电动汽车的总体设计规范.doc

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1、电动汽车的总体设计规范1.1 电动汽车形式的选择汽车形式的选择，主要体现在轴数、驱动形式以及布置形式上的区别。1.轴数汽车可以有两轴、三轴、四轴甚至更多的轴数。影响选取轴数的因素主要有汽车的总质量、道路法规对轴载资粮的限制和轮胎的负荷能力以及汽车的结构等。本次设计为微型电动货车，故采用两轴设计1.驱动形式汽车的驱动形式有42、44、62、64、66、84、88等，其中前一位数字表示汽车车轮总数，后一位数字表示驱动轮数。汽车的用途、总质量和对车辆通过性能的要求等，是影响选取驱动形式的主要因素。增加驱动轮数能够提高汽车的通过能力，驱动轮数越多，汽车的结构越复杂，整车质量和制造成本也随之增加，同时也

2、使汽车的总体布置工作变得困难。对于本次设计的电动货车，可采用结构简单、制造成本低的42驱动形式。3.布置形式货车根据驾驶室与发动机相对位置的不同，分为平头式、短头式、长头式和偏置式四种。汽车的布置形式是指发动机、驱动桥和车身（或驾驶室）的相互关系和布置特点而言。汽车的使用性能除取决于整车和各总成的有关参数以外，其布置形式对使用性能也有重要影响。1） 平头式货车平头式货车的的发动机位于驾驶室内。其优点有：汽车总长和轴距尺寸短，最小转弯直径小,机动性能良好；不需要发动机罩和翼子板，汽车整备质量小；驾驶员视野得到明显改善；汽车或向与整车的俯视面积之比称为面积利用率，平头式货车的该指标比较高。但是，也

3、有其缺点：空载时前轴负荷大，因而在坏路上的汽车通过性变坏；因为驾驶室内有翻转机构和锁止机构，使结构复杂；进、出驾驶室不如长头式货车方便；离合器、变速器等操纵机构复杂等等。2） 短头式货车短头式货车发动机大部分在驾驶室的前部，少部分位于驾驶室内。它的主要优缺点是：与长头式货车比较，汽车的总长和轴距得到缩短，最小转弯半径小，机动性能虽然好于长头式货车，但不如平头式货车；驾驶员视野不如平头式货车好，但与长头式货车比较得到很大改善；动力操纵机构简单；发动机的工作噪声、气味、热量和振动对驾驶员的影响与平头式货车比较得到很大改善，但不如长头式货车。3） 长头式货车长头式货车的发动机位于驾驶室的前部。相对于

4、短头式货车，只是发动机舱和车头部分更长些。长头式货车的主要优点有：发动机及其附件的接近性好，便于检修工作；汽车满载时前轴负荷小，有利于在坏路面上行驶时提高汽车的通过能力；地板低，驾驶员上、下车方便；离合器、变速器等操纵机构简单，易于布置。主要的缺点是：汽车总长与轴距均较长，因为最小转弯半径较大，机动性能不好；汽车整备质量大；驾驶员的视野不如短头式货车，更不如平头式货车好；面积利用率低。综合考虑不同布置方式的各个特点，以及本次设计的电动货车的工作要求和特点，故可选用短头式的前置后驱的布置形式。1.2 汽车主要参数的选择汽车的主要参数包括尺寸参数、质量参数和汽车性能参数。一、 汽车主要尺寸的确定汽

5、车的主要尺寸参数有外廓尺寸、轴距、前悬、后悬、货车车头长度和车厢尺寸等。1 外廓尺寸汽车的长、宽、高成为汽车外廓尺寸。GB 1589-1989汽车外廓尺寸限界规定如下：货车、整体式客车总长不应超过12m；不包括后视镜，汽车宽不超过1.5m；空载、顶窗关闭状态下，汽车高不超过4m综合各方面考虑，规定本次设计的电动货车的外形尺寸（mm）为：LWH=3800143018502 轴距L轴距L对整备质量、汽车总长、汽车最小转弯直径、传动轴长度、纵向通过半径等有影响。当轴距缩短时，上述各指标减小。此外，轴距还对轴荷分配、传动轴夹角有影响。轴距过短会使车厢长度不足或后悬过长；汽车上坡、制动或加速时轴荷转移过

