纯电动迷你巴士总体设计毕业论文.doc

河南科技大学毕业设计（论文）纯电动迷你巴士总体设计毕业论文目 录第一章 绪论81.1 选题的意义81.2 电动车的历史91.3 电动车的现状以及技术水平111.4 电动车目前所面临的主要问题121.4.1 续驶里程有限121.4.2 蓄电池使用寿命问题121.4.3 蓄电池尺寸和质量的制约121.4.4 电动汽车价格昂贵131.4.5 间接污染严重131.5 电动车的未来发展方向13第二章 本次设计题目的要求及设计参数选择与分析152.1 设计目标及主要参数152.1.1设计目标152.1.2主要技术参数152.2整车尺寸参数15第三章 客车总体设计173.2 客车总体设计的基本要求173.3客车总体设计的一般顺序173.4客车型式的选择193.5轴数的选择193.6驱动形式的选择20第四章 电动汽车各总成参数的确定214.1 电动车电机的选择214.2 电动车电池的选择224.3 电动车前后悬架的选择234.4 电动车车桥车架以及车轮的选择244.5转向系274.6 电动车传动系的布置形式和驱动桥的选择284.6.1 传动系的布置形式284.6.2驱动桥的选择29第五章 动力性与经济性计算305.1动力性计算305.2 经济性计算33第六章 轴荷分配及质心位置计算346.1 水平静止时的的轴荷分配及质心位置的计算346.2制动时各轴的最大负荷计算38第七章 客车主要性能的计算397.1 客车的最小转弯半径397.2 客车制动性的分析397.3客车操纵稳定性的分析407.4 客车通过性的分析40总结41参考文献42致谢43第一章 绪论 1.1 选题的意义曾经有人说过决定21世纪发展的是能源,上世纪70年代全球三次石油危机爆发后，各跨国汽车公司先后开始研发各种类型的电动汽车。我国经过“八五”、“九五”、“十五”三个五年计划，在研发电动汽车的专项上投入了大量的人力、物力和财力，并取得了一系列科研成果，但是,迄今为止，这些科研成果真正能转化为产品，并实现产业化生产的项目并不多。国外大汽车公司投入远比我国更多的资金和人力，已投入批量生产的电动汽车产品也寥寥无几。随着全球能源危机的不断加深，石油资源的日趋枯竭以及大气污染、全球气温上升的危害加剧，各国政府及汽车企业普遍认识到节能和减排是未来汽车技术发展的主攻方向，发展电动汽车将是解决这二个技术难点的最佳途径。从汽车工业的发展来看，电动汽车的迅速发展是不可逆的趋势。因此，我国作为世界汽车生产大国应该抓住这一机遇，加快电动汽车这一块的发展。就在前不久目前,我们的城市武汉刚获批了国家综合配套实验区的头衔.其中最大的意义就是要合理利用资源.尤其在环保方面.可以看出,环保现在是世界上最热门的话题.在汽车方面,发展电动汽车刻不容缓.在电动汽车的商业化运作上，无论从产品技术还是从市场开发方面。都还面临许多亟待解决的问题，这就需要政府的大力支持。比如，加快制定相关技术标准，出台对节能、 环保汽车的税费减免和补贴措施，在基础设施建设上提供便利条件等电动汽车技术及产业的广泛关联性决定了电动汽车的开发是一个跨行业、跨部门、跨地区的产学研大联合、技术大突破和产业大创新的系统工程。在世界电动汽车发展的关键时期，必须通过政府组织，充分发挥企业的主动作用，通过产、学、研大联合，实施政府组织的国家汽车创新工程，实现新一代汽车和技术的新突破。1.2 电动车的历史电动车的发展史比燃油汽车更长，世界上第一辆机动车就是电动车。后来，由于燃油汽车技术的迅速发展，而电动车在能源技术和行驶里程的研制上长期未能取得突破，从20世纪20年代初至60年代末，电动车的发展进入了一个沉寂期。进入70年代以来，由于中东石油危机的爆发以及人类对自然环境的日益关注，电动车才再度成为技术发展的热点。 近几十年来，主要工业化国家为电动车的开发投入了大量的人力和财力，电动车的各项相关技术也取得了重大的进展。尽管电动车在能源和行驶里程的研制方面，至今尚未取得突破性的进展，但是电动车的美好前景仍然激励着人们锲而不舍地开发新型电动车，改善其性能。 处于世纪之交的今天，能源和环境对人类的压力越来越大，要求尽快改善人类生存环境的呼声越来越高。为了适应这个发展趋势，世界各国的政府、学术界、工业界正在加大对电动车开发的投资力度，加快电动车的商品化步伐。虽然目前电动车在能源和行驶里程方面还未 能尽如人意，但已足以满足人们的基本需要。从技术发展的角度来看，在走过了漫长而艰难的发展历程之后，电动车正面临着重大的技术突破，有望成为21世纪的重要交通工具。 自从汽车诞生的那一天起，环境问题就一直伴随其左右，世界人口和汽车的增长趋势如下图所示。