电动高尔夫球场车设计开题报告 白亚杰 (1)

北京信息科技大学毕业设计开题报告电动高尔夫球场车的设计开题报告 班级（学号）：车辆1201（2014070004） 姓名：白亚杰指导教师：王国权一、综述（一）课题研究的意义1.课题研究的现实意义 科技部部长万钢表示科技部正在抓紧制定“十三五”电动汽车科技发展战略规划。发改委表示将针对目前新能源汽车产业发展过程中包括“前置审批”在内的诸多问题进行改革。随着相关部门的合力推进，中国新能源汽车产业从此前“政策轨”切换到“市场轨”的脚步或将提速。“十三五”规划的主要目标到2020年要建立起完善的电动汽车动力系统科技体系和产业链技术系统，实现各类电动汽车的产业化，促进新能源汽车战略新兴产业进入快速成长期。通过一系列的政策指导可以发现，以纯电动汽车为主的新能源汽车在国家的大力支持下必定会掀起风浪。2.课题研究的经济意义 由于高尔夫运动场地的面积较大，运动员需要频繁更换击球地点，为了解决代步问题高尔夫球车就运势而生。早期高尔夫球场车的动力采用的是内燃机，但是由于能源危机和环境污染两大问题日益严重，加之科学技术飞速发展，电动车自身难点不断解决，使电动车节能、环保、低噪音、低污染等优点更加突出。在高尔夫球场上注重的是安静和清洁，为了保持其优雅美观的场地环境所以电动高尔夫球车必然会取代以内燃机为动力的高尔夫球车，另外电动高尔夫球场车除了在球场内使用也可以在度假村、别墅区、花园式酒店、旅游景区等处使用可见其市场前景十分广阔1。(二)课题研究现状1.概况 高尔夫球运动是一项高端、优雅、绿色的体育运动，高尔夫球车在其中充当的角色是代步工具。高尔夫球车的使用情况，球车一般会载24人、两个球包及其他小物品。围绕着18个洞的球场一圈的距离大概是20公里左右。打球的会员一般一天可以打2个18洞。球车使用时间分配如下：在每个球台停止时间为45分钟，从开球台到果岭要67分钟，从果岭到下一个开球台要12分钟，如此开开停停，再加上其他辅助时间，总耗时约180分钟1。国际高尔夫球场车主要由四大公司垄断分别是Club Car、E-Z-GO、YAMAHA、GARIA（GARIA是高尔夫球车行业内的奢侈品牌，其造型新型，做工精良）。国内的品牌有珠海亿威E-way、卓越、敖翔、绿友等。但是国内的大部分车型都是仿制国外Club car、E-Z-GO 等品牌，尤其是卓越的EX-A1S2就是Club Car DS 的中国版。电动高尔夫球车的车型可以分为2座、4座等类型。以蓄电池储存的电量为动力来源，而其驱动形式几乎统一采用后置后驱带差速器的驱动桥，悬架则选用前液压弹簧减振器后钢板弹簧非独立悬架，高尔夫球车的速度在18-24千里/小时之间，电动高尔夫球车爬坡能力较强一般25%，一次充电完成可以行驶80公里左右，最大的可以行驶100公里以上。 2.电动高尔夫球车现状 国外厂家生产的高尔夫球车有电动版和燃油版，而国内生产的高尔夫球车大部分为电动版。下面是我通过各品牌官网找到的高尔夫球车简介。(1) ClubCar 世界500强企业美国英格索兰集团旗下的世界顶级品牌。作为世界高尔夫球车、多用途车辆的行业领导者，一直致力于为客户提供最优质的车辆与服务。在设计、制造、组装过程中ClubCar坚定地遵循细节制胜，以达到高效的产品性能。目前，ClubCar已成功销售设备逾220万辆，在全球以质量和创新著称。ClubCar拥有85种型号的设备，是全球最大的电动车辆制造厂商之一。Club Car 是享誉全球的高尔夫球车制造商，旗下拥有Precedent 先驱者高尔夫球车，经典传承的DS, Club Car 提供满足高尔夫事业发展的车辆解决方案，其在高尔夫行业拥有高度的赞誉。