轻型电动旅游观光车设计的总体设计毕业论文.doc

哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 摘 要本文写的是一辆城市轻型电动旅游观光车设计的总体设计。首先是对大量电动汽车资料的查阅，然后从电机的选择，电池的选择着手，根据题目的要求，进行一系列的计算最后得出满足行驶要求的电机和电池。在选好电机和电池后，和设计燃油汽车的底盘一样，并同时综合电动汽车的结构特点，对汽车的传动系统，行驶系统，转向系统，制动系统进行一一分析和设计。在这为电动汽车设计底盘的过程中，要特别注意电动汽车与燃油汽车不同的地方。在我所设计的这辆低速的观光电动车上，它的传动系很简单，没有传统的离合器和变速器，也没有万向传动系统，是电机直接和传动轴用皮带直接连接，这样使得整个底盘的空间大大增加，整个底盘的布置也可以变的更加自由了。最后在这些的基础上，利用计算所得数据，对汽车进行总布置设计。关键词：城市轻型电动观光汽车设计 电机 电池 底盘布置 abstractthis article writes an eight tourism electric automobile design. first is to the massive electric automobile material consult, then from the electrical machinery choice, the battery choice begins, according to the topic request, carries on a series of computations finally to obtain satisfies the travel request the electrical machinery and the battery. after chooses the electrical machinery and the battery, is same with the design fuel oil automobile chassis, and simultaneously synthesizes the electric automobile the unique feature, to the automobile transmission system, the travel system, the steering system, the braking system carries on 11 analyses and the design. designs the chassis in this for the electric automobile in the process, must pay attention to the electric automobile and the fuel oil automobile different place specially. designs in me on this low speed tourism electric automobile, its power transmission is very simple, does not have the traditional coupling and the transmission gearbox, also does not have the rotary transmission system, is the electrical machinery direct and the main gear box with the gear meshing direct connection, like this causes the entire chassis the spatial big increase, the entire chassis arrangement also might change is more free. finally in these foundations, the use computed information, carries on to the automobile always arranges the design.key words: tourism electric automobile design electrical machinery battery chassis arrangement 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日摘 要iabstractii第一章 绪论11.1 概论11.2电动车的历史21.3 电动车的现状以及技术水平51.4 电动车目前所面临的主要问题61.4.1续驶里程有限:61.4.2蓄电池使用寿命问题:71.4.4电动汽车价格昂贵71.4.5间接污染严重71.5 电动车的未来发展方向81.6 电动观光车市场调查10第二章 本次设计题目的要求及设计参数选择与分析132.1 设计目的和要求以及总体构想132.1.1 城市轻型电动旅游观光车设计的总体设计。