毕业设计（论文）-某型电动车总体设计.doc

本科毕业设计题目：某型电动车总体设计学 院:汽车与交通工程学院专 业:学 号:学生姓名:指导教师:日 期:二一五年六月武汉科技大学本科毕业设计摘 要电动车（简称EV）是由车载动力电池作为能量源的车辆，可实现车辆零污染排放。随着环境日趋恶化，我们迫切需要使用环境友好型车辆，而本次设计的电动车正好拟合这个趋势，所以这一款电动车具有很强的现实意义。本次毕业设计主要是对电动车的车架设计和总体布置。根据本款电动车的实际工况和参考现有电动的一些参数，按照动力性能要求，运用汽车理论、汽车设计等相关知识计算，选出各个部分需要的零部件和总成。根据各类零件和总成的参数，再加上对车辆行驶性能部分的要求，来完成车架框架部分的设计。然后在将每个部分按照相对位置关系，布置在车架上，完成车架的装配。最后，根据现有的计算的结果，完成对车辆的外部装饰和布置。通过已知计算和选取得来的各个零部件和总成的相关尺寸，利用制图软件CAD进行相关装配图、布置图、零件图形的绘制，得到理论上合为5张A1的图纸，该电动车基本满足要求。关键词： 电动车； 总体布置； 车架设计Abstract Electric vehicles (referred to EV) is a vehicle-mounted battery as an energy source. vehicle, which can achieve zero emissions vehicles. With the deterioration of the environment, we urgently need to use environment-friendly vehicles, and electric vehicles is designed just to fit this trend, so that an electric car has a strong practical significance.The graduation project is mainly for electric vehicle frame design and overall layout. According to some parameters of the electric cars actual conditions and reference to an existing power, making using of the power performance requirements and applying car theory, automotive design to calculate and select each part required parts and assemblies. According to all kinds of parts and assembly parameters, together with part of the vehicle performance requirements, we can complete the frame portion of the frame design. Then according to the relative positional relationship between each section ,it is arranged on the frame to complete the assembly. Finally, according to the results of existing computing ,one can complete the vehicle exterior and furnished.The relative dimensions of a known individual components and assemblies is made by calculating and selection ,and we use of CAD drawing software to draw the relevant assembly drawings, layout, graphics components to obtain theoretically closely to 5 A1 drawings .The electric car basically meet the requirements.Key words ： electric vehicles; general arrangement; frame design 目 录1绪论11.1引言11.2电动车的发展概况11.2.1国外电动车的发展现状21.2.2 国内电动车的发展现状31.3 本次设计的意义52 电动车主要部分设计62.1驱动控制部分62.1.1 驱动布置62.1.2 电机72.1.3 控制器92.2电池系统102.3 电气系统112.4车身设计122.5 底盘设计132.5.1 悬架132.5.2 转向系统162.5.3 制动系统172.5.4 车架设计及刚度分析183 辅助装置选择243.1 辅助装置243.1.1 座椅243.1.2 轮胎24总结26参考文献27致谢28III1 绪论1.1 引言汽车是现代文明的重要标志，融合了当代社会各项最先进的科技技术，可以是说是科学的集大成者。