电动汽车整车设计（57页)ppt课件

1、2 电动汽车整车设计 2.1 汽车业CAD/CAM/CAE技术开展2.2 电动车辆整车规范体系2.3 电动汽车的总体设计2.4 电动汽车的参数选择2.5 电动汽车零部件载荷计算.2.1 汽车业CAD/CAM/CAE技术开展1) 汽车工业代表着一个国家制造业开展的程度。汽车工业不断是CAD/CAM/CAE系统运用的先锋。作为制造业的中坚， CAD技术的运用，有效地推进了汽车制造业的前进；汽车业的需求也极大地带动了CAD技术的开展。1.汽车业面临的问题(1) 保有量的相对固定，导致竞争加剧。(2)汽车制造业是技术密集型和劳动密集型产业。 易学好用、设计/分析/制造一体化的软件就遭到企业的青睐；同时

2、，支撑整个企业产品信息的框架式软件产品数据管理系统PDM，也逐渐为众多的汽车制造商所接受。 .2.汽车业巨人们如何计划 各大汽车制造商都对面向整个企业信息系统的制定了改造方案并已实施。以下为几个主要的汽车制造商所提出的方案：福特： “福特2000年，C3P工程；马自达： “数字改造方案；日产： “业务过程革新；雷诺： “产品设计及消费环境重组；日野： “并行工程方案等等。以福特汽车公司的软件选型为例:.3.史无前例的软件选型福特建立C3P体系 1993年，福特汽车公司制定了面向21世纪的“福特2000年长久开展规划，决议彻底改造本人的计算机运用情况。 福特的目的是：一个新车型的开发周期从目前的

3、36个月缩短到18个月乃至12个月；新车开发的后期设计修正减少50%；原型车制造和测试本钱减少50%；投资收益提高30%。. 福特希望用一个产品数据管理系统PDM, 把计算机辅助设计CAD、计算机辅助工程分析CAE、计算机辅助制造CAM集成起来，融汇到一个遍及全球的公用数据系统之中，即C3PCAD/CAM/CAE/PDM。这是C3P概念在整个业界第一次正式提出。 .4.“福特效应 伴随着大型汽车制造厂商开场选择主流软件的浪潮，很多汽车企业开场启动了本人的选型方案。继福特之后，又有了马自达、日产、雷诺、日野等等。在近三年这些新的大型选型过程中，SDRC公司博得了约80%的合同，这种景象被业界评论

4、家称之为“福特效应。 一个有趣的景象是，在决胜阶段几乎都是SDRC与PTC展开最后争夺，由于只需这两种软件才真正代表着九十年代CAD技术开展的最高程度。.附表为近三年选择SDRC软件作为主要技术支撑的汽车业厂商。 汽车制造厂商国家选用中心CAD软件选用PDM软件合同日期合同额($万)产品范围福特 (Ford)美国I-deas Master SeriesMetapahse1995/12/19$20,700整车日产 (Nissan)日本I-deas Master SeriesMetapahse1998/1/7$10,000整车雷诺 (Renault)法国I-deas MS + EuclidMeta

5、pahse1998/2/11$3,500整车马自达 (Mazda)日本I-deas Master SeriesMetapahse1996/12/19$3,100整车飞驰 (M-Benz)德国CATIAMetapahse1996/2/5$600整车克莱斯勒 (Chrysler)美国CATIAMetapahse1998整车数字流程 (DIPRO)日本I-deas Master SeriesMetapahse1997/2/23$6,500配件日野 (Hino)日本I-deas MS + TOGOMetapahse1998/1整车丰田 (Toyota)日本TOGO-CAD (I-deas)1997/2

6、整车本田 (Honda)日本CATIA + I-deas MS1997整车现代 (Hyundai)韩国CATIA + I-deas MS1997/3整车嘎斯 (GAZ)俄罗斯I-deas Master Series1996/2/13整车塔塔 (Tata)印度I-deas Master SeriesMetapahse1996整车.Mahindra & Mahidra印度I-deas Master Series1997整车帕金斯 (Perkins)英国CADDS5 + I-deas MSMetapahse1996发动机固特异 (Goodyear)美国I-deas Master SeriesMeta

7、pahse1996轮胎米其林 (Michelin)法国Metapahse1997轮胎Lear Corperation美国Metapahse1997配件PICO/Wisne美国I-deas Master SeriesMetapahse1997/12/27配件Johnson & Johnson美国I-deas Master SeriesMetapahse1996配件Mack Truck美国Metapahse1997/10配件Allied Automotive美国Metapahse1997配件ITT Automotive美国Metapahse1997配件.5.汽车业人士如是说 福特公司副总裁Neil