6、大，是汽车制动性或操纵稳定性变坏；车身纵向角震动增大，对平顺性不利；万向节传动轴的夹角增大。本次设计将轴距定为：2400mm。3 前轮距和后轮距改变汽车轮距B会影响车厢或驾驶室内宽、汽车总宽、总质量、侧倾刚度、最小转弯直径等因素发生变化。增大轮距则车厢内宽随之增加，并有利于增加侧倾刚度，汽车横向稳定性变好；但是汽车的总宽和总质量及最小转弯直径等增加，并导致汽车的比功率、比转矩指标下降，机动性变坏。受汽车总宽不得超过1.5m限制，轮距不宜过大。但在选定的前轮距范围内，应能布置下发动机、车架、前悬架和前轮，并保证前轮有足够的转向空间，同时转向杆系与车架、车轮之间有足够的运动间隙。在确定后轮距时，应

7、考虑车架两纵梁之间的宽度、悬架宽度和轮胎宽度及他们之间应留有必要的间隙。综合考虑，故可选取前轮距=1230mm，=1230mm。4 货车车头长度货车车头长度系指从汽车的前保险杠到驾驶室后围的距离。车身形式，即长头型还是平头性对车头长度有绝对影响。此外车头长度尺寸对汽车外观效果、驾驶室居住性、汽车面积利用率和发动机的接近性等有影响。本次设计的车头长度为1800mm。5 货车车厢尺寸要求车厢尺寸在运送货物时能装足够额定吨数。车厢内长应在满足运送货物达到额定吨位的条件下尽可能取短些，以利于减少整备质量。故选取货箱长度为2000mm，宽为1330mm。二、 汽车质量参数的确定三、 汽车的质量参数包括整

8、车整备质量、载客量、装载质量、质量系数、汽车总质量、轴荷分配等。1. 整车整备质量整备质量是指车上带有全部装备（包括随车工具、备胎等），加满燃料、水，但没有装货和载人时的整车质量。整车整备质量对汽车的制造成本和燃油经济性有影响。目前，尽可能减少整车整备质量的目的是：通过减轻整备质量或载客量，抵消因满足安全标准、排气净化标准和噪声标准所带来的整备质量的增加，节省燃料。减少整备质量的措施主要有：新设计的车型应使其结构更合理，采用强度足够的轻质材料，如塑料、铝合金等等。故可选取电动货车的整备质量为1600kg。2. 汽车的载客量和装载质量（简称载质量）（1）汽车的在质量 乘用车的载客量包括驾驶员在内

9、不超过9座，又称之为类汽车。因本次设计的微型电动货车为两座，故为类。（2）汽车的载质量 汽车的在质量是指在硬质良好路面上行驶时所允许的额定载质量。汽车在碎石路面行驶时，在质量约为好路面的75%-85%。商用货车在质量的确定，首先应与企业商品规划符合，其次要考虑到汽车的用途和使用条件。原则上，货量大、运距长或矿用自卸车应采用大吨位货车以利于江都运输成本，提高效率；对货源变化频繁、运距短的市内运输车，宜采用中、小吨位的货车比较经济。本次设计的电动车，使用场地良好，载货量不大，运距短，故汽车的载质量可为800kg。3. 质量系数质量系数是指汽车在质量与整车整备质量的比值，即。该系数反映了汽车的设计水

10、平和工艺水平，值越大，说明该汽车的结构和只在工艺越先进。汽车的质量系数的选取见表2-1。表2-1参 数车 型总质量质量系数货 车4. 汽车总质量汽车总质量是指装备齐全，并按规定装满客、货时的整车质量。商用货车的总质量由整备质量、载质量和驾驶员以及随行人员质量三部分组成，其计算公式为 式中，n为包括驾驶员及随行人员数在内的人数，应等于座位数。 则本次设计的汽车总质量=1730kg。5. 轴荷分配汽车的轴荷分配是指汽车在空载或满载静止状态下，各车轴对支承平面的垂直负荷，也可以用占空载或满载总质量的百分比表示。轴荷分配对轮胎寿命和汽车的许多使用性能有影响。从各轮胎磨损均匀和寿命相近考虑，各个车轮的负

