关 键 词：

动轮 驱动 新型 底盘 结构设计

资源描述：

电动轮驱动新型底盘结构设计,动轮,驱动,新型,底盘,结构设计

内容简介：

摘要作为新能源汽车行业产业化的突破口，纯电动汽车耗电量少、车身重量轻，舒适安全、节能环保，具有较高性价比，深受使用公共交通汽车的消费者以及私营企业作为班车的青睐。近几年，我国掀起了电动汽车研发的热潮，各地的院校、汽研所相继研制开发了微型纯电动电动轿车、大型电动客车、微型厢式纯电动电动车等。底盘是电动车的主要结构，电动汽车上绝大多数零部件都要靠底盘固定和连接，它是承受载荷的主要结构，是整个电动汽车的关键部件。因此，底盘应有足够的刚度和强度，同时应有合理的动态特性以减小整车振动。其结构性能直接影响电动汽车的安全性、操作性和舒适性。关键字：新型；电动汽车；底盘；结构设计Abstract窗体顶端As a breakthrough in the industrialization of new energy automotive industry, pure electric vehicles consume less power, the body is light, comfortable and safe, energy saving and environmental protection, and it has high cost, and is popular with consumers and private enterprises as public transport vehicles. In recent years, China set off a wave of electric vehicle research and development, around the institutions, research institutes have developed a micro-pure electric electric cars, large electric buses, mini-type pure electric electric vehicles.Chassis is the main structure of electric vehicles, electric vehicles on the vast majority of parts have to rely on chassis fixed and connected, it is the main structure of the load, is the key components of the entire electric car. Therefore, the chassis should have sufficient stiffness and strength, and should have reasonable dynamic characteristics to reduce vehicle vibration. Its structural performance directly affects the safety of electric vehicles, operability and comfort.Keywords: new; electric vehicle; chassis; structural design窗体底端目录摘要1第一章 绪论61.1 电动汽车底盘研发的背景61.2 电动汽车底盘结构71.2.1 电动汽车底盘71.2.2 电动汽车底盘设计方法71.2.3 电动汽车底盘结构的分析方法81.3 电动汽车国内外发展趋势9第二章 底盘结构方案的设计112.1 底盘结构设计方案112.2 电动汽车的基本组成部分122.3 尺寸参数132.3.1 外轮廓尺寸132.3.2 轴距132.3.3 轮距132.4 质量参数142.4.1 载人量142.4.2 总质量142.5 其他参数142.6 本章小结14第三章 参数计算与设计153.1 驱动电机类型的选择153.1.1 根据电动汽车的最高车速选择153.1.2 根据车辆的爬坡性能要求来选择163.1.3 加速性能的要求163.1.3 驱动电机的性能直接驱动系统性能173.2 驱动电机参数确定173.2.1 电机参数173.2.2 驱动电机的布置183.2.3 驱动性能的分析193.3 电池组的选择及布置203.3.1电池组数量的选择203.3.2 电池组容量的选择213.4 蓄电池的选择223.4.1铅酸电池223.4.2镍镉电池223.4.3镍氢电池233.4.4锂离子电池233.5 电池组数量的计算及布置243.5.1 电池组数量的计算243.5.2 蓄电池的布置24第四章 电动汽车底盘总体结构设计254.1 电动汽车驱动系统设计254.2 电动汽车车架设计264.2.1电动汽车对车架的要求264.2.2 车架结构形式的选择274.3 轮胎的选择29第五章 总结与展望305.1 全文总结305.2 全文展望30致谢33参考文献34第一章 绪论随着全球能源日趋短缺，环境污染及全球变暖问题日趋严重，新能源汽车被各国普遍关注，甚至被提高到关乎未来国家产业竞争力的高度。