今后50年，世界人口将由60亿增加到100亿，汽夺数量将由7千万增加到2亿5千万。如果这些车辆都采用内燃机，那么所需的燃油从何来?而其排出的废气又如何处置，那样我们的天空将永远是灰色的而不是蓝色的。因此我们必须开发出清洁、高效、智能的交通车辆，才能使2l世纪的交通可持续发展。 从当今世界的能源与环保的现状来看，解决这个问题的最好的方法就是大力发展电动车。因为从环保的角度来看，电动汽车是零排放的交通工具，即使计入发电厂增加的排气，总量上看，它也将使空气污染大大减少。从能源的角度来看，电动汽车将使能源的利用多元化(例如可使用各种再生能源)和高效化，达到能源的可靠、均衡和无污染地利用的目的。在改善交通安全和道路使用方面，电动汽车更容易实现智能化。电动汽车的发展将使集中考虑能源、环保利交通成为可能，而且，它对于促进高科技的发展、新兴工业的兴起以及经济的发展都将产生深远的影响。 电动车并不是一个新兴的科技产品，它其实比内燃机汽车的历史都要久远。早在1834年，Thomas davenport制造了一辆电动三轮车，它由组不可充电的干电池驱动但只能行驶一小段距离。四年后Robert davidson也制造厂一辆用干电池驱动的电动汽车。1881年在法国巴黎街上出现了第一辆以可充电池为动力的电动汽车它是法国工程师GustaveTrouve装配的以铅酸电池为动力的三轮车。1886年，Frank Sprague设计生产了有轨电车。从此，电动汽车变得流行起来，并在车辆运输中起着很重要的作用。在当时的美国每年销售的4200辆汽车中有38是电动汽车，22是燃油汽车，40是蒸汽机汽车。那时，电动汽车是金融巨头的代步工具及财富的象征。一辆电动汽车的价格相当于今天的一辆劳斯莱斯。 图1-1 Morrs和Salom电动客车和货车公司生产的电动汽车进入无马车时代以后，电功汽车就进人了个商业化的发展阶段，此时的电动汽车有辐条车轮、充气轮胎、舒适的弹簧椅和豪华的车内装饰。到1912年美国有34000辆电动汽车注册。1899到1916年期间Baker电气公司一直是美国最重要的电动汽车制造厂之一。在1901到1920年，英国伦敦电动汽车公司生产了后轮轮毅电动机式、后轮驱动、斜轮转向和允气轮胎的电动汽车1907到1938年期间，底特律电气公司生产的电动汽车不仅具有无噪声、清洁可靠的优点，而且最高时速达到40Km/h，续驶里程为129Km。1.3 电动车的现状以及技术水平 今天，汽车制造商在不断推动电动汽车技术的发展并开始始将电动汽车商业化，在世界范围内，尤其在美国、日本和欧洲，许多汽车生产商开始生产电动汽车或者涉及电动汽车领域。美国的通用、福特、克莱斯勒、美国电动汽车公司以及Solectria为了响应加州的法规，在电动汽车的发展中起着很重要的作用。在日本几乎所有的汽车生产商，如丰田、尼桑、本田、马自达、大发、三菱、铃木、五十铃汽车公司等都制定了自己的商业化电动汽车的发展计划。欧洲的许多国家，尤其是法国、德国、意大利和英国都发起了进入电动汽车市场的电动汽车发展计划，其中较活跃的汽车公司有雪铁龙、雷诺、宝马、奔驰、奥迪、沃尔沃、大众、欧宝、菲亚特等。除了汽车生产商以外，还有一些电力公司和电池生产商在电动汽车的示范中也起着积极的作用，其目的都是为了促进以充电电池为动力的电动汽车的商业化，最终获得商业利益。通常他们和汽车生产商合作来发展电动汽车，或者选购电动汽车用于电他评估和演示，电动汽车具有能源利用效率高、能源多样性和环保的特点，为了对电动汽车的使用做出相应的反应，能源和环保机构也积极参与促进电动汽车技术的发展及其商业化的活动中。另外、一些研究所和大学不断研究电动汽车新技术，以使电动汽车能与燃油汽车相竞争。 电动车分为三大类型纯电动汽车，混合动力电动汽车和燃料电池汽车。20世纪70年代，汽车保有量呈几何级数增长，造成了严重的环境污染。随着光化学污染等环境污染的发生，西方发达国家政府开始注重环境保世纪 年护，一些著名的汽车公司转向研究和开发电动汽车。从20世纪70年代代起，世界发达国家均投入巨资进行电动汽车的商业化开发和应用。到 20世纪90 年代，欧美发达国家纷纷制定了汽车尾气排放标准并严格执行。 与世界其他国家一样电动汽车研发工作在我国也正在如火如荼的进行着“十五”期间，国家从维护我国能源安全、改善大气环境、提高汽车工业竞争力、实现我国汽车工业的跨越式发展的战略高度考虑设立“电动汽车重大科技专项”，通过组织企业、高等院校和科研机构，集中国家、地方、企业、高校、科研院所等方面的力量进行联合攻关：为此，从2001年10月起，国家共计拨款88亿元作为这一重大科技专项的经费。 