11、荷应相差不大；为了保证汽车有良好的动力性和通过性，驱动桥应有足够大的负荷，而从动轴上的负荷可以适当减小，以利于减小从动轮滚动阻力和提高在环路面上的通过性；为了保证汽车有良好的操纵稳定性，又要求转向轴的负荷不应过小。因此，可以得出作为重要的轴荷分配参数，各使用性能对其要求是相互矛盾的，这就要求设计时应根据对整车的性能要求、使用条件等，合理选取轴荷分配。汽车的驱动形式与发动机位置、汽车结构特点、车头形式和使用条件等均对轴荷分配有显著影响。如发动机前置前轮驱动乘用车和平头式商用货车前轴负荷较大，而长头式货车前轴负荷较小。常在坏路面上形式的越野车，前轴负荷应该小些。当总体布置惊醒轴荷分配计算不能满足预

12、定要求是，可通过重新布置某些总成、部件（如邮箱、备胎、蓄电池等）的位置来调整。必要时，改变轴距也是可行的方法之一。 (表2-2 各类货车的轴荷分配)车 型满 载空 载前 轴后 轴前 轴后 轴乘用车发动机前置前轮驱动发动机前置后轮驱动发动机后至后轮驱动商用货车42后轮单胎42后轮双胎42后轮双胎64后轮双胎四、 汽车性能参数的确定1. 动力性参数汽车动力性参数包括最高车速、上坡能力等。（1）最高车速随着道路行驶条件的改善，特别是高速公路的修建，汽车尤其是发动机排量大些的乘用车最高车速逐渐提高的趋势。本次设计的电动货车应用于较好的工作环境，可定最高车速为30km/h。（2）上坡能力用汽车满载时在良

13、好路面上的最大坡度阻力系数来表示汽车的上坡能力。因乘用车、货车、越野汽车的使用条件不同，对他们的上坡能力要求也不一样。此次设计的电动货车满载时的最大爬坡度为20%。1.汽车最小转弯直径转向盘转至极限位置时，汽车前外转向轮轮辙中心在支承平面上的轨迹圆的直径，成为汽车最小转弯直径。用来描述汽车转向机动性，是汽车转向能力和转向安全性能的一项重要指标。本次设计的最小转弯直径为10m。3.制动性参数汽车制动性是指汽车在制动时，能在尽可能短的距离内停车且保持方向稳定，下长坡时能维持较低的安全车速并有在一定坡道上长期驻车的能力。目前常用制动距离、平局制动减速度j和行车制动的踏板力及应急制动时的操纵力来评价制

14、动效能。此次设计的电动货车的制动距离为5m。1.3 电机的选择1.电动汽车用电动机性能要求电动车用驱动电机通常要求能够频繁启动/停车、加速/减速, 低速和爬坡时要求高转矩, 高速行驶时要求低转矩, 并要求变速范围大。其主要参数包括: 电动机类型、额定电压、机械特性、效率、尺寸参数、可靠性和成本等。另外为电动机所配置的电子控制系统和驱动系统也会影响驱动电动机的性能。1) 高电压。在允许范围内尽量采用高电压, 可减小电动机的尺寸和导线等装备的尺寸, 特别是可降低逆变器的尺寸。2) 高转速。高转速电动机体积小、质量轻, 有利于降低电动汽车的整车整备质量。3) 质量轻。电动机采用铝合金外壳, 以降低电

15、动机质量、各种控制器装备的质量和冷却系统的质量等也要求尽可能轻。4) 较大的起动转矩和较大范围的调速性能。这样使电动汽车有良好的启动性能和加速性能。电动机有自动调速功能, 因此可以减轻驾驶员的操纵强度, 提高驾驶的舒适性, 并且能达到与内燃机汽车加速踏板同样的控制响应。5) 效率高、损耗少, 并具有制动能量回收功能。电动汽车应具有最优化的能量利用, 以在车载总能量不变的情况下最大限度的增加续驶里程, 再生制动回收的能量一般可达到总能量的10%20%, 这是在内燃机汽车上不能实现的。6) 必须有高压保护设备。7) 可靠性好、耐温耐潮性能强及运行时噪声低。8) 结构简单、维修方便及价格便宜。1.纯