132.1.2对于本次的总体构想。142.2 设计参数的选择与分析14第三章 电动汽车各总成参数的确定153.1 电动车电机的选择153.2 电动车电池的确定183.3 电动车前后悬架的确定213.4 电动车车桥车架以及车轮的选择223.4.1车桥223.4.2车轮233.4.3车架243.5 电动车的转向系和制动系253.5.1转向系253.5.2制动系263.6 电动车传动系的布置形式和驱动桥的确定283.6.1传动系的布置形式283.6.2驱动桥的确定283.6.3皮带轮的计算29第四章 汽车车身的设计304.1造型设计方向304.2人体工程学的应用314.2.2定位鞋334.2.3定位sgrp并确定设计h点调节轨迹334.2.4定位hpd33第五章 参数的校核34小结37致谢38参考文献39附录140附录241vi第一章 绪论1.1 概论曾经有人说过决定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1-2 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。 人们常说“一个人的敌人同时也是他的伙伴”，这句话用于描述电动汽车的发展尤为合适，因为电动机是电动汽车驱动的关键部件同时它又帮助燃油汽车与电动汽车竞争对抗。1911年，kettering发明了汽车起动机，使得燃油汽车比依赖于方便驾驶的电动汽车来说更具吸引力，从此打破了电动汽车在市场的主导地位。而福持的想法彻底结束了电动汽车的生命，他大批量生产福特t型车，使其价格从1909年的850美元降到了1925年的260美元，因此加速了纯电动汽车的消失。而燃油汽车的续驶里程是电动汽车的23倍，且使用成本低，因而使得电动汽车的制造商想占领一定的市场份额已不可能。到20世纪30年代，电动汽车几乎消失了。而直到近30年，能源危机和石油短缺才使得电动汽车重获新生。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。1.6 电动观光车市场调查张江高科技园区电动观光车参数表 图1-3 张江高科技园区电动观光车使用情况 图 1-4图 1-5 张江高科技园区观光车 使用过程汇总的优缺点 图 1-6 根据调查，张江高科技园区里使用的电动车除了具有电动车辆的共同有点，以及造型与普通的公交车不同外，其他方面不近如人意。据受访司机说该车由无锡奥威公司生产，动力源是电容，驾驶10km左右，必须充电十分钟左右。 西湖景区电动警车性能参数 图1-7 西湖景区电动警车使用情况 图 1-8 使用过程汇总的优缺点 图1-9 图1-10 西湖景区警车据调查西湖景区的警车是由苏州益高eg6152型（图1-11）电动车改装的，在eg6152基础上设计了车门和车窗 图 1-11 苏州益高eg6152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 设计目的和要求以及总体构想2.1.1 城市轻型电动旅游观光车设计的总体设计。老师所给出的要求和大致数据如下:1. 电动车的驱动方式为电力驱动，并且是以电池作为动力源；2. 所设计的电动车的最高车速不得高于25km/h；3. 所设计的电动汽车座位数为8座；4. 续行驶里程:90km；5. 外廓尺寸:(长*宽*高):3750*1448*1830 。2.1.2对于本次的总体构想。我的毕业设计题目是城市轻型电动旅游观光车设计的总体设计。此次要做的是一个总体布置设计，对象是一台低速的八座纯电动汽车。而根据已知的条件和要求，我打算设计一辆类似于旅游观光的车，座位数为8座，最高车速为25km/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动机和电池的选择。目前一般电动车用的电池有三种，锂离子蓄电池是最常用的一种，但成本不是最低，对于我所要设计的观光车来说，选锂离子蓄电池最合理。具体到选择哪一型号的蓄电池，就要经过计算了，在后面会有计算来对锂离子蓄电池型号的选择。 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，（按8个人的体重加上车重）依据这个总重量和最高车速来初选电机的功率，然后在进行计算验证，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，所以布置的时候也会以这个为原则。