1.4 电动车目前所面临的主要问题1.4.1 续驶里程有限 目前市场上使用的电动汽车一次充电后的续驶里程一般为100-300 km，并且这个数字通常还需要保持适当的行驶速度及具有良好的电池调节系统才能得到保证，而绝大多数电动汽车在一般行驶环境下的续驶里程只有50100 km。比起传统燃油汽车而言电动汽车的较短续驶里程成为其致命的弱点.1.4.2 蓄电池使用寿命问题 普通蓄电池充放电次数仅为300400次，即使性能良好的蓄电池充放电次数也不过700900次，按每年充放电200次计算，一个蓄电池的寿命最多为4年，与燃油汽车的寿命相比太短。另外，不同类型的电池在性能方面都有各自的优势和不足，例如，铅酸电池成本低，原材料丰富且易于回收，但续驶里程短、加速动力差且寿命短。镍镉电池加速动力足、寿命较长但其成本高、可回收性差。钠硫电池的比能量较高，能够提供较长的续驶里程。但它要求的工作环境较苛刻且其沽性物质具有强腐化性并易爆炸。就整体来看成熟电池的寿命都相对较短。1.4.3 蓄电池尺寸和质量的制约 现有电动汽车所使用的电池都不能在储存足够能量的前提下保持合理的尺寸和质量。如果电动汽车自身装备质量大就会影响加速性能和最大车速的提高。例如，现有电动汽车电池的外体积一般要达到550 L当把这么大体积的电池用于家庭轿车上时，就必然要挤占轿车的行李厢空间。1.4.4 电动汽车价格昂贵 主要是电池技术复杂，成本太高，另外也由于采用一系列新材料、新技术，致使电动汽车的造价居高不下。电动汽车蓄电池的价格约为100美元kWh，甚至有的高达350美元kWh，成本太高，用户难以承受。1.4.5 间接污染严重电动汽车本身虽无排放污染，但其间接污染也是不容忽视的。如铅酸电池中的铅，从开采、冶炼到生产的排污，都会对环境造成污染。再如所用电能，相当大一部分来自火力发电，煤炭燃料也会造成大气污染。1.5 电动车的未来发展方向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厂。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、易于操纵、维修及运行成本低等优点，在环保和节能上具有不可比拟的优势，它是解决人类巨大能源和环境压力的最有效途径。上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二次电池（如铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池或锂离子电池）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，北京公交线上推出的两辆以铅酸蓄电池和锂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，但其缺点也十分突出，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，同时又能实现规模生产，因此，具有非常好的发展前景。近年来，世界各大汽车公司纷纷推出这种车型日本已经走在了世界前列，如丰田汽车公司推出的PRIUS汽车，本田推出的 INSIGHT汽车均早已上市。PRIUS汽车尾气排放水平仅相当于日本现行法规的1/10，耗油量和二氧化碳排放量相当于普通汽车的1/2，最高时速达 140公里。我国的混合动力汽车研究也进入了实质性阶段。1999年，清华与厦门金龙展出了联合研制的混合力客车，今年4月，一汽展出了刚生产的混合动力红旗轿车。专家指出，燃料电池汽车是未来汽车的发展方向。日本媒体认为燃料电池技术，将成为21世纪汽车工业的核心技术，谁掌握了这种技术开发主导权，谁将成为汽车业的领袖。燃料电池，这是一种能与燃油发动机相比的电池，可以使用包括再生燃料在内的所有含氢元素的燃料。燃料电池车的工作原理是，作为燃料的氢在汽车搭载的燃料电池中，与大气中的氧发生化学反应，从而产生电能启动电动机进而驱动汽车。由于大量的纯氢难以贮存在汽车上，而且加氢站也没有那么多，因此，汽车制造商们正试图使用汽油或甲醇，不过要在汽车上安装燃料重整装置，从这些物质里提出氢。但是这将会产生极少的二氧化碳和氮氧化物，总的来说，这类化学反应除了电能，就只产生水，因此，燃料电池车被称为“地道的环保车”。曾研发出“氢动一号”（液氢燃料电池概念车）的美国通用汽车公司，最近推出了汽油燃料重整技术燃料电池，新研制的CENIII型车载燃料重整器比起前期产品体积、重量大大减少，预计其能量利用，污染物排放几乎为率可达.40%，而且可以充分利用现有的加油站等设施，它为燃料电池车批量生产奠定了基础。