16、电动汽车用电动机性能参数初步确定原则设计中先从保证汽车预期的最高车速来初步选择发动机应有的功率。选择的发动机功率应答题等于，但不小于以最高车速行驶时行驶阻力功率之和，即式中，传动效率=0.90，质量m=1730kg，滚动阻力系数f=0.010，空气阻力系数=0.6，最高车速=30km/h，迎风面积A=1.7，经计算可知，故可确定功率其中，A，f的选取分别可见下表2-3和表2-4（表2-3）车型迎风面积A（）空气阻力系数典型轿车1.71.137470.300.410.61.00.50.8货车客车（表2-4）路面类型滚动阻力系数f良好的沥青或混凝土路面0.0100.018一般的沥青或混凝土路面0.

17、0180.020碎石路面0.0200.025良好的卵石路面0.0250.030坑洼的卵石路面0.0350.0503.确定电机的额定转矩和转速（1）以常规车速确定电机额定转速式中，为电机额定转速（r/min）；传动比；主减速比；常规车速km/h；滚动车速半径r=0.36（m）。带入计算得：641 r/min。（2）以额定功率确定电机额定转矩用下式计算式中，为最大转矩（Nm）；为转矩适应性系数，一般在1.11.3之间选取，本次设计选为1.2；发动机最大功率；最大功率转速（r/min）。带入计算可得：。综合上述计算，依据GB/T18488.12006，可选取电机的功率为3.7kW。（GB/T1848

18、8.12006：电机的功率等级为1kW、1.2 kW、3.7 kW、5.5 kW、7.5 kW、11 kW、15 kW、18.5 kW、22 kW、30 kW、37 kW、45 kW、55 kW、75 kW、90 kW、110 kW、132 kW、150 kW、160 kW、185 kW、200 kW及以上，并符合GB/T4771.11999的要求。）4.驱动电机的种类驱动电动机的作用是将电源的电能转化为机械能，通过传动装置或直接驱动车轮和工作装置。目前电动汽车上广泛采用直流串激电动机，这种电机具有软的机械特性，与汽车的行驶特性非常相符。但直流电动机由于存在换向火花，比功率较小、效率较低，维护

19、保养工作量大，随着电机技术和电机控制技术的发展，势必逐渐被直流无刷电动机（BCDM）、开关磁阻电动机（SRM）和交流异步电动机所取代。（1）直流电机：优点是成本低，易于平滑调速，控制器简单，技术成熟等，缺点是由于直流电机在运行过程中需要电刷和换向器换向，因而电机本身的效率低于交流电机，同时，电刷需要定期的维护，造成的许多不便。此外电机本身体积大，重量大，换向器和电刷制约了直流电机的转速，故这些因素都影响了直流电机在电动车上的使用。（2）交流感应电机：优点是与直流相比有较高的效率，结构简单，坚实可靠，免维护，体积小，重量轻，易于冷却，寿命长等许多优点。缺点是感应交流系统的成本要比直流的高。主要在

20、大功率电动汽车中有广泛的应用。（3）开关磁阻电机：优点是结构简单，适用于高速运行，调速控制比较容易，但是电磁的噪声和转矩脉动大，制约了它在电动车上的应用。（4）交流永磁电机：交流永磁电机主要包括俩类，永磁同步电机和无刷直流电机。无刷直流电机的外特性曲线类似于永磁直流电机，特性较硬，在小功率电动汽车中应用。无刷直流电动机由于没有电刷和换向器，所以可在高速下运行，电机的体积可以缩小，重量减轻，提高了可靠性，而且无刷直流电机的控制器相对简单，这些都使了无刷直流电机在电动车上得到了广泛的应用。由以上各种电机的优缺点可选取无刷直流电机。综合上述各数据，可确定驱动电机的参数如下：电机型号SM-3P7D3转