汽车作为主要的道路交通工具，在国防建设和人民生产、经营活动、社会生活中起到了非常重要的作用，同时，汽车工业是支柱产业之一，它的发展改变了历史进程。可以说，人类的生活和生产早已经离不开汽车了。同时，传统汽车在对现代社会做出重大贡献的时候，也给人们的生活带来了不可忽视的灾难，让人们面临环境污染、石油资源短缺等严重问题。汽车运行时所排放的的废气会对环境造成严重的污染，而且废气中的部分污染物对人体损害特别大，严重的会造成人们死亡。虽然现代科技已经能将大部分污染物很好的处理掉，但是由于车辆保有量太高，还是会对环境和人类的生存造成严重的影响。另外，内燃机汽车的主要能源消耗品是石油，众多周知，石油资源是有限的、属于不可再生资源。人类从1973开始共向地球索取了大约5000亿桶（约800亿桶）石油，占当时探明总储量的85%；此后，新发现的石油储量几乎翻了一番。初步估计，目前地球上大约还有1370亿吨石油储量，按照现有的实际生产水平，全世界每年大约要开采30亿吨石油，这样，地球上的石油估计还能供人们开采40-50年。随着新油田的发现，大概也只能延长十年左右，但是终将有枯竭的一天。随着能源危机、石油短缺的逐渐到来和人们对环境保护更加重视，人们必须使用更加绿色环保的出行工具，而无需使用石油、对环境友好的电动车正好满足了人们的这一需求，所以它必将在未来的社会中大发异彩，为现代文明做出巨大的贡献。1.2 电动车的发展概况电动汽车比内燃机车辆实际上出现的还要早。1859年，法国著名科学家普兰特（Plant）发明了铅酸电池，这为以后电动车的出现奠定了基础。由于当时蓄电池和电动机的发展相比内燃机更加成熟，并且蒸汽机汽车的性能和操控也拿与让人接受，因此电动汽车就成了人们用来取代马车的首选。1873年，英国科学家Robert Davidson首次在马车的基础上制造了一辆电动三轮车，它是由铁锌电池（一次性电池）提供电力，由电机驱动，它比内燃机动力汽车发明早13年。1881年，法国工程师Gustave Tmuve制造了一辆电动三轮车在巴黎的街道出现以后，更多的电动车就如同雨后春笋般出现。英、美、德等国先后制造出了电动汽车，电动车的性能也逐渐提高。1911年，在巴黎和伦敦的大街上已经有运营的电动出租汽车出现；到了1912年，起码有3.4万辆电动车在美国运行。在20世纪20年代初期，美国的汽车保有量中电动汽车占38%，而内燃机作动力的车辆仅仅只占占22%，到了1915年，美国电动汽车保有量已经达到5万辆。然而到了20世纪30年代末，电动车就逐渐消失在人们的视野当中。主要是由于当时的蓄电池性能较差，电动汽车的成本太高，而续驶里程太短。同时，大量油田的开发，降低了石油价格，也降低了内燃机汽车的使用成本，加上内燃机汽车底盘技术不断提高，并采用流水线生产方式大规模批量制造，是内燃机汽车在市场竞争中占据了据对的优势，电动汽车被市场所抛弃。20世纪50年代到60年代中期，电动汽车得到复苏，同样是因为石油，但是主要因为它逐渐短缺，人们再次将目光投向电动汽车。20世纪80年代以来，内燃机汽车尾气带来的环境污染问题越来越引起人们的重视，人们对于绿色出行方式的需求被进一步释放。在严格控制污染排放和节省能源的现代，依托逐渐发展完备的电子电力控制技术和计算机技术，加之对蓄电池的精益求精和开发新动力电源，电动车辆终将打败内燃机车辆，成为21世纪广泛采用的交通工具。1.2.1 国外电动车的发展现状从二十世纪九十年代开始，电动汽车重新成为世界性的的研发热点之后，世界上各大汽车公司纷纷投入巨资开发自己的电动车，寻求在未来电动汽车市场中先发制人。各国政府也都出台相应的政策或制定计划，以促进本国电动汽车的发展。（1）美国的电动汽车研究规划 美国是汽车工业最发达的国家之一，汽车产量和保有量都居世界前茅，每一年的石油消耗总量和汽车污染物的排放总量亦是居世界首位。为增强汽车制造业的竞争力，美国政府提出了著名的PNGV计划和FreedomCAR计划。PNGV计划于1993年由克林顿政府提出，该计划主要由商务部（简称DOC）、国防部(简称DOD)、能源部（简称DOE）、运输部（简称DOT）、环保局（简称EPA）、宇航局（简称NASA）及国家科学基金会（简称NSF）等联邦政府机构和三大汽车公司（通用、格莱斯勒、福特）联合实施。