8、Ressler先生：C3P是由福特主导的一次对设计自动化环境的重新武装，它具有非常艰苦的意义。我置信C3P工程将为福特带来极大的竞争优势。 福特C3P工程总经理RichardRiff博士：我们曾经超额完成义务。当我们开场时，不少业内人士说在四年时间内完成C3P几乎是不能够的。我们要证明他们是错的，我们会比原方案更快地实现这一目的。. 雷诺科技信息系统部主任FrancoisPistre先生：选择象SDRC这样世界级的软件供应商，与马特拉一同参与我们车辆工程，将会协助我们在雷诺胜利地进展前所未有的、最广泛的产品设计及消费环境重组任务。融汇SDRC与马特拉的丰富的汽车专业阅历以及来自双方的广泛的先进

9、设计/制造技术，将使雷诺受害匪浅。这对坚持雷诺在当今市场上的强有力的竞争位置是至关重要的。. 日产公司工程系统部的总经理JojiMadusa先生：“单一CAD/CAM/CAE系统可使车身曲面、动力总成、实体设计以及零部件设计实现规范化，这将使得整车开发全过程获得极大的并行性。 日产董事会成员、业务过程革新部总经理YoshimichiUrabe先生：日产公司在全球范围内开发、制造和销售汽车产品。日产需求开发制造出让客户称心的车。为此，我们需求集我们一切之技术秘诀、过程知识以及具有全球性资源的优点来不断改良本身，以全新姿态进入下一个世纪。从这方面思索，来自SDRC的IDEAS和Metaphse技术

10、将是协助实现我们的目的并行工程的最有效的工具。在日产全球部门进展的业务过程革新，将改良产质量量、减少本钱和缩短上市时间，这将是引人注目地改良全部产品性能的强大的驱动力，也是到达日产业务目的的关键要素。. 马自达工程总经理MitsushiroNiimi先生：在技术是第一消费力的今天，要想在全球大市场中占有一席之地，必需不断地改良技术。马自达选择了IDEASMasterSeries是由于它在曲面外型、实体外型、仿真分析、制造、测试和并行工程方面的强大功能，并且该软件是使马自达在数字改造方案中获益并急需的技术。我们对与SDRC公司业已建立的亲密协作关系很称心。MetaphaseSeries2软件将可

11、以使马自达在开发方面具有企业级的并行工程工具。这意味着我们的工程师将可以更亲密的并肩任务，快捷、可靠地享用工程数据。采用这一并行工程手段将协助马自达更有效地通讯，降低开发费用，缩短产品上市时间。 .6.汽车业计算机运用未来开展趋势 高质量、低本钱、更快的产品上市时间和更新的产品式样是企业注定要追求的共同目的。 汽车业计算机运用未来开展趋势： 改良企业过程有效地利用企业资源，步入全球性大协作； 中心式工程工具实现电子或数字样机需求中心式的主模型技术； 数据管理及控制用PDM系统构建企业信息框架，实现企业级信息共享； 集成的供应链制造厂商与零配件供应商的日趋严密的信息共享构成集成的供应链。 .2.

12、2电动车辆整车规范体系 国际规范化组织规范电动道路车辆 平安要求 第1部分：车载储能安装电动道路车辆 平安要求 第2部分：功能平安方式和缺点防护电动道路车辆 平安要求 第3部分：防止人员触电 电动道路车辆 术语电动道路车辆 参考能量耗费率和续驶里程 乘用车和轻型商用车辆实验规程 电动道路车辆 道路支配特性.2.3电动汽车的总体设计电动汽车的根本构造 电动汽车的组成包括电力驱动及控制系统、驱动力传动等机械系统、完成既定义务的任务安装等。电力驱动及控制系统是电动汽车的中心，也是区别于内燃机汽车的最大不同点。电力驱动及控制系统由驱动电动机、电源和电动机的调速控制安装等组成。电动汽车的其他安装根本与内

13、燃机汽车一样。.(a)前轮驱动 1蓄电池 2调速控制器 3.驱动电动机 4转向驱动轮 5水箱6充电器 7充电插座 图21 电动汽车的组成图 .(b)后轮驱动 1.直交逆变器 2驱动电动机和减速器 3钠硫电池 4系统控制器 5电动转向器 6加热器图22 电动汽车的组成图.1.任务安装 2驱动桥 3驱动电动机 4液压泵 5油泵电动机 6.蓄电池 7转向桥 8.平衡重 9调速控制器 10方向盘 图23 工业用电动叉车的组成图 .电动车辆的组成与各部件的功用 1. 电源电源为电动汽车的驱动电动机提供电能，电动机将电源的电能转化为机械能，经过传动安装或直接驱动车轮和任务安装。2. 驱动电动机驱动电动机的