图1是Club Car DS型高尔夫球车。其主要特点是传承30年的经典技术、采用IQ plusTM智能系统、爬坡性能强、铝合金底盘、注塑车身。表1为其具体参数。 图1 Club Car DS 表1 Club Car DS 具体参数电动汽油动力系统电动机（发动机）48V 电动机川崎4冲程，286cc单缸风冷马力3.2马力，2.39千瓦，2400rpm9.5马力，7.08千瓦，3600rpm电池4312V或638V电池充电器自动48V DC,17amp控制器250A直流控制器转向/悬挂转向自调节齿轮齿条式自调节齿轮齿条式前悬挂板簧，带双液压减震板簧，带双液压减震后悬挂板簧，带双液压减震板簧，带双液压减震制动自调节后轮机械鼓式制动机自调节后轮鼓式制动器停车制动脚踏式，复合锁脚踏式，复合锁车身/底盘底盘工字铝工字铝车身特种热塑材料ArmorFlex特种热塑材料ArmorFlex后桥GrazianoGraziano前轮胎1838.5-8，4层优质胎面轮胎1838.5-8，4层优质胎面轮胎后轮胎1838.5-8，4层优质胎面轮胎1838.5-8，4层优质胎面轮胎座位数22总长2320mm2320mm总高（带顶棚）1700mm1700mm总宽1200mm1200mm轴距1664mm1664mm离地间隙114mm114mm不含电池净重226KG281kg 作为高尔夫球车行业的领军品牌Club Car 旗下生产的大部分高尔夫球车都有两种类型的动力版本：电动或者燃油。Club DS 也不例外，从表1中可以看出电动和燃油版的车型除动力源和整车的重量外其他参数都相同。这款搭载燃油发动机的车型在美国本土的售价为8262美元，而电动版本的售价为7774美元，可谓价格不菲啊。除了DS 这款车型外，Club Car还拥有Precedent 先驱者系列高尔夫球车。采用ExcleTM智能系统（核心科技）、爬坡性能强、铝合金底盘、注塑车身的Precedent i2型和装配VISAGE智能终端和基于云计算智能终端系统，可以让车队拥有联通性并且随时随地能了解车辆状态以及维护信息的Precedent i3型。Precedent 先驱者系列高尔夫球车其动力版本也分为电动版和燃油版。Club Car 生产的高尔夫球车（电动版）具有以下特点及优势：1.独特的铝合金车架防锈、防腐蚀、美观大方,结构较一般钢架更坚固，使用寿命更长。2.智能化的车载控制器高级电控系统可智能分配能量，确保提供更长的续航能力以及更强的爬坡性能，同时为用户提供稳定流畅的驾乘感受。3.高级电池采用世界一流厂商电池，寿命相当于一般电池的2-3倍。4.更长的行使里程卓越的整车性能，续航里程较同级别电动车增加20%以上。5.强劲而稳定的动力系统最佳匹配的电控和电机确保整个系统稳定工作，并使得各个元件发热量最少，解决了长时间大负荷运营的问题。6.流畅的驾驶感受转速限制器可以精确地设定车的速度，完全独立的前部停止和后半独立后部停止功能确保在各种情况下可保证车辆流畅，稳定的驾驶。7.稳定的四轮特别设计的四轮可防震、防滑，对植物（如草地）或敏感路面不会造成伤害。8.更强的智能型充电器采用大电流智能充电器，缩短充电时间的同时，也提高了对电池的保护。9.增加了一块管理电池的电脑板该电脑板对电池的工作状态和充电状态进行管理和保护，延长了电池的寿命，降低了电池维护的工作量，为用户节约大量成本。10安静的驱动桥CLUB CAR独特设计的联合驱动桥有效地减少底盘的振动和电机的噪音，使得驾乘更舒适轻便。11.车身采用高级热塑材料弹性车身具有较玻璃钢更强的韧度，不但有效地抗紫外线，还可以防止凹陷和腿色。