美国商务部代表政府负责PNGV计划的组织协调和总体规划。该规划明确地提出了要显著改善和增加美国汽车制造业的竞争力，尽可能快的将商业可行性的技术创新成果应用于汽车生产制造中，开发出燃料效率高于现行汽车3倍的新一代汽车。该计划在1997年完成了新一代汽车的技术选择，确定了轻质制造材料、混合动力技术、高性能发动机（即四冲程直燃式）和燃料电池等为PNGV计划的主要技术方向；到2000年，三大汽车公司纷纷推出了各自的概念车；2004年就已经生产出了电动汽车样车。美国通用汽车公司的EV-1型电动轿车就是成果之一，它采用铅酸电池，车身采用复合纤维材料，外形呈现流线型，后轮采用电动式制动器，每个轮胎都有制动能量回收系统。该电动车最高时速达到1208km/h,一次充电可以行使112km（在市区）或144km（在高速）。FreedomCAR规划于2002年由布什政府提出，用于代替PNGV计划。FreedomCAR计划的重点为：燃料电池动力系统，氢能储存系统，国家氢能基础设施的技术开发，支持有关氢能基础设施法规和标准的研究，用于燃料电池和混合动力两类汽车的电驱动系统，新型电能储存装置，新型、轻型结构与材料的开发，内燃机用先进燃料和排放控制系统等。该计划由能源部门领导，由汽车制造着协会协调组织，并且有燃料供应商参与其中。该计划的主要目标是开发出无污染、燃料能源转换效率高、成本具有竞争力、燃料添加方便的燃料电池电动汽车。开发出排放达到或低于排放标准、成本具有竞争力的混合动力电动汽车。（2）日本的电动汽车研发规划 日本是汽车生产大国，汽车保有量位居世界第二位，并且日本的缺乏石油资源，石油资源近乎全部依赖进口。所以，日本政府及日本的各大汽车公司都对电动车的开发十分重视，这也造就日本的混合动力电动汽车技术处于世界领先地位。日本的电动汽车开发计划主要有：低公害汽车研发普及行动计划、JHFC示范工程和专项开发计划等。丰田RAV-4型也是一个模范产品，该五座电动汽车采用镍氢电池，最高时速在130km/h,最大爬坡度为28%，一次充电大约可以行使215km。（3）欧盟的研发计划 欧盟计划旨在增强欧盟各国工业的竞争力，充分调动欧盟各国的科学技术力量，避免各国科研计划重复，综合有效的利用各国的人力和物力资源。欧盟计划相关的开发计划主要有FP系列计划、欧盟燃料电池研究与发展计划、欧盟电动巴士示范计划和欧洲电动车汽车城市运输系统计划。大众的斯柯达-明锐EV也算是一款比较杰出的成果之一，该车使用的是锂离子电池技术，续航里程达到150km，100km耗电也只有14kwh。1.2.2 国内电动车的发展现状我国也早已将电动汽车的研究和开发以及电动车产业化列为重点项目，并制定电动汽车发展的规划。1）我国的863计划的HEV、FCEV和EV研究计划纲领。在国家科学与技术部、国家高技术研究发展计划中，创设了电动汽车重要专项，择取新一代电动汽车技术作为我国汽车工业自主创新和科技创新的主要研究方向，协调汽车企业、高等院校和科研机关，以及官、产、学、研四位一体的方式进行协同攻关，以电动汽车的最新行业技术平台为工作重点，力争在电动汽车关键制造技术、系统集成核心技术等方面取得重要突破，促使电动汽车符合现代企业生产制造和市场经济实际需求以及研发系统和研发机制的建立。2）我国的973计划的电动车专项计划。由国家科学技术部组织实施的国家重点基础研究计划中，也创立了电动车专项。电动汽车专项包含在973计划的能源项目之中，主要涉及氢能的规模制造、储运及相关的燃料电池基础开发研究。目前的行业现状还比较理想，主要体现在一下几点：（1）政策向好，补贴标准有所降低，但是鼓励发展仍是主旋律 2013年3月，国家财政部等四部委达成一致意见，对新能源汽车补贴政策延迟3年。同年7月12日，我国国务院总理李克强主持并召开国务院常务会议，讨论计划加快节能环保产业，提出公务员用车、城市公交车要率先推广使用新能源汽车，并同步完善配套设施。9月17日，上述四部委共同下发关于继续开展新能源汽车推广应用工作通知，明确了财政补贴支持推广应用新能源汽车的相关政策。（2）电动汽车产量增长特别快，全年跨越3.57万辆，进口车辆共计1.66万 在环保形势和国家政策引导下，2013年中国电动汽车产量实现爆发性增长。从月度产量和进口量来看，全年基本上保持很强的增长趋势。受到2012年11月电动车产量基数太高的影响，2013年同比电动汽车产量出现了下滑；12月受2014年补贴减少的负面影响，电动汽车产量出现显著的翘尾现象，国内电动车生产销售也取得了很好的效果。 图1-1 2013年国内电动汽车生产（包括进口车）月度变化1.3 本次设计的意义首先，我国大城市的环境污染已到了不能忽视的境地, 燃油汽车排放是主要污染源之一, 我国已经有 16个城市被列入全世界环境污染最严重的 20个城市当中。