我国第一辆具有自主知识产权的燃料电动公共汽车也已在东风汽车工程研究院问世，它的研制成功，缩短了中国汽车工业在这一领域与国外同行的差距。据有关专家分析，我国的汽车工业几乎没有结构调整的沉重包袱，完全可以充分利用后发优势，以电动车为新契机，集中力量解决以电池为中心的关键技术问题，在21世纪凭借国内仍较低的劳动力成本，在国际汽车市场上以电动汽车与工业发达国家展开竞争。 在上世纪我国已经错失了汽车工业的黄金发展期。在即将到来的新能源汽车，不管是电动还是其他能动的汽车上这一块，我们都应该加倍努力的去把握住。在今天我也将要毕业，希望能用自己的微薄力量，帮住我国占领新能源汽车业的高地。第二章 本次设计题目的要求及设计参数选择与分析2.1 设计目标及主要参数2.1.1设计目标驱动方式，最大限度提供乘员空间，力求达到20人的承载能力。采用短小车身设计，为方便车辆在社区内狭窄道路上行驶。车辆设计续驶里程80公里左右，一般单程23公里左右，车辆往返20次左右，能满足车辆一天的行驶要求，能够实现晚上充电、白天运行的运行模式。 2.1.2主要技术参数整车基本参数为：电机功率30KW，额定转矩233Nm，峰值扭矩466Nm，最高满载车速为70Km/h，续驶里程为80Km，最小转弯半径小于等于7.5米，最大爬坡度12%，整车整备质量3600kg，满载质量5000kg。表21整车技术参数数值备注满载总质量（kg）5000整车尺寸5460*2180*2650迎风面积4.97B*H（2.18*2.28）滚动阻力系数f0.015公路良好路面空气阻力系数0.55机械传动效率0.87车轮滚动半径0.3752.2整车尺寸参数轴距（前、后桥） 3600mm外形尺寸 546021802650mm车轮滚动半径 375mm前、后悬 870/990mm要求正确选择整车型式及主要技术参数、各总成结构型式及参数，并进行合理布置。第三章 客车总体设计3.1 客车总体设计的特点客车主要在宽度有限的道路上行驶，同时与汽车比较，还有人、自行车、摩托车等弱势群体也在使用同一道路，因此存在交通隐患。为了在有限的道路上容纳更多的车辆运行，减少交通事故以及从客车造型和减轻质量等方面考虑，对客车的外形尺寸需要予以限制。3.2 客车总体设计的基本要求(1)客车的各项性能、成本等，要求达到企业在商品计划中所确定的指标。(2)严格遵守和贯彻有关法规、标准中的规定，注意不要侵犯专利。(3)尽量大可能地去贯彻三化，即标准化、通用化和系列化。 (4)进行有关运动学方面的校核，保证客车有正确的运动和避免运动干涉。(5)拆装与维修方便。3.3客车总体设计的一般顺序 (1)调查研究与初始决策；其任务是选定设计目标，并制定产品设计工作方针及设计原则，调查研究的内容应包括：老产品在服役中的表现及用户意见；当前本行业与相关行业的技术发展，特别是竞争对手的新产品与新技术；材料、零部件、设备和工具等行业可能提供的条件；本企业在科研、开发及生产方面所取得的新成果等等，它们对新产品设计是很有价值的。(2)总体方案设计；其任务是根据领导决策所选定的目标及对开发目标制定的工作方针、设计原则等主导思想提出移车设想，因此又称为概念设计或构思设计。为此要绘制不同的总体方案图（比例为1 ：10 ）供选择。在总体方案图上进行初步布置和分析，对主要总成只画出大轮廓而突出各方案间的主要差别，使方案对比简明清晰。经过方案论证选出其中最佳者。(3)绘制总布置草图，确定整车主要尺寸、质量参数与性能指标以及各总成的基本型式。在总布置草图上要较准确地画出各总成及部件的外形和尺寸并进行仔细的布置，对轴荷分配和质心高度作计算与调整，训便较准确地确定汽车的轴距、轮距、总长、总宽、总高、离地间隙或车身地板高度等，并使之符合有关标准和法规；进行性能计算及参数匹配。(4)车身造型设计及绘制车身布置图：绘制不同外形、不同方向、不同色彩的车身外形图。制作相应造型的1：10整车模型；从中选优后再制作精确模型。经征求意见、工艺分析评审及风洞试验后作进一步修改，审定后用三坐标测量仪测量车身模型坐标点。(5)编写设计任务书：作为对以后的设计、试验及工艺准备的指导和依据。其内容常包括：任务来源、设计原则和设计依据；产品的用途及使用条件；汽车型号、承载容量、布置型式及主要技术指标和参数，包括空车及满载下的整车尺寸、轴荷及性能参数，有关的可靠性指标及环保指标等；各总成及部件的结构型式和特性参数；标准化、通用化、系列化水平及变型方案；拟采用的新技术、新结构、新装备、新材料和新工艺；维修、保养及其方便性的要求；续驶里程；生产规划、设备条件及预期制造成本和技术经济预恻等。有时也加进与国内外同类型汽车技术性能的分析和对比等。