小型節(jié)能電動汽車底盤改進的設計

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淮 陰 工 學 院畢業(yè)設計說明書作 者: 劉治學 號：1111504209學 院: 交通工程學院專 業(yè): 車輛工程題 目: 小型節(jié)能電動汽車底盤改進的設計指導者： （姓 名） （專業(yè)技術職務）評閱者： （姓 名） （專業(yè)技術職務） 2015 年 6 月畢 業(yè) 設 計 說 明 書 中 文 摘 要近年來，汽車在全世界范圍保有量的不斷飛速增長，使人類面臨全球變暖，石油短缺，空氣污染和水污染等很多問題變得越來越嚴重。而基于這些問題的認識，各種類型的電動汽車是解決這些問題的最佳方案。本次設計以小型電動汽車的底盤為主要設計目標。其設計過程是先對各種電動汽車的各種布置形式經(jīng)行分析和選取，再對不同類型的電動汽車的要求經(jīng)行分析。經(jīng)過分析后選取出此次設計電動汽車的參數(shù)，再對小型電動汽車的參數(shù)經(jīng)行整體動力性分析，并驗證其合理性。最后確定電動汽車底盤的數(shù)據(jù)，先畫出其 CAD 圖，再通過 Pro/E 畫出其三維圖。關鍵詞 電動汽車，動力分析，底盤設計畢 業(yè) 設 計 說 明 書 外 文 摘 要Title The Design of the Small Energy Saving Car Chassis Improvement AbstractIn recent years, the number of cars around the world in rapid growth.It makes the human face of global warming, oil shortage, many problems such as air pollution and water pollution ,which is becoming more and more serious.Based on the understanding of the problems, various types of electric vehicles is the best way to solve these problems.This design with small electric car chassis as the main design goal.Design process to analysis different arrangement of the electric car chassis, and then selects the appropriate layout.This design analyzes the requirements of different types of electric vehicle and performance.After the analysis of the selection of the design of the electric car vehicle parameter, then the parameters of the small electric cars in the overall performance analysis and verify its rationality.Finally determining the size of the electric vehicle chassis data, drawing three-view drawing of the chassis with Auto CAD , drawing 3d model of the chassis by Pro/E.Keywords electric car,power analysis,chassis design淮 陰 工 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 0 頁 共 22 頁目 錄 1 引言 .21.1 研究背景 .21.2 國內(nèi)外研究的發(fā)展概況 .21.3 研究目的及意義 .32 電動汽車的結構設計方案對比分析 .42.1 電動汽車按用途的不同分類 .42.2 小型電動汽車的一般結構 .62.3 電動汽車設計方案的確定 103 電動汽車整體參數(shù)選擇 113.1 外形尺寸的確定 113.2 離地間隙的選取 113.3 電機功率的選取 113.4 電池配置 113.5 最大車速 113.6 續(xù)航里程 123.7 爬坡能力 133.8 整車參數(shù)的確定 144 電動汽車底盤設計 154.1 底盤模型的設計 154.2 底盤尺寸的設計 164.3 底盤材料的選擇 174.4 底盤的繪制 18結 論 .20致 謝 .21參 考 文 獻 22淮 陰 工 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 1 頁 共 22 頁1 引言1.1 研究背景汽車在全世界范圍保有量的不斷飛速增長，使人類面臨全球變暖，石油短缺，空氣污染和水污染等很多問題。