12m纯电动旅游客车总布置设计毕业设计论文(说明书).doc

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1、本科毕业设计(论文)题目： 12m纯电动旅游客车总布置设计学 院： 机 械 工 程 学 院 专 业： 车 辆 工 程 班 级： 2021级 车辆01班 学 号： 202102750124 学生姓名： 吴祺靖 指导老师： 谢伟东/周鸿波 提交日期： 2021年6月10日 浙 江 工 业 大 学毕业设计论文任务书专 业 车辆工程 班 级 车辆1001 学生姓名 吴祺靖一设计论文题目：12m纯电动旅游客车总布置设计二设计原始参数：1客车总长:12m; 2续驶里程：120km;3最高车速：90km/h; (4)附件：电空调28000kcal/h、辅助转向助力三设计论文要求：1完成总布置设计 2完成假设

2、干局部布置设计 四毕业设计论文内容： 1设计论文说明书根据大纲要求设计计算说明书1份 2设计论文图纸 1总布置图1张以上 2局部布置图3张以上 3其它1文献综述1篇，4000字以上 2外文文献翻译12篇，外文印刷字符不低于2万个 3开题报告1篇，4000字以上五毕业设计论文工作期限： 任务书发给日期 2021 年 11 月 22 日 设计论文工作自 2021 年 11 月 22 日 至 2021 年 6 月 11 日设计论文指导教师 谢伟东 周鸿波 学科方向负责人 宁晓斌 12m纯电动旅游客车总布置设计 姓名：吴祺靖 指导老师：谢伟东/周鸿波浙江工业大学机械工程学院摘 要 人类的科技在工业化时

3、代以来得到了巨大的开展，自汽车创造以来，汽车就受到了人们的热烈欢送。但是随之而来的是空气污染和资源短缺的问题，因此新能源客车应运而生，而纯电动客车作为其中主要的组成局部，已经被各国和各大汽车公司投以巨资研发。 本次设计的主要内容是12m纯电动旅游客车的动力选型和总体布置。动力选型包括驱动电机与动力电池的选型，以及传动系统参数确实定，总布置包括动力系统的布置，驾驶区和乘客区的布置以及其它系统布置。对主要参数进行合理的计算，并且借助CAXA和CAD等软件绘制出总布置图及相关的局部安装图。关键词：纯电动旅游客车，新能源，动力选型，总布置General Arrangement Design of 12

4、 m Pure Electric Tourist BusStudent:Wu qijing Advisor: Xie weidong/Zhou hongboCollege of EngineeringZhejiang University of TechnologyAbstractHuman technology has been developed hugely since the industrial age.Since the invention of vehicle, it was warmly welcomed by people.Buses as one of it also ha

5、s brought a lot of convenience to human life .But the air pollution and shortage of resources appeared,thus the new energy bus came into being.And the pure electric bus have been researched by many countries and the major car companies with a lot of money as the major part of new energy bus . The ma

6、in design is power selection and general arrangement of 12 m Pure Electric Tourist Bus.Power selection includes drive motor selection and battery selection, as well as determining of the transmission parameters,general arrangement includes arrangement of power system,driving area and passenger area,

7、and other system.In addition,I calculate the main parameter legitimately and use CAXA and CAD to draw general arrangement and related installation diagram.Keywords:Pure electric tourist bus,New energy,Power selection,General arrangement目 录中文摘要.英文摘要.第一章 绪论.11.1 选题的背景与意义.11.2 电动汽车的国内外开展现状.21.3 电动汽车的关键

8、技术.4 1.3.1 整车技术.4 1.3.2 电池技术.4 1.3.3 驱动电机及其控制技术.4 1.3.4 整车控制技术.5 1.3.5 电动车充电技术.51.4 纯电动汽车的特点.51.5 本设计主要研究的内容和思路.5第二章 驱动电机的参数匹配和选型.62.1 整车根本参数确实定.62.2 整车目标性能确实定.82.3 驱动电机参数计算与匹配.9 2.3.1 电动机额定功率与最大功率的匹配.9 2.3.2 电动机额定转速与最大转速的选择.11 2.3.3 电动机额定转矩与最大转矩的计算.112.4 驱动电机的选择.12 第三章 传动系统参数确实定.17 3.1 传动系最小传动比的选择.