尽管新能源汽车并不是最近几年才出现的技术，但是在国际金融危机的背景下，电动汽车产业作为一个新兴产业开始受到世界各国的高度重视。发达国家研发节能环保型电动汽车也处于初期发展阶段，在这一领域我国与发达国家相比没有拉开明显差距，被认为是最具发展潜力，甚至在局部领域具有后来居上的潜力，是我国汽车产业发展最有可能超越的领域。因此加快发展电动汽车产业对于振兴我国汽车工业和掌握新一轮汽车革命竞争主动权具有十分重要的意义。在电动汽车的各结构中底盘结构是最基本的，它负责连接其它零部件,是主要的承载部件，其上面的各种载荷都作用在底盘结构上,底盘结构的性能指标在电动车设计中十分关键，所以底盘结构的结构分析及优化设计意义重大。电动车在实际行驶中，悬架常常会经受高强度的往复压缩冲击，此时底盘及其附件就起到了缓冲和减震的作用，其性能满不满足要求对电动车正常行驶有着非常关键的作用。论文应用Solidworks有限元软件对电动车底盘进行有限元静态与动态分析，得到的参数数据对底盘的优化处理和选型有很大帮助。 1.1 电动汽车底盘研发的背景因为节能环保电动汽车顺应了世界发展主题，所以，代表了先进的生产力发展方向，受到了世界各个国家的关注，并成为各个国家研究和发展的重点。 我国电动汽车的研发全面启动以来，发展电动汽车给我国民族汽车产业带来了难得的机遇，因此，电动汽车被国家列为重大专项，电动汽车的研究和应用得到了飞速的发展。据悉2014年小型电动汽车凭借精准的定位、较低的价格、小巧的的车身设计和环保性能，迅速获得了消费者的认可，连续刷新国内新能源汽车单日销量纪录，位列纯电动汽车市场前三甲。本次毕业设计的中低速纯电动汽车主要由：电池、车架、车桥、前后悬架、制动、转向以及动力匹配设计计算组成，车桥、前后悬架、制动、转向有本小组其他成员完成，本文主要进行电池、车架的设计，以及进行动力匹配设计计算。纯电动汽车动力匹配首先要考虑：中低速纯电动汽车行驶速度一般低于50km/h，故可以去掉传动比小于1的挡位以及爬坡挡。然后在根据电动机的转矩来确定电动汽车的驱动力，然后根据车速以及电机转速计算得出传动比。1.2 电动汽车底盘结构1.2.1 电动汽车底盘底盘是汽车中最为基本的部分，几乎所有部件都要安装在底盘上，所以它就需要承受电动车以及它上面部件的所有质量、载荷和实行中各种工况下产生的力和力矩，因此，底盘必须满足刚度和强度的要求，并尽可能的使底盘轻量化，还要使电动车达到平稳性的要求。底盘系统包含了悬架、制动、转向等子系统,在传统意义上它影响着整车的舒适性、安全性与操控性,而对于电动汽车而言,它的影响更加深远【2】。电动汽车的底盘系统需要适应于车载能源的多样性、适用于高度集成的系统模块,同时不限制汽车内部空间与外部造型的设计。一般所说的底盘工程包括前后悬架、转向系，制动系和车轮的设计配置。与这些系统直接相关的整车性能有制动性、操稳性和平顺性。底盘的悬架部件本身要足够牢固，而其设计是否到位直接影响车架车身的受力大小，同时底盘设计也和耐久性相关。1.2.2 电动汽车底盘设计方法纵观各类新能源汽车，从概念车到量产车，从国内自主车型到国际典型车型，底盘系统的设计朝着两大方向发展，其一以传统车平台为基础，根据需求进行局部改进;其二推翻传统思维模式，创造出全新的理念。以传统车平台为基础，根据需求进行局部改进，其设计思路是被动的。在该思路指导下，传统车的成熟零部件得到最大可能的沿用，保持底盘框架不改变，制动系统、转向系统、悬架系统、传动系统等在保持工作原理基本不变的前提下做相应改变或调整。思路特点是，尽可能地沿用传统车底盘，根据需要进行部分的改制工作，开发难度小、开发成本低、开发周期短，并且能够与传统车公用平台，并在很大程度上沿用传统车的成熟零部件。(1) 沿用底盘平台。沿用原有平台的底盘构架，即副车架不变、底盘子系统工作原理不变。(2) 传统发动机的取消影响部分底盘子系统。因为新的动力系统取代了原传统发动机，电动汽车的制动系统、转向系统、传动系统都需要在原有构架上做出相应调整。制动真空助力泵失去了真空源，需要增加电动真空泵为其提供真空源，相应的管路等零部件需要更改；原动力转向泵因为发动机的取消而无法沿用，需要开发新的转向动力源，相应的管路等零部件需要更改;新动力系统的减速器接曰与原车相比发生了改变，因此传动系统需要根据新的输入信息进行更改或者重新设计。各子系统零部件更改的设计完成之后，根据总布置的位置与零部件数模设计悬置支架，最后通过软件分析来确定悬置系统的强度与噪音并做出相应的改进。(3) 总布置的改变影响悬架系统。由于实施了新的总布置方案，前后舱布置内容较原型车有重大改变，需要重新计算整车的质量与载荷匹配，来确定原有悬架系统是否可靠，若不可靠需调整或重新设计悬架系统。