14、作用是将电源的电能转化为机械能，经过传动安装或直接驱动车轮和任务安装。3. 电动机调速控制安装电动机调速控制安装是为电动汽车的变速和方向变换等设置的，其作用是控制电动机的电压或电流，完成电动机的驱动转矩和旋转方向的控制。.4. 传动安装电动汽车传动安装的作用是将电动机的驱动转矩传给汽车的驱动轴，当采用电动轮驱动时，传动安装的多数部件经常可以忽略。5. 行驶安装行驶安装的作用是将电动机的驱动力矩经过车轮变成对地面的作用力，驱动车轮行走。它同其他汽车的构成是一样的，由车轮、轮胎和悬架等组成。6. 转向安装公用安装是为实现汽车的转弯而设置的，由转向机、方向盘、转向机构和转向轮等组成。.7. 制动安装

15、电动汽车的制动安装同其他汽车一样，是为汽车减速或停车而设置的，通常由制动器及其支配安装组成。在电动汽车上，普通还有电磁制动安装，它可以利用驱动电动机的控制电路实现电动机的发电运转，使减速制动时的能量转换成对蓄电池充电的电流，从而得到再生利用。8. 任务安装任务安装是工业用电动汽车为完成作业要求而专门设置的，如电动叉车的起升安装、门架、货叉等。.2.3.1 电动汽车的总体构造 普通由四部分组成： 1. 电动机电动机是电动汽车的动力安装。其作用是产生动力，经过传动系驱动车轮使汽车行驶。电动机主要有直流电动机和交流机两类。 2. 底盘底盘作用是支承、安装电动动机及其各部件、总成，构成电动汽车的整体外

16、型，并接受电动机的动力，使汽车产生运动，保证正常行驶。 底盘由传动系、行驶系、转向系和制动系四部分组成。.3. 车身 车身安装在底盘的车架上，用以驾驶员、旅客乘坐或装载货物。 轿车、客车的车身普通是整体构造，货车车身普通是由驾驶室和货箱两部分组成。4. 控制系统及电气设备 控制系统是对电动汽车的起动、行驶、前进、倒车、制动等进展控制。 电气设备由电源和用电设备两大部分组成。.23.2 电动车辆的总体布置 电动车辆的布置是指电源(蓄电池)、驱动安装及调速控制安装等的详细布置。 1. 电动机中央驱动 电动机中央驱动的布置方式如图24所示， 图2-5为蓄电池叉车的驱动布置图， 图26为电动牵引车的驱

17、动布置图。 中央驱动布置的特点是只需一只驱动电动机，控制电路较简单，车辆的构造与传统布置相近，可以在内燃机车辆的根底上改装，其传动安装和技术较成熟。.图24 电动汽车的中央驱动布置表示图 .1蓄电池 2车体 3随动支承轮 4驱动轮 5转向安装 6驱动电动机 7转向传动轴 8制动杆 9液压支配杆10座椅 11液压泵和电动机 12前轮 图25 蓄电池叉车的驱动布置图 .1车体 2制动操作安装 3电控安装 4转向安装 5蓄电池组 6调速控制器 7牵引钩 8驱动桥 9转向轮 图26 电动牵引车的驱动布置图.2. 电动汽车的横向驱动布置，图27表示图。 有：前置和后置方式图27 电动汽车的横向驱动布置表

18、示图.3. 电动汽车的边置纵向驱动布置，图28表示图。 有：前置和后置方式图28 电动汽车的横向驱动布置表示图.4. 电动轮驱动 电动轮驱动的方式是将电动机及相应的减速器布置在车轮上，如图29所示。图29 电动轮驱动方式的布置 .5. 电池及驱动控制安装的布置 蓄电池的质量占据电动车辆自重的较大的比例，所以在思索车辆总体布置时应使整车的质量分布均匀，使各车轴或车轮的载荷趋于一致。 驱动电动机的控制安装本身的分量不大，体积也较小，布置的位置很灵敏。但应留意电路尽能够简化，大电流回路的导线尽量短，电路的电压损失尽能够小。控制安装的安装要留意减震、防酸和散热以及方便检修等方面的要求。.2.3.3 外