有的还附有汽车总布置方案草图及车身外形方案图。(6)汽车的总布置设计：其主要任务是根据汽车的总体布置及整车性能提出对各总成及部件的布置要求和特性参数等设计要求，协调整车与总成间、相关总成问、总成与有关部件间的布置关系和参数匹配关系，使之组成一个在给定使用条件下的使用性能达到最优并满足设计任务书所要求的整车参数和性能指标的汽车。其具体工作有:l)绘制汽车总布置图：它是在总布置草图和各总成、部件设计的基础上用1 : 1 或1 ： 2 的比例精确地绘出，用于精确控制各部尺寸和位置，为各总成和部件分配准确的布置空间，因此又称为尺寸控制图。要特别注意汽车整体布置的合理性，车厢内部布置应具有视野性好、驾驶操作方便、座位舒适、安全，维修方便等特点。2)根据总布置设计确定的整车参数和性能指标提出对各总成和部件的设汁要求包括结构型式、特性参数、尺寸与质量限制等。提供整车有关数据与计算载荷等。 3)绘制转向车轮跳动等有关部分的运动图；用于校核布置空间以避免发生运动千涉。 4)确定有关总成和部件支承的型式、结构参数与特性等，特别是对发动机前后支承、驾驶室支承和排气管支承的位置和刚度要精心选择。 5)确定各总成的质心位置，核算汽车空载和满载时的轴荷分配及整车质心高度。6)制作模型进行布置空间的校核：通常制作1 : l 的车身内、外模型来检查驾驶操作及上下车的方便性、视野范围、乘坐空间及舒适性等。7)汽车总成、部件及零件的选型与设计：其任务除了要保证总成和整车的性能指标外，还要考虑零部件本身的强度、寿命与可靠性等问题口8)设计图纸的工艺审查及必要的修改。9)绘制汽车总装配图：其目的是进行图面装配校核，仔细检查相连接总成及部件的连接关系、连接部分的尺寸与配合以及拆装的方便性；核算与标注汽车整车和有关总成与部件的安装尺寸链，为汽车总装作技术准备和提供依据。 10)试制、试验、修改与定型。设计完成后投入样品试制时，应考虑有一定数量的零部件和总成投人台架试验，至少有3 一4 辆样车投人整车室内试验与道路试验。注意了解制造和装配中的工艺问题及质量控制情况并及时把关，杜绝不合格的样品装车。要查明整车、总成及零部件的尺寸参数、质量参数、性能参数是否符合设计要求及问题所在，以便修改图纸或采取其他措施予以纠正。应按有关标准、法规进行全面的试验，以检查新产品的各项性能指标。3.4客车型式的选择不同形式的客车，主要体现在轴数、驱动形式以及布置形式上有区别。客车型式一般包括:驱动型式、布置型式、车身型式。客车的型式对客车的使用性能，外形尺寸、重量、轴荷分配和制造成本等方面影响很大。3.5轴数的选择汽车的轴又称为汽车的桥，按轴数汽车分为二轴汽车、三轴汽车和四轴汽车。轿车、轻型及以下的车辆均采用二轴型式；根据汽车的用途、总质量、使用条件、公路车辆法规及轮胎最大标定负荷，中型及以上的汽车多采用三轴，少数采用四轴。我国公路及桥梁限定双轴汽车的前后轴负荷应分别不超过60kN 和130kN ，而三轴汽车的前轴及双后轴负荷应分别不超过80kN 和240kN 。总质量更大的公路用车可采用四轴。矿用自卸汽车为非公路汽车，不受此限制，其单轴负荷有的超过1000kN 。采用增加轴数的方法，可以提高载重量而不增加单轴负荷，同时还不会增加车厢底板的离地高度，提高通用化，系列化水平，便于生产、降低生产成本等。所以汽车厂家多年来一直都采用这种方法变型出更多品种汽车。本车为公交客车，因此采用二轴型式。3.6驱动形式的选择驱动型式常用4 2 , 4 4 , 6 4 , 6 6 , 88 等代号表示。其中第一个数字为汽车的车轮总数，第二个数字为驱动轮数，对于双胎车轮仍按一个车轮计。 汽车厂通常定汽车总质量小于19t 的公路用车，广泛采用4x2 的驱动型式，因为其结构简单、制造成本低；汽车厂定汽车总质量为19 26t ，的公路用车则可采用62 或6 4 的驱动型式；总质量为28 - 32t 的公路用车则采用8 4 的驱动型式口 矿用自卸汽车由于行驶场地较小，要求高机动性，因此，即使是重型矿用自卸汽车也多采用42 的驱动型式且为短轴距，少数采用4 4 和6 4 的驱动型式。对于一般中型客车经常在良好的公路上行驶，与动力性要求相比对通过性的要求较低些，所以对于公交车采用42后轮双胎驱动型式比较好。第四章 电动汽车各总成参数的确定4.1 电动车电机的选择电机功率的选择将对电动汽车的动力性和经济性有着重要的影响。对于纯电动汽车用电机，在选择电机的功率时还要考虑以下几个因素:1、最高车速。电机的功率必须能满足电动汽车最高车速的功率要求，以保证汽车在良好路面和空载情况下，能获得较高的行驶速度。2、加速性能。