毕业设计（论文）-电动轻型客车底盘设计（全套图纸）.pdf

车辆与动力工程学院毕业设计说明书车辆与动力工程学院毕业设计说明书 I 电动轻型客车 底盘设计 电动轻型客车 底盘设计 摘摘 要要 混合动力汽车 Hybrid Electric Vehicle HEV 既能充分发挥内燃机汽 车和电动汽车的优点 又可以避免各自的不足 是当今最具有实际开发意义 的低排放和低油耗的理想车型 而混合动力电动系统是最适合也最有潜力运 用到客车上的 尤其是城市客车 因此 混合动力城市客车成为当今世界汽 车界最具竞争力的开发热点 全套图纸 加全套图纸 加 153893706 本文以运用于城乡之间的传统客车为研究基础 在保留其动力性的基础 上 实现提高燃油经济性和降低排放的设计目标 以达到动力性和经济性的 良好配合 围绕着这个目标 本文首先分析比较了 HEV 的各种类型和驱动 模式 从而确定了电动客车驱动系统为并联式混合驱动的布置型式 并为 HEV 主要制定了动力性能指标 其次完成了对整体及各部件参数的确定和匹 配 最后在以上基础上实现了对汽车底盘的布置和各部件的装配连接 本次 设计中 HEV 采用发动机提供平均行驶功率 电动机提供峰值功率的控制策 略 从而减小了发动机的功率和尺寸 更好的发挥了发动机的动力性 实现 了动力性和经济性的良好结合 在底盘的布置中 通过对各部分如发动机 电动机 离合器 变速器等 的合理布局 在保证各个部件不运动干涉的情况下 实现了各部件的良好连 接以及动力的顺利传递 在设计过程中 尽量贯彻了 标准化 系列化 通 车辆与动力工程学院毕业设计说明书车辆与动力工程学院毕业设计说明书 II 用化 的原则 以降低成本 关键词 并联式混合驱动 动力性 经济性 控制策略 底盘布置 车辆与动力工程学院毕业设计说明书车辆与动力工程学院毕业设计说明书 II ELECTIC LIGHT BUSES CHASSIS DESIGN ABSTRACT HEV Hybrid Electric Vehicle HEV can give full play to the advantages of internal combustion engines and electric cars and avoid their shortcomings are the most practical significance of developing ideal models for low emissions and low fuel consumption Hybrid electric system is most suitable for potential use on the bus especially urban buses therefore hybrid city buses to become today s automotive industry is the most competitive development hot spots of the world This article to apply traditional research base for passenger cars between urban and rural areas the retention on the basis of its power designed to improve fuel economy and reduce emissions targets to achieve good cooperation of power performance and fuel economy of Around with this target this first analysis comparison has HEV of various type and drive mode to determines has electric bus drive system for parallel type mixed drive of layout type type and and for HEV main developed has power performance index second completed has on overall and the all parts parameter of determines and match last in above Foundation Shang implementation has on car chassis of layout and all parts of Assembly connection In this design HEV engine provides the average power providing peak power motor control strategy which reduces the engine power and size better display of engine power to achieve a good combination of power and economy In the chassis layout