據(jù)有關專家調(diào)查表明，在未來五十年內(nèi)，世界人口將會急劇增加至 100 億人口，而汽車的使用數(shù)量也將激增至 2 億 5 千萬。假使這些汽車都是使用內(nèi)燃機的話，且不說現(xiàn)在全球的石油能源已經(jīng)變得緊缺，僅僅是這些汽車排出的尾氣就是一個難以解決的問題，那時我們的天空將會永遠是灰色，而湛藍的天空將會成為一種奢望。為此許多汽車工程師在努力尋找降低油耗的方法，同時也在開發(fā)清潔、高效、智能的汽車，而全世界的汽車業(yè)界也正在為此努力并投入巨大的資金和人力。就這樣越來越多的認識已經(jīng)認識到各種類型的電動汽車是解決這些問題的最佳方案，而電動汽車也呈現(xiàn)出加速發(fā)展的趨勢。無論是從環(huán)保角度，還是從能源角度，電動汽車都是最佳的選擇，而且，它對于促進新科技的發(fā)展，新興工業(yè)的興起以及經(jīng)濟的發(fā)展將產(chǎn)生深遠的影響。隨著電動汽車的發(fā)展，現(xiàn)在人們對于小型節(jié)能汽車的需求也在飛速增長，因為小型電動汽車無論是從給人以方便性，還是從節(jié)能方面，都有著很大的優(yōu)勢。1.2 國內(nèi)外研究的發(fā)展概況在美國、日本、歐洲等發(fā)達國家，由于新技術發(fā)展的推動和政府對汽車排放越來越苛刻，各大汽車公司投入了大量的人力、物力和財力用于電動汽車的開發(fā)，不斷推出自己的新產(chǎn)品。為了促進電動汽車的發(fā)展，有關國家分別制定了一系列政策，如對電動汽車購買者的優(yōu)惠政策，對燃油汽車使用者的限制政策，還有對科研經(jīng)費的投入和優(yōu)惠政策等，這些政策都對電動汽車的發(fā)展有很大的促進作用。 美國電動汽車的研究和開發(fā)，得到了來自法律、政府的資金和科研力量的支持。1976 年 7 月，美國國會通過《電動汽車和復合汽車的研究開發(fā)和樣車試用法令》，以立法、政府資助和財政補貼等手段加速發(fā)展電動汽車。1990 年，加利福尼亞州在為防止大氣污染而制定的限制法規(guī)中規(guī)定：到 1998 年，“零污染”汽車的銷售額要占新車銷售額的 2%；到 2000 年，“零污染”汽車的銷售額要占新車銷售額的 5%；到 2003 年，“零污染”汽車的銷售額要占新車銷售額的 10%。隨后，美國東部的 10個州也都通過了相應的法規(guī)。法規(guī)的強力推行，促進了電動車小批量、商業(yè)化生產(chǎn)淮 陰 工 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 2 頁 共 22 頁和實踐應用。此后，美國還出臺了一系列鼓勵開發(fā)生產(chǎn)電動汽車的政策。這些因素加快了美國電動汽車產(chǎn)業(yè)化的進程。從世界范圍電動汽車產(chǎn)業(yè)化發(fā)展現(xiàn)狀看，日本是最早開始發(fā)展電動汽車的國家之一。日本國土狹小，石油資源匱乏，幾乎完全依賴進口，油價很高。同時，日本工業(yè)發(fā)達，人口密度很大，城市污染嚴重。因此，日本政府特別重視電動汽車的研究和開發(fā)，很早就對電動汽車的發(fā)展做出了具體的布置和計劃。日本政府將電動汽車、插電式混合動力汽車、清潔動力車、混合汽車、天然動力車都定義為新的下一代汽車。日本政府對購買環(huán)保車的消費者給予補貼，從日本政府對環(huán)保車的優(yōu)惠政策來看，可以享受優(yōu)惠政策的車型已經(jīng)超過 160 種，占現(xiàn)在所有銷售車型的 80%以上。歐洲歷來重視節(jié)能和減排。歐盟委員會于 2007 年公布了“新歐洲能源政策”，其目標是 2020 年將溫室效應氣體排放降低 20%，將可再生能源的比例提高到 20%，同時將今后 5 年歐盟能源領域的研究開發(fā)預算提高 50%。