电机的功率越大，则电动汽车的后备功率就越多，从而其加速性能越好。但过多的后备功率又会增加纯电动汽车不必要的能量消耗。3、由于汽车的行驶工况较为复杂，需要电机具有一定的过载能力，即能承受较大的过载电流，能发出高于额定转矩2倍以上的转矩。异步电机其特点是结构简单、易于冷却、寿命长、坚固耐用、成本低廉、运行可靠，低转矩脉动，低噪声，不需要位置传感器，转速极限高并且异步电机矢量控制调速技术比较成熟，使得异步电机驱动系统具有明显的优势，因此被较早应用于电动汽车的驱动系统，目前仍然是电动汽车驱动系统的主流产品。 要选择合适的电机，首先要知道电动车所需要的功率。电机的功率计算所需的公式如下：.（4-1）：机械效率（整车技术参数为0.87）：汽车总重（N）：良好路面上的汽车的行驶阻力系数（取0.015）：最高车速（Km/h）：空气阻力系数（整车技术参数为0.55）：汽车迎风面积迎风面积A= （车高-轮胎半径）车宽则A=（2.650-0.375）2.180=4.96带入上述公式（4-1）计算得：=30.55KW我所选用的是三相异步电机，是深圳大地和有限电气公司的电机。我所选择的电机的一些参数如下：型号：Y200L-4 额定功率30kW额定电压380V额定转矩233Nm最大转矩466Nm额定转速1230r/min最高转速3000 r/min防护等级IP54冷却方式自然风冷重 量255kg4.2 电动车电池的选择 在选择了电机和电池的类型后，就要确定电机的额定电压和电池的电压。在电机功率一定的情况下，电压越高，电流越低，线路功率损失就越小，电池以小电流放电时，可获得较大的容量。但电压过高，又影响电子元器件的性能和安全。电池容量选择：众所周知，目前影响电动汽车商品化和实用化进程的关键因素是电动汽车的续驶里程和电池的使用性能(包括电池的充电时间、安全性、价格和使用寿命等)。在选择电池的容量时，既要满足汽车的续驶里程的设计要求，又要考虑整车的空间结构和底盘承载能力。因为选择电池容量过大，电池组所贮存的电能越多，续驶里程相应延长，但电池组的重量增加，整车的整备质量增加，导致行驶阻力也增加，反过来又影响纯电动汽车的续驶里程。考虑到成本与我所设计的电动车的实际性能，我决定使用锂离子电池作为该电动车的动力源。电池的电压由电动机决定，容量由电动车的续行驶里程决定。因为电动机已经暂时定了下来，于是电池的电压也定了下来。那么下面就要根据电动车的续行驶里程来决定电池的容量。 根据设计要求和已知条件，我所要设计的电动车的续行驶里程为80km，最高车速为70km/h，电机功率为30KW.。则电动车能够续行驶的时间为：t=S/Ua=80/70=1.14h电动车电池的容量应为:R=Pt/U=300001.14/380=90Ah从上面的计算可知，所选电池的容量至少为90Ah，我选择的是100Ah的锂离子电池组，该电池组单体电池的具体参数如下：公司：浙江佳贝思绿色能源有限公司名称GBS-LFMP100Ah额定电压：3.2V额定容量：100Ah外型尺寸（mm）：长宽高=12665 34每个电池的电压为3.2V，电机的额定电压为380V，故需要120个这样的锂电池来驱动电机。4.3 电动车前后悬架的选择 悬架是汽车的车架与车桥或车轮之间的一切传力连接装置的总称，其作用是传递作用在车轮和车架之间的力和力扭，并且缓冲由不平路面传给车架或车身的冲击力，并衰减由此引起的震动，以保证汽车能平顺地行驶。 典型的悬架结构由弹性元件、导向机构以及减震器等组成，个别结构则还有缓冲块、横向稳定杆等。弹性元件又有钢板弹簧、空气弹簧、螺旋弹簧以及扭杆弹簧等形式，而现代轿车悬架多采用螺旋弹簧和扭杆弹簧，个别高级轿车则使用空气弹簧。根据汽车两侧车轮运动是否相互关联，汽车悬架分为非独立悬架和独立悬架两大类。 非独立悬架的结构特点是两侧车轮安装在一根整体式车桥上，车轮连同车桥一起通过弹性元件与车架(或车身)相连。车身的相对稳定性较差。但这种悬架结构简单，制造方便，在载重汽车上被广泛应用。 所设计的电动观光车，其所行驶的路况比较好，并且车速较低，故为使其结构简单，成本低，于是前、后轴采用钢板弹簧非独立悬架，因为它应用最为广泛，成本也较低，又能满足车一定的舒适性，是最简单最便宜而又实用的悬架。4.4 电动车车桥车架以及车轮的选择车桥(也称车轴)通过悬架和车架(或承载式车身)相连，两端安装汽车车轮。其功能是传递车架(或承载式车身)与车轮之间各方向作用力。 车桥可以是整体式的，有如一个巨大的杠铃，两端通过悬架系统支撑着车身，因此整体式车桥通常与非独立悬架配合；车桥也可以是断开式的，象两把雨伞插在车身两侧，再各自通过悬架系统支撑车身，所以断开式车桥与独立悬架配用。 