9、173.2 传动系最大传动比的选择.173.3 确定各档传动比.18第四章 动力电池选型与参数匹配.194.1 纯电动汽车对动力电池的要求.194.2 动力电池的开展历史.194.3 动力电池类型的选择.204.4 本设计选取的电池的根本参数.234.5 电池组电压的选择.254.6 电池组能量确实定.25第五章 总体布置设计.265.1 外形设计.275.2 整车主要技术参数.275.3 动力系统构成.285.4 动力电池组布置.295.5 其他总成布置.30 5.5.1 驾驶区和乘客区的布置.30 5.5.2 空调系统和逃生窗的布置.31 5.5.3 主控器和变频器等布置.31第六章 全文

10、总结与展望.34 6.1 论文总结.346.2 工作展望.34参考文献.35致谢.36第一章 绪论1.1 选题的背景与意义随着世界人口和经济的增长，人类对能源的需求量越来越大。不仅仅是由于石化能源无法再生，而且资源的消耗量也日益增长。国际上的专家预测：按照现在的开展进度来算，人类只能再使用石油220年，天然气也只能够人类开采60年，而煤更是只有40年的储量。世界能源短缺的问题常常使得世界各国间出现矛盾，甚至爆发战争，过多的排放温室气体导致了大量气候性的灾难，人类的生活质量也受到环境污染很大的影响，这些问题都引起了各国高度重视，促使他们抓紧时间研究环保节能的新能源产品。20世纪后期，科学技术得到

11、了快速开展，电动客车已经成为了公共交通出行工具中最热门的选择。不管是从汽车尾气排放的问题造成的PM2.5大气悬浮颗粒严重超标，还是从过量的二氧化碳排放造成的温室效应方面，都使人们树立了更加深刻的环境保护意识。因此，对电动客车的大力研究和开展都已经成为了世界各国关注的焦点。美国、日本和欧盟等汽车强国都将研究开展新能源汽车上升到了国家战略的高度，电动客车产业化的进程也被大大加快。因为电动客车具有载客量大、空间大、适合城市公共交通等特点深受社会、企业和政府的重视和关注。相关数据说明，全国从2021年起50家客车企业中就有21家涉及新能源客车领域，而且从2021年开始新能源客车的销售量由2044辆增长

12、到6614辆，已经具备一定的市场。众所周知内燃机汽车会产生废气，而电动客车那么不会，这样对空气环境就不会造成太大的污染，是相当绿色环保的产品。对电动客车的相关研究说明，它的能源效率非常高，毫无疑问已经超过了汽油机汽车。电动汽车在停止时是不消耗电量的，而在制动过程中，传统发电机的功用就可以由电动机代替，实现制动减速时能量的再利用。另一方面，电动客车的应用可有效地减少对石油资源的依赖，可将有限的石油用于更重要的方面。向蓄电池充电的电力可以由煤炭、核能、水力、太阳能、潮汐、风力等能源转化。除此之外，如果夜间向蓄电池充电，还可以避开用电顶峰，有利于电网均衡负荷，减少费用。电动客车较内燃机客车结构简单，

13、运转、传动部件少，维修保养工作量小，当采用交流感应电动机时，电机无需保养维护，更重要的是电动客车易操纵。鉴于以上电动客车的种种优点，对12m纯电动旅游客车的总体布置的研究将有十分重要的意义。电动旅游客车将是一种既环保又方便的交通方式，给人们带来舒适的旅游享受时，又保护了环境。1.2 电动汽车的国内外开展现状在国外，诸如美国日本等汽车强国尽管有传统车技术的优势，仍然对电动汽车的研究十分重视。环境问题和能源问题日益突出，国外著名汽车公司都相当重视研究开发电动汽车，如美国日本等兴旺国家更是花费大量人力财力对其进行研究，并且制定了一些相关的法规和政策来推动电动汽车产业的开展。比方说美国的电动汽车研发方

