。I將 P=800W，U=24V 帶入式（2）可得 I 16.6A淮 陰 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 12 頁 共 22 頁式（3）ICT式中：-時(shí)間（h）；T-電池電流容量（AH）；C-電流（ A）。I將 C=60AH，I=16.6A 帶入式（3）可得 T=3.6h。式（4）VTS式中：-距離，km；S-速度，km/h；V-時(shí)間，h。T將 V=15km/h，T=3.6h 帶入式（4）可得 S=15×3.6=54km因?yàn)檫@是純數(shù)據(jù)計(jì)算，則實(shí)際路況可能會(huì)一些影響，包括風(fēng)速、載客質(zhì)量和坡度等問題，因此最大續(xù)航里程約為 45km。3.7 爬坡能力考驗(yàn)一輛汽車的動(dòng)力性，除了最高車速以及加速性能以為，爬坡能力也在考慮范圍之內(nèi)，所以，汽車的爬坡能力也需要滿足要求。式（5）riMgt0F式中：-驅(qū)動(dòng)力(N)；tF-電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩(Nm)；M-減速器傳動(dòng)比；0gi-電動(dòng)汽車機(jī)械傳動(dòng)效率；-驅(qū)動(dòng)輪半徑(m)；r式（6）iwFft淮 陰 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 13 頁 共 22 頁式中：-滾動(dòng)阻力 (N)；fF-空氣阻力 (N)；w-坡度阻力(N)。i式（7）cosG fF式中：-滾動(dòng)阻力系數(shù)；f-汽車總重力(N)；G-汽車在坡道上行駛時(shí)道路的坡度角。式（8）21.5AVCFaDw式中：-空氣阻力系數(shù)；DC-汽車行駛速度 (km/h)；aV-迎風(fēng)面積，汽車行駛方向上的投影面積A式（9）sinGFi將已知參數(shù)帶入公式(5)(6)(7)(8)(9),可以得到 約 18.8°由于實(shí)際路況的復(fù)雜性，則最大爬坡角度約為 18°。3.8 整車參數(shù)的確定綜合上述計(jì)算，選擇的整車參數(shù)如表 1 所示。表 1 老 年 助 力 車 整 車 參 數(shù)參 數(shù) 名 稱 所 選 參 數(shù)外 形 尺 寸 -mm 1240×640×1300淮 陰 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 14 頁 共 22 頁離 地 間 隙 -mm 220電 機(jī) 功 率 -w 無 刷 800電 池 配 置 -V/AH 24/60充 電 器 -V/A 24/8最 大 速 度 -km/h 15km/h續(xù) 航 里 程 -km 45輪 胎 尺 寸 -inch 8爬 坡 能 力 -° 18°4 電動(dòng)汽車底盤設(shè)計(jì)4.1 底盤模型的設(shè)計(jì)根據(jù)以上的分析，以及在現(xiàn)實(shí)中的調(diào)查和查閱資料的情況下 ，個(gè)人的底盤的18結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖 17 所示。圖 17 底盤樣式結(jié)構(gòu)圖此為此次設(shè)計(jì)的底盤模型和結(jié)構(gòu)分布。電動(dòng)機(jī)位置是根據(jù)圖 7 來確定的，它把電動(dòng)機(jī)、固定速比減速器和差速器集成為一個(gè)整體，兩根半軸連接驅(qū)動(dòng)車輪，后面的兩個(gè)橫梁是用來連接后輪減震器的。電動(dòng)機(jī)位置與減震器連接的橫梁蓄電池和座椅 前端懸架控制器位置安全輪安全輪淮 陰 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 15 頁 共 22 頁因?yàn)樵O(shè)計(jì)老年助力車，所以整體車輛只設(shè)計(jì)一個(gè)車座，而蓄電池的位置則是根據(jù)圖 11 來確定的，把蓄電池放在座椅的下面，這樣可以節(jié)約空間，使得此款老年助力車更加小巧。把控制器放在前端，減少與方向盤之間的距離，便于排線布置，而且距離蓄電池也比較近，而前端車輪要滿足足夠的轉(zhuǎn)向性能，所以設(shè)計(jì)的橫梁不能影響車輪的轉(zhuǎn)向性。之所以設(shè)計(jì)最后面的安全輪，是因?yàn)樾⌒碗妱?dòng)汽車有后翻的安全隱患，因?yàn)樾⌒碗妱?dòng)汽車它的重心較高，底盤又比較小，穩(wěn)定性略差。作為老年助力電動(dòng)汽車的設(shè)計(jì)，安全性是必須有嚴(yán)格要求的，而設(shè)計(jì)了安全輪可以有效防止車輛后翻，還可以在車輛下小臺(tái)階的時(shí)候，給予一定的緩沖作用，有效的提高了車輛的安全性。