首先需要统计电动汽车相对于同一平台的原型车新增部件的质量与质心位置，结合沿用的原车部件的质量与质心位置，计算出新总布置方案下电动汽车的质量与质心位置；再通过质量与X向质心位置计算出前后轴荷分布然后根据质量与轴荷来校验原有悬架系统的可靠性，若不可沿用则重新设计悬架系统或更改原系统的设计参数；最后通过软件对悬架进行受力分析，并对悬架设计做出相应调整。1.2.3 电动汽车底盘结构的分析方法汽车是专门负责运输的产品，在实际工作中需要承受各种载荷的作用。底盘又是整个汽车的基础构件，起支撑作用，几乎所有的载荷都由底盘承受，所以，底盘结构的优劣是判断汽车质量好坏的标准。为了验证所研究底盘结构的质量，本章对底盘结构进行静态分析，底盘静态有限元分析是计算在固定不变的载荷作用下的结构响应，它不考虑外界的一些影响，如结构随时间变化载荷的情况，静态分析主要是运用有限元知识，在结构、几何、物理等领域上对底盘结构进行计算分析。 (1) 底盘的静强度分析 分析时，要施加固定不变的载荷，通过计算这种情况下底盘结构产生的位移及受到的应力应变分布情况，即研究底盘结构受到外部载荷作用后的分布情况，通过这些数据对结构进行优化分析，既保证结构性能符合标准又满足实际要求。 (2) 静力分析的基本概念及流程 静力分析主要从静力学、几何学、物理学三个方面来研究结构的特性，其依据的是物理平衡原理、位移变化原理和胡克定理。在处理这些问题时，用有限元法进行结构静力学结构分析的一般方程可以表示为： K D= P 式中： K经过边界条件处理的结构整体刚度矩阵； D 待解答的整体位移向量； P 与待解答整体位移向量对应的载荷向量。 1.3 电动汽车国内外发展趋势电动汽车是一个技术含量高、涉及面广的新兴产业，我们必须取人之长补己之短，加强合作，积极发展配套产业，搞好综合开发，早日实现电动汽车的产业化、大众化。石油资源日趋紧张，环保压力日趋增大，燃油汽车必将被其他能源汽车所取代，这是人类发展历史的必然选择。本文对电动汽车的关键技术作了综合评述，并指出了目前电动汽车技术发展面临的主要问题，最后展望了未来电动汽车的发展前景。随着汽车工业的高速发展，全球汽车保有量的不断增加，汽车带来的环境污染、能源短缺等问题越来越突出。各国政府及汽车行业普遍认识到节能减排是未来汽车技术发展的主攻方向。电动汽车具有高效、节能、低噪声、零排放等显著特点，在环保和节能方面具有不可比拟的优势。因此发展电动汽车将是解决环境污染、能源短缺等问题的最佳途径。低速电动汽车是集中了低速汽车和电动汽车特点的复合型产品。低速电动汽车由电动机驱动，行驶速度一般在4070km/h 之间，行驶里程一般在100km左右。主要适用于二、三级城市和城乡结合部，是有发展前景的低成本、节能车辆。国外一般以时速70 千米为分水岭，将电动车划分为高速电动车和低速电动车。欧盟、日本等对低速电动四轮车进行单独管理， 这类车的牌照区别于传统汽车， 车主可享受购车补贴、免年检、过路等费用的优惠政策。在欧洲，一些国家已经为低速车型专门划分了行驶道路。而我国还没有对低速电动汽车进行明确的定义， 一般指时速低于70km/h，有一定整备质量、外廓尺寸等指标约束，具备安全、节能、舒适等性能要求的M1类纯电动汽车。在美国、日木、欧洲等发达国家，电动汽车已开始进入实用化阶段。由于高新技术发展的推动和政府对汽车排放越来越苛刻的要求， 各大汽车公司投入了大量的人力、物力和财力用于电动汽车开发，不断推出自己的新产品。第2章 底盘结构方案的设计2.1 底盘结构设计方案 拟设计的电动车底盘是边梁式底盘结构，以便更好的安放底盘上的各部件，更好的布局，满足今后的改装需要，并且这种底盘具有结构简单、重量轻、强度高和刚度大等特点。该底盘长2450mm，宽1280mm，底盘采用Q235钢材料，各横纵梁均用标准的矩型管型材焊接而成。具体电动车整车参数如表 1-1 所示： 表1-1 电动车整车参数底盘尺寸2550mm*1300mm*350mm电池最大续航里程80-120km最大爬坡度20%载重量50-100kg电池48v输出功率1.5-7KW座位数4最大行驶速度30-50km/h 蓄电池 设计说明：该纯电动汽车在结构上去掉了离合器，采用锂离子电池从而减少了整车质量，同时在行李箱处安装了蓄电池组及充电系统，另外为了前后轴荷分配合理在前轴传统发动机处安装电动机，用于连接电池和电动机并进行交直流转换的控制器，起动用的继电器，另外电动机在刹车时可以作为发电机回收能量。设计后的电动汽车底盘结构如图1-1所示： 控制器位置前端悬挂电动机发动机位置载客区 图1-1电动车底盘结构 2.2 电动汽车的基本组成部分电动汽车的发展已有很多年历史了。显然，电动车辆和传统车辆最显著的区别就在于动力源装置的不同，电动汽车使用电池-电机系统，取代了汽车采用的汽油机、柴油机。电动汽车主要由以下几个部分组成：1.电池管理系统对动力电池电池组的管理包括：控制动力电池组的充电与放。