14、案就提出了著名的PNGV方案和Freedom CAR方案。JHFC示范工程、专项研究方案和低公害汽车开发普及行动方案那么是日本提出的。欧盟那么推出了FP5、FP6、欧盟电动汽车城市运输系统方案等。自“八五以来，我国在电动汽车领域取得了一定的成果，包括电动汽车电动公交客车和电动轿车系统设计与开发，相关的能量存储装置，还有局部零部件与子系统的研制。此外，我国在制定相关标准和政策方面也取得了许多成果，在各地区的试运行也非常成功。中国工程院某院士曾经表示：“中国想做汽车业的领头羊，在传统车方面已经是不可能了，但是各国在纯电动汽车方面根本都处于同一起跑线，中国的时机还是很多的。与此同时，我国城市交通堵塞

15、问题严重，环境问题也日益突出，这些问题都说明了开展纯电动汽车是大势所趋、刻不容缓。目前，据了解我国已经在纯电动客车领域出现了有名的企业，他们的局部核心技术已经到达了世界一流水平。据了解，在纯电动汽车、混合动力汽车和燃料电池电动汽车三类电动汽车中，节油率最高的是纯电动汽车，它的污染最少，与国外技术水平的差距最小，因此更符合我国石油资源短缺并且传统汽车技术开展受限的国情。不想当领导的员工不是好员工，中国一直有一颗当汽车行业领导的心，虽然目前与国外汽车强国的差距很大，通过对纯电动汽车的努力研究，中国还是很有时机在汽车领域崛起的。目前，中国的综合国力在稳步上升，为纯电动汽车领域的研究提供了更坚强的后盾

16、与资本。前一段提到中国力图在新能源汽车的开展上占得先机，来消除与汽车强国在传统车上的差距。因此我国不断发布相关法律和法规，促进国内新技术能源的开发，尽快使新能源汽车得到开展，这些都无疑促使公共交通成为新能源车应用的先锋，国内客车都纷纷进入新能源汽车领域。我国现已具备较强的开发和实现产业化的能力，表1-1是我国近年研制的局部纯电动汽车的参数。表1-1 我国近年研制的局部纯电动汽车的技术参数产品名称长(mm)宽(mm)高(mm)整备质量/kg最高车速/km/h最大爬坡度%续驶里程km电池种类电动机种类主要研制单位威乐418516601510130012020230锂离子电池交流异步电机天津清源电动

17、车辆有限责任公司威姿364016601520120010030170锂离子电池交流异步电机比亚迪F3e453317051490153015030300锂离子电池永磁同步电机比亚迪汽车Winston EV-8800468717001450120014035300锂离子电池直流电动机深圳温斯顿电池制造奇瑞M1EV360115871527106012025110锂离子电池永磁同步电机奇瑞汽车股份BK6120EV1158024903205129308120210锂离子电池交流异步电机北京理工大学BFC6110EV1066025003565120009520300锂离子电池交流异步电机另外从这张表中获得

18、了2辆纯电动客车的信息，对后面的设计起到了参考的作用。安凯、申沃和南车时代是现在国内的纯电动客车比拟有代表性的企业。南车时代以机车电机起家,开始逐步进入电动车的领域，其产品以10-12米为主,曾在长沙进行批量示范运行。安凯和申沃那么不具备自己的核心技术,申沃采用的是北京理工和杭州万向的系统；安凯那么采用北京理工和上海雷博的系统;而三龙一通作为国内汽车行业的巨头也都开始纯电动汽车的研发,新能源研发部门的成立对宇通来说是一个崭新的开始。1.3 电动汽车的关键技术节能和减排是目前世界各国政府所倡导的，也是汽车企业一直以来的开展方向，开展电动汽车我们就不得不了解下电动汽车的关键技术。电动汽车的关键技术