through parts such as engines motors clutches transmissions reasonable layout ensure the movement of each part does not interfere in cases of achieving a good connection of the various components as well as the smooth delivery of power During the design process implement as far as possible the standardization serialization and generalization principle to cut 车辆与动力工程学院毕业设计说明书车辆与动力工程学院毕业设计说明书 III costs KEY WORDS the merge type mixture drives motive economy control strategy passenger car bedrock 车辆与动力工程学院毕业设计说明书车辆与动力工程学院毕业设计说明书 IV 目目 录录 第一章 概述 6 1 1 底盘总体布置的设计任务 6 1 2 底盘设计的原则 6 1 3 主要研究内容 6 第二章 底盘型式的选择 8 2 1 混合动力客车的分类 8 2 1 1 串联式混合动力客车 SHEV 8 2 1 2 并联式混合动力客车 PHEV 9 2 1 3 混联式混合动力客车 PSHEV 11 2 2 混合动力客车的特点 13 2 3 总布置方案的确定 14 2 3 1 驱动方式的选择 14 2 3 2 驱动力组合模式的选择 14 2 3 3 控制策略的选择 15 第三章 底盘主要参数的选择 16 3 1 汽车型式的选择 16 3 1 1 发动机的种类和型式 16 3 1 2 汽车的轴数和驱动形式 16 3 1 3 轮胎的选择 16 3 2 主要参数的确定 17 3 2 1 主要尺寸参数的确定 17 3 2 2 整车质量参数的确定 18 3 2 3 主要性能参数的确定 21 第四章 动力传动装置参数的确定 23 4 1 发动机的选择 23 4 2 电动机的选择 24 4 3 电池的选择 26 车辆与动力工程学院毕业设计说明书车辆与动力工程学院毕业设计说明书 V 4 4 发动机与电动机参数匹配的选择及实现 27 4 5 传动系参数的选择 27 4 5 1 主减速比的选择 27 4 5 2 最大传动比的选择 28 第五章 底盘总布置草图的绘制 30 5 1 整车布置的基准线 面 零线的确定 30 5 2 发动机 电动机的布置 31 5 3 传动系的布置 31 5 4 转向装置的布置 32 5 4 悬架的布置 32 5 5 制动系 踏板的布置 33 5 6 电池的布置 33 第六章 结论 错误 未定义书签 错误 未定义书签 参考文献 错误 未定义书签 错误 未定义书签 致谢 错误 未定义书签 错误 未定义书签 车辆与动力工程学院毕业设计说明书车辆与动力工程学院毕业设计说明书 6 第一章 概述 1 1 底盘总体布置的设计任务 最高车速不小于 70 km h 坡度不小于 20 整车质量不能太大 轴荷分配要符合要求 整车布置要合理 要进行动力性指标的计算 1 2 底盘设计的原则 1 努力使混合动力客车的动力性能能够达到或接近现代内燃机客车的水 平 逐步实现其实用化 2 最大限度地发挥电动机驱动的辅助作用 使混合动力客车的燃油消耗 量尽量降低 实现发动机的节能和环保 目前 混合动力客车的百千米油耗 比内燃机客车低 1 3 左右 3 在很合动力客车上实现多能源动力控制 混合动力控制的关键技术是 对内燃机驱动系统和电动机驱动系统实现双重控制 发动机与电动机动力系 统应实现最为有效的组合和最佳的匹配 发动机和驱动系统 电动机和驱动 系统都具有高效率 能够回收再生制动能量 延长混合动力客车的行驶里程 改善其节能性 4 继承或沿用内燃机客车的主要操纵装置和操作方法 适应驾驶员的操 作习惯 使操作简单化和规范化 在整车控制系统中 采用全自动 机电一 体化控制系统 达到安全 可靠 节能 环保和操纵灵活的目的 5 采用轻金属高强度复合材料和新型混合动力客车专用的车身和底盘结 构 尽量减轻整车的整备质量 采用低滚动阻力的轮胎 降低行驶阻力 混 合动力客车的底盘 车身附件和电子 电器设备等应尽可能地配备现代技术 设备 要求达到或接近内燃机汽车所具有的水平 1 3 主要研究内容 车辆与动力工程学院毕业设计说明书车辆与动力工程学院毕业设计说明书 7 在不牺牲动力性的基础上 提高燃油的经济性和降低排放 实现动力性 和经济性的良好配合 是混合动力系统匹配的较佳途径 而实现混合动力系 统设计目标的关键在于完成系统结构的选择 动力传动系统参数的选择和合 理匹配 多能源控制策略的制定 其亟待解决的问题也就是本课题的主要研 究内容 如下所示 1 并联式混合动力客车总体方案的确定 客观而全面的评价混合动力系 统各种驱动模式的优劣 根据实际中情况 综合考虑各种因素 确定驱动系 统的结构方案 2 并联式混合动力城市客车驱动系统参数选择和匹配 根据本设计制定 的整车动力性能指标要求 提出并联式混合动力总成参数的匹配方法和控制 