电动汽车设计说明1

设计说明书设计说明书 电动汽车总体设计电动汽车总体设计 作品编号 作品编号 JL731960JL731960 姓名 张鹏姓名 张鹏 刘博文刘博文 卢文琪卢文琪 谭鹏龙谭鹏龙 魏烁魏烁 指导教师 修文翠指导教师 修文翠 所在学校 吉林农业科技学院所在学校 吉林农业科技学院 20122012 年年 7 7 月月 1 1 日日 电动汽车设计说明书 1 前言前言 1 电动汽车环保节能 是个好的交通工具 若夜间充电既能减少深夜电力资源浪费 又能 缓解我国燃油消耗压力 同时节省更多的燃油用到生产运输上去缓解市场物价上涨 2 除有私家车的人外 步行坐公交车和自行车 这些种出行方式 都适应不了现在生活的 快节奏 电动汽车具有自己的独特优势 与燃油车相比较 没多少环境污染 便捷 环保 电池可回收 几乎是 1 块钱的电费就可以跑 40 公里 其具有很好的发展潜力和市场前 景 3 电动汽车优质优价 节能环保 安全可靠 费用低廉 舒适灵活等许多优点 可在快捷 中享受快乐 是城乡人们出行 健身 上下班 上学经济型的交通工具 4 电动汽车其主要动力来源于人力 四人可以同时进行人力驱动 具有一定的环保型 安 全性 娱乐性 5 电动车后部有一个精密的变速箱 可以变换 4 个档位 一个倒车档 主驾驶室有控制系 统 电力操作面板 方向盘 6 齿轮由高速钢铸造而成 具有耐磨性 车身由高强度合金板材焊接而成 具有质量轻 强度大 易加工等特点 车身前端有远近照明灯 采用 12V 电压工作系统 车身上端有遮 阴蓬 四周为通风式设计 每个装卸零件采用国家标准零件 易于购买 7 该车适合于游乐场 市区居民 人力车市场 家庭远行郊游者共买 电动汽车设计说明书 2 目录目录 电动电动汽车汽车基本参数基本参数 3 电动电动汽车汽车设计过程设计过程 11 异步电机的选择 11 变速器选择 13 计算性能 14 蓄电池及功率转化器选择 17 电动汽车设计说明书 3 1 汽车基本情况 汽车基本情况 技术特性技术特性 电机及控制器电机及控制器 车型 项目 参数值 电机型号XYQ 7 5 3BH 电机型式三相异步交流 额定功率7 5kw 额定转速3440r min 额定转矩26N M 功率因数0 8 电 机 最高空载转速5860r min 控制器型号LF60 控制器型式三相交流 DSP 控制器容量15kV A 控 制 器 防护等级IP54 电动汽车设计说明书 4 整车参数整车参数 车型 项目 电动汽车 总长 mm 2400 总宽 mm 1300 总高 mm 2000 轴距 mm 2200 最高车速 km h 65 最大爬坡度 30 最小离地间隙 mm 150 最小转弯直径 m 10 整车质量参数 车型 项目 电动汽车 整备质量 kg 200 满载质量 kg 500 行驶系行驶系 车型 项目 电动汽车 前悬架型式 后悬架型式 轮胎规格 轮胎气压 kPa 200 轮辋13 5JB 动力电池及充电机动力电池及充电机 车型 项目 电动汽车 电池类型铅酸阀控式 单体电池电压 V 12 单体电池容量 Ah 150Ah 10 小时率 电池总电压 V 72 电池总容量 Ah 150 电 池 电池总重量 kg 电动汽车 输入电压 V AC 220 50Hz 输入电流 A 10 充 电 机输出电压 V 72 电动汽车设计说明书 5 输出电流 A 25 其它其它 车型 项目 电动汽车 转向器型式齿轮齿条式 方向盘位置左置 行车制动器型式双回路液压制动系统 驻车制动器型式机械钢索式 作用于后轮 辅助制动型式电动真空泵 额定载客数4 人 含驾驶员 续驶里程 km 200 2 整车基本结构 整车基本结构 电动汽车主要由驱动控制系统 电池系统 底盘 