电动汽车总体设计设计.doc

1、设计说明书 电动汽车总体设计 作品编号：JL731960 姓名：张鹏 刘博文 卢文琪 谭鹏龙 魏烁 指导教师：修文翠 所在学校：吉林农业科技学院 2012 年7 月 1 日前言1电动汽车环保节能，是个好的交通工具，若夜间充电既能减少深夜电力资源浪费，又能缓解我国燃油消耗压力。同时节省更多的燃油用到生产运输上去缓解市场物价上涨。2除有私家车的人外，步行坐公交车和自行车，这些种出行方式，都适应不了现在生活的快节奏。电动汽车具有自己的独特优势，与燃油车相比较，没多少环境污染，便捷，环保（电池可回收），几乎是1块钱的电费就可以跑40公里，其具有很好的发展潜力和市场前景。3电动汽车优质优价、节能环保、安

2、全可靠、费用低廉、舒适灵活等许多优点，可在快捷中享受快乐，是城乡人们出行、健身、上下班、上学经济型的交通工具。4 电动汽车其主要动力来源于人力，四人可以同时进行人力驱动，具有一定的环保型，安全性，娱乐性。5 电动车后部有一个精密的变速箱，可以变换4个档位，一个倒车档，主驾驶室有控制系统，电力操作面板，方向盘。6 齿轮由高速钢铸造而成，具有耐磨性。车身由高强度合金板材焊接而成，具有质量轻、强度大、易加工等特点。车身前端有远近照明灯，采用12V电压工作系统。车身上端有遮阴蓬，四周为通风式设计。每个装卸零件采用国家标准零件，易于购买。7 该车适合于游乐场，市区居民，人力车市场，家庭远行郊游者共买。目

3、录电动汽车基本参数3电动汽车设计过程11异步电机的选择11变速器选择13计算性能14蓄电池及功率转化器选择171汽车基本情况：技术特性l 电机及控制器 车型项目 参数值电机电机型号XYQ-7.5-3BH电机型式三相异步交流额定功率7.5kw额定转速3440r/min额定转矩26NM功率因数0.8最高空载转速5860r/min控制器控制器型号LF60控制器型式三相交流DSP控制器容量15kV.A防护等级IP54整车参数 车型项目电动汽车总长(mm)2400总宽(mm)1300总高(mm)2000轴距(mm)2200最高车速(km/h)65最大爬坡度（%）30最小离地间隙(mm)150最小转弯直径

4、(m)10l 整车质量参数 车型项目电动汽车整备质量(kg)200满载质量(kg)500l 行驶系 车型项目电动汽车前悬架型式后悬架型式轮胎规格轮胎气压(kPa)200轮辋13*5JBl 动力电池及充电机 车型项目电动汽车电池电池类型铅酸阀控式单体电池电压(V)12单体电池容量(Ah)150Ah 10小时率电池总电压(V)72电池总容量(Ah)150电池总重量(kg)电动汽车充电机输入电压(V)AC 220 50Hz输入电流(A)10输出电压(V)72输出电流(A)25l 其它 车型项目电动汽车转向器型式齿轮齿条式方向盘位置左置行车制动器型式双回路液压制动系统驻车制动器型式机械钢索式,作用于后

5、轮辅助制动型式电动真空泵额定载客数4人(含驾驶员)续驶里程(km)2002、整车基本结构电动汽车主要由驱动控制系统、电池系统、底盘、车身及电气系统组成。整车采用动力装置后置后轮驱动，具有合理的轴荷分配和良好的操纵稳定性。驱动控制系统是电动汽车的心脏，其任务是在驾驶员控制下，高效地将蓄电池的能量转化为车轮的动能，或者脚踏板驱动汽车前进。驱动控制系统主要由电机，踏板和电机控制器组成，电机与电池之间的能量流动通过控制器调节，电机与车轮通过机械传动装置连在一起。电动汽车车采用交流电机作为驱动电机。电池系统作为整车的动力源，主要功能是为驱动控制系统提供电能，并用周期性的充电来补充电能。动力电池组作为电动