策略 对并联式混合动力城市客车进行动力传动系各参数的计算和匹配 3 根据计算结果 参考其他同类客车车型 对并联式混合动力客车的底 盘进行各部件的布置和装配 实现各部件的清晰连接和动力的良好传递 车辆与动力工程学院毕业设计说明书车辆与动力工程学院毕业设计说明书 8 第二章 底盘型式的选择 2 1 混合动力客车的分类 混合动力客车按分类方式的不同可以分成不同种类 按照动力传动系统 的布置可以分为 串联式 SHEV 并联式 PHEV 和混联式 PSHEV 等三种 2 1 1 串联式混合动力客车 SHEV 传统的串联式混合动力客车的动力系统由发动机 发电机和电动机三部 分组成 他们之间用串联方式组成 SHEV 的动力单元系统 发动机驱动发电 机发电 电能通过控制器输送到蓄电池或电动机 由电动机通过变速机构驱 动客车 小负荷时由蓄电池带动电动机驱动车轮 大负荷时由发动机带动发 电机发电驱动电动机 当车辆处于起步 加速 爬坡的工况时 发动机 电 动机组和电池组共同向电动机提供电能 当电动车处于低速 滑行 怠速的 工况时 则由蓄电池驱动电动机 当蓄电池缺电时 则由发动机 发电机组 向蓄电池供电 串联式结构适用于城市内频繁起步和低速运行的工况 可以将发动机调 整在最佳工况点附近稳定运转 通过调整蓄电池和电动机的输出来达到调整 车速的目的 使发动机避免了怠速和低速运转的工况 从而提高了发动机的 效率 减少了废气排放 但它的缺点是能量几经转换 机械效率较低 串联式混合动力客车驱动系统的结构比较简单 动力电池组 发动机 发电机组和驱动电机在底盘上的布置有较大的自由度 因为只有唯一的电动 机驱动模式 控制系统也比较简单 其特点是动力性能更加趋近于纯电动客 车 另外 串联式混合动力客车还必须装置一个大功率的发动机 发电机组 再通过带动电动机来驱动车辆 发动机 发电机和驱动电动机的功率都要求 等于或接近于串联式混合动力客车的最大驱动功率 在热能 电能 机械能 之间的转换过程中 总效率低于内燃机汽车 串联式混合动力客车的三大总成的体积较大质量也较重 还要有庞大的 蓄电池组 使得在中小型汽车上布置有一定的困难 因此一般适合大型客车 车辆与动力工程学院毕业设计说明书车辆与动力工程学院毕业设计说明书 9 采用 图 2 1 串联式混合动力客车结构模型简图 2 1 2 并联式混合动力客车 PHEV 传统的并联式混合动力客车有发动机和电动机两套动力驱动系统 这两 套系统可以分别独立地向客车传动系提供转矩 在不同的路面上既可以共同 驱动又可以单独驱动 在客车加速爬坡时 电动机和发动机能够同时向传动 机构提供动力 一旦车速达到巡航速度 客车将仅仅依靠发动机维持速度 其中 电动机既可以作电动机又可以作发电机使用 又称为电动 发电机组 由于没有单独的发电机 发动机可以直接通过传动机构驱动车轮 这种装置 更接近于传统的客车驱动系统 机械效率损耗与普通客车差不多 得到比较 广泛的应用 PHEV 的动力系统组成可以大致分为发动机 驱动系统 变速器和驱动 桥 和驱动轮等 电动机的动力要与车辆驱动系统相组合 1 在发动机输出轴处进行组合 2 在变速器 包括驱动桥 处进行组合 3 在驱动轮处进行组合 因此 PHEV 的驱动力形成了不同的组合模式 1 发动机轴动力组合式 PHEV 发动机轴动力组合式 PHEV 只有发动机和电动 发电机两大动力设备 发 车辆与动力工程学院毕业设计说明书车辆与动力工程学院毕业设计说明书 10 动机和电动 发电机的动力在发动机输出轴上进行组合 然后通过由离合器 变速器 驱动桥和半轴组成的传统的驱动系统带动车轮行驶 图 2 2 并联式发动机轴动力组合式结构模型简图 2 动力组合器动力组合式 PHEV 动力组合器动力组合式 PHEV 只有发动机和驱动电机两大动力设备 发 动机和驱动电动机的动力组合器上进行组合 然后通过差速器和半轴带动车 轮行驶 图 2 3 并联式动力组合器动力组合式结构模型简图 3 驱动轮动力组合式 PHEV 车辆与动力工程学院毕业设计说明书车辆与动力工程学院毕业设计说明书 11 驱动轮动力组合式 PHEV 的发动机通过离合器 变速器和驱动轮独立驱 动 PHEV 的后驱动轮 前轮 驱动电机通过减速器独立地驱动 PHEV 前驱 动轮 后轮 在混合动力驱动模式时 发动机和驱动电机共同组成四轮驱动 PHEV 的前驱动轮和后驱动轮 由于在发动机与驱动电机混合驱动时 发动 机和驱动电机的动力 牵引力 在驱动轮上组合 因此成为驱动轮动力组合 式 PHEV 图 2 4 并联式驱动轮动力组合式结构模型简图 虽然 PHEV 有不同的结构模型 但都是以发动机为主要驱动模式 发动 机控制在低油耗 高效率和低污染的转速范围内稳定地运转 发动机直接带 动 PHEV 的驱动系统驱动 PHEV 行驶 采用传动效率高的机械传动系统 没 有 SHEV 在热能 电能 机械能的转换过程中的能量损耗 由于是以发动机 为主要驱动模式 其特点是动力性更加趋近于内燃机汽车 2 1 3 混联式混合动力客车 PSHEV 混联式装置包含了串联式和并联式的特点 传统的动力系统包括发动机 发电机和电动机 根据助力装置的不同 它又可以分为发动机为主和电动机 为主两种 以发动机为主的形式中 发动机作为主动力源 电动机为辅助动 力源 以电动机为主的形式中 电动机作为主动力源 发动机为辅助动力源 