在替代燃料開發(fā)應用的發(fā)展方向上，生物燃料和氫燃料是重點。在亞洲、歐洲競爭對手對電動汽車熱情日益高漲的情況下，歐洲汽車廠商沒有固守自己的觀念。寶馬、奧迪相繼推出混合動力汽車，主要面向北美市場。除歐盟委員會外，歐盟各國政府也根據(jù)本國情況制定了大量政策和措施，推動電動汽車的開發(fā)和消費。國內(nèi)電動汽車的研究始于 20 世紀 60 年代，但當時的研究開發(fā)都是零散和小規(guī)模的，投入也很少。自 1980 年開始，中國開始掀起電動汽車的研究高潮，電動汽車被國家列為“八五”、“九五”科技攻關項目。國內(nèi)一些科研院所和生產(chǎn)企業(yè)相繼開始研究電動汽車，并取得了一些成果。如清華大學研制的 16 座電動中巴車，東風汽車公司研制的電動轎車，華南理工大學研制的輕型電動客車，遠望集團公司研制的電動大客車，長江動力公司研制的電動雙層大客車等都具有一定的水平，但與國外先進電動汽車相比還有一定差距。1.3 研究目的及意義在電動汽車的研發(fā)過程中，其底盤結構是設計中最重要的部分，是因為其承受載荷的主要部件，其中包括汽車中的設施裝備和承載重量等，都是通過底盤施加的，而底盤設計是否合理化，關乎著能否實現(xiàn)整車的輕量化，而汽車輕量化技術室汽車節(jié)能的重要手段，試驗表明，汽車質量每下降 10%，能源消耗約下降 3%-5%，這不僅僅可以使電動汽車的最大續(xù)航里程提高，更可以提高其最大行駛速度。而電動汽車淮 陰 工 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 3 頁 共 22 頁底盤的結構構架不僅僅影響其載荷的合理分布，還關乎著電動汽車底盤的使用壽命以及行駛的平穩(wěn)性。本次論文主要目標就是使其結構和載荷分布更加合理，進而使電動汽車更加節(jié)能，再根據(jù)動力學分析，分析其最大行程及最高車速等。2 電動汽車的結構設計方案對比分析2.1 電動汽車按用途的不同分類2.1.1 電 動 高 爾 夫 球 車電動高爾夫車是專門為高爾夫球場開發(fā)的場地用車，如圖 1。該車地盤低，上下方便，轉彎半徑小，操縱靈活·并采用真空寬胎，復合式前懸架系統(tǒng)，減震性能優(yōu)良，行駛平穩(wěn)，駕乘舒適；后懸架采用鋼板彈簧減震采用高回彈、高承載板簧設計，整車載重性能優(yōu)越，行駛中平穩(wěn)顛簸受力小，乘坐舒適。電動高爾夫球車的車型可以分為 2 座，4 座，6 座，8 座等類型，一般采用的是電池驅動，速度在 18-24 公里/小時。電動高爾夫球車爬坡能力較強，一般 25%，這?個特性在高爾夫球場上方便，自由的行駛，一次充電完成可以行駛 80 公里左右，最大的可以行駛 100 公里以上。電動高爾夫球車的加速器是無級變速系統(tǒng)，沒有檔位的，根據(jù)電流大小來調(diào)整行駛的速度。圖 1 電動高爾夫球車2.1.2 電 動 游 覽 車電動游覽車是屬于區(qū)域用車，專為旅游景區(qū)，公園，大型游樂園，封閉社區(qū)，校園，花園式酒店，度假村，別墅區(qū)，城市步行街，港口等區(qū)域開發(fā)的自駕游，區(qū)域巡邏，代步專用的環(huán)保型電動乘用車輛，如圖 2。電動游覽車系列使用的電池具有：容量大、重量輕、壽命長、充電方便、安全性高、效率大等特點，其車外觀設計優(yōu)美，空間實用性大，操作方便，為國內(nèi)旅游淮 陰 工 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 4 頁 共 22 頁景區(qū)普遍使用。圖 2 電動游覽車2.1.3 警 務 巡 邏 車巡邏車一種為治安，維和人員專門設計開發(fā)的車輛，如圖 3。市場中使用較多的為電動巡邏車，這種車輛可以乘坐 2- 8 人的四輪方向盤式電動車，并安裝有警示燈、鳴笛和喊話裝置的專業(yè)電動車。其中有：半封閉、全封閉兩種類型。由于質量優(yōu)秀、收費公道、售后服務好，所以所銷售的巡邏車不僅獲了公安部門的喜愛，同時也成為了一些諸如行政執(zhí)法部門、學校、醫(yī)院等場所進行日常巡邏安保工作的首選車型。圖 3 巡邏車2.1.4 老 年 代 步 車老年車，又叫老年電動車、老年代步車、老年助力車，是老年人戶外出行代步的理想車輛，如圖 4。其性能相對穩(wěn)定，車速較慢，運用電力無需加油，故又稱環(huán)保老年車，老年電動車所使用的能源有很多，主要有鉛酸電池(含鉛酸膠體電池)、鎳氫電池、鎳鎘電池、鎳鐵電池、鋰離子電池(常稱之為鋰電池)、燃料電池等。