对动力电池组的维护系统的建立，保证纯电动汽车的正常运行。然而由于充放电性能对中低速纯电动汽车动力电池的各项性能有着非常重要的影响，一般常见的充电装置有地面充电器、接触式充电器、车载充电器等。2.车载电源在目前现有的中低速纯电动汽车上，车载动力源一般都是以各式各样的蓄电池，利用周期性的充电来补充能源。目前，电动汽车用电池的发展已经经过了三代。第一代电动汽车用电池是铅酸电池。第二代的高能锂电池电池或者镍氢电池。锂电池电池的比能量和比功率都要比铅酸电池高出很多，提高了电动汽车的续航是形式驶里程和动力性。然而第二代动力电池现在依然是电能-化学能-电能的化学反应过程中储存和供给电能，各种电池对充电技术还都有这不同的要求。而且第二代电池同时也会出现老化，丧失充放电能力，造成污染。这又增加了电动汽车的使用成本。第三代电池燃料的电池，燃料电池是直接将燃料中的化学能转化成电能，有很高的能量转变率，比功率和比能量高。同时可以有效地控制燃料电池的反应过程，所以电动汽车用电池来说燃料电池是比较理想的。以上的各种电池都有自己的优缺点，但是综合相关技术的成本以及现有技术条件，本文讨论的对象是使用铅酸电池作为动力源的电动汽车。3.驱动电动机和驱动系统驱动电机是电动汽车的动力装置，这是电动汽车和传统汽车最大的区别。现代的纯电动汽车使用的一般是永磁电动机或者是开关磁阻电机。4.控制技术中低速纯电动汽车的控制系统主要是对于动力电池组的管理和对电动机的控制，随着车辆行驶工况变化而引起的电动机输出功率、转矩和转速的变化，通常采用电压表、电流表、温度表电、转速表和功率表等仪表来显示。特别是动力电池组剩余续驶里程还有剩余电量的显示有着非常重要的意义。由于中低速纯电动汽车的高度电气化，所以有更好的条件实现机电一体化和采用自动化的控制系统和管理系统，在电动汽车上现代控制理论得到了广泛的应用。现代内燃机汽车的一些先进的电子设备都可以在电动汽车上使用。5.安全保护系统本文的电动汽车的动力电池组是48v的直流电，人身触电时会造成危险。因此必须设置安全保护系统，确保安全驾驶。另外如果在电气系统发生故障时能够自动的控制电动汽车不能启动等，避免事故的发生。6.车身及底盘电动车已经有各种车型，包括电动客车、电动货车、电动轿车及其他改装的电动车辆。有的豪华大气，有的却简单实用，而且更加轻盈美观。2.3 尺寸参数2.3.1 外轮廓尺寸外轮廓尺寸之整车的长、宽、高。由所选用的汽车底盘及工作装置确定。最大尺寸必须满足道路车辆外轮廓尺寸轴荷及质量限值的要求。整车总长是轴距、前悬、后悬之和。车身尺寸为25501300350mm；最小离地间隙100mm；2.3.2 轴距轴通过车辆同一侧相邻两侧轮的中点。并垂直于车辆纵向对称平面的垂线之间的距离。轴距的大小会影响车辆正常最小转弯直径，纵向通过半径或者纵向通过角、轴荷分配。质量转移系数、操纵稳定性和平顺性，由于该车行驶的路况较好，对通过性要求不高。因此轴距可以取大一些。2.3.3 轮距轮距指同一车桥的左右轮胎胎面中心线间的距离。轮距影响车辆总宽、横向通过半径、侧倾刚度、转弯时通道的宽度和横向稳定性，要和车宽想适应，由于该车要求较好的侧倾刚度和横向稳定性，因此轮距可以取大些。轮距为1100mm，轴距约为1900mm2.4 质量参数整车整备质量是指电动汽车车带有全部工作装置及底盘所有附属设备。但未载人和载货时的整车质量。整车整备质量对汽车的动力性和经济性影响很大。整车整备质量减小百分之十可是经济性提高百分之8.5。因此要尽量减轻整车整备质量。设计是要根据各种成不劲儿及政策的有关资料数据，并结合电动汽车的结构特点进行。2.4.1 载人量该设计乘客总数为4人。2.4.2 总质量总质量指电动汽车装备齐全，满载乘客时的质量总重2300kg。2.5 其他参数最高时速为50公里；最大爬坡度为15%；可以连续行驶120公里。2.6 本章小结本章详细讨论了电动汽车的各个组成部分的构成，以及整个系统的整合。电动汽车主要由5部分组成，即为车身、电池、悬架、转向、制动。本章对于电动汽车5大系统进行了阐述，对于电动汽车的设计研发，有一定的综合指导作用。第三章 参数计算与设计3.1 驱动电机类型的选择电机具有一定的效率特性及在一定的转速和功率对应一定的效率。由于电动汽车的能源是有限的，在选择电机功率时尽量使电机在实际运转过程中。能够经常处于高效率的范围以获得较高的能量转换效率。3.1.1 根据电动汽车的最高车速选择电机功率的选择，既要满足整车具有一定的车速。有根据整车的适用条件使得电机经常在较满负载状态下运行，必须满足电动汽车最高车速的要求。以保证在良好的工况下或空载时所以较高的车速行驶。考虑到汽车主要作为城市交通工具。大多数情况下是一中低速行驶，因此电机的功率不能选择过大，否则会使其经常处于部分负荷下工作，电机效率大大降低。浪费蓄电池有限的电能，如果给出期望最高的车速。选择的电电机功率应大体上等于但不能小与最高车速。