最新微型四轮电动代步车的设计

最新微型四轮电动代步车的设计 四轮电动代步车设计 机械科学与工程学院 机械设计制造及其自动化0804班 钟扬 U200810456 指导教师:唐新蓬 2011年12月20日 目 录 一(电动代步车概述????????????????????????????????? 1、工作原理 2、主要结构 3、主要特点 二(调查问卷及结果分析????????????????????????????? 1、调查问卷 2、结果及分析 三(代表产品参数对比及????????????????????????? 四(参数设计??????????????????????????????????? 1、设计目标??????????????????????????????????? 2、设计原则?????????????????????????????????? 3、具体参数??????????????????????????????????? 4、总成选择??????????????????????????????????? 五(小结????????????????????????????????????? 一(电动代步车概述 1、工作原理 电动汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。电动代步车以电动机驱动，而电能和现在机动车 普遍使用的石油、柴油、天然气等化学燃料相比是一种绿色清 洁可再生能源，不但避免了废气对空气的污染，而且节省了不 可再生的化学能源。另外它也有着能量利用率较高，噪声污染 小的优点。基于以上优点，其前景被广泛看好，但当前技术尚 不成熟。可以预见，电动代步车技术的发展是有效应对环境污染、人口老龄化、能源危机、交通拥堵等社会问题的途径之一。 电动代步车的功能转换过程为: 蓄电池—电流—电力调节器—电动机—动力传动系统—驱动汽车行驶 2、主要结构 电动汽车的组成包括:电力驱动及控制系统、驱动力传动等机械系统、完成既定任务的工作装置等。电力驱动及控制系统是电动汽车的核心，也是区别于内燃机汽车的最大不同点。电力驱动及控制系统由驱动电动机、电源和电动机的调速控制装置等组成。电动汽车的其他装置基本与内燃机汽车相同。 电源 电源为电动汽车的驱动电动机提供电能，电动机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，电动汽车上应用最广泛的电源是铅酸蓄电池，但随着电动汽车技术的发展，铅酸蓄电池由于比能量较低，充电速度较慢，寿命较短，逐渐被其他蓄电池所取代。正在发展的电源主要有钠硫电池、镍镉电池、锂电池、燃料电池等。 驱动电动机 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、开关磁阻电动机和交流异步电动机所取代。 电动机调速控制装置 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。 传动装置 电动汽车传动装置的作用是将电动机的驱动转矩传给汽车的驱动轴，当采用电动轮驱动时，传动装置的多数部件常常可以忽略。因为电动机可以带负载启动，所以电动汽车上无需传统内燃机汽车的离合器。因为驱动电机的旋向可以通过电路控制实现变换，所以电动汽车无需内燃机汽车变速器中的倒档。当采用电动机无级调速控制时，电动汽车可以忽略传统汽车的变速器。在采用电动轮驱动时，电动汽车也可以省略传统内燃机汽车传动系统的差速器。 行驶装置 行驶装置的作用是将电动机的驱动力矩通过车轮变成对地面的作用力，驱动车轮行走。它同其他汽车的构成是相同的，由车轮、轮胎和悬架等组成。 转向装置 转向装置是为实现汽车的转弯而设置的，由转向机、方向盘、转向机构和转向轮等组成。作用在方向盘上的控制力，通过转向机和转向机构使转向轮偏转一定的角度，实现汽车的转向。多数电动汽车为前轮转向，工业中用的电动叉车常常采用后轮转向。电动汽车的转向装 置有机械转向、液压转向和液压助力转向等类型。 制动装置 电动汽车的制动装置同其他汽车一样，是为汽车减速或停车而设置的，通常由制动器及其操纵装置组成。在电动汽车上，一般还有电磁制动装置，它可以利用驱动电动机的控制电路实现电动机的发电运行，使减速制动时的能量转换成对蓄电池充电的电流，从而得到再生利用。 3、主要特点 优点: 1、本身不排放污染大气的有害气体，即使按所耗电量换算为发电厂的排放，除硫和微粒外，其它污染物也显著减少。 2、电力可以从多种一次能源获得，如煤、核能、水力、风力、光、热等，解除人们对石油资源日见枯竭的担心。 