電池淮 陰 工 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 5 頁 共 22 頁按電化學方式直接將化學能轉化為電能。它不經(jīng)過熱機過程，因此不受卡諾循環(huán)的限制，能量轉化效率高（40－60%）；幾乎不產(chǎn)生 NOx 和 SOx 的排放?？紤]到老年人年齡過大，對于突發(fā)情況的反映速度會比較慢，所以，國家相關規(guī)定，老年代步車的車速必須在 20km/h 以下，不可速度過快。圖 4 老年代步車2.1.4 設 計 所 選 車 型本次設計選取老年代步車為主要研究對象，因為其結構較為簡單，便于設計，所以選取老年代步車為設計對象。2.2 小型電動汽車的一般結構2.2.1 小 型 電 動 汽 車 的 電 驅 動 系 統(tǒng) 的 結 構 形 式采用不同的電力驅動系統(tǒng)可構成不同結構形式的電動汽車，一般分為以下六種，其中字母含義，C-離合器、D-差速器、FG-固定速比減速器，GB-變速器、M-電動機。第一種就是從之前發(fā)動機前置前驅的燃油汽車得來的，這種結構是由電動機、齒輪箱、離合器和差速器構成的，如圖 5 。離合器是用來切斷和聯(lián)通電動機和車輪之間的傳遞同理的機械裝置，變速器是一套不同速比的齒輪機構，這樣可以實現(xiàn)不同的變速比。差速器就是在汽車轉彎的時候，可以實現(xiàn)內(nèi)側車輪和外側車輪的不同轉彎半徑，使車輪可以差速行駛。 ]1[淮 陰 工 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 6 頁 共 22 頁圖 5 電驅動的結構形式第二種就是使用固定速比的減速器，這樣可以減掉離合器，減少傳動裝置的質量和體積。這種結構是由電動機、固定速比的減速器和差速器組成，如圖 6 。雖然這種結構比較小而且質量較輕，但是有一個明顯的缺陷，就是沒有離合器，也沒有變速裝置，不能夠提供比較理想的轉矩和轉速特性。 ]1[圖 6 電驅動的結構形式第三種結構有些和發(fā)動機橫向前置，前輪驅動的燃油汽車的布置方式類似，它把電動機、固定速比減速器和差速器集成為一個整體，兩根半軸連接驅動車輪，這種結構在小型電動汽車上應用極為普遍，本次設計的老年助力電動汽車就應用這種結構，如圖 7。 ]1[圖 7 電驅動的結構形式第四種就是雙電動機機構就是采用兩個電動機通過固定速比的減速器分別驅動兩個車輪，每個電動機的轉速可以獨立地調(diào)節(jié)控制，便于實現(xiàn)電子差速，因此，電動汽車不需要選取機械差速器，如圖 8。 ]1[圖 8 電驅動的結構形式第五種則是輪轂電動機，這樣可以進一步縮減從電動機到驅動車輪的傳動路徑?；?陰 工 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 7 頁 共 22 頁為了將電動機轉速降低到理想的車輪轉速，可采用固定減速比的行星齒輪變速器，它能夠提供比較大的減速比，而且輸入和輸出軸可布置在同一條軸線上，如圖 9。 ]1[圖 9 電驅動的結構形式第六種是徹底去掉了機械減速齒輪箱，電動機的外轉子直接安裝在車輪的輪緣上，車輪轉速和電動汽車的車速控制完全取決于電動汽車的轉速控制，如圖 10。 ]1[圖 10 電驅動的結構形式2.2.2 小 型 電 動 汽 車 的 儲 能 裝 置 的 結 構 形 式采用不同類型的儲能裝置，如不同的蓄電池、燃料電池、超大電容器和高速飛輪等，構成不同的電動汽車結構，有以下六種，其中字母的含義，B-蓄電池、C-電容器、FC-燃料電池、FW-超高速飛輪、P-功率轉換器、R-重整器。第一種是現(xiàn)在電動汽車所獨有的以蓄電池作動力源的一種結構，蓄電池可以布置在車的四周，也可以集中布置在車的尾部或者布置在底盤下面，如圖 11。所選用的蓄電池應該能提供足夠高的比能量和比功率，并且在車輛制動時能回收再生制動能量。同時具有高比能量和高比功率的蓄電池對電動汽車而言是最理想的動力能源，比能量影響汽車的行駛里程，而比功率影響汽車的加速性和爬坡能力。 ]2[圖 11 儲能裝置的結構形式第二種是為了解決一種蓄電池不能同時滿足對比能量和比功率的要求這個問題，淮 陰 工 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 8 頁 共 22 頁可以在電動汽車上同時采用一種不同的蓄電池，其中一種能提供高比能量，另外一種提供高比功率。如圖 12 中顯示的是這種蓄電池作混合動力能源的基本結構，這種結構不僅分離了對比能量和比功率的要求，而且在汽車下坡或制動時可利用蓄電池回收能量。 ]2[圖 12 儲能裝置的結構形式第三種是除了蓄電池以外，還可以用燃料電池作儲能裝置，它是一個小型的發(fā)電裝置。燃料電池的工作原理是利用可逆的電解過程，即用氫氣和氧氣結合產(chǎn)生電和水。氫氣可以儲存在一個車載的氫氣罐里，而氧氣可以直接從空氣中獲得。燃料電池能提供高的比能量但不能回收再生制動能量，因此最好與一種能提供高比功率且能高效回收制動能量的蓄電池結合在一起使用。如圖 13 所示的就是用燃料電池和蓄電池作混合動力的結構框圖。 ]2[圖 13 儲能裝置的結構形式第四種燃料電池所需的氫氣不僅可以以壓縮氫氣、液態(tài)氫或金屬氫化物的形式儲存，還可以由常溫的液態(tài)燃料如甲醇或汽油隨車產(chǎn)生。如圖 14 是一個帶小型重整器的電動汽車的結構簡圖，燃料電池所需的氫氣由重整器隨車產(chǎn)生。 ]2[圖 14 儲能裝置的結構形式第五種是當用蓄電池與電容器作混合動力時，所選的蓄電池必須能提供高比能量，因為電容器本身比蓄電池具有更高的比功率和更高效回收制動能量的能力。由淮 陰 工 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 9 頁 共 22 頁于用在電動汽車上的電容器（通常稱為超大容量電容器）相對而言電壓較低，所以需要在蓄電池和電容器之間加一個 DC-DC 功率轉換器。如圖 15 顯示了蓄電池和電容器作混合動力的結構框圖。 ]2[圖 15 儲能裝置的結構形式第六種是與超大容量電容器類似，飛輪是另外一種新興的具有高比功率和高效制動能量回收能力的儲能器。用于電動汽車的飛輪與傳統(tǒng)低速笨重的飛輪是不同的，這種飛輪質量輕，且在真空下高速運轉，超高速飛輪與具有一種工作模式（電動機和發(fā)電機）的電動機轉子相結合，能夠將電能和機械能進行雙向轉換。如圖 16 顯示了這種飛輪和蓄電池作混合動力的結構，所選用的蓄電池應能提供高比能量。飛輪最好與無刷交流電動機結合使用，因為這種電動機的效率比直流電動機高，因而應在蓄電池和飛輪之間加一個 AC-DC 轉換器。 ]2[圖 16 儲能裝置的結構形式2.2.3 設 計 所 選 的 結 構 形 式因為此次設計為老年代步車的底盤設計，而老年代步車車型較小，底盤較為簡單，所以所選的結構形式盡可能的簡單。本次設計所選取的結構形式如圖 7 和圖 11 。2.3 電動汽車設計方案的確定綜合上面的一系列信息，以老年代步車作為主要設計方向，通過市場調(diào)查和資料查閱來確定其車的整車參數(shù)。在確定整車的參數(shù)之后，通過電動汽車的動力性分析來檢測這些參數(shù)是否合理和滿足設計要求。在設計其底盤的構造方面，在圖 7 和圖 11 的結構上，合理的安排其動力系統(tǒng)，傳動系統(tǒng)等，包括蓄電池，電動機等，使其分布合理化，并且使電動汽車底盤的載荷分布合理化，使設計的車輛能夠滿足安淮 陰 工 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 10 頁 共 22 頁全性。3 電動汽車整體參數(shù)選擇 3.1 外形尺寸的確定根據(jù)個人經(jīng)行的市場調(diào)查，大多老人希望電動汽車的尺寸不要太大，盡量小巧一些，這樣方便停車，也方便出行，比如一些菜市場等地方，也可以行使，這樣在設計底盤以及整車的外形尺寸方面就需要盡量的縮小，不可太大，根據(jù)調(diào)查表明，對于車長來說，大多數(shù)人希望車長在 1.5m 范圍之內(nèi)，對于車寬方面，盡量不要超過1m，對于車高來說，因為考慮到車輛的重心等問題以及通過性的問題，盡量不要超過 1.8m，鑒于此次調(diào)查，大體確定了我對于此次設計的尺寸選擇范圍。3.2 離地間隙的選取考慮到現(xiàn)在很多地方有減速帶等問題，以及現(xiàn)在路邊的路牙高度一般在 0.15m-0.2m 左右，為了使車輛能夠擁有良好的通過性，所以選取的離地間隙要高于 0.2m。3.3 電機功率的選取由于國家規(guī)定，以及又是老年人代步車，車速等不能太快，不可超過 20km/h，功率和轉速不能太大，暫時選取的電動機功率為 800w，扭矩為 5.1Nm，轉速為1500r/min。3.4 電池配置動力蓄電池是電動汽車的能量源，為整車提供驅動電能，動力電池系統(tǒng)的選型及參數(shù)選擇已經(jīng)成為制約電動汽車發(fā)展的關鍵因素之一。本次設計選取鋰電池，其優(yōu)點眾多，如：①比能量高；無論是體積比能量，還是重量比能量，鋰電池均比鉛酸蓄電池高出三倍以上。