纯电动节能小车的总体设计.doc

1、摘 要电动汽车在环保和节能方面拥有巨大的优势，未来会成为汽车产业发展的重要组成部分。本文在全球环境以及资源现状的背景下，参照纯电动汽车的基本设计原则，选择各项部件的合适参数，实现了纯电动小车的整体设计。其中文章集中对纯电动节能小车车架的轻量化设计仔细研究，利用计算机软件进行三维建模。确定基本结构后，在计算机上运用有限元分析软件进行相关的力学分析以满足刚度和强度的需求。关键词：电动汽车；整体设计；三维建模；有限元分析 AbstractElectric cars have a huge advantage in the aspect of environmental protection and

2、energy saving, they will become an important part of the auto industry development in the future. In this text, I choose appropriate parameters of the various components referring to the basic design principles of electric vehicles, based on the background of the global environment and resources pre

3、sent situation, to effectuate the overall design of electric cars. This text focuses on the lightweight-design of the frame of electric energy-saving car by using computer software for 3D modeling. I will use software of finite element analysis for mechanical analysis to meet the needs of the rigidi

4、ty and strength on the computer after constructing 3D modeling.Key words: The electric car; Overall design; 3D modeling; The finite element analysis目 录摘 要IIIAbstractIV1 绪 论11.1引言11.1.1生产电动汽车的重要意义11.1.2电动车的历史11.1.3电动车的现有技术水平以及所面临的主要问题31.1.4电动车的未来发展方向41.2论文的主要内容52本次设计题目的要求和总体构想63 纯电动小车各总成的确定73.1纯电动小车电

5、机的选择73.2纯电动小车电池的选择93.3纯电动小车前后悬架的选择103.4纯电动小车车车架和车轮的选择113.5纯电动小车的转向系以及制动系113.6纯电动小车传动系的布置形式134 纯电动小车的车架结构设计与分析144.1小车总体布局的确定144.2车架的设计144.2.1设计背景144.2.2行驶工况分析154.2.3车架结构设计的基本要求154.2.4车架类型的选择154.2.5车架材料的选用164.2.6车架外廓尺寸的确定174.2.7车架纵、横梁截面形状的确定184.2.8车架附件194.2.9车架的几何模型194.3车架有限元分析204.3.1软件介绍204.3.2建立有限元模

6、型204.3.3车架材料的选择214.3.4载荷及约束处理214.3.5结果分析计算234.3.6模型结构优化245 论文总结27参考文献28致 谢29V 第1章 绪论1 绪 论1.1引言能源对21世纪的发展起着决定性的作用。当今社会，全球能源的日益枯竭尤其是石油资源的不断减少，全球气温上升，大气污染的危害加重，各国的政府以及汽车行业的工作者们普遍认识到未来汽车的发展方向是节能和减排，而发展电动汽车是一个非常好的选择发展电动汽车可以同时解决这两个技术难点。我国虽然在研制电动汽车的项目上投入了大量的资金和人力，但是真正能做到投产进入市场并被大众接受的电动汽车却比较少。而国外规模较大的汽车公司的投

7、入远远超过我们国内在这方面的投入，同样能够批量生产的产品也是寥寥无几，电动车行业的核心技术大多数掌握在国外的大型汽车公司手中。从长远的角度看，汽车行业的发展要依靠电动汽车的迅速崛起，这是不可避免的趋势。综上所述，我国的汽车行业处于蓬勃发展阶段，我们应该抓住这样一个机会，对电动汽车行业的投入更多的研究。本文基于这样的思想，从整体上设计一辆纯电动节能小车，其中侧重对车架部分的研究。1.1.1生产电动汽车的重要意义数据统计显示，超过四分之一的二氧化碳排放均来自于汽车的尾气排放，且汽车尾气中的有害气体对大气环境造成了巨大的压力。只从节能的角度出发，改善汽油机的能源有效转化率，或者安装尾气处理装置，都无

8、法从根源上解决传统汽车所带来的困扰，这种窘境迫使我们必须对汽车行业进行革新。因为汽车行业对于节能减排方面应该承担更多的社会和企业责任，而转型的重要手段就是大力推行电动汽车的使用。另外，目前汽油市场常会出现短期的供油紧张的问题，且国内的石油价格一直居高不下，电动车行业的大力发展能够有效减缓这些问题。归根结底，生产电动汽车对于有效解决节能、或减排、或能源市场紧张的问题都有着长远的意义。1.1.2电动车的历史当今市面上绝大部分汽车都是燃油驱动，其实，电动车的历史延伸比燃油汽车更长：世界上出现的第一辆机动车就是电动车。然而，由于石油资源蕴含的潜力以及燃油技术的不断提高，燃油汽车反而较能源技术以及行驶里

9、程上具有局限性的电动汽车发展更为迅速，各种因素导致电动汽车的发展进入一个较长周期的休眠。而在近代，进入七十年代以来，中东石油危机以及人们对大气环境的广泛关注，才让电动汽车再度进入人们的视野中。一八三四年，托马斯戴文波特突发奇想，制造了一辆用电驱动的三轮车，它的能源装置是一组一次性用完不可再充电的干电池，所以只能行驶短短的距离。过了四年的时间，罗伯特戴维森用同样的原理真正制作了一辆四轮驱动的汽车。直到一八八一年，随着铅酸电池的应用，由法国工程师古斯塔夫绰道制作的可充电式电动三轮车在法国巴黎的大街上出现。一八八六年，弗兰克斯普拉格研制出了有轨电车。自此以后，电动汽车开始在西方国家渐渐流行起来了，并