即：式中：电机额定功率： 整车质量： 重力加速度： 滚动阻力系数： 最高车速： 空气阻力系数： 迎风面积： 动力传动系数效率：计算得出：3.1.2 根据车辆的爬坡性能要求来选择电动汽车行驶的运动方程为：式中：电动汽车的驱动力；电动汽车车轮的滚动阻力；电动汽车的空气阻力，在爬坡过程中，车速低，空气阻力可以忽略；电动汽车的坡道阻力，电动汽车加速阻力，爬坡过程中一般为匀速行驶，故。坡道角度由以上可得：由以上可知，电机额定功率的取值应满足：最高车速不小于期望车速；起步加速时间不大于期望值；爬坡角度最大值不小于期望值。由于电动汽车的行驶路况比较复杂，需要电机具有一定的过载能力，即能够承受较大的过载电流，电机最大的功率取值为：式中：电机过载系数。得：3.1.3 加速性能的要求电机的功率越大，则电动汽车汽车的后备功率越多，从而其加速性能越好，但过多的后备功率又会增加汽车不必要的能量消耗。在水平良好的路面上，车辆的行驶加速度计算为：式中：车辆行驶驱动力 车辆行驶空气阻力 车辆行驶滚动阻力 转动质量换算系数，对于电动汽车其计算式为：式中：驱动轮的转动惯量电机输出轴和传动轴的转动惯量变速箱传动比主减速器传动比车轮半径动力传动比效率由以上可知，电动汽车起步到加速到车速为V的加速时间为：3.1.3 驱动电机的性能直接驱动系统性能目前电动汽车普遍采用的电机，主要有直流电机感应电机，永磁同步电机和开关磁阻式电机四种，总的发展趋势由通用电机向专用电器的发展。由直流电机向交流电机发展，通过对电动汽车驱动系统的效率进行比较。直流电机的传动效率最低，感应电机的传动效率较高，永磁同步电机的才能效率最高。采用数字评分的方法来比较上述几种电机的性能。只要对电机的六个方面的性能加以评价。3.2 驱动电机参数确定3.2.1 电机参数由以上计算可知，所选电机的功率至少超过2.76KW，故这里选而定功率为3KW的电机，其具体参数如下：型号：ZY-CD-4额定功率：3KW峰值功率：4.5KW额定电压：48V额定电流：60A最大转矩：150Nm额定转速：1100r/min最高转速：1500r/min绝缘等级：F防护等级：IP44冷却方式：风冷质量：50KG外形尺寸：250x3603.2.2 驱动电机的布置将电机固定在底座的底部，这样电机的位置直接靠近蓄电池和驱动器，方便控制，减少成本，同事也节省了空间。3.2.3 驱动性能的分析目前纯电机汽车普遍采用的电机主要有直流电机、感应电机、永磁同步电机和开关磁阻电机四种。总的发展趋势是由通用电机向专用电机发展，由直流电机向交流电机发展。通过对纯电动汽车驱动系统的效率进行比较，直流电机的传动效率最低，感应电机的传动效率最高，永磁同步电机的传动效率为最高。采用数字评分的方法来比较上述几种电动的性能，主要对电机的六个方面的性能加以评价。每个性能的得分为15分,表2-3给出了比较结果。选用高效电机，对改变目前纯电动汽车因蓄电池容量较小而续驶里程短的状况非常重要。下面简单分析上述四种电机的驱动系统。直流电机驱动系统，直流电机驱动系统是以直流电机为驱动电机的纯电动汽车驱动系统。与直流驱动电机相匹配的变流器是斩波器，它将固定的直流电压变成可调的直流电压，调速方法主要是调压调速和调磁调速。直流电机是最早应用于纯电动汽车驱动系统上的电机。它结构简单，具有优良的电磁转矩控制特性。目前，直流电机驱动系统仍在城市无轨电车上广泛应用。由于直流电机使用电刷结构，使得它的转速、功率密度、使用寿命都受到了限制，同时它的重量和体积也较大。随着现代交流电机调速方法的改进，交流电机的调速性能已经赶上了直流电机。作为驱动电机，直流电机最终将被交流电机所取代。感应电机驱动系统。感应电机又称异步电机。最初由于电力电子技术以及调速方法的限制，他在纯电动汽车系统中应用并不被看好。随着现代电力电子技术的发展，功率电力电子器件的出现，以及调速方法的改进，使得感应电机的调速性能逐渐赶上了并超过了直流电机，目前感应电机已经成为在工业应用中使用最为广泛的拖动电机。虽然感应电机调速系统比较复杂，成本较高，但是由于电机本身具有体积较小、成本较低、调速范围宽、响应快等优点，目前国内大部分纯电动汽车还是采用了感应电机驱动系统。由于蓄电池以直流电的形式输出能量，所以要用蓄电池输出的能量来驱动感应电机，就先必须将蓄电池输出的直流电进行变流处理，将其逆变为交流电。逆变器的工作原理是通过电力电子器件的开关及合理的变流电路来将直流电逆变成交流电。现代电力电子技术的发展，为感应电机调速性能的改善提供了硬件条件。永磁同步电机驱动系统。永磁同步电机又分为无刷直流电机和无刷交流电机。永磁同步电机转子磁链是不可控的，可以控制的只有定子绕阻的电流。所以永磁同步电机的控制方式一般是电流控制。永磁同步电机由于转子无导条，无铜耗，所以转子惯量可以做得很小。与普通直流电机和异步电机相比，它的功率密度大，体积小，转矩惯量比大，传动系动态响应快。开关磁阻电机驱动系统。