车身及电气系统组成 整车采用动 力装置后置后轮驱动 具有合理的轴荷分配和良好的操纵稳定性 驱动控制系统是电动汽车的心脏 其任务是在驾驶员控制下 高效地将蓄电池的能量 转化为车轮的动能 或者脚踏板驱动汽车前进 驱动控制系统主要由电机 踏板和电机控 制器组成 电机与电池之间的能量流动通过控制器调节 电机与车轮通过机械传动装置连 在一起 电动汽车车采用交流电机作为驱动电机 电池系统作为整车的动力源 主要功能是为驱动控制系统提供电能 并用周期性的充 电来补充电能 动力电池组作为电动汽车的关键装备 它的质量和体积以及储存的能量对 电动汽车的性能起决定性的作用 电动公交客车采用锂离子电池作为整车的动力源 底盘包括传动行驶系 转向系 制动系 悬架和前桥等 其中行驶系又主要由变速器 传动轴和车轮等组成 底盘的主要功能是支撑整车的质量 将电机发出的动力传给驱动车 轮 同时还要传递和承受路面作用于车轮的各种力和力矩 并缓和冲击 吸收振动以保证 汽车的舒适性 能够比较轻便和灵活地完成整车的转向和制动等操作 电动汽车设计说明书 6 1 脚踏板 2 电机 3 转向 4 档位 5 变速箱 后桥 6 车架 7 轮胎 8 链条 9 主轴 10 变速杆 11 离合 电动汽车设计说明书 7 运动过程运动过程 主要由 1 踏板和 2 电机同时带动 9 主轴转动通过 8 链条带动 5 变速箱最后通过变速箱 使 7 轮子转动 车身骨架总成由前围 后围 及顶盖等部件组成 车身骨架采用异型钢材 矩形钢管 及薄板冲压件组焊而成 所构成的三维框架结构 经有限元计算有足够的刚度和强度 并 进行了轻量化改进 结构较为合理 电气系统包括低压电气系统和高压电气系统两部分 动力电池组输出的高压直流电通 过电机控制器驱动电机运转 同时还向空调系统的压缩机 转向系统的驱动电机 制动系 统的驱动电机提供电能 这构成了整车的高压电气系统 动力电池组通过 DC DC 变换器将 高压直流电转换为 24 V 低压直流电 为仪表 照明 控制系统和车身附件提供电能 并给 辅助蓄电池充电 这构成了整车的低压电气系统 变速箱变速箱 电动汽车设计说明书 8 此变速箱一共有 8 个轴 1 轴与前面的链条连接 2 轴为离合的轴 通过整体的左移动实现下图中蓝齿轮与红齿轮分离以致实现离合 的要求 3 轴为固定的轴 4 轴和 5 轴为换齿轴通过他们的左右移动 实现变换档位 6 轴为间接轴只与 5 轴小齿连接实现 8 轴后转 倒档 7 轴为主要轴 所有的换挡齿都在 7 轴上 8 轴就是车轴与后轮直接 相连 此变速箱全是直齿轮 白 1 齿和白 2 齿在 5 轴上通过轴的整体左移动实现白 1 齿与绿 1 齿咬合 整体的右移动实现白 2 吃与黄 2 吃咬合 6 轴与 7 轴总是咬合 电动汽车设计说明书 9 红颜色的 1 和 2 是 4 轴上的 2 个齿通过 4 轴的整体左移动实现2和2的咬合 整体的右移动实现1和1的咬合 设计内容设计内容 主要进行汽车总体设计 汽车总体设计的内容包括 1 查阅资料 调查研究 制定设计原则 2 选择整车和各总成的结构型式及主要技术特性参数和性能参数 形成一个完整的 整车概念 选型过程中要进行必要的计算 并绘制总布置草图 以检验所选择的总成能否 满足选型时确定的整车性能和尺寸要求 3 汽车主要技术参数的确定 1 汽车质量参数的确定 汽车装载质量 整车整备质量 汽车总质量 汽车轴数 和驱动型式 汽车的轴荷分配 2 汽车主要尺寸参数的确定 汽车轴距 汽车的前后轮距 汽车的前悬和后悬 汽车的外廓尺寸 3 汽车主要性能参数的确定 汽车动力性能参数 汽车最高车速 vamax 加速时 间 最大爬坡度 imax 直接档最大动力因数 D0max 档最大动力因数 D max 