6、汽车的关键装备，它的质量和体积以及储存的能量对电动汽车的性能起决定性的作用。电动公交客车采用锂离子电池作为整车的动力源。底盘包括传动行驶系、转向系、制动系、悬架和前桥等，其中行驶系又主要由变速器、传动轴和车轮等组成。底盘的主要功能是支撑整车的质量，将电机发出的动力传给驱动车轮，同时还要传递和承受路面作用于车轮的各种力和力矩，并缓和冲击、吸收振动以保证汽车的舒适性，能够比较轻便和灵活地完成整车的转向和制动等操作。1脚踏板 2电机 3转向 4档位 5变速箱（后桥） 6车架 7轮胎8链条 9主轴 10变速杆 11离合运动过程主要由1踏板和2电机同时带动9主轴转动通过8链条带动5变速箱最后通过变速箱使

7、7轮子转动车身骨架总成由前围、后围、及顶盖等部件组成。车身骨架采用异型钢材（矩形钢管）及薄板冲压件组焊而成，所构成的三维框架结构，经有限元计算有足够的刚度和强度，并进行了轻量化改进，结构较为合理。电气系统包括低压电气系统和高压电气系统两部分。动力电池组输出的高压直流电通过电机控制器驱动电机运转，同时还向空调系统的压缩机、转向系统的驱动电机、制动系统的驱动电机提供电能，这构成了整车的高压电气系统；动力电池组通过DC/DC变换器将高压直流电转换为24 V低压直流电，为仪表、照明、控制系统和车身附件提供电能，并给辅助蓄电池充电，这构成了整车的低压电气系统。变速箱 此变速箱一共有8个轴1轴与前面的链条

8、连接2轴为离合的轴（通过整体的左移动实现下图中蓝齿轮与红齿轮分离以致实现离合的要求）3轴为固定的轴4轴和5轴为换齿轴通过他们的左右移动实现变换档位6轴为间接轴只与5轴小齿连接实现8轴后转（倒档）7轴为主要轴（所有的换挡齿都在7轴上）8轴就是车轴与后轮直接相连，此变速箱全是直齿轮。白1齿和白2齿在5轴上通过轴的整体左移动实现白1齿与绿1齿咬合 整体的右移动实现白2吃与黄2吃咬合（6轴与7轴总是咬合）红颜色的1和2是4轴上的2个齿通过4轴的整体左移动实现2和2的咬合 整体的右移动实现1和1的咬合设计内容主要进行汽车总体设计。汽车总体设计的内容包括：1查阅资料、调查研究、制定设计原则2选择整车和各总

9、成的结构型式及主要技术特性参数和性能参数，形成一个完整的整车概念。选型过程中要进行必要的计算，并绘制总布置草图，以检验所选择的总成能否满足选型时确定的整车性能和尺寸要求。3汽车主要技术参数的确定（1）汽车质量参数的确定：汽车装载质量、整车整备质量、汽车总质量、汽车轴数和驱动型式、汽车的轴荷分配。（2）汽车主要尺寸参数的确定：汽车轴距、汽车的前后轮距、汽车的前悬和后悬、汽车的外廓尺寸。（3）汽车主要性能参数的确定：汽车动力性能参数（汽车最高车速vamax、加速时间、最大爬坡度imax、直接档最大动力因数D0max、档最大动力因数Dmax）、燃料经济性参数、通过性参数、制动性参数、操纵稳定性参数、

10、行使平顺性参数。3绘制总布置图（1）明确绘制总布置图的基准；（2）标注主要结构尺寸和装配尺寸；设计要求 1绘制汽车的总布置图。2编写设计说明书，设计说明书应包括以下内容：（1）汽车形式的选择；（2）汽车各总成的选择； （3）汽车主要技术参数的确定；（4）汽车主要性能的计算；包括：汽车动力性、经济性、操纵稳定性等。（5）参考文献。汽车主要参数驱动形式：电动机后驱整备质量：200千克满载等量：500千克外型尺寸：总长2400mm，总宽1200mm，总高2000mm。轴距2000mm，轮距：前轮（沿地面）2300mm，后轮2300mm，最小转弯直径（前外轮轮轨迹），22.8mm，汽车通过角度：接近角