19、形尺寸参数1. 汽车设计中，外形尺寸包括：长、宽、高、轴距、轮距、前后悬长和离地距等。各参数的含义见以下图2.10：图2.10外形尺寸参数.2. 各级汽车的尺寸规范 确定汽车尺寸所要思索的要素主要是机械规划和运用要求，其中机械规划视乎厂家各自的设计方案有所差别；运用要求那么主要由汽车所针对的目的市场级别而定。各主要级别主要乘用车的常见尺寸范围表2.3.1)： .单位：米长度宽度高度轴距典型代表欧洲、亚洲轿车：小型两厢轿车3.6-41.5-1.71.3-1.52.2-2.5夏利小型三厢轿车 4.1-4.4 1.6-1.7 1.3-1.5 2.3-2.6丰田COROLLA中型轿车4.3-4.71.

20、7-1.81.3-1.52.6-2.8捷达中大型轿车4.6-4.91.7-1.91.3-1.62.7-2.9日产CEFIRO大型轿车4.8-5.21.8-21.4-1.62.8-3.2飞驰S-CLASS其他车种：中型越野车4.5-4.91.7-21.7-2.02.5-2.8三菱PAJERO中型MPV4.4-4.81.7-1.91.5-1.92.7-3丰田PREVIA中型皮卡pick up4.7-51.6-1.81.4-1.62.7-2.9丰田HILUX特殊规格：日本轻自动车K-CAR3.71.5不限不限奥拓美国规范大型房车5.2-5.51.8-2.11.3-1.52.8-3.3林肯TOWNCA

21、R美国规范多用途车SUV5-5.51.8-2.21.8-2.22.8-3.2别克GL8一级方程式赛车4.2-4.41.80.9-12.8-3.1.3. 如何确定详细尺寸 确定汽车尺寸首先要服从机械规划，然后要满足各项应有的功能，如必需具备载客、载货的空间等。详细确定方法：长度 长度是对车辆的用途、功能、运用方便性等影响最大的参数。2.宽度 宽度主要影响乘坐空间和灵敏性。对于乘用轿车，假设要求横向布置的三个坐位都有宽阔的乘坐感主要是足够的肩宽，那么车宽普通都要到达1.8M。.3.高度 车身高度直接影响重心操控性和空间。大部分轿车高度在1.5米以下 ，与人体的自然坐姿高度相比低很多，主要是出于降低

22、全车重心的思索，以确保高速拐弯时不会翻车。4.轴距 在车长被确定后，轴距是影响乘坐空间最重要的要素，由于占绝大多数的2厢和3厢轿车，乘员的坐位都是布置在前后轴之间的。5.前、后悬 车长=前悬+后悬+轴距。轴距越长，前后悬便越短。最短的悬殊长可以短至只需车轮，即为车轮半径1/2。普通轿车的悬长都不能太短，一来轴矩太长会影响灵敏性，二来要思索机械零件的规划。.图2.11A、B角分别称为接近角和离去角，是衡量车辆经过性的重要目的。由图可见角度越大，车身能平安经过的坡度越大。其中接近角尤为重要，因此越野车的前悬都很短。 .6.轮距 轮距直接影响车辆的前后宽度比例。与其它尺寸相比，轮距更受机械规划尤其是

23、悬挂系统的影响，是设计师需求在很早期就确定的参数。7.离地距 离地距即车体最低点与地面的间隔。后驱车的离地最低点普通在后轴中央，前驱车普通在前轴，也有些轿车的离地距最低点在前防撞杆下缘气流动力学部件。 车辆的长、宽、高、轴距是影响乘坐空间的四要素，是根底，要在尺寸大的车身上设计出空间富余的座舱，还必需精心设计车厢轮廓。这就是所谓的“利用率问题，而它又与全车的整体规划息息相关。 .2.3.4电动汽车的布置1.利用汽油发动机汽车的原有传动系统前轮后轮后轮前轮传动系统车轴电动机车轴前轮后轮后轮前轮传动系统车轴电动机车轴畜电池畜电池畜电池畜电池.2.电动机与车轴平行布置前轮后轮后轮前轮传动系统车轴电动