该结构的优点是控制方便 缺点则是结构比较复杂 PSHEV 也包含有两种动 力组合模式 车辆与动力工程学院毕业设计说明书车辆与动力工程学院毕业设计说明书 12 1 动力组合器动力组合式 PSHEV 动力组合器动力组合式 PSHEV 有发动机 电动 发电机和驱动电机三大 动力组成 在发动机的输出轴上装有一个电动 发电机 电动 发电机一般只 用于快速起动发动机和发电 发动机和驱动电机的动力在动力组合器上进行 组合 然后通过差速器和半轴带动车轮行驶 图 2 5 混联式动力组合器动力组合式结构模型简图 2 驱动轮动力组合式 PSHEV 驱动轮动力组合式 PSHEV 有发动机 电动 发电机和驱动电机三大动力 组成 在发动机的输出轴上 装有一个电动 发电机 电动 发电机一般只用 于快速起动发动机和发电 发动机通过离合器 变速器和驱动桥独立驱动 PSHEV 的后驱动轮 前轮 驱动电机通过减速器独立驱动 PSHEV 前驱动 轮 后轮 在混合动力驱动模式时 发动机与电动机共同组成四轮驱动模式 驱动 PSHEV 的前驱动轮和后驱动轮 由于在发动机与驱动电机混合驱动时 发动机和驱动电机的动力 牵引力 在驱动轮上组合 因此称为驱动轮动力 组合式 PSHEV 车辆与动力工程学院毕业设计说明书车辆与动力工程学院毕业设计说明书 13 图 2 6 混联式驱动轮动力组合式结构模型简图 PSHEV 兼有 SHEV 和 PHEV 的优点 可以组合成更多种形式的混合驱 动的驱动模式 发动机 电动 发电机和驱动电机的效率可以是 PSHEV 总功 率的 0 3 1 倍 车辆的整备质量可以降低 而且性能更加完善 经济性更好 在动力性能方面接近和达到内燃机汽车的水平 有害气体的排放更少 达到 超低污染 的标准要求 2 2 混合动力客车的特点 1 优点 混合动力客车的优点是显而易见的 首先 混合动力客车通常不需要像 纯电动客车那样到电站充电 而且在很多时候动力性明显优于同排量的纯内 燃机客车 特别是在起步加速时 电动机可以有效弥补内燃机低转速转矩不 足的弱点 还可以在某种程度上改善提升动力输出时客车加速过程的顺畅性 减少车内的机械噪声 其次 由于电动机的配合工作 以及内燃机工作时剩 余动能的再利用 制动减速时过剩势能的能量转换储蓄 又会使得混合动力 客车的燃油消耗略低于纯内燃机客车 此外 混合动力客车较之纯内燃机客 车的低排放还给我们带来了更有意义的环保价值 2 缺点 当然 混合动力客车虽有许多优点 但也有难以克服的缺点 首先 两 车辆与动力工程学院毕业设计说明书车辆与动力工程学院毕业设计说明书 14 套动力系统的造价远比一套动力系统高 其次 由于能量守恒的缘故 混合 动力客车比起纯内燃机客车在燃油消耗上并不能像一些制造商所说的那样具 有很大优势 因为在发电过程中 同样要消耗能量 而且混合动力客车在实 际使用中的低能耗主要得益于对过剩势能的有效利用 2 3 总布置方案的确定 2 3 1 驱动方式的选择 并联式混合动力汽车 PHEV 只有发动机和电动 发电机两个动力单元 两个动力单元本身的功率可以等于 50 100 的车辆驱动功率 发动机驱动 模式是 PHEV 的基本驱动模式 从发动机到轮胎之间动力传递过程中 除摩 擦损失外没有机械能 电能 机械能的能量转换损失 能量转换总的综合效 率要比 SHEV 高 在车辆需要大功率输出时 电动机可以与发动机协同为车 辆提供动力输出 因此 PHEV 可以选择较小功率的发动机 电动机是 PHEV 的辅助动力 因而根据多能源动力总成匹配的要求可以选择较小的电机功率 与此对应的电动机质量和体积都比较小 与其配套的电池组容量也较小 使 得整车的整备质量大大降低 另外 PHEV 较之 PSHEV 结构简单 方便操 作 其性能更容易实现 因而在轻型客车上使用 PHEV 结构较为适宜 并联式混合动力车辆是介于普通内燃机车辆和电动车辆之间的一种新型 超低排放的车辆 具有噪声低 废气排放少 经济性能好 动力性能佳 行 驶里程长等特点 由此 本设计采用综合评价都较好的并联式混合驱动方式 2 3 2 驱动力组合模式的选择 发动机轴动力组合式 PHEV 只有发动机和电动 发电机两大动力设备 发 动机和电动 发电机的动力在发动机输出轴上进行组合 然后通过由离合器 变速器 驱动桥和半轴组成的传统的驱动系统带动车辆行驶 此种驱动力组 合模式满足我们此次的设计要求 更接近现代客车的型式 符合市场需求 其驱动模式有 以发动机驱动为基本驱动模式 电动机为辅助动力 电动机在车辆起步时单独驱动 电动机在车辆加速 爬坡时起辅助作用 与发动机组成混合驱动模式 车辆与动力工程学院毕业设计说明书车辆与动力工程学院毕业设计说明书 15 在混合驱动时 发动机与电动机在发动机输出轴上组合 2 3 3 控制策略的选择 控制策略是混合动力汽车的核心 它根据驾驶员的意图和行驶工况来协 调各动力部件间的能量流动 合理进行动力分配 提高整车经济性并且适当 降低排放 本次设计采用发动机轴动力组合式并联传动结构 针对这种并联方式的 特点 又根据文献 我国城市的平均行驶车速仅在 20 30 km h之间 因此可 以确定本次设计中系统的主要控制策略如下 1 V 25 km h时 主离合器分离 电磁离合器接合 车辆由大功率电 机单独驱动 以纯电动方式运行 2 V 25 km h时 发动机起动 当整车需求扭矩在发动机优化工作区 