电动汽车结构布置及设计.docx

电动汽车结构布置及设计.docx

《电动汽车结构布置及设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电动汽车结构布置及设计.docx（29页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

电动汽车结构布置及设计

摘要……………………………………………………………………………………1

Abstract………………………………………………………………………………2

第一章绪论…………………………………………………………………………3

1.1选题的意义1.2电动车的历史

1.3电动车的现状以及技术水平

1.4电动车目前所面临的主要问题

1.5电动车的未来发展方向

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

2.2设计参数的选择与分析

第三章电动汽车各总成的布置和参数的确定

3.1电动车电机的选择

3.2电动车电池的选择

3.3电动车前后悬架的选择

3.4电动车车桥车架以及车轮的选择

3.5电动车的转向系和制动系

3.6电动车传动系的布置形式和驱动桥的选择

第四章参数的校核

第五章小结

致谢

参考文献

附录

摘要

本文写的是一辆八座电动观光汽车的总体设计。

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，是电机直接和主减速器用齿轮啮合直接连接，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：

电动观光汽车总体设计电机电池底盘布置

Abstract

　　Thisarticlewritesaneighttourismelectricautomobiledesign.Firstistothemassiveelectricautomobilematerialconsult,thenfromtheelectricalmachinerychoice,thebatterychoicebegins,accordingtothetopicrequest,carriesonaseriesofcomputationsfinallytoobtainsatisfiesthetravelrequesttheelectricalmachineryandthebattery.Afterchoosestheelectricalmachineryandthebattery,issamewiththedesignfueloilautomobilechassis,andsimultaneouslysynthesizestheelectricautomobiletheuniquefeature,totheautomobiletransmissionsystem,thetravelsystem,thesteeringsystem,thebrakingsystemcarrieson11analysesandthedesign.Designsthechassisinthisfortheelectricautomobileintheprocess,mustpayattentiontotheelectricautomobileandthefueloilautomobiledifferentplacespecially.Designsinmeonthislowspeedtourismelectricautomobile,itspowertransmissionisverysimple,doesnothavethetraditionalcouplingandthetransmissiongearbox,alsodoesnothavetherotarytransmissionsystem,istheelectricalmachinerydirectandthemaingearboxwiththegearmeshingdirectconnection,likethiscausestheentirechassisthespatialbigincrease,theentirechassisarrangementalsomightchangeismorefree.Finallyinthesefoundations,theusecomputedinformation,carriesontotheautomobilealwaysarrangesthedesign.

Keywords:

tourismelectricautomobiledesignelectricalmachinerybatterychassisarrangement

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，Thomasdavenport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Robertdavidson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，FrankSprague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1-2Morrs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2~3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8．8亿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）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100-300km，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50~100km。

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.

（2）蓄电池使用寿命问题:

  普通蓄电池充放电次数仅为300~400次，即使性能良好的蓄电池充放电次数也不过700~900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。

（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550L．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。

（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／kW·h，甚至有的高达350美元／kW·h，成本太高，用户难以承受。

（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设计目的和要求以及总体构想

（1）本次毕业设计我的题目是八座电动观光汽车的总体设计。

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*1248*1830。

（2）对于本次的总体构想。

我的毕业设计题目是八座电动观光汽车的总体设计。

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（比如校园用或者游乐园用的那种），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，铅酸蓄电池是技术最成熟的一种，成本也最低，对于我所要设计的观光车来说，选铅酸蓄电池最合理。

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铅酸蓄电池型号的选择。

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，分四排座位，一排坐两个，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。

电机和固定速比减速器，差速器是连接在一起，固定在后轴，这样就省去了传动系统，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）

1248

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。

   （ 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。