由此決定了鋰電池體積更小、重量更輕，其市場消費感覺很好。②循環(huán)壽命長；鋰電池用于電動助力車的循環(huán)壽命一般在 800 次以上，采用磷酸鐵鋰正極材料的鋰電池可以達到 2000 次左右，超出鉛酸蓄電池 1.5 倍至 5 倍以上。這大大降低了鋰電池的使用成本，提高了消費者的使用便利程度。③具有較寬的充電功率范圍；這是鋰電池具有的獨特優(yōu)勢。而老年代步車，車身不大，也不重，不需要太遠的續(xù)航能力，所以電池配備為 24V/60AH 的車用鋰電池。 ]53[?3.5 最大車速及傳動比淮 陰 工 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 11 頁 共 22 頁考慮到老年人的反應能力會較年輕人的反應能力弱一些，對車子的掌控沒有年輕人那么好，所以在本次設計中主減速器的傳動比和變速器的傳動比都選取的比較小。而且國家規(guī)定，老年助力電動汽車速度不應大于 20km/h，設計其車速為15km/h。式（1）0gainr37.V?式中：--速度 (km/h)；aV--轉速 (r/min)；n--車輪半徑(m)；r--主減速器和減速器的傳動比。0gi將 =15km/h， =1500r/min， =0.203,可得到其 3.77aVnr0gi?因為此次設計的電動汽車所采用的只有一個主減速器，所以可以知道其傳動比約為 1:4 。3.6 續(xù)航里程電動汽車的續(xù)航里程是此次調(diào)查中，老年人最關心的問題。在電動汽車的發(fā)展中，有一個新名詞被大家漸漸熟知，叫做“里程焦慮癥”。這不僅僅反應在老年助理電動汽車這一方面，在純電動汽車的設計與發(fā)展方面，也是人們關心的重中之重，很多老人擔心，萬一出去之后，沒電返回了，該怎么辦？因此，電動汽車必須要有較高的續(xù)航里程性，由于本車所選取的蓄電池容量較大，而且電動機的功率不是很大，所以可以提供較高的續(xù)航里程。式（2） IUP?式中：--功率(W)；P--電壓(V) ；U--電流 (A)。I將 P=800W，U=24V 帶入式（2）可得 I 16.6A?淮 陰 工 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 12 頁 共 22 頁式（3）ICT?式中：--時間（h）；T--電池電流容量（AH）；C--電流（ A）。I將 C=60AH，I=16.6A 帶入式（3）可得 T=3.6h。式（4）VTS?式中：--距離，km；S--速度，km/h；V--時間，h。T將 V=15km/h，T=3.6h 帶入式（4）可得 S=15×3.6=54km因為這是純數(shù)據(jù)計算，則實際路況可能會一些影響，包括風速、載客質量和坡度等問題，因此最大續(xù)航里程約為 45km。3.7 爬坡能力考驗一輛汽車的動力性，除了最高車速以及加速性能以為，爬坡能力也在考慮范圍之內(nèi)，所以，汽車的爬坡能力也需要滿足要求。式（5）riMgt?0F?式中：--驅動力(N)；tF--電動機輸出轉矩(Nm)；M--減速器傳動比；0gi--電動汽車機械傳動效率；?--驅動輪半徑(m)；r式（6）iwF??ft淮 陰 工 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 13 頁 共 22 頁式中：--滾動阻力 (N)；fF--空氣阻力 (N)；w--坡度阻力(N)。i式（7）?cosG fF?式中：--滾動阻力系數(shù)；f--汽車總重力(N)；G--汽車在坡道上行駛時道路的坡度角。?式（8）21.5AVCFaDw?式中：--空氣阻力系數(shù)；DC--汽車行駛速度 (km/h)；aV--迎風面積，汽車行駛方向上的投影面積A式（9）?sinGFi?將已知參數(shù)帶入公式(5)(6)(7)(8)(9),可以得到 約 18.8°由于實際路況的復雜性，則最大爬坡角度約為 18°。3.8 整車參數(shù)的確定綜合上述計算，選擇的整車參數(shù)如表 1 所示。表 1 老 年 助 力 車 整 車 參 數(shù)參 數(shù) 名 稱 所 選 參 數(shù)外 形 尺 寸 -mm 1240×640×1300淮 陰 工 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 14 頁 共 22 頁離 地 間 隙 -mm 220電 機 功 率 -w 無 刷 800電 池 配 置 -V/AH 24/60充 電 器 -V/A 24/8最 大 速 度 -km/h 15km/h續(xù) 航 里 程 -km 45輪 胎 尺 寸 -inch 8爬 坡 能 力 -° 18°4 電動汽車底盤設計4.1 底盤模型的設計根據(jù)以上的分析，以及在現(xiàn)實中的調(diào)查和查閱資料的情況下 ，個人的底盤的]18[?