根据驱动方式的不同，车桥也分成转向桥、驱动桥、转向驱动桥和支持桥四种。其中转向桥和支持桥都属于从动桥。大多数汽车采用前置后驱动(FR)，因此前桥作为转向桥，后桥作为驱动桥；而前置前驱动(FF)汽车则前桥成为转向驱动桥，后桥充当支持桥。 转向桥的结构基本相同，由两个转向节和一根横梁组成。如果把横梁比做身体，转向节就是他左右摇晃的脑袋，脖子就是我们常说的主销，车轮就装在转向节上，仿佛脑袋上带了个草帽。不过，行驶的时候草帽转，脑袋却不转，中间用轴承分隔开，脑袋只管左右晃动。脖子主销是车轮转动的轴心，这个轴的轴线并非垂直于地面，车轮本身也不是垂直的，我们将在车轮定位一节具体论述。 转向驱动桥与转向桥的区别就是一切都是空心的，横梁变成了桥壳，转向节变成了转向节壳体，因为里面多了根驱动轴。这根驱动轴因被位于桥壳中间的差速器一分为二，而变成了两根半轴。两个草帽也不是简单地套在脑袋上，还要与里面的两根半轴直接相连。半轴在“脖子”的位置也多了一个关节万向节，因此半轴也变成了两部分，内半轴和外半轴。 我所设计的纯电动迷你巴士，前、后轴采用的都是钢板弹簧的非独立悬架，所以选用的前、后桥是整体式的，前桥为转向桥，后桥为驱动桥。我所设计的电动观光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。胎冠较厚且有坚硬的带束层，不易刺穿；行驶时变形小，可降低油耗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。选择的汽车轮胎基本参数为：万通6.50R16外直径：750mm 断面宽度：185mm 轮胎名义宽度：6.5子午线结构：R 轮辋直径：16英寸 高宽比：1 就像人的身体由骨架来支持一样，汽车也必须有一幅骨架，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重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。 在港台汽车刊物中常称作“阵式车架”，是最早出现的车架类型（从全世界第一部汽车开始一直沿用至今）。大梁车架的原理很简单：将粗壮的钢梁焊接或铆合起来成为一个钢架，然后在这个钢架上安装引擎、悬架、车身等部件，这个钢架就是名副其实的“车架”。 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座厢和货厢的地台升高，使整车重心偏高。也称作整体式或单体式车架。针对大梁式车架质量重、体积大、重心高的问题，承载式车架的意念是用金属制成坚固的车身，再将发动机、悬架等机械零件直接安装在车身上。这个车身承受所有的载荷，充当车架，所以准确称呼应为“无车架结构的承载式车身”（采用大梁车架的汽车车身则称为“非承载式车身”）。 承载式车架由钢（较先进的是铝）经冲压、焊接而成，对设计和生产工艺的要求都很高，这也是中国目前的车身设计开发难以突破的大难点。成型的车架是个带有座舱、发动机舱和底板的骨架，我们所能看到的光滑的汽车车身则是嵌在骨架上的覆盖件。 承载式车架是目前轿车的主流，因为这种结构将车架和车身二合为一，重量轻，可利用空间大，重心低，而且冲压成型的制造方式十分适合现代化的大批量生产。但是除了开发制造难度高外，刚度（尤其是抗扭刚度）不足也是承载式车身的一大缺陷，综合以上因素，设计采用边梁式车架。 4.5转向系 我设计的是纯电动迷你巴士车，是结构比较简单的微型车，前悬架是钢板弹簧，所以我选择的是循环球式转向器。 齿轮齿条式转向器分两端输出式和中间（或单端）输出式两种。 下图是齿轮齿条式转向器的几种转向输出方式，根据我所设计的电动车的机构以及车架和前悬架的特点，我选择的是图c 的那种转向输出方式。 4.6制动系 汽车制动器中有两种形式，鼓式制动器和盘式制动器。 鼓式制动器是最早形式的汽车制动器，当盘式制动器还没有出现前，它已经广泛用于各类汽车上。但由于结构问题使它在制动过程中散热性能差和排水性能差，容易导致制动效率下降，因此在近三十年中，在轿车领域上已经逐步退出让位给盘式制动器。但由于成本比较低，仍然在一些经济类轿车中使用，主要用于制动负荷比较小的后轮和驻车制动。典型的鼓式制动器主要由底板、制动鼓、制动蹄、轮缸（制动分泵）、回位弹簧、定位销等零部件组成。底板安装在车轴的固定位置上，它是固定不动的，上面装有制动蹄、轮缸、回位弹簧、定位销，承受制动时的旋转扭力。每一个鼓有一对制动蹄，制动蹄上有摩擦衬片。制动鼓则是安装在轮毂上，是随车轮一起旋转的部件，它是由一定份量的铸铁做成，形状似园鼓状。