1、目录摘要 IAbstract II目录 III前言 - 3 -1 电动汽车的发展史及现状 - 2 -1.1电动汽车的历史 - 2 -1.2 电动汽车的现状以及技术水平 - 3 -2设计参数的选择 - 5 -2.1 设计目的和要求以及总体构想 - 5 -2.2设计参数的选择 - 5 -3 电动汽车总成的布置和参数的确定 - 7 -3.1电动汽车电机的选择 - 7 -3.2电动汽车电池的选择 - 10 -3.3 车胎的选择 - 12 -3.4电动汽车的驱动系统 - 12 -3.5 电动汽车传动系的布置形式和驱动桥的选择 - 14 -3.6 电动汽车前后悬架的选择 - 15 -3.7 车桥选择 -
2、15 -3.8 电动汽车的转向系和制动系 - 16 -3.9车架的设计 - 19 -3.9.1车架形式的介绍与确定 - 19 -3.9.2车架设计主要考虑的问题 - 19 -4 参数的校核和确定 - 22 -总结 - 24 -致谢 - 25 -参考文献 - 26 -前言汽车工业给人类带来便利和经济利益的同时，也加剧了世界的能源和环境问题。而且我国是一个石油资源短缺的国家，随着汽车保有量的增加，环境污染问题也日益严重，电动汽车的开发应用已引起广泛重视。为此，各国政府、各大汽车公司正在加大电动汽车开发投入的力度，加速电动汽车的商品化步伐。现在，由于国内外的混合动力成本高，普及还要很长时间，同时混合
3、动力也要消耗油料；氢能源也存在着储存等问题；纯电动汽车由于有电池能量密度的约束，没有真正大批量投入市场 。但是，在国内有些地方需要不是很高速度的车辆，同时运行距离不是很远，如旅游区和某些城市的步行街。这样，按照现有的技术水平设计成本低的纯电动汽车就能满足其使用要求，电动旅游车就是其中之一。1 电动汽车的发展史及现状1.1电动汽车的历史电动汽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汽车。后来，由于燃油汽车技术的迅速发展，而电动汽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，电动汽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
4、人类对自然环境的日益关注，电动汽车才再度成为技术发展的热点。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，汽车数量将由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汽车。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
5、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、环保及交通成为可能，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。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
6、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
7、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。1.2 电动汽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
8、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
9、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。电动汽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
10、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。2设计参数的选择2.1 设计目的和要求以及总体构想（1）本次毕业设计八座电动观光汽车的总体设计。要求和大致数据如下：1. 电动汽车的驱动方式为电力驱动，并且是以电池作为动力源；2. 所设计的电动汽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.
11、 续行驶里程：90km；5. 外廓尺寸：（长宽高）：375012501850。（2）对于本次的总体构想。在本次设计中对象是一台低速的八座纯电动汽车，我要做的是一个总体布置设计。根据已知的条件和要求，要设计出一辆类似于旅游观光的车（例如校园或者风景区用车），座位数为8座，最高车速为25km/h,以电池作为动力源。电动汽车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。作为电动汽车最关键的是电动机和电池的选择。目前一般电动汽车用的电池有飞轮储能装置、燃料电池、化学电池三种，化学电池（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