結構設計如圖 17 所示。圖 17 底盤樣式結構圖此為此次設計的底盤模型和結構分布。電動機位置是根據(jù)圖 7 來確定的，它把電動機、固定速比減速器和差速器集成為一個整體，兩根半軸連接驅動車輪，后面的兩個橫梁是用來連接后輪減震器的。電動機位置與減震器連接的橫梁蓄電池和座椅 前端懸架控制器位置安全輪安全輪淮 陰 工 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 15 頁 共 22 頁因為設計老年助力車，所以整體車輛只設計一個車座，而蓄電池的位置則是根據(jù)圖 11 來確定的，把蓄電池放在座椅的下面，這樣可以節(jié)約空間，使得此款老年助力車更加小巧。把控制器放在前端，減少與方向盤之間的距離，便于排線布置，而且距離蓄電池也比較近，而前端車輪要滿足足夠的轉向性能，所以設計的橫梁不能影響車輪的轉向性。之所以設計最后面的安全輪，是因為小型電動汽車有后翻的安全隱患，因為小型電動汽車它的重心較高，底盤又比較小，穩(wěn)定性略差。作為老年助力電動汽車的設計，安全性是必須有嚴格要求的，而設計了安全輪可以有效防止車輛后翻，還可以在車輛下小臺階的時候，給予一定的緩沖作用，有效的提高了車輛的安全性。4.2 底盤尺寸的設計根據(jù)以上的分析，以及現(xiàn)實中的調(diào)查，在查閱資料的情況下 ，個人的底盤的]18[?結構尺寸如圖 18 所示。圖 18 底盤結構尺寸圖如圖 18 位底盤結構尺寸圖，車身總長定為 1240mm，而底盤長一共 1090mm,因為淮 陰 工 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 16 頁 共 22 頁其前端還要加防撞護欄，還有車身外殼等，所以底盤總長度不能超過 1100mm。車身總寬度定為 640mm，而底盤寬一共 500mm，預留長度是為放車身外殼等。底盤后端長設為 300mm，是因為選取的車輪為 8inch 的車輪，而車輪要在整個車身里面，不能外露，所以設置為 300mm。后端寬設置為 250mm，也是因為所選車輪為8inch，換算成標準長度單位為 203mm，可知車輪外圍直徑為 203mm，所以后端支持橫梁要大于 203mm，綜合考慮設置為 250mm，而底盤前端設計的思路同上。之所以中間的長 260mm 寬 150mm，而不是使用像前面一樣的網(wǎng)格狀，除了是為了使整個底盤盡量輕以外，還有一部分原因是為了保證后車輪有足夠的空間去安裝和運轉。而中間部分的長 350mm，和后面的 150mm 組合成為車座部位，以及車座前面放腳的位置。其底盤的寬為 500mm，還有一個原因就是因為所選的蓄電池外形尺寸的長為500mm。關于安全輪的設計尺寸，計算如下：圖 19 安全輪如圖 19 所示，輪胎選用的是 8inch 的輪胎，換算成標準長度單位，其直徑為20.32cm，根據(jù)前面的計算可知，此款電動汽車的最大爬坡角度約為 18°，所以這個安全輪距離地面的高度可以根據(jù)此爬坡角度來定。如圖 19 所示，使用 Auto CAD 中的“tan”命令做關于輪胎和安全輪之間的切線。式（10）SLtan??式中：--最大爬坡角度(°)；?淮 陰 工 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 17 頁 共 22 頁--所算角度的對直角邊 (mm)；L--所算角度的鄰直角邊(mm)。S帶入 L=30.7mm，S=119.8mm 式(10)可得 15°??假設車輛在傾斜度為 15°的路面上行駛，遭遇后翻的時候，因為有安全輪的存在，所以最大仰角為 30°，是不會產(chǎn)生后翻的，這樣可以在一定程度上保護到駕駛人員。4.3 底盤材料的選擇本次設計的老年電動汽車底盤采用 Q235 鋼，橫梁、縱梁均使用矩形鋼焊接而成。之所以選擇 Q235 鋼，是因為它是一種普通碳素結構鋼，綜合性能較好，強度、塑性和焊接等性能得到較好配合，其具體參數(shù)如表 2 所示：表 2 底盤的材料屬性及力學特性材料 彈性模量/GPa 泊松比 密度 /Kg/ 3m彈性極限/MPa 屈服極限/MPaQ235 207 0.3 7800 375-460 2354.4 底盤的繪制4.4.1 根據(jù) Auto CAD 的圖紙先草繪出底盤的具體尺寸和形狀，如圖 20。