随着环境污染问题越来越引起人们的重视，人们迫切需要一种更加环保的出行方式，电动车使用无污染的车载电源，必能带给我们一片新的天空。其次，电动车可以减少人们对石油的依赖，它从车载电源获得电力，而蓄电池的电能可以从水能、核能、风能、太阳能等清洁转化而来，从而不用依赖石油资源。众所周知，我国是石油进口大国，减少石油的使用可以变相增加国家外汇储备，而外汇储备的多少是一个国家金融安全的重要保障。另外，电动车可以节约大量资源，它既可以充分利用夜间富余电力给蓄电池充电，减少夜间大量电力的浪费，提高国家电网电能的利用率，也可以通过高效的能量利用率减少功耗（比如百公里的能量消耗率），从而优化我国资源使用效率。2 电动车主要部分设计2.1 驱动控制部分2.1.1 驱动布置电动车的载客一般为8人，满载质量大约1200kg，总质量较小，电动车的行驶条件一般较好，不需要太高的通过性，为了减少制造成本，同时简化流程，便于模块化生产，所以采用结构简单、制造成本较低的42驱动形式。电动车使用的是车载电源，电池一般为了安全和方便起见安置在中部或者中后部，底盘部分并不宽敞，驾驶室空间有限，而且控制台前端布置大量电气设备，所以选择将发动机放至后方，同时可以保证轴荷分配尽量合理，从而有利于提高轮胎实际使用寿命。如下图：图2-1电动车的总体布置简图1-控制器 2-电池 3-电机 4-传动系统 5-驱动轮2.1.2 电机驱动电机的主要功能是将电源的电能转化为机械能，并且利用传动装置或直接驱动车轮和工作装置。电动机的种类繁多，考虑到本款电动车的实际情况，选择开关磁阻电机，主要是由于它布局较为简单，同时制造方便，运转性也较好，并可节约很多材料，价格便宜。下面来计算电机的详细参数。已知电动车的基本参数如下：表2.1 电动车的基本参数 参数车型总质量 M（k g）最高车速V（km/h）迎风面积A(m2)最大爬坡度I(%)加速度a(m/s2)电动车1200302.70151.0据上面的基础参数来设计：汽车匀速行驶在水平道路上时，肯定要克服来自地面的滚动阻力，同时还有空气阻力；当汽车进行上坡行驶的时候，还要克服坡度阻力；汽车加速行驶的时候还需要克服加速阻力，即产生加速度的力。因此汽车行驶的总阻力为滚动阻力、空气阻力、坡度阻力和加速阻力之和，得到汽车行驶方程为： (2.1)式中：Ff-滚动阻力,Fw-空气阻力；Fi-坡度阻力；Fj-加速阻力其中Ff可以等效的表示为： (2.2)公式中：W为作用于车辆上的法向载荷；f为滚动阻力系数，它与路面粗糙度，行驶速度和轮胎的结构、材料等很多因素相关。滚动阻力系数一般在0.010-0.030，根据经验，f取0.020，则有: (2.3)空气阻力： (2.4)公式中：CD为空气阻力系数；A为迎风面积；空气密度，一般为1.2258Ns2m-4。为相对速度汽车在风速为0的情况下运动，等于汽车的行驶速度ua，则空气阻力(N)为： (2.5)轿车的CD值一般在0.3-0.6之间，考虑到此款电动车的经济实用性， CD取0.6， A=B1*H=1.5*1.8=2.70m2（B1为车身宽度，H为车身净高度），最高车速取36km/h ，则有 (2.6)坡度阻力： (2.7)公式中：为坡度，此时sin=tan=i。当i取0.15时，则有： (2.8)当i取0，即在水平的道路上行驶时， (2.9)加速阻力： (2.10) 公式中：为车辆的旋转质量换算系数；m为车辆质量；du/dt为汽车的行驶加速度。值一般在1.1-1.5之间，根据经验，取1.3。GB纯电动乘用车技术条件规定：车辆的最大爬坡度（不小于20）、起步加速时间（050km/h的时间不大于10s），即amin=1.38m/s2,根据本车的实际情况，要求较低，最大加速度取1.0m/s2时，则有： (2.11)电动车匀速行驶时， (2.12)故当电动车在水平道路上以最高速度匀速行驶时，阻力之和为： (2.13)理论上，加速时的阻力之和： (2.14)电动机需要的峰值功率 (2.15)以最高速匀速行驶时的功率 (2.16) 式中，t为机械效率，参考值在0.80.95.根据电机功率的选择方式，参考电动车以最高速匀速行驶时的功率，但肯定要比上述功率大，故初步确定电动机的额定功率Pe=2.5kw.根据资料选择，永磁无刷同步电机。表2.2 电动机参数电动机型号ZC-CD-2.5额定功率2.5kw功率因素0.87额定电压48V额定电流60A最大转矩2.3额定转速1100r/min噪声79A绝缘等级F防护等级IP54冷却形式自然风冷质量33kg外观尺寸2153802.1.3 控制器电动车控制器的作用是控制电动车电机的发动、运转、进退、速率、停止以和电动车的其余电子器件的中枢控制器件，它对于电动车说就是其大脑，是电动车上最为重要的的部件之一。控制器的组成部件有周边器件、主芯片（或者是单片机）。