3、能量利用效率高。电动汽车可以充分利用晚间用电低谷时富余的电力充电，使发电设备日夜都能充分利用，大大提高其经济效益。有关研究表明，同样的原油经过粗炼，送至电厂发电，经充入电池，再由电池驱动汽车，其能量利用效率比经过精炼变为汽油，再经汽油机驱动汽车高，因此有利于节约能源和减少二氧化碳的排量， 4、技术相对简单成熟，只要有电力供应的地方都能够充电。 缺点(难点): 1、电池储能能力差，高容量高质量的电池价格太高。 2、缺乏速充电技术，现有电动车辆充电时间皆而长。 3、行驶里程数有限，速度不高，缺乏高质量的电动机和传动技术。 4、基础设施建设以及价格影响了产业化的进程，与混合动力相比，电动车更需要基础设施的配套，而这不是一家企业能解决的，需要各企业联合起来与当地政府部门一起建设，才会有大规模推广的机会。 纯电动汽车，相对燃油汽车而言，主要差别(异)在于四大部件，驱动电机，调速控制器、动力电池、车载充电器。相对于加油站而言，它由公用超快充电站。 纯电动汽车之品质差异取决于这四大部件，其价值高低也取决于这四大部件的品质。纯电动汽车的用途也在四大部件的选用配置直接相关。 纯电动汽车时速快慢，和启动速度取决于驱动电机的功率和性能，其续行里程之长短取决于车载动力电池容量之大小，车载动力电池之重量取决于选用何种动力电池如铅酸、锌碳、锂电池等，它们体积，比重、比功率、比能量、循环寿命都各异。这取决于制造商对整车档次的定位和用途以及市场界定、市场细分。 纯电动汽车的驱动电机目前有直流有刷、无刷、有永磁、电磁之分，再有交流步进电机等，它们的选用也与整车配置、用途、档次有关。另外驱动电机之调速控制也分有级调速和无级调速，有采[3]用电子调速控制器和不用调速控制器之分。电动机有轮毂电机、内转子电机、有单电机驱动、多电机驱动和组合电机驱动等。电机及调速控制器的选用和配制对整车档次和价位也有影响。 公用超快充电站是纯电动汽车商业化的基础设施，将它做完善到位了才能使前者畅行无忧，反之则是它的短腿，受其制约和影响，欧洲、美国电动汽之商业实践充分说明了这点。我们对此认识到了，但行动不力。另外，充电机与车载电池之电缆连接器问题必须规范，形成电池品种、电压分档、快慢(功率大小)诸要素的一致，否则纯电动汽车及公用超快充电站无法有效无法对接，这个产业目前白纸一张，待我们去开拓，但必须规划、设计成型后实 施，以免劳民伤财。 调查问卷 三(代表产品参数对比及总结 1:比亚迪e6 比亚迪E6可谓是比亚迪的“形象大使”，不但亮相车展，而且“全国巡游”，甚至“出访美国”，俨然成为中国新能源车的“代表”。戴姆勒奔驰联手比亚迪，一起造车，E6出力不少。 这款车的长/宽/高达到了4554/1822/1630mm，轴距竞长达2830mm，外观融合了SUV和MPV的特点，整体时尚大气。从参数上看，这款车的空间也有点让人出乎意料了。 e6是一款纯电动四驱轿车，其动力电池和启动电池均采用比亚迪自主研发生产的ET-POWER铁电池，具有成本低、无污染、无噪音、再回收等颠覆性的优势。e6的电机功率最高可达200kw(峰值功率)，最高时速可以达到160km/h，0-100km/h加速需9秒，城市工况下续航里程能达到300公里，百公里能耗约为20度电，相当于燃油车1/3至1/4的消费价格。如按照每天行驶60公里计算，能跑5天，充一次电够应付一周的上下班了。在能量补充方面，慢充可以使用220V民用电源;快充可用3C充电，15分钟左右可充满80%。可以说这样一款车，完全能够满足日常城市用车需求。 2、雪佛兰VOLT 雪佛兰VOLT是通用开启新能源车型时代的第一款产品，在经过多次完善后，已不再停留在概念车阶段，而是进入最后的量产冲刺。通用明确表示，量产车型VOLT将于2010年11月在北美正式下线，2011年将在包括中国市场在内的多个市场销售，新车动力系统来源于一个16千瓦时锂离子电池，纯电动模式下，续航里程达64公里 因为拥有独创的Voltec电力驱动技术，找一个普通家用插座，充电6.5小时，雪佛兰Volt沃蓝达就可实现纯电力驱动里程80公里，满足绝大多数车主的日常行驶需求，在这期间车辆完全实现零油耗、零排放。若要开车到更远的地点，沃蓝达可通过汽油发电获取增程驱动里程，每次油箱加满可行驶490公里。对北美首批Volt沃蓝达车主的调研显示，80%的车主日常通勤往返里程在60公里左右。如果每天充电1次，并辅以每月加油1回，大多数车主就能从容应对每日的城市交通。除了环保节能，独到的驾驶乐趣和富有未来感的内外饰设计也是时代先锋尝试雪佛兰Volt沃蓝达的理由。 