4.2 底盤尺寸的設(shè)計(jì)根據(jù)以上的分析，以及現(xiàn)實(shí)中的調(diào)查，在查閱資料的情況下 ，個(gè)人的底盤的18結(jié)構(gòu)尺寸如圖 18 所示。圖 18 底盤結(jié)構(gòu)尺寸圖如圖 18 位底盤結(jié)構(gòu)尺寸圖，車身總長(zhǎng)定為 1240mm，而底盤長(zhǎng)一共 1090mm,因?yàn)榛?陰 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 16 頁 共 22 頁其前端還要加防撞護(hù)欄，還有車身外殼等，所以底盤總長(zhǎng)度不能超過 1100mm。車身總寬度定為 640mm，而底盤寬一共 500mm，預(yù)留長(zhǎng)度是為放車身外殼等。底盤后端長(zhǎng)設(shè)為 300mm，是因?yàn)檫x取的車輪為 8inch 的車輪，而車輪要在整個(gè)車身里面，不能外露，所以設(shè)置為 300mm。后端寬設(shè)置為 250mm，也是因?yàn)樗x車輪為8inch，換算成標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度單位為 203mm，可知車輪外圍直徑為 203mm，所以后端支持橫梁要大于 203mm，綜合考慮設(shè)置為 250mm，而底盤前端設(shè)計(jì)的思路同上。之所以中間的長(zhǎng) 260mm 寬 150mm，而不是使用像前面一樣的網(wǎng)格狀，除了是為了使整個(gè)底盤盡量輕以外，還有一部分原因是為了保證后車輪有足夠的空間去安裝和運(yùn)轉(zhuǎn)。而中間部分的長(zhǎng) 350mm，和后面的 150mm 組合成為車座部位，以及車座前面放腳的位置。其底盤的寬為 500mm，還有一個(gè)原因就是因?yàn)樗x的蓄電池外形尺寸的長(zhǎng)為500mm。關(guān)于安全輪的設(shè)計(jì)尺寸，計(jì)算如下：圖 19 安全輪如圖 19 所示，輪胎選用的是 8inch 的輪胎，換算成標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度單位，其直徑為20.32cm，根據(jù)前面的計(jì)算可知，此款電動(dòng)汽車的最大爬坡角度約為 18°，所以這個(gè)安全輪距離地面的高度可以根據(jù)此爬坡角度來定。如圖 19 所示，使用 Auto CAD 中的“tan”命令做關(guān)于輪胎和安全輪之間的切線。式（10）SLtan式中：-最大爬坡角度(°)；淮 陰 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 17 頁 共 22 頁-所算角度的對(duì)直角邊 (mm)；L-所算角度的鄰直角邊(mm)。S帶入 L=30.7mm，S=119.8mm 式(10)可得 15°假設(shè)車輛在傾斜度為 15°的路面上行駛，遭遇后翻的時(shí)候，因?yàn)橛邪踩喌拇嬖?，所以最大仰角?30°，是不會(huì)產(chǎn)生后翻的，這樣可以在一定程度上保護(hù)到駕駛?cè)藛T。4.3 底盤材料的選擇本次設(shè)計(jì)的老年電動(dòng)汽車底盤采用 Q235 鋼，橫梁、縱梁均使用矩形鋼焊接而成。之所以選擇 Q235 鋼，是因?yàn)樗且环N普通碳素結(jié)構(gòu)鋼，綜合性能較好，強(qiáng)度、塑性和焊接等性能得到較好配合，其具體參數(shù)如表 2 所示：表 2 底盤的材料屬性及力學(xué)特性材料 彈性模量/GPa 泊松比 密度 /Kg/ 3m彈性極限/MPa 屈服極限/MPaQ235 207 0.3 7800 375-460 2354.4 底盤的繪制4.4.1 根據(jù) Auto CAD 的圖紙先草繪出底盤的具體尺寸和形狀，如圖 20。圖 20 底盤草繪圖4.4.2 利用拉伸等命令先生成底盤的主體框架，如圖 21 。淮 陰 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 18 頁 共 22 頁圖 21 主體框架圖4.4.3 同上，可以生成出車后架和安全輪，如圖 22。圖 22 整體車架圖4.4.4 最后做出前輪的懸架所需要的橫梁，如圖 23 。圖 23 完整底盤圖淮 陰 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 19 頁 共 22 頁結(jié) 論本次設(shè)計(jì)以電動(dòng)汽車中的老年代步車為主要研究對(duì)象，在經(jīng)過簡(jiǎn)單的市場(chǎng)調(diào)查之后，根據(jù)老年人對(duì)其代步車的需要和相關(guān)文獻(xiàn)等來確定汽車的尺寸以及性能參數(shù)，根據(jù)這些尺寸和性能參數(shù)來選取電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)形式，以及儲(chǔ)能裝置的結(jié)構(gòu)形式，再根據(jù)其形式來確定底盤的構(gòu)造以及空間分布。