周边器件主要是各种类型的功能器件，如执行、采样等，它们是电阻、传感器、桥式开关电路，和辅助类单片机或专用集成电路完成控制过程的电子器件；单片机也被叫做微型控制器，它把储存器、有变换信号语言的译码器、锯齿波发生器、脉宽调制功能电路和可以让开关电路功率管导通或截止、利用方波控制功率管的导通时间以控制电机转速的驱动电路、输出输入的端口等集成在一起，从而组成的计算机片。它被称为是具有“傻瓜”面目的高科技产品。控制器被生产出来的质量、特性、所采用的微处理器的功用、功率开关器件电路以及周边器件结构等等，都直接影响到整车的性能和运行状态，也对控制器本身质量和效率产生重大影响。图2. 电动车控制器2.2 电池系统电动汽车电池分两大类，蓄电池和燃料电池。蓄电池可以用作纯电动汽车的车载电源，拥有铅酸蓄电池、空气电池、钠硫电池、镍基电池、二次锂电池等多种类型。燃料电池专用于燃料电池电动汽车，类型很多，有碱性燃料(AFC) 、固体氧化物燃料(SOFC)、磷酸燃料(PAFC)、熔融碳酸盐燃料(MCFC ) 、直接甲醇燃料(DMFC )、质子交换膜燃料(PEMFC )几大类。市面上电动车主要使用的车载电源是铅酸电池或者锂离子电池，铅酸电池正极的活性物质是二氧化铅PbO2 , 负极的活性物质是铅Pb,电解液为硫酸的水溶液（H2O + H2SO4）。正极板上PbO2的溶解电离过程为 ,负极板处Pb的溶解过程为。它最大的优点是内阻很小，可以输出较大的电流，这一点在电动车起步阶段尤为重要。而且它的价格很低，这是它在商业开发中用作动力电源的最显著优势。但是它也有很明显的缺点，比能量及能量密度较低，在满足一定续航里程的情况下，它的质量和体积较大。另外它的寿命短，使用成本较高，需要的充电时间也较长。锂离子电池的负极活性物质是可嵌入锂离子（Li）的碳，正极活性物质一般为金属锂化物（如LiNiO2），而电解质为非水性的有机溶液或者某类聚合物。以CoO2为例，其充放电过程正负极反应为。锂离子电池作为动力电池有很多优点，它的比能量大，循环寿命长，安全性能好，可以实现安全、快速充电。但是，它的成本比较高，原材料价格昂贵，且不能大电流放电。从本次开发的低速电动车而言，需要循环寿命较好、充电快、经济实惠，最重要的是安全有保障，故优先选择铅酸电池电池。电池的电压主要由电动机的功耗和性能来决定的，容量则是根据电动汽车的一次充电行驶的总里程来决定。由于前面我们以及把电动机的型号定好了，所以电池的电压也决定了。接下来，我们就要根据电动汽车一次充电的总行驶里程来计算它的容量。根据本款电动车的设计要求和前面的条件，此次设计的电动汽车一次充电的总行驶里程为90km，最高时速为30km/h，电动机的功率是2.5KW。参考实际情况，电动车实际平均车速低于30km/h,为了使实际车辆可靠性更好，就以30km/h的时速计算，则电动车能持续行驶的时间为： (2.17)电动汽车的容量： (2.18)在实际的使用中，由于电池自身的损耗，和其他多方面的原因会使电池的容量比理论上少，所以此款电动车选择200Ah的铅酸电池，电池的具体参数见下表：表2.3 电池参数电池个数2块电池总容量200Ah额定电压24V外形尺寸（mm）450200200（长、宽、高）总高（mm）240总质量（kg）902.3 电气系统电气系统是电动车的重要组成部分之一，它能直接影响到电动车的动力性、经济性、可靠性、安全性、舒适性等性能。电气系统是现代科技的产物，它综合了很多高科技技术。随着科学技术的不断发展，微型电子计算机、集成电路在汽车上大量应用，电器的数量和种类在不断增加，产品的性能和质量在不断提高，带给人们更加美好的体验。电气系统主要下列部分组成：（1）电源系统 电源系统主要由发电机、蓄电池和调节器组成。前两个一般都是并联工作，发电机作为主电源，蓄电池作为辅助电源。发电机配调节器的作用是在发电机转速升高时，自动调节发电机的输出电压让它保持稳定。 （2）用电系统 用电部分很多，比如照明系统，信号系统，电子控制系统，辅助电气等，因为不属于本次设计重点，故不做多的叙述（3）检测系统 检测系统由各种检测仪表如电压表、水温表、电流表、发动机转速表、油压表、车速里程表、燃油表以及各种报警灯组成，主要用于对发动机及其它装置工作情况的检测。 （4）配电系统 包含中央接线盒、电路开关、保险装置、插接件和导线等组成的系统叫做电动车的配电系统，它最重要的功能是保证线路工作的可靠性及安全性。总得来说，电气部分不是本次设计任务的重点，有必要设计选择的部分已经单独成章，其他部分不做过多阐述。在配套方面，直接选取市面上已有的标准件即可，同时能降低生产成本。2.4 车身设计车身不仅是汽车外在的展示平台，而且是驾驶员的工作平台，还是装载乘客或者托运货物的载体。良好的车身应该具备保护乘客、驾驶员和货物的一级防护功能，在汽车发生危险事故的时候，能减缓或者削弱冲击，有效的减轻伤亡和损失。