24、机车轴前轮后轮后轮前轮传动系统车轴电动机车轴畜电池畜电池畜电池畜电池.3.电动轮分前轴装电动轮,后轴装电动轮,前后都装电动轮前轮电动轮电动轮前轮车轴车轴畜电池畜电池.2.4 电动汽车的参数选择汽车的主要特征和技术特性随所装用的原动力机类型和特性的不同，通常有以下的构造参数和性能参数。 1. 整车配备质量kg：汽车完全配备好的质量，包括光滑油、畜电池、随车工具、备胎等一切安装的质量。 2. 最大总质量(kg)：汽车满载时的总质量。3. 最大装载质量(kg)：汽车在道路上行驶时的最大装载质量。 4. 最大轴载质量kg：汽车单轴所承载的最大总质量。与道路经过性有关。 5. 车长(mm)：汽车长度方向

25、两极端点间的间隔。 6. 车宽(mm)：汽车宽度方向两极端点间的间隔。 .7. 车高(mm)：汽车最高点至地面间的间隔。 8. 轴距(mm)：汽车前轴中心至后轴中心的间隔。 9. 轮距(mm)：同一车轿左右轮胎胎面中心线间的间隔。 10. 前悬(mm)：汽车最前端至前轴中心的间隔。 11. 后悬(mm)：汽车最后端至后轴中心的间隔。 12. 最小离地间隙(mm)：汽车满载时，最低点至地面的间隔。 13. 接近角()：汽车前端突出点向前轮引的切线与地面的夹角。 14. 离去角()：汽车后端突出点向后轮引的切线与地面的夹角。 .15. 转弯半径(mm)：汽车转向时，汽车外侧转向轮的中心平面在车辆支

26、承平面上的轨迹圆半径。转向盘转到极限位置时的转弯半径为最小转弯半径。 16. 最高车速(km/h)：汽车在平直道路上行驶时能到达的最大速度。 17. 最大爬坡度(%)：汽车满载时的最大爬坡才干。 18. 平均能量耗费量(畜电池kW/h，燃料L/100km)：汽车在道路上行驶时每百公里平均能量耗费量。 19. 车轮数和驱动轮数(nm)：车轮数以轮毂数为计量根据，n代表汽车的车轮总数，m代表驱动轮数。 .2.5电动汽车零部件载荷计算 车辆在行驶过程中,其零部件接受的载荷的大小和性质是受很多要素的影响的。 车辆的动力机旋转部分、传动系、车轮、整个汽车的质量构成一个多质量振动系统，在特定的条件下会产生

27、共振而降低传动系的寿命这是车辆零部件接受动载荷。动载荷的变化，有些是有规律的，有些那么是无规律的。 车辆处于静止形状时，车辆零部件那么接受静载荷。 车辆零部件在长期运用中会发生不同方式的损伤和破坏。因此，需求计算零部件在各种工况条件下的强度。. 车辆的实践载荷是非常复杂的，有些力是恒定的如重力，零部件装配时的产生的预紧力或过盈力，有些是不定的如起动时和制动时产生的力，零件制造误差引起的力，动力机任务工况的改动而引起转矩及力的改动，行驶阻力引起的力等等。 当遭到短时间的大的峰值载荷的作用并在其危险断面产生了超越屈服极限或强度极限的应力时，零件将会断裂而失效，这种失效称为静强度失效，抵抗这种失效的

28、才干称为静强度。 在设计中校核零件的静强度，要确定其危险断面及其所接受的最大载荷。. 由于在动载荷长期反复加载下构成部分高应力区使较弱晶粒产生微观裂纹并继续开展成宏观裂纹而导致疲劳破坏，这种动载荷能够是拉、压、弯、扭载荷中的一种，也能够是其中某些载荷的复合载荷。这种失效称为疲劳强度失效。. 1.传动系最大转矩 传动系能够产生大大超越其静强度计算时所确定的转矩，这是由于传动系是一个振动系统，它具有弹性和惯性等性质的缘故。传动系的最大动载荷通常产生于汽车忽然起步和紧急制动时。T-制动的最大转矩 Cd-当量改动刚度.2.路面不平度影响下的车辆行驶系载 在行驶过程中，车轮与路面间的相互作用力在不断地变化着，这些变化与路面外形及其不平度的尺寸、车辆有关零部件的惯性和弹性特性有关。这也是动载荷问题。作用于弹性元件上的动载荷为.3.传动系静强度计算的载荷计算按三种工况的载荷作为计算载荷1按电机最大转矩Tdmax传动轴上的计算转矩Tj Tj = Tdmax i T Nm2)按驱动车轮与路面的最大附着力矩TmaxTj = Tmax / (i T )= G2 max rr / (i T ) NmG2-驱动桥给程度路面的最大负荷，N max-轮胎与路面的最大附着系数，取0.8 rr 轮胎的滚动半径，m.3)按最大动载荷T