10、且在运输工程中起到越来越重要的作用。在那时，美国每年出售的4200辆汽车中有将近五分之二的汽车是电池驱动的，还有五分之二是蒸汽驱动，只有剩下的五分之一是燃油驱动。那个年代，拥有电动汽车作为代步工具就是财富的象征。如果在当时拥有一辆属于自己的电动汽车，就相当于拥有一辆劳斯莱斯。图1.1 十九世纪的电动汽车电动汽车在无马车时代以后正式投入商业化生产。到一九一二年，美国有34000辆电动汽车参与注册。一战过后，底特律电气公司的电动汽车技术相对成熟起来，时速可达40千米，续驶里程可达129公里，而且体现了电动汽车的优势：无噪音、清洁可靠。而电动汽车进入蛰伏期的重要原因，是一战时期由凯特灵发明的起动机在

11、技术成熟之后，燃油汽车凭借其突出的能力比电动汽车更受欢迎。从此之后，电动汽车的主导地位被取代。福特汽车公司生产的T型号汽车加速了纯电动汽车的消失（电动汽车的价格大幅下降），而低成本且实用的燃油汽车基本上占据了所有的市场份额。一九七三年十月第四次中东战争爆发，OPEC（国际石油输出国组织）宣布石油禁运、限制出口以打击以色列及其同盟，这一惩罚政策导致油价疯狂上涨，从此由中东地区战争爆发导致的石油危机蔓延全世界。因祸得福，电动汽车在石油危机的背景下重新在市场上有了自己的发展空间。汽车行业工作者们开始意识到只依靠石油能源不是长久之策，一些国家和地区对汽车的发展方向的目光重新聚集到电动汽车技术上，其中电

12、池和电机的制造水平逐年提高。二十世纪九十年代后，欧美等发达国家和地区纷纷制定汽车尾气排放标准。政策的制定有效减少了大气污染，但只从政策上下手远远不够。从汽车诞生的那一刻起，环境污染问题就一直牵绊其左右。在美国，平均每个家庭拥有两辆汽车，而国内目前汽车人均保有量正呈现飙升的趋势。今后50年，世界人口的总数将从六十亿增加到一百亿，汽车的数量将伴随人口数量的增长由七千万增加到两亿五千万。假如让这些汽车都使用内燃机，将出现一个问题：这么多的燃油消耗量从何而来？对大气造成的压力怎么处理？在这样的情况下，能源环境对我们的要求极高，改善我们的生存环境也是全世界人民的呼吁。为了适应人们的意识形态，每个发展中国

13、家、发达国家对于电动汽车行业的投入力度都在一步步加强，电动车商业化的步调也在加快，这些投入不仅来自于工业界，还有政府和学术界。尽管在行驶里程和电源装备上还存在大量需要改进的地方，但有些公司的努力已经向我们证明，纯电动汽车的未来一片光明。这些汽车工业工作者只有一个目标：为未来居民开发出具有良好性能、低污染且智能的纯电动汽车。如今，电动汽车发展已经到达了新高度，许多国际一线汽车厂商都具备生产高品质电动汽车的能力，包括宝马、丰田、日产、大众、特斯拉、比亚迪等中外厂商，都具备了一定的电动汽车研发实力，有些已经成为了市场上的明星产品。南京的公交线路已经逐渐普及了纯电动公交车。他们由比亚迪、宇通等汽车制造

14、商生产，具有乘坐舒适、噪音小等优点，非常受欢迎。1.1.3电动车的现有技术水平以及所面临的主要问题汽车行业工作者正将电动汽车事业往上推进，已经初步实现市场化。在全球范围内，尤其是在日本、欧洲和美国，大量的汽车生产商加大了在电动汽车领域的研究和开发力度，这些拥有核心技术的国家早已制定出发展电动汽车的商业计划。另外，除了基础车身的开发，一些电池供应商和电力公司等也在电动车行业的发展中起着至关重要的作用。汽车工作者们看好的不仅仅是汽车行业未来能够在全球带来的巨大的市场容量，更是着眼于未来人类所要面临的能源和环境问题，最终实现能源多元化、高效化以及保护环境的目标。另外还有更多的科研机构包括研究所和一些

15、有开放性思维的大学都在电动汽车的开发中投入大量的精力。而当下，要克服的困难主要有以下几点：一、蓄电池的使用寿命问题：一般蓄电池使用后放电次数仅仅为三百到四百次，即便是性能较为优越的蓄电池也不会超过这个数值的两倍。按照用户的用车习惯，计算下来一个蓄电池的使用寿命不会超过四年，相比较于燃油汽车来说，使用寿命过于短暂。且不同种类电池使用效果不一，有的电池成本低易于回收，但是行驶里程和寿命还有加速性能都比较差；有的电池能量高，提供的动力更为持久，行驶里程更多，但是同时对工作环境的要求非常的苛刻，存在一定的安全隐患，需要定期检查。总体而言，目前可以使用的电池大多存在使用寿命相对较短的缺点。二、行驶里程数有限：目前市场上较能为大众所接受的电动汽车一次充电后可以行驶的里程数一般在二百到四百公里之间，且是在较好的行驶工况情况下的里程数。然而绝大多数实际使用过程中，这个数值维持在二百公里左右。相对于传统的燃油汽车而言，这个数字实在是微乎其微，行驶里程数有限成为电动汽车的一个软肋。三、蓄电池的质量以及尺寸制约：相对于传统汽车的油箱占有体积和质量相比，由于受到电动汽车续航能力的制约，