同时，还应该拥有良好的造型，来满足人们日益高升的品味，提升人们的欣赏水准。对此，本次设计的具体外形如下：图2.6 车身主视图图2.7 车身侧视图2.5 底盘设计电动车底盘一般是指汽车上由传动系、转向系、行驶系及制动系四大部分组成的系统组合，支承、安装汽车电动机、控制器及其各零类部件和总成，从而构成汽车的整体形状，承受电动车动力，保证电动车正常行驶。底盘的好坏直接影响整车的制动性、操纵性和平顺性。2.5.1 悬架2.5.1.1 悬架形式汽车车架（或者是承载式车身）与车桥（或者是车轮）之间的所有传力结合装置的总称被称为悬架，它的主要功用在车轮和车架之间传递力和力扭，同时，减缓由非平坦路面传给车架或车身的冲击力，并且削弱因此引起的震动，从而确保汽车能平顺地行驶。一般的悬架由弹性元件、导向机构和减震器等组成，少部分结构中含有缓冲块、横向稳定杆等。弹性元件有很多形式，比如常见的有钢板弹簧、螺旋弹簧、空气弹簧以及扭矩弹簧等等。悬架一般分为非独立悬架和独立悬架两大类：（1）非独立悬架两侧的车轮由整体式车桥相连，车轮和车桥二者通过弹性悬架悬挂在车架或车身的下面的悬架一般为非独立悬架。非独立悬架的结构一般很简单，价格便宜，强度很高，维修保养简单，前轮定位变化很小。但是，其舒适性及操纵稳定性都相对比较差，所以在现代轿车中很少使用，多用在货车、大客车和廉价车型上面。常见的非独立悬架有：钢板弹簧悬架，扭杆弹簧悬架，空气动力悬架，拖拽臂悬架等等。（2）独立悬架独立悬架的每侧车轮都是单独地利用弹性悬架挂在车身或车架下面。它的突出优点是：质量一般较小，很大程度上减少了来自路面的反冲力，同时有效的增加了车辆的地面附着力；还能使用刚度较小的弹簧，增强汽车的乘坐舒适性；还可让降低车身位置，汽车重心也得到降低，从而改善汽车的行驶稳定性；无论是左轮还是右车轮，都可以单独跳动，互不干涉，从而可以减小车身的震动和倾斜。但是，独立悬架也有很多缺点，比如结构一般复杂、制造成本比较高、维修很难。现代轿车绝大部分使用的是独立式悬架，根据不同的结构形式，可分为横臂式，烛式，多连杆式，纵臂式和麦弗逊式悬架等。考虑到电动车悬架的特殊性，悬架部分主要有几种选择，一种是麦弗逊式悬架，还有一种是双叉臂式悬架，最后一种便是钢板弹簧悬架。下面来依次介绍这三种悬架。 图2. 麦弗逊式悬架 图2.双叉臂式悬架麦弗逊式悬架包含螺旋弹簧、A字形下摆臂、减震器，它的布局为支柱式减震器同时作为主销，承担来自于车身抖动和地面冲击的上下各项预应力，具备优良的行驶稳定性。同时，其非常简单，成本较低，维修也容易。但这样的构造也造成了缺点，因为减震器和螺旋弹簧都只对车辆上下的晃动产生支撑和缓冲，所以对于侧向的力和力矩没能提供有效的支撑。这就让车辆在变向的时候，车身有比较显著的侧倾，而且在刹车的时候，出现点头。双叉臂式一般采用A字或是V字形构造来代替双横臂式的单臂， 其它的优点是横向刚度较大且有良好的方向稳定性、抗侧倾性能良好、抓地性能优良、路感很好，缺点是生产成本高、悬架定位参数比较复杂、响应速度相对于其他悬架要缓慢一些，并且安装需要很大的横向空间。图2.钢板弹簧式悬架 钢板弹簧通常是纵向安置的，其中部用两个U型螺栓固定在后桥上，在弹簧两个端部的卷耳孔中压入衬套，前端部的卷耳使用钢板弹簧与前面的支架相连接，从而形成固定的铰链支点；而后面的卷耳则通利用钢板弹簧吊耳销与用铰链挂在后支架上能够自由摆动的吊耳相连起来。因此，确保当了弹簧变形的时候，两个卷耳中心线间的距离有改变的可能性。这类使用铰链和吊耳让钢板弹簧两端部固定在车架上的结构是现在采用范围最广的结合形式。它主要的优点就是是结构比较简单，工作的可靠性相对高，价格便宜，维修简易，不仅是悬架的导向装置，还是是悬架的弹性元件。一般来说，与车架铰接的一端，能够传递各类力和力矩，车轮的跳动轨迹也被决定了。而且，由于自身的结构原理，也具备相当的摩擦减震作用。由于它的诸多优势，因此是使用很广的非独立悬架。同时，它也有一些缺点，比如质量较大、刚度大、舒适性相对较差，纵向尺寸略长，无益于缩小汽车的前悬和后悬，还有就是与车架连接处的销很容易被莫损坏等。综合考虑本款电动车的实际情况，路况一般很好而且车速较低，对整车性能要求不是很高，在既保证乘坐舒适性和安全性，又保证车辆经济实用的情况下，前悬架选择麦弗逊式，后悬架选择钢板弹簧式。2.5.1.2 悬架参数查阅汽车设计手册，得到悬架系统的部分参数。表2.4悬架系统的参数表车轮外倾角主销内倾角前悬架-3048后悬架-300根据本款车的实际情况，参考市场上情况，选择如下：车轮外倾角为-1后轮外倾角为-1前悬主销内倾角为3后悬主销内倾角为02.5.2 转向系统汽车转向系统(steering system)的主要作用是改变或保持汽车行驶或倒退方向，它是由一系列装置或者零件组成的。其功能就是按照驾驶员的意志来操纵汽车的行驶方向，保证各转向轮之间有协调的转角关系。