开关磁阻电机是一种新型的机电一体化无极调速电动系统，无电刷、无整流子，它通过电子电路轮流接通和断开各相绕组使电机旋转的磁阻式电机，由电机本体，转子位置检测器，功率变换器和控制单元组成，电机本体是一种定转子双边均开有开口槽的电机，定转子铁心由硅钢片叠成，定子上装有空间不同位置的多相集中绕组，每相绕组由相对的两个定子齿上的两组线圈串联构成，很容易做到散热，易于密封，电机坚固耐用，可靠性高，转子没绕组。开关磁阻电机的结构简单，运行速度范围宽，是一种极具潜力的驱动电机。但目前，它的噪声和转矩波动比较大，在纯电动汽车上的应用还不很广泛。3.3 电池组的选择及布置3.3.1电池组数量的选择动力电池串联起来为电机供电，动力电池模块的最小数目为： 3-1式中： 动力电池模块的最小数目； 电机的最小工作电压，v； 动机电池模块的最小电压，V。动力电池需向电机提供足够的功率以满足电机的峰值功率要求，故动力电池模块数目的最大值为： 3-2式中： 动力电池模块的最大数目； 电机的最大功率，KW； 动力电池的功率密度，W/kg； 电机及其控制系统的效率； 动力电池模块的质量，kg。 由式3-1计算得，电池模块的最小数目，由式3-2计算得电池模块的最大数目，取。电池组如下图所示。3.3.2 电池组容量的选择动力电池的容量主要是由纯电动汽车的续驶里程决定，故动力电池容量的限值可由设计的纯电动汽车的续驶里程范围得到： 3-3式中： 动力电池组的容量； 续驶里程； 单位距离消耗的能量； 动力电池模块的工作电压； 放电深度。 设车辆最大行驶里程为50KM，电池放电深度为0.8： 所以选择200Ah电池3.4 蓄电池的选择3.4.1铅酸电池铅酸电池已经经历了一个多世纪的发展，具有许多显著的优点：技术可靠，生产工艺成熟，成本低，单位电池电压高，适合纯电动汽车使用的良好的大电流输出性能，良好的高温和低温性能，高的能量效率（75%80%）以及多种多样的型号和尺寸。铅酸电池也具有一些缺点还需要进一步的完善，比如，铅酸电池的比能量和能量密度都比较低（通常为3570Wh/kg），自放电率较高循环寿命相对较低。性能得到改进的多种类型的铅酸电池正不断地被应用到纯电动汽车上。其中阀控铅酸电池地比能量已超过40Wh/kg，能量密度超过80Wh/L，并且可实现快速充电。3.4.2镍镉电池目前，镍镉蓄电池的应用程度仅次于铅酸蓄电池，其比能量可达到55Wh/kg，比功率超过225w/kg。极板强度高，工作电压平稳，能够带电充电，并可以快速充电。过充电和过放电性能好，有高倍率的放电特性，瞬时脉冲放电率很大，深度放电性能也好。循环使用寿命较长，是铅酸蓄电池的两倍多，可达到2000多次，但价格为铅酸蓄电池的45倍。采用全封闭外壳，可以在真空环境中正常工作。低温性能较好，能够长时间存放。镍镉电池有记忆效应，使用中要注意做好回收工作，以免重金属镉造成环境污染。3.4.3镍氢电池镍氢电池是一种碱性电池，镍氢电池的标称电压为1.2V，比能量可达到7080wh/kg，有利于延长EV的行驶里程。比功率可达到200w/kg，是钱酸电池的2倍，能够提高车辆的起动性能和加速性能。有高倍率的放电特性，短时间可以以3C放电，瞬时脉冲放电率很大。镍氢电池的过充电和过放电性能好，能够带电充电，可以快速充电，在15分钟内可充60%的容量，1小时内可以完全充满，应急补充充电的时间短。在80%的放电深度下，循环寿命可达到1000次以上，是铅酸电池的3倍。镍氢电池中没有Pb和Cd等重金属元素，不会对环境造成污染，镍氢电池可以随充随放，不会出现镍镉电池在没有放完电后即充电而产生的“记忆效应”。3.4.4锂离子电池 锂离子电池比能量达到100120wh/kg，是镍镉电池的1.53倍，比功率高达1500w/kg，循环寿命可达1000次。充电放电效率高，功率输出密度大，没有记忆效应等，其能量达到钱酸电池的三倍以上。锂离子电池的主要问题是快速充、放电的性能差，需要进一步解决对其充放电过程的控制和配备专用的充电器。对于大容量锂离子电池组，还需要解决电池组的可靠性和各个单体电池之间的一致性。钴系锂离子电池在过充电状态时会引起电池爆炸，需要用安全阀以防止电解液受高温汽化后产生的压力升高。并装自动温度调控装置，进行过充、放电的保护。锂的制取较困难，管理和使用比较复杂，要求有严格的安全措施，需要配备电子保护电路、电池管理系统和热管理系统等，使得其附属装置更复杂，也增加了电池组的造价。 就近期来看，由于阀控铅酸电池技术成熟、成本低廉，仍将得到广泛使用，镍氢电池性能优越也极具吸引力，锂离子电池发展的关键技术为降低初始生产成本和量化生产成本，所以本车采用铅酸电池。3.5 电池组数量的计算及布置3.5.1 电池组数量的计算铅酸电池的具体参数如下：额定电压：12V额定容量：200Ah外形尺寸：长x宽x高=520x240x220总高度：255重量：73KG由于每个电池的电压为12V，电机的额定电压为48V，故需这样的电池四个来驱动电机。 3.5.2 蓄电池的布置蓄电池的布置如下图所示，将蓄电池安装在底座的一侧，便于安装维护和充电。