间内时 主离合器接合 电磁离合器分离 发动机单独工作 提供驱动扭矩 3 当车辆加速或者负荷增大时 主离合器和电磁离合器同时接合 发动 机与电动机共同驱动提供扭矩 在此种策略下 电动机只有在低速时或在高于某个转矩或功率限制后才 会起动 这样容易保证发动机始终在万有特性图中最佳油耗线上工作 以更 好的实现节能减排 车辆与动力工程学院毕业设计说明书车辆与动力工程学院毕业设计说明书 16 第三章 底盘主要参数的选择 底盘是汽车总体布置的基础 为汽车的重要组成部分 底盘主要参数包 括汽车的型式以及汽车的主要参数 汽车型式需要选择发动机的种类和型式 汽车的轴数和驱动型式以及轮胎规格 而汽车的主要参数则包含尺寸 质量 和性能等参数 3 1 汽车型式的选择 3 1 1 发动机的种类和型式 现代汽车上经常使用的有汽油机和柴油机 对此 我们可以根据车型和 具体的情况来进行选取 电动客车由于采用发动机和电动机的配合 再加上其应用的环境和使用 情况 综合考虑之后 应该选用小功率的柴油机 在此选用直列水冷四缸直 喷式柴油机 与汽油机相比 柴油机具有油耗低 燃油经济性好 动力强劲 耐久性好以及排气污染较低和安全性高等优点 3 1 2 汽车的轴数和驱动形式 不同类型的汽车轴数是不一样的 可以有两轴 三轴 四轴甚至更多的 轴数 影响选取轴数的因素主要有汽车的总质量 道路法规对轴载质量的限 制和轮胎的负荷能力以及汽车的结构等 而汽车的用途 总质量和对车辆通 过性能的要求等 是影响选取驱动形式的主要因素 对于乘用车和总质量小些的商用车 通常多采用结构简单 制造成本低 的 4 2 两轴后驱动形式 这也是一种较为典型的 成熟的结构形式 也是 目前应用较为广泛的形式 综合以上情况 又考虑到轻型电动客车的使用要求 本次设计中选用发 动机前置后轮驱动的 4 2 驱动形式 3 1 3 轮胎的选择 轮胎及车轮用来支撑汽车 承受汽车重力 在车桥与地面之间传力 驾 车辆与动力工程学院毕业设计说明书车辆与动力工程学院毕业设计说明书 17 驶员经操纵转向轮可以实现对汽车运动方向的控制 对汽车的许多重要性能 包括动力性 经济性 通过性 操纵稳定性 制动性及行驶安全性和汽车的 承载能力都有影响 因此选择轮胎是很重要的工作 不妨在总体设计开始阶 段就进行选定 子午线轮胎具有滚动阻力小 温升低 胎体缓冲性能和胎面附着性能都 比较好 装车后更有油耗低 耐磨损寿命长 高速性能好等优点 因此 适 应现代汽车队安全 高速 低能耗的发展要求 是汽车设计时首选的轮胎 根据以上因素 在本次设计中 所采用的轮胎规格为 7 00R16 3 2 主要参数的确定 汽车的主要参数包括尺寸参数 质量参数和汽车性能参数 3 2 1 主要尺寸参数的确定 汽车的主要尺寸参数包括外廓尺寸 轴距 前后轮距 前后悬 最小离 地间隙等 1 汽车的外廓尺寸包括其总长 a L 总宽 a B 和总高 a H 在公 路和市区内行驶的汽车最大外廓尺寸受有关法规限制不能随意确定 除此之 外 影响确定汽车外廓尺寸的因素还有载客量或装载质量及涵洞和桥梁等道 路尺寸条件 在满足使用条件的基础上 应力求减小汽车的外廓尺寸 这样 不仅可以减少行驶期间需要占用的道路长度 同时还可以增加车流密度 并 且减少整备质量 提高汽车的动力性和燃油经济性 据此 本次设计中对外 廓尺寸 aaa LBH mm 给定如下 5995 2240 2780 2 轴距 L 对整备质量 汽车总长 汽车最小转弯直径 传动轴长度 纵向通过半径等有影响 当轴距短时 上述各指标减小 但轴距过短会使车 厢长度不足或后悬过长 汽车上坡 制动或加速时轴荷转移过大 使汽车制 动性或操纵稳定性变坏 车身纵向角振动增大 对平顺性不利 万向节传动 轴的夹角增大 因此 在选择轴距时需要考虑到各方面因素 当然在满足所 设计的外廓尺寸 轴荷分配 主要性能和整体布置等要求的前提下 将轴距 设计的短一些为好 根据以上因素 通过计算得出较为合适的轴距 L 为 3308mm 车辆与动力工程学院毕业设计说明书车辆与动力工程学院毕业设计说明书 18 3 汽车轮距 B 会影响车厢或驾驶室内宽 汽车总宽 总质量 侧倾刚 度 最小转弯直径等因素 增大轮距则车厢内宽随之增加 并有利于增加侧 倾刚度 汽车横向稳定性变好 但是汽车的总宽和总质量及最小转弯直径等 增加 并导致汽车的比功率 比转矩指标下降 机动性变坏 轮距的选择必 须与汽车的总宽以及其他部件的布置相适应 因此本次设计中选定汽车的前 后轮距分别为 1 B 1830mm 2 B 1600mm 4 前悬处要布置汽车的发动机 水箱 风扇 弹簧前支架 车身前部或 保险杠 转向器等 要有足够的布置空间 前悬尺寸对汽车的通过性 碰撞 安全性 驾驶员视野 前钢板弹簧长度 上车和下车的便利性以及汽车的造 型等均有影响 后悬尺寸则对汽车的通过性 汽车追尾时的安全性 货箱或 行李箱长度 汽车造型等有影响 并取决于轴距和轴荷分配的要求 前悬和 后悬都不宜过长 以免使汽车的接近角和离去角过小而影响通过性 设计中 根据电动客车设计的相关要求及布置的合理性需要 确定前悬 F L 1157mm 后悬 R L 1530mm 5 对于最小离地间隙 在设计中 采用双曲面齿轮主传动 通过合理的 设计和组装不难达到要求 最终离地间隙可以达到 180mm 3 2 2 整车质量参数的确定 