12.高级座椅整体式无缝合的皮坐椅更牢固，并采用高级海绵垫，使座椅更舒适更耐用。13.安全先进的制动系统制动再生功能，节约电耗。多档减速刹车确保停车系统到位；在车辆意外溜走时，零速警钟报警，使停车更安全。(2)YAMAHA 雅马哈发动机株式会社成立于1955年，是一家集生产与销售为一体的日本独资企业，于1980年开始研制电动车，是世界上最早销售电动辅助自行车的企业，至今已有32年的历史，同时也是全世界最大的电动车制造商之一。图2是旗下高尔夫球车产品 YAMAHA AC ,表2为其具体参数。 图3 YAMAHA AC 表2 YAMAHA AC 具体参数车身和底盘车架钢管焊接车身材料热塑材料尺寸总长2395mm总宽1200mm总高（含车棚）1789mm轴距1640mm前轮距870mm后轮距980mm最小离地间隙116mm动力电机类型48-volt AC功率3.3KW电池Trojan T875充电器48V，120VAC性能座位数2人不含电车重量273kg总重447kg载重量360kg最小转弯直径5.8m速度范围17.5-24km/h转向和悬架转向齿轮齿条前悬麦弗逊式独立悬架后悬板簧和液压减振器制动刹、驻一体式前后轮胎18x8.5-8(3) Garia Garia品牌定位高端、奢侈。这款是由组装保时捷的Boxster、Cayman和Valmet Automotive公司生产的高尔夫球车的售价不菲,在美国当地的价格是17499美元可以说是最贵的一款高尔夫球车了。图3 Garia表3 Garia具体参数总长2330mm总宽1210mm总高1540mm重量550kg最高速度40km/h虽然查到的参数不是很多, 但Garia的造型新颖、色彩搭配艳丽、做工精细。这款高尔夫球车绝对会让人眼前一亮。 （4）卓越 卓越高尔夫球车主要有EX-A1S2（图4）与国外不同其只有电动版车型。具体参数见表4。 图4 卓越EX-A1S2 表4 EX-A1S2具体参数 电机48V 3.7kw后桥电动车专用后桥控制器48V 275A蓄电池6个8V 动力电池充电器48V 17A 稳压式充电器转向系统双向齿轮齿条转向系统 ，自动间隙补偿功能前部避震独立支撑挂式减振器上下带活动球头可自动调节后部避震独立支撑挂式减振器刹车后轮鼓式机械刹车车架/底盘铝合金底盘车身全车PP工程材料前后轮胎1838.5-8总长2641mm总宽1219mm总高1727mm最小离地间隙114mm前轮距860mm后轮距970mm轴距1670mm净重（不计电池）520kg载重360kg速度范围18-24km/h制动距离2.5m转弯半径2.9m满载爬坡度25% 广东卓越公司生产的高尔夫球车具有以下特点及优势：1.底盘:高强度铝合金方管,按汽车底盘原理设计而成.有车身轻、强度高、防锈等特点。2.全工程塑料的底框车身设计使车身更轻的同时也增强了车辆整体结构的牢固性。3.前轮独立悬挂系统尽显驾驶的舒适性和平稳性，给驾驶者带来轿车般的驾驶乐趣。 4.工程塑料的顶蓬支架里包含着钢管，是支架更牢固的同时也起排水管的作用。 5.专门的手持电脑可以准确的判断故障，前置的电控插口方便维修人员随时对车辆进行检测。同时可快递转换各种行使模式。6.48V275A的科蒂斯电脑控制器可根据客户使用的地形设置不同的技术参数，满足各种场地的要求。 7.48V17A的稳压式充电器，为电瓶量身设定的充电曲线有效延长电瓶车的电瓶的寿命。8.美国TROJAN T-875的电瓶是业内公认质量最好的电瓶,意大利进口的后桥有承载力强，寿命长，噪音底的特色。远优于一般的进口桥和国产桥车。 9.