它对汽车的行驶安全来说，是至关重要，所以汽车转向系统的所有零件都称为保安件，需要强化。根据转向时使用能源的不同，将转向系分为两类：一是机械转向系统；二是动力转向系统。同时使用驾驶员体力和发动力的动力作为转向能源的转向系统是动力转向系，其是在机械转向系统的基础上加设一套转向助力装置而形成的，比机械转向系统更好用，但同时造价贵，维修难。1）机械转向系统转一般包括转向操纵机构、转向器和转向传动机构这三个部分，如下图所示：图2. 机械转向的组成和布置示意图1-转向盘 2-转向轴 3转向万向节 4-转向传动轴 5-转向器 6转向摇臂 7-转向直拉杆8-转向节臂 9-左转向节 10-梯形臂 11-转向横拉杆 12-梯形臂2）同时使用驾驶员体力和发动力的动力作为转向能源的转向系统是动力转向系。在一般情景下， 汽车转向所需要的能量，只有一小部分由驾驶员承担，剩余的绝大部分都是由发动机通过动力转向装置所提供。但是，一旦动力转向装置失效或者失灵，驾驶员还可以独立承担汽车转向任务，如图所示：图2. 动力转向系统1-转向盘 2-转向轴 3-梯形臂 4-转向节臂 5转向控制阀 6-转向直拉杆7-转向摇臂 8-机械转向器 9-转向油罐 10转向液压泵11-转向横拉杆 12转向动力缸在设计此款电动车时，为了让求它结构简单，操纵轻便。同时减少整车质量，有效降低成本，因此选择机械转向系统。2.5.3 制动系统汽车制动器一般为产生阻挡车辆运动及其运动趋势的力的零部件，这当中也包含辅助制动系统中的系列缓速装置。汽车使用的大多数还摩擦式的制动器，一般分为两类：鼓式和盘式。它们主要是旋转元件的不同，鼓式摩擦副中的旋转元件是制动鼓，以圆柱面为工作表面；盘式的旋转元件则是旋转的制动盘，它的工作表面为端面。 图2.盘式制动器 图2.鼓式制动器最初的汽车制动器都是鼓式制动器，在盘式制动器出现之前，它就广泛应用在各类汽车上。但是，因自身构造问题导致它在制动过程中散热性能差和排水性能较差，比较容易造成制动效率下降，可能会导致车祸。所以，近几十年间，在轿车制动器方面上，盘式制动器逐渐形成了霸权地位。但是，因为鼓式制动器的价格相对较低，我们仍然可以在一些经济类轿车上看到，它主要用在制动负荷比较小的后轮和驻车制动中。由于拥有液力助力，所以盘式制动力大且稳定，在各类路况下都有优秀的制动表现，其制动效能远超鼓式制动，同时，因为空气直接通过盘式制动盘，所以它的散热性也较好。但是，从另外一个方面看，盘式制动器的构造与鼓式制动器相比，更加复杂，对制动钳、管路系统的要求也提升了一个档次，而且价格也高于鼓式制动器。本次设计的电动车属于低速电动车，而且行驶路况较好，为了降低成本，后轮将采用鼓式制动器，前轮采用盘式制动器。2.5.4 车架设计2.5.4.1 车架形式车架是整个汽车的骨架，现代的汽车大部分都有作为整车基体的车架。汽车的绝大部分部件和总成都是通过车架来固定和连接的，比如传动系统、发动机（电机）、悬架系统、转向系统、驾驶室、电池和相关机构等等。车架主要是用来支撑安装汽车的各类零部件，同时承受来自车内外的各种载荷和力矩。现代也有部分轿车和客车没有车架，它车架的功能由车身骨架承担，这种类型被称为承载式车身，通俗来讲就是被车声囊括的车架。无论是哪种车架结构或者形式，都必须满足汽车总体设计的要求和限制。首先，在汽车的各种复杂行驶过程中，固定安装在车架上的各种部件和总成之间不能够发生相互干涉。另外，当汽车在不平坦的道路上行驶的时候，车架可能在载荷及力矩作用下会产生扭转和变形以及在纵向平面内的各种卷曲变形；而且，在只有一边车轮遇到障碍时或行驶不利的时候，很有可能会让整个车架扭曲成菱形。这些变化很可能改变安置在车架上的各部件和总成之间的相对位置，进而使它们不能正常工作，导致危险产生。所以，车架还应该具有相当的强度和合适的刚度，来保证汽车行驶的安全。同时，为了改善汽车整车的轻量水平，还必须使车架质量尽量减小。另外，车架应该尽量贴近地面布置，来降低汽车的重心，从而改善汽车的行驶稳定性，这一点对于客车和电动车来说尤为重要，在校车上更加突出。车架的分类有几种，一般来说，按照车架纵梁、横梁的结构特点，其结构形式大概分为三种：边梁式车架、中梁式车架及综合式车架。图2.边梁式车架示意图边梁式车架一般是由两根位于两边的纵梁和若干根横梁组成，用焊接法或者铆接法将横梁和纵梁连接成一个整体的刚性结构。纵梁一般用低合金钢板冲压而成，断面形状大多是槽形，有少部分做成箱形或者Z字形断面。按照汽车不同的类型和构造设计要求，纵梁能在水平面内或纵向平面内做成弯曲的或者是等断面的或者是非等断面的。纵梁一般是平行布置如图所有，而且以车的纵向截面中心成对称布置，包括横梁也是。横梁不仅可以用来保证车架的扭转刚度以及承受纵向载荷，同时还能支承汽车上的大多数零部件。通常根据车型的不同，会布置510根横梁。大多数横梁是槽形的，主要是为了提高车架的抗扭强度，有时也会选用管形或者是箱形断面的横梁。