在整车设计方案确定后 总布置设计草图初步完成的情况下 应首先对 整车质量参数 包括 空载状态下的整车整备质量 质心高度 轴荷分配 满载状态下的总质量 质心高度 轴荷分配以及装载质量等 进行估算 为 整车性能的计算和总成设计提供必要的依据 图 3 1 结构模型图 车辆与动力工程学院毕业设计说明书车辆与动力工程学院毕业设计说明书 19 如上图所示 各总成的质量 i M 可通过样件实测或可参照同类车型样件 实测信息修正后得到 本次设计中 不妨参照一汽太湖牌66092XQTQ 轻型客 车 修正得到各总成质量 绘制成表 如下所示 表 3 1 各总成参数 质量 单位 外型尺寸 mm 发动机 240 kg 电动机 36 kg 432 315 370 电池 120 kg 47 5 153 274 整备质量 3950 kg 装载质量 1550 kg 总质量 5500 kg 各总成的质心位置可以通过实测得到或按其几何形状和结构特点估计计 算得到 然后在整车总布置图上确定其质心相对于前轮中心的纵向位移Xi 一般规定在前轮中心距后为正值 在前轮中心前为负值 以及空载状态下 的离地高度 i Z 和满载状态下的离地高度 li Z 一般情况下 整车总布置图在满载状态下绘制 在确定各总成质心在空 载状态下的离地高度时应考虑到前 后轮胎和悬架相对于满载状态的垂直变 形的影响 而空载状态下各总成质心纵向位置相对于满载状态的变化则可以 忽略不计 1 空载状态下整车质量 质心高度和轴荷分配的计算 1 整车整备质量 自重 c M 可以按下式计算 0 c 1 N i MMi 式中 0N 用于估算整车整备质量的全部总成数量 总成的划分可 根据实际情况自定 c M 整车整备质量 kg 2 空车后轴荷 cr M 可按下式计算 0 1 N i cr Mi Xi M L g 车辆与动力工程学院毕业设计说明书车辆与动力工程学院毕业设计说明书 20 式中 L 轴距 mm L 3308mm cr M 空车后轴荷 kg 3 空车前轴荷 cf M可按下式计算 cfccr MMM 式中 cf M 空车前轴荷 kg 4 空车质心高度 0g H可按下式计算 0 1 0 N i i g c Mi Z H M g 式中 0g H 空车质心高度 mm i Z 空载状态下的离地高度 mm 根据以上各式 通过估计计算 不难得到空车状态下的整车质量 c M 3950kg 质心坐标 距前轮中心 质心高度 mm 1820 0 296 轴荷分配情况为 前轴载荷 52 后轴载荷 48 2 满载状态下整车质量 质心高度和轴荷分配的计算 1 整车总质量 总重 t M 可以按下式计算 1 1 N t i MMi 式中 1N 用于估算整车总质量的全部总成和负载的数量 一般在整 车整备质量的基础上加上乘客和最大装载质量 2 满载后轴荷 tr M 可按下式计算 1 1 N i tr Mi Xi M L g 式中 tr M 满载后轴荷 kg 3 满载前轴荷 tf M 可按下式计算 tfttr MMM 式中 tf M 满载前轴荷 kg 4 满载质心高度 1g H可按下式计算 车辆与动力工程学院毕业设计说明书车辆与动力工程学院毕业设计说明书 21 1 1 1 N li i g t Mi Z H M g 式中 1g H 满载质心高度 mm li Z 满载状态下的离地高度 mm 根据以上各式 通过估计计算就可以得到满载状态下的整车总质量 t M 5500kg 质心坐标 距前轮中心 质心高度 1820 mm 0 312 mm 轴荷分配情况为 前轴载荷 42 后轴载荷 58 3 2 3 主要性能参数的确定 汽车的性能参数主要包括最高车速 上坡能力 最小转弯直径 制动性 通过性等 根据本次设计小组分配情况 对以上指标的确定如下 1 随着道路条件的改善 特别是高速公路的修建 汽车的最高车速有逐 渐提高的趋势 对于最高车速的选择 应考虑到汽车的类型 用途 道路条 件 具备的安全条件和发动机功率的大小等 并且应根据汽车行驶的功率平 衡来确定 本次设计要求最高车速不小于 70 km h 为适应现代客车的发展 状况 设计中确定最高车速为 100 km h 2 上坡能力通常用汽车满载时在良好路面上的最大坡度阻力系数 max i来 表示 主要根据车辆的使用环境来确定 设计要求坡度不小于 20 因为在 本次设计中按照两者共同驱动来计算 为满足本次电动客车的设计理念 又 考虑到公路修建的相关法规以及本次设计所采用的方法 现确定两者共同驱 动时的坡度不小于 20 3 最小转弯直径是转向盘转至极限位置是 汽车前外转向轮轮辙中心在 支撑平面上的轨迹圆的直径 常用来描述汽车的转向机动性 是汽车转向能 力和转向安全性的一项重要指标 其值与汽车的轴距 轮距和转向车轮的最 大转角有关 应综合考虑与汽车本身有关的因素和法规及使用条件来对其值 进行确定 GB7258 1997 机动车运行安全技术条件 中规定 机动车的最 小转弯直径不得大于 24m 当转弯直径为 24m 时 前转向轴和末轴的内轮 差 以两内轮轨迹中心计 不得大于 3 5m 因此 此次设计中确定最小转 弯直径为 12m 4 制动性是指汽车在制动时 能在尽可能短的距离内停车且保持方向稳 车辆与动力工程学院毕业设计说明书车辆与动力工程学院毕业设计说明书 22 定 下坡时能维持较低的安全车速并有在一定坡道上长期驻车的能力 目前 