19、有整车技术、电池技术、驱动电机及其控制技术、整车控制技术和电动车充电技术。1.3.1 整车技术电动汽车是复杂的产品，包含许多技术与工艺。除驱动电机、动力电池外，车身也包含了许多高新技术。其采用轻质材料如铝、镁优质钢材及复合材料，优化结构，可使汽车自身质量减轻30%-50%；高气压子午线轮胎采用高弹滞材料制成，可使汽车的滚动阻力减少50%，特别是汽车底部流线型可使汽车的空气阻力减少50%。1.3.2 电池技术电池是电动汽车动力系统的关键，电动机将电池电能转化为机械能，通过传动装置或直接驱动车轮给车辆提供动力。目前动力电池还称不上完美，这也使得电动汽车的开展受到了很大的限制。主要问题是蓄电池比能量

20、比功率都还不够大，这样带来的问题就是续驶里程太短，充电时间太长，使用不方便，本钱高，使用寿命短。虽然有上述的种种缺乏，目前的电动汽车电池技术还是能到达实用化要求的。而且电池技术更新如此之快，相信不久的将来会愈加完善。1.3.3 驱动电机及其控制技术驱动电机是纯电动汽车的重要系统。蓄电池提供的电源是直流电，直流电机很早就应用于电动汽车上，但是存在许多缺乏。直流电机作为传统的驱动电机使转子体积和惯性有所增加，机械式换向器受到限制，效率比其他电机低，并且需要经常保养。因此，传统直流电机根本上已经被交流感应电动机、永磁电动机或开关磁阻电动机所取代。1.3.4 整车控制技术动力总成是整个电动汽车的重要部

21、件，也是电动汽车区别于普通汽车的重要特点和发挥其节能、环保优势的关键，也就成为研究的重点。所以，多能源动力总成控制系统融合了现代电子技术、通信技术、计算机技术和控制技术等最新研究成果。1.3.5 电动车充电技术车载充电装置是指安装在电动汽车上的采用地面交流电网和车载电源对电池组进行充电的装置，包括车载充电机、车载发电机组和运行能回收充电装置。1.4 纯电动汽车的特点 1无污染，噪声低 2能源效率高，且多样化 3结构简单，使用维修方便 4动力电源使用本钱高，续驶里程短1.5 本设计主要研究的内容和思路 由于目前对纯电动旅游客车的研究比拟少，直接设计纯电动旅游客车的总体布置会有一定的困难。但是经过

22、我的仔细观察，发现纯电动旅游客车可以理解为纯电动公交客车和传统旅游客车的结合。在外观上纯电动旅游客车跟传统旅游客车更接近，而在动力系统、车内布置上那么与纯电动公交车比拟像。 本次关于纯电动旅游客车的设计的主要内容包含整车根本参数与目标性能确实定，驱动电机参数的计算及选择，动力电池参数的计算及选择，传动比的设计和整车的总布置。在整车总布置这一方面，主要布置关键总成，如驱动电机、变速器、电池组的安装、座椅的布置等总成。特此说明，本设计对局部总成未作布置，并且对机械工艺不做过多研究。 第二章 驱动电机的参数匹配与选型整备质量：综合以往纯电动客车的整备质量，再考虑到纯电动旅游客车的电池组重 量，所以最

23、终选取本次设计整车的整备质量为14000kg。最大总质量：本次设计的纯电动旅游客车的乘客数是40个，所以最大总质量设计为17000kg。迎风面积：在后面的设计中用CAXA绘制出整车的前视图，不妨利用CAD软件的面域功能直接清楚的计算出其迎风面积。图2-1就是迎风面积图。 图2-1 整车迎风面积图 最终得出迎风面积为8。滚动阻力系数：滚动阻力系数的选取是参考了?汽车理论?第9页的滚动阻力系数的数值这个表格。纯电动旅游客车一般行驶的路面是在良好的沥青或混凝土路面，所以选取滚动阻力系数为0.016。表2-1 滚动阻力系数f的数值路面类型滚动阻力系数路面类型滚动阻力系数良好的混凝土路面或沥青泥泞土路一