座位数是8座，分三排座位，一排坐两个，后面做三人，其中中间的一排座位下面是用来安装电池的，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。，使整个结构简单明了。2.2 设计参数的选择与分析 尺寸参数项目基本类型产品规格zc型八座产品类型纯电动观光车总长(单位：mm)3750总宽(单位：mm)1448总高(单位：mm)1830轴距(单位：mm)2750前轮距(单位：mm)1070后轮距(单位：mm)1053质量参数整车装备质量(单位： kg)780满载总质量(单位：kg)1300载客数(含驾驶员)(单位：人)8性能参数最高车速(满载)(单位：km/h)25最大爬坡度(满载)(单位：%)15驻车能力(满载)(单位：%)20最高车速制动距离(单位：m)4一次充电续驶里程(单位：km)90第三章 电动汽车各总成参数的确定3.1 电动车电机的选择 高密度、高效率、宽调速的车辆牵引电机及其控制系统既是电动汽车的心脏又是电动汽车研制的关键技术之一，已被列为863电动汽车重大专项的共性关键技术课题。20世纪80年代前，几乎所有的车辆牵引电机均为直流电机，这是因为直流牵引电机具有起步加速牵引力大，控制系统较简单等优点。直流电机的缺点是有机械换向器，当在高速大负载下运行时，换向器表面会产生火花，所以电机的运转不能太高。由于直流电机的换向器需保养，又不适合高速运转，除小型车外，目前一般已不采用。 近十年来，主要发展交流异步电机和无刷永磁电机系统。与原有的直流牵引电机系统相比，具有明显优势，其突出优点是体积小，质量轻（其比质量为0.5-1.0kg/kw）、效率高、基本免维护、调速范围广。其研究开发现状和发展趋势如下。 3.1.1.异步电机驱动系统 异步电机其特点是结构简单、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。 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（尤其在美国），但已被其它新型无刷永磁牵引电机驱动系统逐步取代。 最大缺点是驱动电路复杂，成本高；相对永磁电机而言，异步电机效率和功率密度偏低。 3.1.2.无刷永磁同步电机驱动系统 无刷永磁同步电机可采用圆柱形径向磁场结构或盘式轴向磁场结构，由于具有较高的功率密度和效率以及宽广的调速范围，发展前景十分广阔，在电动车辆牵引电机中是强有力的竞争者，已在国内外多种电动车辆中获得应用。 内置式永磁同步电机也称为混合式永磁磁阻电机。该电机在永磁转矩的基础上迭加了磁阻转矩，磁阻转矩的存在有助于提高电机的过载能力和功率密度，而且易于弱磁调速，扩大恒功率范围运行。内置式永磁同步电机驱动系统的设计理论正在不断完善和继续深入，该机结构灵活，设计自由度大，有望得到高性能，适合用作电动汽车高效、高密度、宽调速牵引驱动。这些引起了各大汽车公司同行们的关注，特别是获得了日本汽车公司同行的青睐。当前，美国汽车公司同行在新车型设计中主要采用内置式永磁同步电机。 表面凸出式永磁同步电机也称为永磁转矩电机，相对内置式永磁同步电机而言，其弱磁调速范围小，功率密度低。该结构电机动态响应快，并可望得到低转矩脉动，适合用作汽车的电子伺服驱动，如汽车电子动力方向盘的伺服电机。 无位置传感器永磁同步电机驱动系统也是当前永磁同步电机驱动系统研究的一个热点，将成为永磁同步电机驱动系统的发展趋势之一，具有潜在的竞争优势。 永磁同步电机驱动系统低速时常采用矢量控制，高速时用弱磁控制。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，汽车的总重量是估算的，后面会进行验证。.（1）：机械效率（一般取0.92）：汽车总重（n）：良好路面上的汽车的行驶阻力系数（取0.015）：汽车车速（km/h）：空气阻力系数（这里取0.5）：汽车迎风面积对于我所设计的电动汽车总重量，我估算总质量为1300kg，即12740n最高车速为设计要求的25km/h迎风面积a=车宽车高 其中车宽暂定为1448mm 车高暂定为1830mm 则a=14481830=2283840=2.48带入上述数据由（1）计算得：=2.6kw从这可以知道电机的功率至少为2.4kw，但是所选择的电机功率肯定要大一些。我所选用的是无刷永磁同步电机，是美国进口的的电机。我所选择的电机的一些参数如下：型号：xq-3-10 额定功率3.0kw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1300r/min最高转速2000r/min绝缘等级f防护等级ip54冷却方式自然风冷重 量50kg外观尺寸 216 3403.2 电动车电池的确定 纯电动汽车的储能动力用的蓄电池（又称二次电池），主要是铅酸电池，已有150年历史。可算是人类历史上一个伟大的发明。