燃料经 济性参数 通过性参数 制动性参数 操纵稳定性参数 行使平顺性参数 3 绘制总布置图 电动汽车设计说明书 10 1 明确绘制总布置图的基准 2 标注主要结构尺寸和装配尺寸 设计要求设计要求 1 绘制汽车的总布置图 2 编写设计说明书 设计说明书应包括以下内容 1 汽车形式的选择 2 汽车各总成的选择 3 汽车主要技术参数的确定 4 汽车主要性能的计算 包括 汽车动力性 经济性 操纵稳定性等 5 参考文献 汽车主要参数 驱动形式 电动机后驱 整备质量 200 千克 满载等量 500 千克 外型尺寸 总长 2400mm 总宽 1200mm 总高 2000mm 轴距 2000mm 轮距 前轮 沿地面 2300mm 后轮 2300mm 最小转弯直径 前外轮轮轨迹 22 8mm 汽车通过角度 接近角 7 度 离去角 7 度 最大制动距离 车速为 30km 小时 8 2m 变速器 四档变速 传动轴 普通传动轴 悬架 前悬架型式 两个整体弹性空气悬挂 双向作用液压筒式减振器和横向稳定装置及限位块 等 所组成 后悬架型式 四个整体弹性空气悬挂 双向作用液压筒式减振器和横向稳定装置及限位块 等所组成 减震器型式 在座椅下方 轮胎 数量 4 个 不设备胎 型号未定 轮辋规格 未定 电动汽车设计说明书 11 轮胎 未定 充气压力 未定 车身结构 车身由底架和车身骨架组成 而车身骨架又由前围 后围 顶架组成 车身采 用凯斯鲍尔成熟的全承载式桁架结构 具有足够的刚度和强度 并进行了轻量 化改进 结构较为合理 前轮定位 车轮外倾角 主销后倾度 主销内倾角 1 3 5 8 5 前轮前束 0 2mm 转向机构 齿轮齿条传动 设计过程设计过程 一异步电机选择一异步电机选择 匹配内容 异步电机的额定功率 峰值功率 最大转矩 基速 峰值转速 额定电压 额定电流和功率因数 根据上述技术参数表 可以初步计算出城市电动客车的行驶阻力 公式如下 fijw FFFFF 式中 滚动阻力 f F 空气阻力 w F 滚动阻力 i F 加速度阻力 j F 1 滚动阻力 f FfGcos 式中 滚阻系数 取 f0 012 最大允许车重G167526 6N 坡度角 坡度取为 0 时 f FfGcos2007 1N 电动汽车设计说明书 12 取最大坡度为 0 2 时 fmax FfGcos167526 60 981966 94N 2 坡度阻力 f FGsin 最大坡度 0 2 时 fmax FGsin167526 60 233505 32N 3 空气阻力 2 dmax f C AV F 21 15 式中 空气阻力系数 取为 d C0 7 迎风面积 取为 为前轮距 车高A 1 AB H6 7 1 BH 最高车速取为 max V80km h 2 dmax f C AV F1419 2N 21 15 4 加速度阻力 dt mdV Fj 汽车驱动力 r iTi F tog t 式中 驱动电动机转矩T 变速箱传动比 g i 主减速器传动比 o i 传动效率 t 驱动轮半径 取为 0 5mr 根据驱动力和行驶阻力平衡运动风度 电动汽车设计说明书 13 dt mdVAVC GfG r iTi d tog 15 21 sincos 2 当汽车以最高速度 80km h 行驶时 只有空气阻力和滚动阻力 汽车驱动力N AVC fGFFF d wf 3 3426 2 1419 1 2007 15 21 cos 2 t 则此时的驱动功率 这是电机额定输出功率的下限值KW VF P T t 6 84 3600 max 考虑到驱动空调 助力附件和一些杂散能耗 电动机的额定功率取 100KW 才能有效 保证汽车的动力性要求 电机的最高转速定为 5000r min 较合适 