当制动时，轮缸活塞推动制动蹄压迫制动鼓，制动鼓受到摩擦减速，迫使车轮停止转动。 在轿车制动鼓上，一般只有一个轮缸，在制动时轮缸受到来自总泵液力后，轮缸两端活塞会同时顶向左右制动蹄的蹄端，作用力相等。但由于车轮是旋转的，制动鼓作用于制动蹄的压力左右不对称，造成自行增力或自行减力的作用。因此，业内将自行增力的一侧制动蹄称为领蹄，自行减力的一侧制动蹄称为从蹄，领蹄的摩擦力矩是从蹄的22.5倍，两制动蹄摩擦衬片的磨损程度也就不一样。 为了保持良好的制动效率，制动蹄与制动鼓之间要有一个最佳间隙值。随着摩擦衬片磨损，制动蹄与制动鼓之间的间隙增大，需要有一个调整间隙的机构。过去的鼓式制动器间隙需要人工调整，用塞尺调整间隙。现在轿车鼓式制动器都是采用自动调整方式，摩擦衬片磨损后会自动调整与制动鼓间隙。当间隙增大时，制动蹄推出量超过一定范围时，调整间隙机构会将调整杆（棘爪）拉到与调整齿下一个齿接合的位置，从而增加连杆的长度，使制动蹄位置位移，恢复正常间隙。 轿车鼓式制动器一般用于后轮（前轮用盘式制动器）。鼓式制动器除了成本比较低之外，还有一个好处，就是便于与驻车（停车）制动组合在一起，凡是后轮为鼓式制动器的轿车，其驻车制动器也组合在后轮制动器上。这是一个机械系统，它完全与车上制动液压系统是分离的：利用手操纵杆或驻车踏板（美式车）拉紧钢拉索，操纵鼓式制动器的杠件扩展制动蹄，起到停车制动作用，使得汽车不会溜动；松开钢拉索，回位弹簧使制动蹄恢复原位，制动力消失。 盘式制动器在液力助力下制动力大且稳定，在各种路面都有良好的制动表现，其制动效能远高于鼓式制动器，而且空气直接通过盘式制动盘，故盘式制动器的散热性很好。但是盘式制动器结构相对于鼓式制动器来说比较复杂，对制动钳、管路系统要求也较高，而且造价高于鼓式制动器。 我所合计的纯电动迷你巴士车是一辆主要在低速行驶的电动车，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。4.6 电动车传动系的布置形式和驱动桥的选择4.6.1 传动系的布置形式 我在设计中采用后置后驱RR：即发动机后置、后轮驱动在大型客车上多采用这种布置型式，少量微型、轻型轿车也采用这种型式。发动机后置，使前轴不易过载，并能更充分地利用车箱面积，还可有效地降低车身地板的高度或充分利用汽车中部地板下的空间安置行李，也有利于减轻发动机的高温和噪声对驾驶员的影响。缺点是发动机散热条件差，行驶中的某些故障不易被驾驶员察觉。远距离操纵也使操纵机构变得复杂、维修调整不便。但由于优点较为突出，在大型客车上应用越来越多。 我所设计的电动汽车的传动系统是电力式传动系统，它和燃油汽车的静液式传动系统有些类似。我采用的也是后置后驱RR，省去了传动装置，离合器和变速器也都用不着，使整个传动系统大大简化，同时也降低了汽车的自重，提高了汽车的动力性性能。4.6.2驱动桥的选择 汽车驱动桥壳是汽车上的主要承载构件之一，其作用主要有：支撑并保护主减速器、差速器和半轴等，使左右驱动车轮的轴向相对位置固定；同从动桥一起支撑车架及其上的各总成质量；汽车行驶时，承受由车轮传来的路面反作用力和力矩并经悬架传给车架等。驱动桥壳应有足够的强度和刚度且质量小，并便于主减速器的拆装和调整。由于桥壳的尺寸和质量比较大，制造较困难，故其结构型式应在满足使用要求的前提下应尽可能便于制造。驱动桥壳分为整体式桥壳，分段式桥壳和组合式桥壳三类。整体式桥壳具有较大的强度和刚度，且便于主减速器的装配、调整和维修，因此普遍应用于各类汽车上。 我所设计的电动汽车采用的是整体式后轴驱动桥，主减速器和差速器是做成一体的，而电机固定在后轴上，利用齿轮连接直接与主减速器啮合，省去了万向传动装置。第五章 动力性与经济性计算 图5.1驱动系统原理图5.1动力性计算由最高车速（5-1）Uamax70km/h得i6.05取i=6.2由最大爬坡度12%得最大爬坡角为6.84下面要验证i取6.2是否满足要求：根据公式来确定减速比的大小公式（5-2）其中 G=50009.8=49000Nf=0.015：坡度角Tmax=466NmR=0.375m得i6.07,由以上计算可知，i取6.2符合要求。I取6.2后汽车的最高车速发生可变化，需重新计算，由公式 （5-3） 可得Uamax=68.470km/h还要验证汽车的连续行驶里程：S=Uamaxt= UamaxUR/P=68.4384100/30000=87.5580km/h。 即汽车的续行驶里程也符合要求，通过以上的验证，可知所取参数都符合要求。整理一下上面的计算以及验证，下面是最后确定的参数：汽车主减速比： 6.2汽车总质量： 5000kg汽车