常用制动距离 平均制动减速度和行车制动的踏板力以及应急制动时的操纵 力来评价制动效能 制动距离是指在良好的试验跑道上和规定的车速下 紧 急制动时由踩制动踏板起到完全停车的的距 我国通常以车速为 30 km h和 50 km h的最小制动距离来评比不同车型的制动效能 对于紧急制动踏板力 GB7258 1997 机动车运行安全技术条件 中规定 货车要求不大于 700N 轿车要求不大于 500N 设计中在制定制动性能标准时还应适应有关安全性 的国家标准 法规等对汽车制动效能的要求 本次设计中规定踏板力要小于 180N 踏板行程不超过 180mm 5 各类汽车的通过性参数具体视车型和用途而异 对于电动轻型客车的 通过性参数主要确定如下 最小离地间隙 mm 180 220 接近角 18 离去角 14 车辆与动力工程学院毕业设计说明书车辆与动力工程学院毕业设计说明书 23 第四章 动力传动装置参数的确定 混合动力汽车动力传动装置参数包括发动机的选择 电动机的选择 电 池的选择 主减速器传动比 变速器传动比等 这些参数对汽车的动力性 燃油经济性和排放性能有显著的影响 4 1 发动机的选择 发动机功率偏大 车辆燃油经济性和排放性能就差 发动机功率偏小 后备功率就小 电动机只有提供更多的驱动功率 才能满足一定的车辆行驶 性能要求 这势必引起电动机和电池组容量取值的增大和车辆成本的增加 由于所采用的并联混合动力系统采用发动机提供车辆平均行驶功率 电 动机提供峰值功率的控制策略 因此发动机功率值的选择主要应考虑车辆匀 速行驶时的功率要求 通常按下式初选发动机最大功率 3 max 1 360076140 aD ecc T m gfC A PVV 式中 maxe P 发动机最大功率 kW T 汽车传动系效率 本次设计采用单级主减速器 4 2 式驱动 T 0 9 a m 汽车的总质量 a m 5500kg f 滚动阻力系数 取 f 0 02 c V 车辆匀速行驶的速度 据文献 我国城市车辆的平均行驶车速仅 在 20 30 km h 又应为最大车速为 100 km h 而实际上车辆很少以最高车 速行驶 因此可初选 c V 80 km h D C 空气阻力系数 取 D C 0 64 A 汽车的迎风面积 即汽车正面投影面积 可进行如下估算 A 1 B a H 22 1830 278050874005 09mmm 将以上各值代入式中 计算得到 maxe P 50 96kW 考虑到汽车在混合驱动工况工作时 发动机被控制按最小油耗特性运行 车辆与动力工程学院毕业设计说明书车辆与动力工程学院毕业设计说明书 24 节能环保 因此要加上 10 的功率裕量 以减少对电动机功率的需求和 提高汽车在纯发动机驱动时的动力性能 又结合当前我国市场上柴油发动机 的型号等 可最终确定 maxe P 56kW 由此选择的发动机型号及参数如下 型号 485CYQ 最大功率 转速 kW minr 56 3200 最大转矩 转速 N mg minr 127 2000 2200 4 2 电动机的选择 通常情况下 适用于电动车辆用的电动机外特性为 在额定转速 mr n以下 电动机以恒扭矩模式工作 在 mr n以上 以恒功率模式工作 1 电动机额定转速 mr n和最高转速 maxm n的选择 电动机的最高转速对传动系的尺寸 额定转矩都有影响 电动机最高转 速与额定转速的比值 也称为电动机扩大恒功率系数 较大的 值是车辆 起步加速和稳定运行所必需的 但随着 值增大 转速越低 对应的电动机 额定转矩越高 对电机的支撑要求越高 增加了成本的损耗 就目前来看 多选用中高速的电动机来解决额定扭矩减小的问题 在本 次设计中 不妨选择 maxm n 12000 minr 4 相应地 电动机的额定转速 为 max mrm nn 12000 4 3000 minr 2 电动机额定功率 额定功率 连续运行 决定了电机的尺寸大小 可由汽车以纯电动方式 行驶的最大车速来确定 由于汽车在市区行驶时平均车速为 20 30 km h 故 可以将此时的最大车速定为 50 km h 计算可按下式进行 3 1 360076140 aD eaa T m gfC A PVV 式中 e P 电动机额定功率 kW T 汽车传动系效率 T 0 9 a m 汽车的总质量 a m 5500kg f 滚动阻力系数 取 f 0 02 a V 纯电动方式行驶时的最大车速 a V 50 km h 车辆与动力工程学院毕业设计说明书车辆与动力工程学院毕业设计说明书 25 D C 空气阻力系数 取 D C 0 64 A 汽车的迎风面积 A 2 5 09m 把以上数据代入公式得 e P 22 6kW 另外 又需要有一定的富余功率 参照一定的永磁电动机参数 可以确 定额定功率为 e P 25kW 3 电动机峰值功率 在并联设计中 电动机提供峰值功率 最大爬坡度为 20 可以车速 V 25 km h爬 20 的坡度来进行设计 按下式进行计算 3 max 1 cossin 360076140 aD v T m gVC A PfV 式中 maxv P 此时所需要的最大功率 kW T 汽车传动系效率 T 0 9 a m 汽车的总质量 a m 5500kg V 爬坡速度 V 25 km h f 滚动阻力系数 取 f 0 02 设计要求的坡道角 11 3 D C 空气阻力系数 