11、7度，离去角7度。最大制动距离(车速为30km/小时):8.2m变速器：四档变速传动轴：普通传动轴悬架：前悬架型式：两个整体弹性空气悬挂、双向作用液压筒式减振器和横向稳定装置及限位块等所组成后悬架型式：四个整体弹性空气悬挂、双向作用液压筒式减振器和横向稳定装置及限位块等所组成减震器型式：在座椅下方轮胎：数量4个，不设备胎型号未定轮辋规格：未定轮胎：未定充气压力未定车身结构：车身由底架和车身骨架组成，而车身骨架又由前围、后围、顶架组成。车身采用凯斯鲍尔成熟的全承载式桁架结构，具有足够的刚度和强度，并进行了轻量化改进，结构较为合理。前轮定位：车轮外倾角。主销后倾度，主销内倾角。前轮前束：02mm。

12、转向机构：齿轮齿条传动设计过程一异步电机选择匹配内容：异步电机的额定功率、峰值功率、最大转矩、基速、峰值转速、额定电压、额定电流和功率因数。根据上述技术参数表，可以初步计算出城市电动客车的行驶阻力。公式如下：式中：滚动阻力空气阻力滚动阻力加速度阻力1滚动阻力式中：滚阻系数，取； 最大允许车重 坡度角。坡度取为0时，取最大坡度为0.2时，2坡度阻力最大坡度0.2时，3空气阻力式中： 空气阻力系数，取为 迎风面积，取为,为前轮距，车高 最高车速取为4加速度阻力汽车驱动力：式中： 驱动电动机转矩 变速箱传动比主减速器传动比传动效率驱动轮半径，取为0.5m根据驱动力和行驶阻力平衡运动风度：当汽车以最高

13、速度80km/h行驶时，只有空气阻力和滚动阻力:汽车驱动力则此时的驱动功率:这是电机额定输出功率的下限值考虑到驱动空调、助力附件和一些杂散能耗，电动机的额定功率取100KW，才能有效保证汽车的动力性要求。电机的最高转速定为5000r/min较合适，因为高于6000r/min的电机为高速电机，对轴承和其他部件的要求都较高，增加了电机制造成本，对于最高车速为80km/h的客车并不适用。电机基速可以选用1800 r/min，它具有较理想的转矩特性和较高的效率。电机额定转矩：，受电机自身特性的限制，转矩过载系数越大，电机设计的难度越大。故取转矩过载系数为则电机峰值转矩：通常情况下，满足加速性能要求的电

14、机峰值功率的一半均大于电机额定输出功率的下限值。故取电机峰值功率,则电机峰值转速二变速器的选择：电动汽车中电机转矩特性曲线比发动机转矩特性曲线更理想，传动系设计可以采用四个档变速器，高档用于正常行车，低档用于起步和爬陡坡，从而简化传动系结构和降低整车制造成本。根据汽车传动系设计要求：传动系最高档总减速比应小于可以选取传动系最低档传动比应大于故可以取表一 传动系传动比三计算性能：1动力性能：假设电机驱动系统具有理想的峰值工作特性，则对应的电动汽车整车驱动力一车速曲线如图所示。加速时间：图中，Vb为与电机基速(额定转速) 对应的车速，Vmax为与电机最高工作转速 对应的车速，Va为电动汽车起步加速

15、达到的某一车速，Pp为电机峰值输出功率，KW。则电机起步加速到Va的加速时间式中驱动力： 故满足从0-50km/h加速要20.7s的时间当汽车以10km/h的速度在坡度20%上匀速行驶，所需的功率即小于电机额定功率，更远小于电机峰值功率，故电机选择满足要求最大爬坡度验证：设汽车以10km/h爬坡，则最大爬坡度故也满足要求最高车速验证：最高车速时对应的转速：此时电机提供的转矩传递到车轮的驱动力：故远远满足最高速度为80km/h的要求。操纵稳定性分析计算：1纵向行驶稳定性及保证汽车上坡时不致纵向翻车，其条件为： 式中 汽车质心高 汽车质心至后轴距离 道路附着系数取0.7表二 纵向行驶稳定性计算结果