因为高于 6000r min 的 电机为高速电机 对轴承和其他部件的要求都较高 增加了电机制造成本 对于最高车速 为 80km h 的客车并不适用 电机基速可以选用 1800 r min 它具有较理想的转矩特性和较 高的效率 电机额定转矩 N n P T e 5 530 9549 e e 受电机自身特性的限制 转矩过载系数越大 电机设计的难度越大 故取转矩过载系数为 8 1 则电机峰值转矩 NTT 9 954 emax 通常情况下 满足加速性能要求的电机峰值功率的一半均大于电机额定输出功率的下限值 故取电机峰值功率 则电机峰值转速KWP170 e mr T Pp e 1700 9549 n max 二变速器的选择 二变速器的选择 电动汽车中电机转矩特性曲线比发动机转矩特性曲线更理想 传动系设计可以采用四 个档变速器 高档用于正常行车 低档用于起步和爬陡坡 从而简化传动系结构和降低整 车制造成本 根据汽车传动系设计要求 传动系最高档总减速比应小于 max min2 max 0 37711 78 o g nr ii i V 电动汽车设计说明书 14 可以选取 2 6 1 og ii 传动系最低档传动比应大于 57 3 43 21 15 21 sincos 1 2 max max g d t i AVC GfG T r i 故可以取96 3 1 g i 表一表一 传动系传动比传动系传动比 三计算性能 三计算性能 1动力性能 动力性能 假设电机驱动系统具有理 想的峰值工作特性 则对应的 电动汽车整车驱动力一车速曲 线如图所示 加速时间 加速时间 图中 Vb为与电机基速 额 定转速 对应的车速 Vmax为 与电机最高工作转速 对应的车 速 Va为电动汽车起步加速达到的某一车速 Pp为电机峰值输出功率 KW 则电机起步加速到Va的加速时间 dV AVCGf m Va D 0 2 t 15 21 F6 3 1 t 式中驱动力 t F b b b VV V VV V 3600P 3600P tp tp hkm ii rn V go e 28 14 377 0 1 b 电动汽车设计说明书 15 sttt sdV AVCGf m t VV sdV AVCGf m t VV D b D b 309 15 069 15 15 21 F6 3 1 24 0 15 21 F6 3 1 21 50 28 14 2 t 2 28 14 0 2 t 1 故满足从0 50km h加速要20 7s的时间 当汽车以10km h的速度在坡度20 上匀速行驶 所需的功率 KW AVCGVfG P d t 73 98 761403600 sin 3600 cos1 3 maxmax 即小于电机额定功率 更远小于电机峰值功率 故电机选择满足要求 最大爬坡度验证 最大爬坡度验证 设汽车以10km h爬坡 则最大爬坡度 20 42 22 100 1 15 21 arcsintan 2 2 factg fmg AVCF i Dt 故也满足要求 最高车速验证 最高车速验证 最高车速时对应的转速 max 02 2546 42 0 377 g Vi i nr m r 此时电机提供的转矩 9549 375 e P TN m n 传递到车轮的驱动力 2 02 40503426 3 21 15 gt d tfW Ti i C AV FNFFFfGN r 故远远满足最高速度为80km h的要求 操纵稳定性分析计算 操纵稳定性分析计算 1纵向行驶稳定性及保证汽车上坡时不致纵向翻车 其条件为 纵向行驶稳定性及保证汽车上坡时不致纵向翻车 其条件为 式中 汽车质心高 汽车质心至后轴距离 道路附着系数取0 7 g b h g hb 电动汽车设计说明书 16 表二表二 