电池的近代进步相当惊人，在电池的家族里，拥有镉镍电池、氢镍电池、钠硫电池、锂电池、锌空电池、硅盐电池、飞轮电池等几十种系列，这些产品的出现改善了它的应用广度与性能。尽管这么多的性能先进电池出现，要使纯电池的电动汽车商业化，却存在着许多差距，它面临着能量储备，使用寿命，比功率和成本低廉等关键技术问题。经过一个多世纪之后，到1990年，仍然不少应用很原始的铅酸电池。锂电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。最早出现的锂电池使用以下反应：li+mno2=limno2，该反应为氧化还原反应，放电。 正极上发生的反应为 licoo2=充电=li1-xcoo2+xli+xe(电子) 负极上发生的反应为 6c+xli+xe=lixc6 电池总反应：licoo2+6c=li1-xcoo2+lixc6我设计的采用锂离子电池。 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90km，最高车速为30km/h。电机功率为3kw.。则电动车能够续行驶的时间为：电动车电池的容量应为:从上面的计算可知，所选电池的容量至少为187.5，我选择的是200ah的锂离子蓄电池，该电池的具体参数如下：额定电压：12v额定容量：200ah外型尺寸（mm）：长宽高=520240 220总高（mm ：255重量：73kg充电特性曲线：图3-1放电特性曲线图3-2每个电池的电压为12v，电机的额定电压为48v，故需要4个这样的蓄电池来驱动电机。 3.3 电动车前后悬架的确定 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。 独立悬架的结构特点是两侧车轮各自单独地通过弹性元件与车架(或车身)相连，并且采用断开式车桥。若一侧车轮相对于车架(或车身)的位置发生变化时，另一侧车轮不受影响（图b）。这种悬架结构复杂，但车身的平稳性和高速行驶的稳定性较好，因此在轿车和小客车上得到普遍采用。我所设计的城市轻型电动观光车，其所行驶的路况比较好，并且车速很低。为了降低成本，使用昌河面包车的地盘，前面采用麦弗逊是独立悬架。因为它结构简单，应用最为广泛，成本也较低，又能满足车一定的舒适性；后轴采用钢板弹簧非独立悬架，最简单最便宜而又实用的悬架。3.4 电动车车桥车架以及车轮的选择3.4.1车桥 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。 我所设计的电动车是采用昌河面包车的底盘，前轴是采用麦弗逊式独立悬架，所以选用的前桥是断开式的，而后轴采用的是钢板弹簧的非独立悬架，故选用的后桥是整体式的。前桥为转向桥，后桥为驱动桥。3.4.2车轮 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。我所设计的校园电动车，所选择的汽车轮胎是昌河面包原装轮胎：万通195/65r 1588h 195：轮胎宽（mm） 65 ：扁平率（胎高/胎宽） r ：子午线结构 15 ：轮胎直径 88 ：载重指数 h ：速度代号（最高安全极速是210km/h）3.4.3车架 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。 近年还出现了采用承载式车身的大型客车（称为“无大梁车身”或“无阵车身”），由于取消了大梁，旅游大巴可以在车底腾出巨大且左右贯通的行李空间，用于市区的公共汽车则可以将地台降至与人行道等高以便于上下车（要配合特殊的低置车桥）。低地台是客车的一个重要发展方向前面曾说过承载式车架的设计开发和生产工艺都复杂，只适宜大批量生产。但是对于少量生产的轿车又如何呢？虽然可以采用共用平台策略，但所谓的“共用平台”能共用的只是悬架、传动系统等底盘部件，承载式的车架由于必须与车身形状吻合，对于不同的车身造型是不能共用车架的。于是钢管式（又称“框条式”）车架便应运而生。顾名思义，钢管式车架就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。它的生产工艺简单，很适合小规模的工作坊作业，50-70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。我所设计的电动车车架也是钢管式车架，它结构简单，便于自由设计，生产工艺简单，有利于降低汽车的制造成本。3.5 电动车的转向系和制动系3.5.1转向系 我设计的是电动观光车，是结构比较简单的微型车，底盘是采用昌河面包车的底盘，前悬架是麦弗逊式的独立悬架，使用的是齿轮齿条式转向器。 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。图4-2 输出方式3.5.2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2