16、参数空载满载汽车质心至后轴距离b/mm19402129汽车质心高hg/mm820570b/hg2.373.74计算结果表明，该车在上坡时不致纵向翻车，纵向行驶稳定。2横向行驶稳定性(1)静态侧翻角计算： 式中 B汽车前轮距，2096mm静态侧翻角，客车通用技术条件中规定应不小于，计算结果见表三表三 静态侧翻角计算结果参数空载满载汽车前轮距B/mm20962046汽车质心高hg/mm820570B/hg1.2781.84静态侧翻角(2)动态侧翻角计算如下。汽车在横向坡道上行驶时，应保证侧滑发生在侧翻之前。条件是： 计算结果见表四表三 动态侧翻角计算结果参数空载满载汽车前轮距B/mm2096204

17、6汽车质心高hg/mm820570B/hg1.2781.84故该车在有坡度的良好沥青路面上行驶仍能保证侧滑发生在侧翻之前，所以是稳定的。(3)通过性计算 汽车克服台阶、沟道等障碍物时车速较低，可以用解静力学方程求解汽车可以通过的台阶高度和沟宽，故可用以下公式计算：车轮直径，1000m汽车轴距，5800mm汽车至前轴距离，3860mm台阶高度沟宽计算结果表五 通过性计算结果参数上台阶能力（台阶高）过沟能力（沟宽）hw/Dhw/mmLd/DLd/mm前轮0.21342130.819819后轮0.09900.572572在采用静力学平衡方程求解通过性时没有考虑车速引起的惯性力的影响，因此后轮越过的台

18、阶高度较小，但是实际运行时，由于汽车具有一定的加速度，汽车可以越过的台阶和沟宽要比计算值大。四蓄电池及功率转化器的选择：1蓄电池选择：根据电动汽车的续驶里程要求确定蓄电池的总容量；电池电压应根据市场上技术成熟电机的额定电压及动力电池的单块电压确定；根据电机峰值功率确定蓄电池功率。电动客车的一次充电应能够在城市循环工况下行驶200km（根据设计目标），按照城市客车四工况循环来估算所需的蓄电池总容量。右图是GB12545.22001中规定的城市客车能耗试验四工况循环图，横坐标表示行程和时间，纵坐标表示车速整个工况循环行驶里程为700m，计算电池能量消耗时可以近似看作四段，并且第四段为滑行，没有能耗

19、，所以我们只需计算两个加速段和一个匀速段。第一段：025km/h，用时37.6s。平均加速度为a=V/3.6t=25/(3.637.6)=0.1846 m/平均驱动力=+ma=54.45+2007.1+3150.5682=5212.12N平均功率P=V/3.6=18097.6w平均电池能耗其中，分别为传动系，电动机和功率转化器的效率。第二段：匀速阶段，车速25Km/h，用时17.2S，驱动力为=+=2007.1+138.6=2145.7N平均功率P=V/3.6=14900.65w平均电池能耗第三段：2540Km/h，用时17.7S，平均加速度a=（40-25）/（3.617.7）=0.2354

20、 m/平均驱动力为=+ma=2007.1+217.8+4017.57=6242.47N平均功率为p=V/3.6=6242.4732.5/3.6=56355.65w平均电池能耗故整个四段循环的电池总能耗E=+=675.72VAh为达到200Km的续驶里程，需要的电池总能量为若选用384V的电池组，则总电池容量应不低于502.76Ah，考虑到汽车附件的能耗，电池组容量选择600Ah。根据锂离子电池的比能量90130Wh/kg,按110Wh/kg需要的锂离子电池质量约有1755kg。锂离子电池的比功率为250450W/kg，按250W/kg，于是电池组的总功率可达438.775kW以上，高于电机峰值

21、功率，满足功率要求。选取电池单块电压24V，单块容量20Ah，适合作为该电动客车驱动电池。2功率转换器的匹配内容有：1、最大功率；2、允许的最大电流。GB/T 18488.1-2001提供了电机与控制器（主要是功率转化器）输出容量的匹配表，100kW的电机对应200kW的功率转化器。功率转化器允许的最大输出电流须大于电机工作的最大电流300A（峰值功率电流）。表二 城市电动公交客车选用电机、电池和逆变器参数表电机额定功率KW峰值功率KW最大转矩N.m峰值转速r/min基速r/min额定电压V额定电流A100170954.950001800240330电池总电压V单块电压V单块容量Ah组串联数并联组数容量Ah38424201630600功率转换器输出容量KVA允许最大电流A200300电动汽车设计说明书 19