21、动惯量kg0.015功率kW3.7冷却方式风冷额定转速r/min641最高转速r/min5000转矩Nm40.74重量68额定输出电流A48防护等级IP541.4 电机调速装置电动机调速控制装置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。早期的电动汽车上，直流电动机的调速采用串接电阻或改变电动机磁场线圈的匝数来实现。因其调速是有级的，且会产生附加的能量消耗或使用电动机的结构复杂，现在已很少采用。目前电动汽车上应用较广泛的是晶闸管斩波调速，通过均匀地改变电动机的端电压，控制电动机的电流，来实现电动机的无级调速。在电子电力技术的不断发

22、展中，它也逐渐被其他电力晶体管（如GTO、MOSFET、BTR及IGBT等）斩波调速装置所取代。从技术的发展来看，伴随着新型驱动电机的应用，电动汽车的调速控制转变为直流逆变技术的应用，将成为必然的趋势。在驱动电动机的旋向变换控制中，直流电动机依靠接触器改变电枢或磁场的电流方向，实现电动机的旋向变换，这使得孔子哈电路复杂、可靠性降低。当采用交流异步电动机驱动时，电动机转向的改变只需变换磁场三相电流的相序即可，可使控制电路简化。此外，采用交流电动机及其变频调速控制技术，使电动汽车的制动能量回收控制更加方便，控制电路更加简单。单台电动机与控制器输出容量的匹配关系如下：（表2-5 GB/T18488.

23、12006）电机额定功率/kW控制器输出容量/kVA151.253.7105.5157.5151135153518.55022503060376045100551007515080150110200132200150270160360183360200420故可知控制器输出容量为10kVA1.5电池的参数根据设计的要求，本次设计的电动车的续行驶里程为100km，最高车速为30km/h。而上面确定的电机额定功率为3.7kw则电动车的能够行驶的时间为：S 为续行驶里程km；最高车速 km/h电动车的电池容量为：R 电池容量Ah ； t 续行驶时间h; I 是电机的额定电流 A根据电池的要求选择的电

24、池容量为180Ah。目前常用的电池主要有以下几种：铅酸电池，镍氢电池，锂离电池和ZEBRA电池。1.铅酸电池：铅酸电池成本低，适用性宽，可逆性好，大电流性能良好，可以制成密封免维护结构等优点，被广泛的应用在车辆和邮电，电力，铁路，矿山，采掘，计算机等许多部门，但是，铅酸电池均为开口式或仿酸隔爆式，充放电时析出的酸雾污染环境及腐蚀严重，有需要经常的维护和添加酸和水。目前电动汽车使用的铅酸电池循环使用寿命达400次以上，能力密度为35Wh/kg左右。1.镍氢电池：镍氢电池能量密度，功率均高于铅酸电池，循环使用寿命在实际的电动车用的电池里是最高的，快速充电和深度放电性能好，充放电效率高，无重金属污染

25、，全密封效果好。但是，其成本高，价格是相同容量的铅酸电池的58倍，单体电池电压低，自放电损耗大，对环境温度敏感，电池组热管理任务重。3.锂离电池：与其他电池相比较锂离电池应用在汽车上，在容量，功率方面均有较大的优势，但是锂离电池快充放电性能差，价格过高和过充放电保护问题，在过充或滥用的条件下，锂离电池可能发生火灾和爆炸。因此为了确保锂离电池的安全，必须用电池管理系统，但是这样就大大的增加了电池的成本和体积。4.ZEBRA电池：钠镍氯化物充电电池是在20世纪80年代发展起来的，与其他电池相比较它最大的特点是电池反应需要熔融状态的Na，工作时需要使用加热器保保持在300C左右的高温状态。其能量密度高，实际可达到100Wh/kg，电池在寿命终止后能全部被收回利用，物污染环境问题。，但是由于Na被视为危险物品，这就降低的ZEBRA电池的商用范围。综合价格，环保，各类电池的优缺点和结合所设计电动车适用范围本次设计所选择的电池为镍氢电池。再由电池参数的计算，可确定电池的电压为12V，充电时间不少于12h(但不要多于20h)，额定容量为180Ah，总质量为90kg。