边梁式车架的结构特点使其拥有很多优点，便于安装驾驶室、座椅及后车厢和安装其他总成和部件，有利于改装车辆和发展多品类车。因而，它被广泛应用于载货汽车、大多数的特种车和绝大部分廉价车型上。图2. 中梁式车架底盘示意图中梁式车架一般有一根从正汽车纵向轴心贯穿前后的纵梁，类似人类的脊骨，所以也称为脊梁式车架，如图上图所示。中梁的断面可以做成箱形或者管形。这类构造的车架相对于其他车架有更强的扭转刚度，同时让车轮有更大的运动空间，因而被应用于某些轿车和货车上。 采用这种脊梁式车架的优点有：可让车轮有更大的运动空间，方便采用独立悬架，因此能够改善汽车的越野性能，相对于同吨位的货车，其车架更轻轻，减少了整车的质量，同时质心较低，因此稳定性和安全性有所提高；车架的强度和高度也比较大；轴心脊梁还可以作为密封传动轴的防尘套。但是这种类型的车架生产制造工艺过于复杂，维修困难，一般来说只用于一些对于平顺性和通过性要求很高的车辆上。图2. 综合式车架示意图综合式车架前面采用边梁式，而后部采用中梁式的。它同时具备中梁式和边梁式车架的特点。该车架的边梁可以用来安装和固定发动机，外伸的支架能够固定车身。随着汽车工业的不断发展，各种类型的衍生车架结构都发展出来，比如平台式车架，还有钢管式车架等，都可以从这几种车架中找到影子。图2.承载式车身示意图随着科技的发展，一些客车和大型客车都取消了车架，同时让车身兼并车架的作用，即将本应该在车架上的部件安装在车身上，所受的力也由车身来承受，这类车身就是承载式车身，如图上图所示。结合本次设计电动车的实际情况，路况很好，而且车速低，一般不会有很大的扭力矩产生，而且要使此款车型经济实惠，所以选择边梁式车架。2.5.4.2 车架参数及布局通过上一小结的分析，选择了边梁式车架，结合已经计算的结果参考现有的电动车车架模型，给出本款电动车的大致参数，然后利用这些参数进行校核和计算。表2.3 电动车的总体参数总质量（kg）1200额定载客（人）8最高时速（m/s）30迎风面（mm）宽高=1.51.6整体正面（mm） 宽高=1.51.83整车长（mm）3740轴距（mm）1980前轮距（mm）1220后轮距（mm）1200最小离地间隙（mm）150最大爬坡度（%）15由于本车的最大爬坡度I为15%，如图。图2.6 电动车形状示意图则有车头与前轮轴心之间的水平距离为： (2.19)考虑到驾驶室的宽度，取L1为1100mm。那么车尾与后轮轴心之间的水平距离为： (2.20)前轮距为1220mm，悬架形式为麦弗逊式，后轮轮距为1200mm，悬架形式为钢板弹簧式非独立悬架，为了预留充足的位置安装悬架，同时保证横梁之间的相对位置稳定性，两根纵梁之前的中心距离初选为： (2.21)后悬架部分车桥为整体式，电机直接连载后桥上，所以为了在后轴线中间预留充足空间，将后轴线上面的纵梁提高为： (2.22)轮胎的外直径为405mm，为了保证在颠簸路面，轮胎不会与车架及车架上的零部件产生碰撞，预留了95mm的水平距离，所以车轮外径两端的车架水平距离为： (2.23)图2.7 车架框架图3 辅助装置选择3.1 辅助装置3.1.1 座椅座椅在我们日常时候中使用的非常多，无论是在家里，还是公共场所，还是船舶，还是车辆上，随处可见。3.1.2 轮胎轮胎是安装在金属轮辋上的圆环形弹性橡胶制品，可承担整个车身，减小外部冲击，让车辆与路面的接触，同时确保车辆的行驶性能。轮胎在汽车上属于重要的组成部件，它最大作用就是承受车辆的所有重量，承担汽车的所有负荷，同时传递各类方向的力和力矩；传递汽车牵引和制动所需的扭力，确保车轮和路面两者间有良好的附着性，从而改善汽车的动力性、制动性及通过性；和悬架系统一起缓冲汽车行驶时所受到的冲击力，并减小因此而产生的振动；以防汽车的各种零部件和总成因受到强烈震动而导致损坏，改善汽车的高速行驶性能同时减小行车时的噪音，确保行车的安全性、舒适性、操纵稳定性以及经济性。当代汽车基本上都是选用充气轮胎，充气轮胎根据胎体中帘线不同的排列方式的，一般分成两类：普通斜交轮胎，及子午线轮胎。图3.1 斜交轮胎 图3.2 子午线轮胎因为斜交轮胎的帘线按照斜线交叉分布，所以才叫这个名字。它的主要特点有胎面和胎侧的强度较大，但是胎侧刚度过大，导致体验性差，又因为汽车高速行驶时帘布层间位移与磨擦大，所以不适用高速行驶。伴随子午线轮胎的性能不断优化，斜交轮胎逐渐远离人们的视线。子午线轮胎的卷帘线分布方式与轮胎子午断面一样，它的帘布层等同轮胎的基础骨架。因为行驶时轮胎需要承担比较大的切向作用力，为了确保帘线的稳定，在它的外部又布置一些由强度很高、拉伸难度大的材料制成的带束层(又叫箍紧层)，它的帘线方向和子午断面之间呈很大的交角。根据设计原理，斜交线轮胎有较多的不足，比如因为交叉的帘线剧烈摩擦，致胎体发热，所以加速了胎纹的磨损耗，同时其帘