圖 20 底盤草繪圖4.4.2 利用拉伸等命令先生成底盤的主體框架，如圖 21 ?；?陰 工 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 18 頁 共 22 頁圖 21 主體框架圖4.4.3 同上，可以生成出車后架和安全輪，如圖 22。圖 22 整體車架圖4.4.4 最后做出前輪的懸架所需要的橫梁，如圖 23 。圖 23 完整底盤圖淮 陰 工 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 19 頁 共 22 頁結 論本次設計以電動汽車中的老年代步車為主要研究對象，在經(jīng)過簡單的市場調(diào)查之后，根據(jù)老年人對其代步車的需要和相關文獻等來確定汽車的尺寸以及性能參數(shù)，根據(jù)這些尺寸和性能參數(shù)來選取電動汽車的驅動結構形式，以及儲能裝置的結構形式，再根據(jù)其形式來確定底盤的構造以及空間分布。在本次設計中，本人對老年代步汽車的動力性經(jīng)行了簡略的分析，然而現(xiàn)實中的工況很復雜，所以此次的動力性分析理論化比較嚴重，與現(xiàn)實中有些許差別，實際的參數(shù)還是要通過大量的實際實驗才能夠得出。在對底盤的設計中，在不影響底盤安全性和穩(wěn)定性的前提下，盡量的減輕底盤的重量。由于此次設計的是老年代步車，在安全性方面多加了一對輔助安全輪，這應該是此次設計的一個小亮點，由于作圖能力的不足，對于底盤的細節(jié)設計沒有完全體現(xiàn)在圖紙當中，略有不足。當今社會對于電動汽車的發(fā)展關注度一直在上升，相信以后會有更加完美的電動汽車設計！淮 陰 工 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 20 頁 共 22 頁致 謝本論文在劉永臣老師的悉心指導和嚴格要求下完成，從選題到初稿再到最后定稿，劉永臣老師一直耐心的點撥我給我建議，更是給我提供了很多專業(yè)性的指導，還給了我很多很實用的建議，沒有老師這樣的幫助，我不會這么順利的完成畢業(yè)論文。因此，我想在此向劉永臣老師表示深深的感謝。 在此，我還要借此機會向在這四年中給予了我很多幫助和指導的所有老師表示衷心的感謝，各位任課老師對平時的授課認真負責，正是有了他們對我的專業(yè)知識的幫助和支持，我才能夠很好的掌握和運用專業(yè)知識，并在設計中得以體現(xiàn)，順利完成畢業(yè)論文。 同時，在我的論文寫作過程中，我還參考了一些前輩的書籍和論文，在這里一并向所有的作者表示感謝。淮 陰 工 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 21 頁 共 22 頁參 考 文 獻1 陳清泉，孫逢春，祝嘉光.現(xiàn)代電動汽車技術[M].北京：北京理工大學出版社，2002.2 李涵武.電動汽車技術[M]. 北京:化學工業(yè)出版社,2014 .3 陳全世.先進電動汽車技術[M].北京：化學工業(yè)出版社，2007.4 康龍云.新能源汽車與電力電子技術[M].北京：機械工業(yè)出版社，2009.5 胡驊，宋慧.電動汽車第 2 版[M].--北京：人民交通出版社，2006.6 胡驊，宋慧.電動汽車[M].北京：人民交通出版社，2002.7 李興虎.電動汽車概論[M].北京：北京理工大學出版社，2005.8 陳全世,朱家璉,田光宇.先進電動汽車技術[M].北京:化學工業(yè)出版社,2007.9 鄧號.微型電動汽車底盤結構分析及優(yōu)化[D].河北：河北聯(lián)合大學，2012.10 Xiao Fang.Electric Vehicles:Clean driving that presaes the 21st century[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2002.11 溫煒堅，余少敏，廖中文，楊旭志.基于操縱穩(wěn)定性的某電動汽車底盤布置方案優(yōu)化[J].重慶理工大學學報，2010,18(9):32-36.12 宋慧，胡驊.電動汽車的現(xiàn)狀及發(fā)展(Ⅰ)[J].汽車電器，2000,2(1):13-17. 13 趙立杰，李巖，陳歡.基于 ANSYS 的電動汽車折疊底盤設計與分析[J].沈陽航空航天大學學報，2012,13(5):27-31.