纵向行驶稳定性计算结果纵向行驶稳定性计算结果 参数空载满载 汽车质心至后轴距离b mm19402129 汽车质心高hg mm820570 b hg2 373 74 计算结果表明 该车在上坡时不致纵向翻车 纵向行驶稳定 2横向行驶稳定性横向行驶稳定性 1 静态侧翻角静态侧翻角计算 计算 式中 B 汽车前轮距 2096mmtan 2 g B h 静态侧翻角 客车通用技术条件 中规定应不小于 计算结果见表三35 表三表三 静态侧翻角计算结果静态侧翻角计算结果 参数空载满载 汽车前轮距B mm20962046 汽车质心高hg mm820570 B hg1 2781 84 静态侧翻角 5235 61 535 2 动态侧翻角计算如下动态侧翻角计算如下 汽车在横向坡道上行驶时 应保证侧滑发生在侧翻之前 条件是 计算结果见表四0 7 2 g B h 表三表三 动态侧翻角计算结果动态侧翻角计算结果 参数空载满载 汽车前轮距B mm20962046 汽车质心高hg mm820570 B hg1 2781 84 故该车在有坡度的良好沥青路面上行驶仍能保证侧滑发生在侧翻之前 所以是稳定的 3 通过性计算通过性计算 电动汽车设计说明书 17 汽车克服台阶 沟道等障碍物时车速较低 可以用解静力学方程求解汽车可以通过的台 阶高度和沟宽 故可用以下公式计算 车轮直D 径 1000m 汽车轴距 5800mmL 汽车至前轴距离 3860mma 台阶高度 w h 沟宽 d l 计算结果 表五表五 通过性计算结果通过性计算结果 上台阶能力 台阶高 过沟能力 沟宽 参数 hw Dhw mmLd DLd mm 前轮0 21342130 819819 后轮0 09900 572572 在采用静力学平衡方程求解通过性时没有考虑车速引起的惯性力的影响 因此后轮越过的 台阶高度较小 但是实际运行时 由于汽车具有一定的加速度 汽车可以越过的台阶和沟 宽要比计算值大 四蓄电池及功率转化器的选择 四蓄电池及功率转化器的选择 1蓄电池选择 蓄电池选择 根据电动汽车的续驶里程要求确定蓄电池的总容量 电池电压应根据市场上技术成熟 电机的额定电压及动力电池的单块电压确定 根据电机峰值功率确定蓄电池功率 电动客 车的一次充电应能够在城市循环工况下行驶200km 根据设计目标 按照城市客车四工况 2 1 2 2 2 2 11 1 2 1 1 2 11 1 2 1 2 w w dww h D a L a LDL h D lhh DDD 电动汽车设计说明书 18 循环来估算所需的蓄电池总容量 右图是GB12545 2 2001中规定的城市客车能耗试验四工况循环图 横坐标表示行程和 时间 纵坐标表示车速 整个工况循环行驶里程为 700m 计算电池能量消耗时可以近似看作四 段 并且第四段为滑行 没有能耗 所以我们只需计算两个加速段和一个匀速段 第一段 0 25km h 用时 37 6s 平均加速度为 a V 3 6t 25 3 6 37 6 0 1846 m 2 s 平均驱动力 ma 54 45 2007 1 3150 5682 5212 12N t F f F W F 平均功率P V 3 6 18097 6w t F 平均电池能耗 1 12 37 6 237 72 3600 0 9 0 93 0 95 t t P EVAh 其中 分别为传动系 电动机和功率转化器的效率 12t 第二段 匀速阶段 车速 25Km h 用时 17 2S 驱动力为 2007 1 138 6 2145 7N t F f F W F 平均功率P V 3 6 14900 65w t F 平均电池能耗 2 12 89 53 t t P EVAh 第三段 25 40Km h 用时 17 7S