12、到选择哪一型号的蓄电池，在后面会有计算来对铅酸蓄电池型号的选择。电机的选择：所要设计的电动汽车的总重量，（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。电动汽车要的是结构简单，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。2.2设计参数的选择 本次要设计的是四排8座电动观光汽车。作为电动观光汽车对行驶速度和行驶距离要求不高，基本参数选择如下表2.1所示：表2.1 电动汽车基本参数项目数据长高（LBH）（mmmmmm）1850轴距mm2600迎风面积2.3125离地间
13、隙hmm150一次充电续驶里程（单位：km）80-90最大车速25最大爬坡度%15%风阻系数0.40转弯半径m5.5车重kg780满载总质量kg1342最高车速制动距离4载客数（含驾驶员）（单位：人）83 电动汽车总成的布置和参数的确定3.1电动汽车电机的选择电动汽车以电池为电源，但是电动汽车的驱动电机则可以采用不同的电机，有直流电机、交流感应电机、永磁无刷电机、开关磁阻电机等多种电机。早期电动汽车驱动电机多采用直流电机，而且当前仍在一些电动汽车上使用，但目前应用最广泛的为交流感应电机和永磁无刷电机，开关磁阻电机作为70年代兴起的新型电机在电动汽车应用方面也有着非常巨大的潜力。交流感应电机以及
14、所采用的变压变频技术（VVVF）最成熟，这种调速系统将变压变频统一为一体。起动电流小，调速范围较宽，最高转速可达15 O00rmin，电机能够实现四象限运行，制动时可再生发电。为了适应电动汽车的要求，电机体积必须做得小些，这样使铁芯容易饱和。在电机饱和区域内很难实现对电机转矩进行准确和稳定地控制。为此需要采取矢量控制；但矢量控制技术难度较大，控制回路复杂，变换器开关元件容易产生直通现象，必须增加必要的保护电路，系统成本较高；加上交流感应电机固有的缺点 起动力矩较小，这些都将限制交流感应电机在电动汽车上的应用。永磁无刷电机通过转子位置检测器实现自整步控制，用电子开关进行换向，如果采用双向导通开关
15、进行换向，可以提高永磁无刷电机的转矩特性，并控制电机实现四象限运行。永磁无刷电机最高转速可达10 O00rmin，系统效率高，能量转换密度大，起动力矩较大，适合小型化发展。但是，永磁材料的使用使电机制造工艺复杂，限制了电机的最大功率，价格也很昂贵；永磁材料受温度影响较大，在大过载电流下，也可能导致永磁材料的导磁性能下降，严重时会产生退磁以致大大影响电机性能。另外，为实现四象限运行，变换器的开关元件较多，也会产生直通现象。开关磁阻电机构造最简单，如图3.1所示，定、转子均为凸极齿槽结构。其转子上无任何绕组。因此转子上没有铜耗，且转子非常坚固,所以特别适合高速运行。它的最高转速可以达到100000
16、rmin以上。其定子上只有集中绕组，制造工艺简单，易于冷却，所以可以适当地提高电机的能量密度。图3.1 三相6/4结构开关磁阻电机截面图由于开关磁阻电机可控参数多，控制非常灵活；采用角度控制开关损耗较小，而且在不增加开关数量的前提下可方便地进行四象限运行。开关磁阻电机的变换器结构简单，绕组与开关是串联结构，不会产生直通现象，因此可靠性较高。开关磁阻电机也有较高的能量转换密度，可做到与交流感应电机同机座同出力。开关磁阻电机的振动和噪声相对较大，但可望通过优化机械设计和采用先进的控制方法加以解决。综上所述，开关磁阻电机体积，可靠性方面均优于交流感应电机和永磁无刷电机，在效率和单位体积提供的转矩方面
17、至少与后两者相当或优于它们，在未来电动汽车研制过程中开关磁阻电机定会得到广泛的重视和应用。电状态将能量释放出来。飞轮储能装置比能量和能量密度较高，使用寿命长，不含有毒物质。所以我选的是开关磁阻电机。正确选择电动机的额定功率十分重要。如果选的过小，则电动机经常在过载状态下运行；相反，如果选的太大，则电动机经常在欠载状态下运行，效率及功率因素降低，不仅浪费电能，而且需增加动力电池的容量，综合经济效益下降。通常，从保证汽车预期的最高车速来初步选择电动机应有的功率。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。.（3.1）：机械效率（一般取0.92）汽车总重（N）良好路面上的汽车
18、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）汽车迎风面积本文所设计的电动汽车总重量，我估算为1300kg，即13000N；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1250mm，车高暂定为1850mm，则A=12501850=2312500=2.3125带入上述数据由3.1）计算得：1.750kw从这可以知道电机的功率至少为1.750kw，但是所选择的电机功率肯定要大一些。所选电机参数见表3.1。表3.1 电机参数型号ZY-CD-2.5额定功率2.5kW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1100