取 D C 0 64 A 汽车的迎风面积 A 2 5 09m 将以上数据代入公式得 maxv P 90 3kW 在并联汽车上电机主要是功率均衡装置提供峰值功率 因此电机的最大 功率 maxm P与发动机最大功率 maxe P之和应该满足车辆所需的最大功率 maxv P的 要求 即 maxmaxmaxemv PPP 根据车辆行驶最大负荷功率要求 及已初步确定的发动机最大功率 maxe P 56kW 则可以计算出电动机的最小峰值功率 maxmaxmaxmve PPP 90 3 56 34 3kW 根据混合动力汽车起步和加速时对电动机功率的要求和某些特区零排放 的纯电动驱动工况的需求 需要加上相应的功率裕量 因此电动机的峰值功 率选为 maxm P 50kW 综合上述计算 由此选择的电动机参数如下 额定功率 转速 kW minr 25 3000 12000 最大转矩 转速 N mg minr 159 0 3000 车辆与动力工程学院毕业设计说明书车辆与动力工程学院毕业设计说明书 26 质量 kg 36 尺寸 mm 432 315 370 4 3 电池的选择 HEV 动力传动系统设计的首要任务是使传动系统各部件之间合理匹配 以保证 HEV 能在不同工况下正常行驶 并具有良好的动力性和燃油经济性 这也是电池参数选取所要遵循的基本原则 电池的参数选取主要包括电压等 级 最大充放电功率和电池容量 在设计过程中 电池电压要和 HEV 的电压等级和变化范围一致 最大 充放电功率要满足发电机和电动机的功率要求 容量则要满足 HEV 在运行 过程中对能量的要求 根据以上要求 又因为锂离子电池高电压 高安全性和环保性等诸多优 点 我们不妨选择天津力神生产的 LP46153274 锂离子电池 其参数如下表 所示 表 4 1 锂离子电池参数 额定容量 Ah 120 存储温度 20 35 标称电压 V 3 2 尺寸 mm 47 5 153 274 内阻 m 1 重量 kg 2 5 电池参数确定之后 我们需要对电池的数量进行确定 电池数量的选择 如下所示 1 按功率要求因素计算 从功率需求因素考虑 电池组的容量必须满足电动机的最大功率需求 电池数量N可按如下公式计算 max 2 2 9 m batbatT P N ER 式中 maxm P 电动机的最大功率 maxm P 50kW bat E 电池的电动势 bat E 3 2V bat R 电池的等效内阻 bat R 0 001 T 传动系效率 T 0 9 把以上数值代入公式得 N 24 车辆与动力工程学院毕业设计说明书车辆与动力工程学院毕业设计说明书 27 2 以纯电动行驶的里程数为目标进行计算 从纯电动行驶能量来考虑 电池组的能量需要满足车辆以某一车速行驶 一定里程 可以按下式进行计算 1000 e e PS N V CU 式中 在纯电动工况时 取 e V 30 km h 行驶里程50Skm 功率11 3 mc PkW 考虑到锂电池的放电效率为 80 故所需蓄电池的 总能量为 11 3 50 30 80 23 5kW hg 因此 可以按照下式计算 23 5 100061 120 3 2 N 又考虑到蓄电池除了提供纯电动行驶时车辆所需能量 还需要提供车辆 加速或负荷增大时能量 以及提供整车的照明 起动等附件的功率 故在本 次设计中 不妨取N 80 以 4 节单电池为一个电池组 总共有 20 组 4 4 发动机与电动机参数匹配的选择及实现 电动机轴到发动机轴的速比应当由电动机的最高控制转速和发动机的最 高转速之比决定 最高控制转速即换挡策略限定的发动机和电动机的最高转 速 依照上述理论 本次设计的速比为 4500 1 4 3200 i 采用单级圆柱斜齿来实现 如果不合适还可以再中间加一个惰轮 实际 布置应根据总体设计结构要求确定 4 5 传动系参数的选择 4 5 1 主减速比的选择 主减速器的传动比可以按下式计算 车辆与动力工程学院毕业设计说明书车辆与动力工程学院毕业设计说明书 28 0 5 0 377 a g rn i V i 式中 0 i 主减速器的传动比 r 车轮滚动半径 r 0 363m n 发动机最大功率时的转速 n 3200 minr a V 最高车速 a V 100 km h 5g i 最高挡传动比 5g i 1 把以上数据代入公式得 0 i 4 379 4 5 2 最大传动比的选择 确定最大传动比时 要考虑最大爬坡度 附着率以及最低稳定车速 在 本次设计中 按照最大爬坡度和附着率来对最大传动比进行确定 1 按照最大爬坡度确定 通常可按照下式进行计算 1 max 0 cossin g tqT G fr i Ti 式中 1g i 一挡传动比 G 整车总重量 G 5500 9 8 53900N f 滚动阻力系数 f 0 02 设计要求的坡道角 11 3 r 车轮滚动半径 r 0 363m maxtq T 最大转矩 maxtq T 286N mg 0 i 主减速器的传动比 0 i 4 379 T 传动系效率 T 0 9 将以上数据代入公式 可得 1 3 74 g i 2 根据驱动轮与地面附着系数来确定 max1 0 max tqgT tz Ti i FF r 式中 z F 驱动轮载荷 z F 0 58G 0 58 53900 31262N 道路附着系数 0 5 代入式中计算得到 1 5 034 g