蓄电池组第四章 电动汽车底盘总体结构设计4.1 电动汽车驱动系统设计纯电动汽车是利用电机将电能转化为机械能来实现驱动的。电机的种类多、用途广、功率覆盖面非常大。车辆行驶的路面工程较复杂，所以作为纯电动汽车用的电机功率必须要适应这种复杂工况的要求。其性能要求有：1、 较大的起动转矩来保证纯电动汽车的良好的起动和加速性能；2、 较宽的恒功率范围，保证纯电动汽车具有高速行驶的能力，电机的过载系数应达到23倍；3、 较大范围的调速功能，在低速时具有较大的转矩，在高速时具有高功率，能够根据驾驶员对加速踏板的控制，随即地调整纯电动汽车的行驶速度和相应的驱动力；4、 电机的外形尺寸要求尽可能小，质量尽可能轻；5、 电机的可靠性好，耐温和耐潮性能强，能够在较恶劣的环境下长期工作，运作时噪音低，维修方便。驱动电机的性能直接决定着驱动系统性能。目前纯电动汽车普遍采用的电机主要有直流电机、感应电机。选用高效电机，对改变目前纯电动汽车因蓄电池较小而续驶里程短的状况非常重要。下面简单分析上述四种电机驱动系统。采用不同的电力驱动系统可构成不同结构型式的纯电动汽车。目前，纯电动汽车驱动系统具有以下几种布置方案：第一种类型这种驱动系统仍然带有离合器、变速器，主要是为了提高纯电动汽车的起动扭矩及增加低速时纯电动汽车的后备功率。第二种类型这种驱动系统的最大特点是取消了离合器和变速器，因此对电机的要求较高，不仅要求有较高的起动转矩，而且要求较大的后备功率，以保证纯电动汽车的起步、爬坡、加速等动力性能。第三种类型这种结构与发动机横向前置、前轮驱动的燃油汽车的布置方式类似，它把电机固定速比减速器和差速器集成为一个整体，两根半轴连接驱动车轮，结构更加紧凑。第四种类型直接将电机装到了驱动轮上，由电机实现变速、差速，它不仅要求电机性能好，有较高的起动转矩，较大的后备功率，而且对控制系统的要求很高。控制系统不仅要有较高的控制精度，而且具有良好的可靠性，从而保证纯电动汽车安全、平稳地行驶。目前，国内纯电动汽车的各种研究，大多数都是建立在改装车的基础上的。纯电动汽车的改装设计是一项机电一体化的综合工程，纯电动汽车的改装后高性能的获得并不是简单地将内燃机汽车的发动机和油箱换成电机和蓄电池便可以实现，它必须通过对蓄电池、电机、变速器、减速器和控制系统参数的合理匹配选择，并且在总体方案布置时使其连接可靠，轴荷分配合理等才能获得。 4.2 电动汽车车架设计就像人的身体山骨架来支持一样，汽车也必须有一副骨架，这就是车架。车架的作用是承受载荷，包括汽车自身零部件的质量和行驶时所受的冲击，扭曲，惯性力等。现有的车架种类有大梁式、承载式、钢管式及特殊材料一体成型式等。汽车车架的几种结构形式与特点、制造工艺和材料。车架的结构形式主要有梯形车架、周边型车架、脊梁式车架、桁梁式车架。车架的整体设计如下图所示。4.2.1电动汽车对车架的要求汽车的使用条件复杂，其受力情况也十分复杂，随着汽车行驶条件（车速和路况）的变化，车架上的载荷变化也很大，而车架，作为汽车的主要承载工件，它的好坏直接关系着汽车的各方面性能，如操作稳定性、安全性、舒适性、燃油经济性等。而广西都安建兴机械有限公司生产的DA180低速汽车车架，在使用过程中，由于使用环境复杂恶劣，存在着断裂的危险，也有过汽车在使用过程中，车架断裂的情况发生。所以对车架的主要受力件车架纵梁的强度进行校核，有着至关重要的意义。确保车架在各个工况下，车架纵梁的弯曲强度都符合材料的弯曲强度极限要求，如果不符合要求的，找出解决的方案，保证人与财产的安全。 另外，随着油价的上涨和国家对汽车尾气排放标准的不断提高，对载货汽车车架进行设计，不管是对其结构参数的优化设计，对其进行轻量化的优化设计，还是对汽车车架进行疲劳寿命预测分析等，都是出于对汽车动力性、安全性、燃油经济性的考虑。是非常有必要的。研究新的车架材料，减轻其质量，可以有效减少其整备质量，特别是对重型载货汽车来说，车架的质量占了汽车整备质量很大以部分，如果可以将其质量减小，将可以大大增加装载质量；抵消因满足安全标准、排气标准和噪声标准所带来的准备质量的增加，降低其燃油消耗。4.2.2 车架结构形式的选择汽车车架的几种结构形式与特点：1、 梯形车架，梯形车架(也称大梁式车架或是边梁式车架)是随着冲压技术发展起来的钢板冲压车架，其结构如图21所示。通常由两根纵梁和若干根横梁组成。其基本功能优于以前采用的木质车架。后来梯形车架的纵梁由槽形截面改为较低的箱形截面，横梁也做了一定的简化以利于整车高度的降低。2、 大梁式车架的优点是钢梁提供很强的承载能力和抗扭刚度，而且结构简单，开发容易，生产工艺的要求也较低。致命的缺点是钢制大梁质量沉重，车架重量占去全车总重的相当部分；此外，粗壮的大梁纵贯全车，影响整车的布局和空间利用率，大梁的厚度使安装在其上的车厢和货厢的地台升高，使整车重心偏高梯形车架适用于要求有大载重量的货车、中大型客车，以及对车架刚度要求很高的车辆，如越野车。如下图所示的示意图。