美国ADC的48V3.7KW他励电机：爬坡能力强，带速度感应功能，是车辆行使更平稳、流畅。（5）绿有机械 G20 图5 绿有G20表5绿有G20具体参数车身和底盘车架高强度铝合金整体式车架车身材料热塑材料尺寸总长2788mm总宽1220mm总高（含车棚）1830mm轴距1650mm前轮距870mm后轮距960mm最小离地间隙120mm动力电机类型48-volt AC功率3.3KW电池Trojan T875充电器48V，120VAC性能座位数2人不含电车重量270kg总重430kg载重量360kg最小转弯直径5.8m速度范围17.5-22km/h转向和悬架转向齿轮齿条前悬麦弗逊式独立悬架后悬板簧和液压减振器制动刹、驻一体式前后轮胎18x8.5-8对比国内国外品牌的电动高尔夫球的可以看出，国外品牌拥有自己的独特的技术和生产经验,以及行业内无可取代的荣誉。但对于国外品牌在国内最为不利的一点就是球车的价格和零配件的供应问题。而国内品牌以美国科蒂斯电脑控制器、美国TROJAN T-875的电瓶和美国ADC的48V3.7KW他励电机为自己的技术优点。通过对国外品牌的电动高尔夫球车逆向开发，然后对图纸稍加改动贴上自己的品牌这是国内高尔夫制造厂普遍的做法，然而这种做法屡试不爽成本很低，利润很高。但关键零部件比如电动机、电动机控制器、电池等都依赖进口，没有属于自己的核心技术，只依靠价格优势取得市场份额这样的企业是无法在市场永久立足的。从目前国内外的产品来看，高尔夫球车从动力源上分为电动和燃油版，其各自的特点见表6。表6电动和燃油球车对比项目性能用途机动性废气排放噪声震动操作难易能源补给购置费用维修费用大范围作业连续作业不通风场所低噪声场所狭窄场所易燃爆场所低温场所电动汽油柴油注：好（适用）；一般；差（不适用）。 随着相关技术的发展电动版的球车完全可以胜任其工作。所以我认为电动版的球车和燃油版的相比电动版更适高尔夫球场的环境。就球车的组成结构来看国内外的球车都是分为两个功能区前部是座位用来驾驶和乘坐，后面是载物区用来装载高尔夫球包和冰箱等物品见图6。 图 6高尔夫球车功能分区示意图对于车身的结构综合来看主要有两种结构一种是奢侈品牌Garia的整体式车身见图7，另外一种就是可拆卸遮阳棚式的见图8。图7 Garia整体式车身 图8遮阳棚可拆卸分离式车身 目前大部分电动高尔夫球车采用的是48V电压，功率在35kw的他励电动机。蓄电池国外厂家一般都会选用邱健系列，而国内厂家为了节约成本则会选用一些国内生产的蓄电池，控制系统一般都为美国科蒂斯公司的产品。对于传动系统无论国内还是国外都都采用了带差速器的整体式驱动桥，而对于前后悬挂大多都采用前液压减振弹簧或麦弗逊式悬架、后钢板弹簧式非独立悬架。对于车架则有两种类型一是国外普遍采用的工字铝式另一种则还是传统的矩形钢管式。而对于车身的材料也都是塑料材质。 综上述分析，我所设计的电动高尔夫球车就车身的形式来说是那种可拆卸遮阳棚的，车身的总体造型仿照Club Car材料为注塑材质，为了减少工作量本次设计选用轮毂电机代替带差速器式的驱动桥，蓄电池选用邱健系列，控制系统选择和轮毂电动机相配套的控制器，悬挂则采用前减振弹簧减振器后钢板弹簧加液压减振器，车架材料选用高强度矩形钢管。二、研究内容 设计一台供高尔夫球场使用的游览型电动汽车，外观造型新颖、美观，色彩搭配合理，能够良好适应高尔夫球场环境。主要内容包括: 1.完成高尔夫球车的总体设计：包括球车主要参数的确定、电动机的选择、车身形式的设计、轮胎及车轮的选择及球车总体布置。 球车主要参数包括外廓尺寸、球车形式、轴距、轮距、前悬、后悬、整车整备质量、载重量、轴荷分配、球车的动力性能参数等。 （1）驱动形式的确定：球车的总质量、通过性是影响选取驱动形式的主要因素。 （2）布置形式的确定：布置形式对整车的使用性能有很重要的影响。 （3）轴距的确定：轴距L对整备质量、球车的总长、最小转弯直径等有影响。 （4）轮距的确定：轮距会影响车厢或驾驶室内宽、总质量、侧倾刚度、最小转弯直径等。轮距分前轮距和后轮距，前轮距会影响车架、前悬架、和前轮的布置。后轮距会影响车架的宽度和轮胎的宽度以及它们之间应留有必要的间隙。 （5）前悬和后悬的确定：前悬尺寸对球车的通过性、碰撞安全性、驾驶员视野、前钢板弹簧长度等。后悬尺寸对球车的通过性、球车追尾时的安全性、汽车造型等有影响。 （6）球车整备质量：整车的整备质量对球车的制造成本和经济性有影响。 (7）球车的载重量：载重量对整车的动力性和经济性有影响。 （8）轴荷分配的确定：轴荷分配影响轮胎寿命和球车的动力性、通过性、操纵稳定性等，另外球车的驱动形式与电动机的位置等也对轴荷分配有显著的影响。电动机的选择：电动机的选择包括电动机额定功率的确定、电动机电压的确定、电动机类型的确定和电动机的外形尺寸。 （1）电动机功率的确定：根据最高车速和预估的球车总重量，用下式估算电动机的最大功率。 Pe=1hT（Gf3600uamax+CDA76140uamax3） （1-1） （2）电动机电压的确定：根据P=UI可知在功率一定时电压和电流成反比，电压太低会导致电流过大，电流过大会使导线的截面积过大。电压的大小还会影响蓄电池的选择。 （3）电动机类型的确定：电动机类型会影响整车的驱动桥设计、传动效率和控制系统的复杂程度等。 （4）电动机外形尺寸及质量的确定：电动机外形尺寸会影响整车的高度、最小离地间隙以及轮胎的车轮的尺寸（对于轮毂电动机）等。车身形式的设计：球车的乘坐区和行李区是影响车身设计主要的因素。轮胎及车轮的选择：轮胎及车轮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球车承载能力都有影响。因此，选择轮胎是很重要的工作。轮胎及车轮的确定主要包括轮胎尺寸及质量。汽车的总体布置：在初步确定整车的载质量、驱动形式、车身型式、发动机形式等以后，要绘制总布置草图，并校核初步选定的各部件结构和尺寸是否符合整车尺寸和参数的要求。主要包括车架上平面线、前轮中心线、汽车中心线、地面线、前轮垂直线、转向盘的位置、转向器的位置、悬架的布置、制动系的布置、踏板布置、行李箱及蓄电池的布置、车身内部布置等。2.确定蓄电池、减振系统、转向及制动系。（1）蓄电池的确定：蓄电池的确定主要包括蓄电池电压、容量、数量、外形尺寸、质量及充电系统。（2）减振系统的确定：减振系统的确定主要包括悬架类型、质量及悬挂尺寸。（3）转向及制动系的确定：转向系的确定主要包括转向器类型、尺寸、质量、转向节数量、转向杆和转向盘的尺寸及质量。制动系的确定主要包括制动器类型、制动方式、制动器尺寸及质量。3.设计车架、车身：车架的设计主要包括车架材料的选择、车架材料规格的选择、车架尺寸的计算及校核。车身的设计主要包括车身材料、造型、色彩搭配及固定形式和固定位置。4.对球车的动力性、经济性及续驶里程进行估算：球车的动力性主要包括最高车速、最大爬坡度及加速时间的计算。续驶里程主要包括满载和空载两种工况下计算得出的里程。5.CATIA的建模：根据计算尺寸建立三维模型利用装配模块进行装配等到球车的三维模型并利用CATIA分析模块对车架进行有限元分析。三、设计思路及预期效果1.设计思路 搜集并整理国内外电动高尔夫球车资料，对已有车型经行对比分析。通过中国知网搜集整车设计相关文献，学习其设计流程。2.实施