19、r/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2163403.2电动汽车电池的选择作为电动汽车的储能系统 电池性能的高低决定着电动汽车性能的优劣。目前，电池技术日新月异，电池种类繁多，但它仍然是电动汽车发展的瓶颈。这主要是因为，首先，电池的比能量和能量密度均较低，一次充电行驶里程短；其次，电池的体积和质量在电动汽车上所占比例相当大，严重地影响了电动汽车的整体性能；第三，充电时间长，使用不方便。1 飞轮储能装置飞轮储能装置也称机械电池，它靠飞轮的高速旋转储存机械能。充电时，与飞轮相连的电机使飞轮处于高速旋转状态；放电时，转换为发电状态将能量释
20、放出来。2 燃料电池燃料电池是利用燃料（氢气、甲醇等）和空气的电化学反应，将燃料的化学能直接转化为电能。只要连续不断地向电池供应燃料，燃料电池就能连续输出电能。其反应物为水蒸气，不污染环境，能量转换效率高，不需充电。根据电解质种类的不同，燃料电池可以分为碱性燃料电池（AFC）、离子交换膜燃料电池（PEMFC）、磷酸型燃料电池（PAFC）和固体氧化物燃料电池（SOFC）等。3 化学电池化学电池种类繁多，目前适用于电动汽车的电池主要有：铅酸电池、镍镉电池，镍氢电池，钠硫电池，锂电池和锌空气电池等。铅酸电池是目前电动汽车使用最广泛的电池，尽管铅酸电池难以达到电动汽车长期目标要求，但铅酸电池技术较成熟
21、，寿命约8001000次，成本低廉。缺点是比能量低，快速充电技术还未成熟。在目前以及未来10年中铅酸电池仍是电动汽车的主力电池。即使先进电池获得突破性进展，铅酸电池还会在一些性能较低、价格要求便宜的电动汽车中应用。考虑到成本与所设计的电动汽车的实际性能，我决定使用化学电池铅酸电磁作为该电动汽车的动力源。电池的电压由电动机决定，容量由电动汽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。下面就要根据电动汽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，所要设计的电动汽车的续行驶里程为90km，最高车速为25km/h。电机功率为2.5KW。则电动汽车能够续行驶的时
22、间为：电动汽车电池的容量应为：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的铅酸蓄电池，该电池的具体参数见下表3.2。表3.2 电池参数12V额定容量200Ah外型尺寸（mm）长宽高=520240 220总高（mm）255重量73kg3.3 车胎的选择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，所以设计的电动观光气车选用的是子午线轮胎。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，
23、缓冲性能好，负荷能力较大。电动汽车轮胎参数见表3.3。表3.3 轮胎参数万通195/65R 1588H轮胎宽（mm）195扁平率（胎高/胎宽）65轮胎直径381子午线结构R载重指数88速度代号（最高安全极速210Km/h）H3.4电动汽车的驱动系统（1）混合动力系统为解决电动汽车一次充电行驶里程过短的问题，混合动力汽车将是一个很好的选择。它是一种将电力与其它动力（如低污染排放的代用）。燃料发动机）进行组合来实现高效率驱动的汽车。根据发动机与电机组合方式不同大致可分为3种：并联混合动力电动汽车（PHV）、串联混合动力电动汽车（SHV）、串并联混合动力电动汽车（PSHV）。混合动力电动汽车很好地解
24、决了纯电动汽车电池容量不足的问题。由于发动机在相对稳定的状态下工作因此效率较高。排放的污染气体的含量大大降低，在市区行驶时可以仅由电动机工作以达到零排放标准。我国煤炭资源丰富而石油资源不足，混合动力电动汽车可以使用多种燃料并对多种能源进行综合利用。混合动力电动汽车在电机驱动的基础上又增加了发动机发电机组，车辆的一次成本提高了15%20% 。尽管混合动力电动汽车性能较优越，但它只是公路交通工具由内燃机汽车向电动汽车发展的中间暂时过渡产品。随着新材料新技术的不断发展，特别是电池能量密度的高，混合动力电动汽车终将会被纯电动汽车所代替。图3.2 电动汽车的驱动方式（2）驱动配置电动汽车的驱动方式主要有
25、4种，见图3.2。其中（a）为普通式，b）为无变速器式，（c）为无差速器式，（d）为轮式电机式。内燃机汽车的驱动机构是由离合器、变速器、差速器等组成的。因此。机械传动系统消耗的能量约占总有效能量的10 。电动机的外特性与内燃机不同，其转速从零到最高转速范围内可任意调节，且在低转速区转大矩。体积小，效率高而且可做到大减速比的行星齿轮减速器可以使较高的电机最大设计转速与电动汽车要求相适应，从而减小电机的体积使之能够装入汽车轮毂。随着电机技术、功率变换技术和控制技术的进一步发展，减速器最终将被取消，使传动系统能量损耗降到最低。所以在本次设计中电动汽车的驱动方式选择图3.2中的（C）中的样式。3.5 电动汽车传动系的布置形式和驱动桥的选择（1）传动系的布置形式在本次设计中采用后置后驱RR：即发动机后置、后轮驱动在大型客车上多采用这种布置型式，少量微型、轻型轿车也采用这种型式。发动机后置，使前轴不易过载，并能更充分地利用车箱面积，还可有效地降低车身地板的高度或充分利用汽车中