在本次設(shè)計(jì)中，本人對(duì)老年代步汽車的動(dòng)力性經(jīng)行了簡(jiǎn)略的分析，然而現(xiàn)實(shí)中的工況很復(fù)雜，所以此次的動(dòng)力性分析理論化比較嚴(yán)重，與現(xiàn)實(shí)中有些許差別，實(shí)際的參數(shù)還是要通過大量的實(shí)際實(shí)驗(yàn)才能夠得出。在對(duì)底盤的設(shè)計(jì)中，在不影響底盤安全性和穩(wěn)定性的前提下，盡量的減輕底盤的重量。由于此次設(shè)計(jì)的是老年代步車，在安全性方面多加了一對(duì)輔助安全輪，這應(yīng)該是此次設(shè)計(jì)的一個(gè)小亮點(diǎn)，由于作圖能力的不足，對(duì)于底盤的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)沒有完全體現(xiàn)在圖紙當(dāng)中，略有不足。當(dāng)今社會(huì)對(duì)于電動(dòng)汽車的發(fā)展關(guān)注度一直在上升，相信以后會(huì)有更加完美的電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)！淮 陰 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 20 頁 共 22 頁致 謝本論文在劉永臣老師的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下完成，從選題到初稿再到最后定稿，劉永臣老師一直耐心的點(diǎn)撥我給我建議，更是給我提供了很多專業(yè)性的指導(dǎo)，還給了我很多很實(shí)用的建議，沒有老師這樣的幫助，我不會(huì)這么順利的完成畢業(yè)論文。因此，我想在此向劉永臣老師表示深深的感謝。 在此，我還要借此機(jī)會(huì)向在這四年中給予了我很多幫助和指導(dǎo)的所有老師表示衷心的感謝，各位任課老師對(duì)平時(shí)的授課認(rèn)真負(fù)責(zé)，正是有了他們對(duì)我的專業(yè)知識(shí)的幫助和支持，我才能夠很好的掌握和運(yùn)用專業(yè)知識(shí)，并在設(shè)計(jì)中得以體現(xiàn)，順利完成畢業(yè)論文。 同時(shí)，在我的論文寫作過程中，我還參考了一些前輩的書籍和論文，在這里一并向所有的作者表示感謝?；?陰 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 21 頁 共 22 頁參 考 文 獻(xiàn)1 陳清泉，孫逢春，祝嘉光.現(xiàn)代電動(dòng)汽車技術(shù)M.北京：北京理工大學(xué)出版社，2002.2 李涵武.電動(dòng)汽車技術(shù)M. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2014 .3 陳全世.先進(jìn)電動(dòng)汽車技術(shù)M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.4 康龍?jiān)?新能源汽車與電力電子技術(shù)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.5 胡驊，宋慧.電動(dòng)汽車第 2 版M.-北京：人民交通出版社，2006.6 胡驊，宋慧.電動(dòng)汽車M.北京：人民交通出版社，2002.7 李興虎.電動(dòng)汽車概論M.北京：北京理工大學(xué)出版社，2005.8 陳全世,朱家璉,田光宇.先進(jìn)電動(dòng)汽車技術(shù)M.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2007.9 鄧號(hào).微型電動(dòng)汽車底盤結(jié)構(gòu)分析及優(yōu)化D.河北：河北聯(lián)合大學(xué)，2012.10 Xiao Fang.Electric Vehicles:Clean driving that presaes the 21st centuryM.北京:冶金工業(yè)出版社,2002.11 溫?zé)槇?jiān)，余少敏，廖中文，楊旭志.基于操縱穩(wěn)定性的某電動(dòng)汽車底盤布置方案優(yōu)化J.重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2010,18(9):32-36.12 宋慧，胡驊.電動(dòng)汽車的現(xiàn)狀及發(fā)展()J.汽車電器，2000,2(1):13-17. 13 趙立杰，李巖，陳歡.基于 ANSYS 的電動(dòng)汽車折疊底盤設(shè)計(jì)與分析J.沈陽航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，2012,13(5):27-31.