24、般的混凝土路面或沥青干砂碎石路面湿砂良好的卵石路面结冰路面坑洼的卵石路面压紧雪道压紧土路枯燥的雨后的表2-2 汽车的风阻系数车型风阻系数典型轿车货车客车轮胎半径：根据GB-T2977-2021载重轮胎，选取315/75R 24.5型号的轮胎。传动效率：选取0.9。主减速器传动比：参考目前客车用主减速器传动比与指导教师的意见，设计为6.17。整车根本参数绘成表格2-3。表2-3 整车根本参数参数名称数值整备质量14000m最大总质量17000A迎风面积8f滚动阻力系数风阻系数r轮胎半径传动效率主减速器传动比 整车目标性能参数见表2-4。表2-4 目标性能指标名称数值最高车速100km/h常规车速

25、75km/h0-50km/h加速时间25s最大爬坡度25%续驶里程200km 补充说明：常规车速取的是75km/h，之所以取这么高是考虑到纯电动旅游客车经常会在高速道路上行驶，不像一般的城市公交车的行驶道路是在城市内的。2.3 驱动电机参数计算与匹配驱动电机为纯电动汽车提供了所有的功率，所以电动机功率的选择必须满足加速时间、汽车的最高车速、最大爬坡度的要求。对纯电动旅游客车而言，需要大功率的情况主要表达在急加速、爬坡和高速行驶，在中低速匀速行驶阶段需克服的阻力功率很小，因此在设计时要充分利用电动机的过载输出特性提高车辆的加速性能与爬坡能力，同时也要保证在长时间连续工况下的阻力功率在电机额定功率

26、范围以内。因此，纯电动旅游客车驱动电机的动力参数选型的要求有如下四点：（1） 电机的最大功率必须满足车辆加速性能、爬坡能力和最高车速的要求。（2） 电机的额定功率应该覆盖车辆长时间连续运行工况需要的功率范围，且有一定的余量。（3） 电机的最大扭矩取决于车辆最大爬坡度的要求。（4） 车辆常用工况电机的转速必须尽量靠近电机运行的高效率区，并且电机尽量处于或接近满负载。在驱动电机选型时，本文还未设计变速器变速器传动比设计在第三章提到，所以计算时按驱动电机直接与主减速器连接来考虑。（1） 由最高车速来计算所需的功率=mgf+/(3600) (2-1) 式中 最高车速所需功率,kw； m最大总质量,kg

27、； f滚动阻力系数； 风阻系数； A迎风面积,； 最高车速,km/h； 传动效率 计算得=164kw(2) 爬坡情况下来计算所需功率=mgfcos+mgsin+V/(3600) (2-2) 式中 最高车速所需功率,kw； m最大总质量,kg； f滚动阻力系数； 风阻系数； A迎风面积,； V爬坡速度,20km/h； 传动效率； 在20km/h速度下的爬坡度计算得=265kw(3) 满足加速性能情况下，车辆所需的功率 此次设计的客车的加速性能的要求是指客车从0到50km/h的加速时间小于25秒。=m+mgft+t /(3600 t) (2-3) 式中 满足加速性能情况下所需功率,kw； m最大总

28、质量,kg； 风阻系数； A迎风面积,； 传动效率； f滚动阻力系数； 加速末速度，为50km/h； t加速时间，为25s； 旋转质量换算系数，其经验计算公式：计算得=86kw综合上述计算，可知电动机的额定功率由最高车速决定，即电动机额定功率=164kw 电动机的峰值功率由最大爬坡度决定，即电动机峰值功率=265kw2.3.2 电动机额定转速与最大转速的选择驱动电机的额定转速由常规车速确定， 即 2-4式中 电动机额定转速，r/min； 变速器传动比； 主减速器速比： 常规车速，km/h； r轮胎半径，m此时是初步设计，即未用变速器，=1计算得=2212r/min电动机的最高转速一般取额定转速的2-4倍，本设计初步取3.2倍，所以=7077r/min2.3.3 电动机的额定转矩与最大转矩的计算1电动机的额定转矩由额定功率额定转速确定 即=9550=708 Nm 2-5 (2) 电动机的最大转矩由最大爬坡度确定， 即M= 2-6式中 r轮胎半径，m； 变速器传动比； 主减速器速比： 传动效率； 在爬坡情况下客车受到的力计算可得M=4103 Nm经过上述各参数的计算，现初步得到如下表2-5的参数数据。表2-5 初步设计电机根本参数参数数值额定功率1