3、 周边式车架，周边式车架的特点是前后两端纵梁变窄，中部纵梁加宽，前端宽度取决于前轮最大转角，后端宽度取决于后轮距，中部宽度取决于车身门槛梁的内壁宽，其主要构件为封闭断面。这种车架在撞车时可吸收部分能量，主要用于中级以上的轿车。4、 脊骨式车架，脊骨式车架也被称为中梁式车架，脊梁式车架由一根位于汽车左右对称中心的大断面管形梁（圆形或是箱形断面）和某些悬伸托架构成，犹如一根脊梁。管梁将动力传动系连成一体，传动轴从其中间通过，故采用这种结构时驱动桥必须是断开式的并与独立悬架相匹配。与其他类型的车架比较，其扭转刚度最大， 容许车轮有较大的跳动空 间，使得汽车有较好的平顺性和通过性。但这种车架制造工艺复杂，精度要求高，给维护和修理造成诸多不便，因而未能在轿车上大量采用。5、 桁梁式车架，桁梁式车架，又称空间车架，这种立体结构式车架是用很多钢管焊接成一个框架，再将零部件装在这个框架上，兼有车架和车身的作用。它的刚度大，质量轻，但是制造工艺差，主要是用于竞赛汽车及特种汽车身上。上世纪5070年代英国有很多小规模的车厂生产各式各样的汽车，都是用自行开发制造的钢管车架，是钢管车架的全盛时期。时至今日仍采用钢管车架的都是一些产量较少的跑车厂，原因是可以省去冲压设备的巨大投资。由于对钢管车车架进行局部加强十分容易(只须加焊钢管)，在质量相等的情况下，往往可以得到比承载式车架更强的刚度，这也是很多跑车厂仍乐于用它的原因。6、 x形车架，随着动力性的改善，车速的提高，迫使整车高度逐年下降，在装有X横梁的梯形车架被广泛采用之后，又发展出了X形车架。它放弃了梯形车架的左右纵梁，将梯形车架的x横梁向前后延伸，形成两根互相交叉的纵梁。其扭转刚度很大，而车身底板在放脚处即可下降到车架上平面之下。其不足之处是：在后部放脚处，略显拥挤，其前部放脚处则较高。4.3 轮胎的选择我所设计的电动汽车选用的是子午线轮胎。因为现在用的最为广泛的就是子午线轮胎，综合起来，其性价比也是最高的。子午线轮胎的优点是：地面积大，附着性能好，胎面滑移小，对地面单位压力也小，因而滚动阻力小，使用寿命长。胎冠较厚。有坚硬的带束层，不易刺穿；行驶时变形小，可降低能耗3%8%，因为帘布层数少，胎侧薄，所以径向弹性大，缓冲性能好，负荷能力较大。它的缺点是：因胎侧较薄，胎冠较厚，在其与胎侧的过渡区易产生裂口侧面变形大，导致汽车的侧向稳定性差，制造技术要求高，成本也高。第五章 总结与展望5.1 全文总结本次毕业设计我的题目是电动汽车底盘设计。老师所给出了要求和大致数据，电动汽车的驱动方式为电力驱动，并且是以电池作为动力源。所设计的电动车的最高车速不得高于所设计的20%。此次要做的是一个底盘总体布置设计，对象是一台低速的电动汽车汽车。而根据已知的条件和要求，最高车速为20km/h，以电池作为动力源。电动车的特点是结构简单，成本低。这是因为它行驶的路线比较特殊，只是在某一区域行驶，路况比较好，行驶速度较低。作为电动车最关键的当然是电功机和电池的选择。目前一般电动车用的电池有三种，铅酸蓄电池是技术最成熟的一种，成本也最低，对于我所要设的电动汽车来说，选铅酸蓄电池最合理。具体到选择哪一型号的蓄电池，就要经过计算了，在后而会有计算来对铅酸蓄电池型号的选择。另外就是电机的选择了，大概估计了下所要设计的电动车的总重量，依据这个总重量和最高车速来初选电机的功率，然后进行计算验证，最后再得出符合要求的电机。选择好最重要的东西后，就要开始进行整车布置了。上面说了，电动车要的是结构简单，所以设计的时候也会以这个为原则。底盘用来安装电池的，其下面的电池框架是经过另外设计的，使其能更好的固定电池。电机和固定速比减速器，差速器是连接在一起，固定在后轴，这样就省去传动系统，使整个给构简单明了。5.2 全文展望自上世纪爆发石油危机后，不少跨国汽车公司都开始研制电动汽车。其中不乏福特，丰田等知名大型汽车!一。可以预见到电动汽车的发展将会是本实际汽车工业的重点和主流。电动汽车具有无排放污染、噪声低、易操纵、维修及运行成本低等优点，在环保和节能下具有不可比拟的忧势，它是解决人类能源和环境压力的最有效途径。下文已经提到电动车问世以来，主要有三种形式，即纯电动车、混合动力汽车和燃料电池电动车。下面就详细的来说说这几种形式的电动车。纯电池电动车是完全由电池(如铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池或等离子电池)提供动力的汽车。纯电池技术发展已经相当成熟，国外汽车发达国家和我国都进行了小批量生产。近日，北京公交线推出的两辆以铅酸蓄电池和等离子电池为动力的电动车已投入商业运行，表现出了较好的经济性和环保性。纯电池电动车具有无污染，零排放等优点，但其缺点也突出，能量低，质量大，充电时间长，成本高，折旧快，还容易对环境造成二次污染，其应用范围有限。混合动力汽车采用内燃机和电动机两种动力，克服了纯电池电动汽车行驶里程短、充电时间长等致命弱点，虽然混合动力车不能实现零排放，但其兼俱环保与节能，同时又能实现规模