虽然是电动车，Volt沃蓝达的驾驶乐趣堪比以操控著称的传统运动车型。 288个锂离子电池单元组成的电池堆为Volt沃蓝达提供具有媲美V6引擎的动力——最大扭矩370牛米，最高功率达到111千瓦。同时，由于纯电力驱动时电机噪声有限，而增程阶段发动机只用于转换电力，不直接负责驱动，运转声音也很小，再加上特殊消音材料的运用，使得雪佛兰Volt能够始终提供不可思议的宁静驾驶体验。 3、丰田凯美瑞混合动力240HV CVT至尊版 众所周知，丰田是混合动力技术的先行者和领军者。从1997年推出了第一代普锐斯——全球首款量产的油电混合动力车以来，丰田在全球约80个国家和地区售出了约330万台混合动力车。凯美瑞混合动力自2006年北美上市以来，累计销量超过17万台，曾创美国市场月销量5000台以上的业绩。 去年，广汽丰田率先导入凯美瑞混合动力。其最大特点在于其搭载了丰田新一代油电混合动力系统(THS-II)。如此先进的强混系统，加上阿特金森循环系统燃油技术，电子无级变速系统，使得凯美瑞混合动力完美兼顾了强劲的动力输出和高效的节能环保:动力表现上提升了13.8%，综合功率可高达140千瓦;噪音则降低了22.2%，油耗较同级别车型降低了41.7%，二氧化碳排放量与同级别汽油版车型相比减少了40%以上。 4、别克君越eAssist混合动力 君越eAssist是一款混合动力车型，但除了车尾那个小到不起眼的LOGO，其他外观细节与普通版君越无异，很难让人一下子就察觉它的特殊身份，实际驾驶感受也是如此。 君越eAssist采用的是一套轻度混合系统，除了搭载2.4升直喷发动机外，还装备了一部最大功率15千瓦的电动机。与丰田的混合动力系统不同的是，它的电动机并不能单独驱动车辆，只是在启停、行进过程中对发动机起到辅助驱动的作用，减少发动机的负担，从而达到节能减排的目的。 这套混动系统的动力输出非常顺畅，如果不借助行车电脑和中控台液晶屏上的实时工况 显示，驾驶过程中很难察觉电动机的介入时机。全力输出时的动力虽称不上强劲，但也足以推动重达1.75吨的庞大身躯。6速自动变速箱为提高传动效率做了重新调校，升降挡动作更平顺，并且能将发动机转速保持在较低的水平。它百公里8升的实测油耗略高于凯美瑞混合动力版，但已较普通版君越降低了20%以上。 5、荣威750混合动力 荣威750混合动力轿车是在荣威新7501.8T车型平台上，采用高压混动电机自主开发而成。该车的核心技术是把混动电机集成到发动机前端轮系中，通过电池系统、逆变器、直流变换器和整车控制器集成为“PowerBox”布置在行李舱前侧，从而实现除纯电驱动以外的所有混合动力功能。上汽相关负责人表示，此款新能源车采用了五大燃油节约技术，百公里综合油耗仅为7.5L，综合节油率超过20%。新车上市后将冲击国内中高档公务用车1.8升新能源车的市场空白，同时也标志着上汽新能源产业化工作已进入深度发展阶段。 2011款比亚迪2012款雪佛丰田凯美2011款君越 荣威750混 e6 CVT纯电动兰Volt CVT瑞混合动eAssist混合动 车 电动车 力240HV 动力2.4L自 CVT至尊动雅致版 版 动力 纯电动 纯电动 混合动力 混合动力 混合动力 车身长/mm 4560 4498 4825 5000 4865 车身宽/mm 1822 1787 1820 1858 1765 车身高/mm 1630 1439 1474 1497 1422 轴距/mm 2830 2685 2775 2837 2849 最小离地间隙 138 138 155 170 前置 前置 前置 前置 发动机位置 前置 驱动形式 前驱 前驱 前驱 前驱 前驱 最高车速140 160 180 /(km/h) 整备质量/kg 2295 1700 1670 1750 最小转弯直径 11 11 11 /m 续航里程/km 300 64 发动机最大功118 75 63 110 137 率/kW 6000(电最大功率转速5500 动机:/(rpm) 2550 4800 6200 105、混联 式:140) 百公里耗电量21.5 (kWh/100km) 综合油耗7.5 1.2 6.0 7.2 (L/100km) 最大扭矩(Nm) 450 126 187 240 215 4400(电最大扭矩转速2500-4500 动机:(rpm) 2550 4250 4800 270) 车门数 5 5 4 4 4 座位数 5 4 5 5 5 后备箱容积(L) 385 300 504 432 价格(万元) 36.98 49.80 32.72 23.54 23.68 对于市场上的现有电动代步车的品牌及生产厂家，我们主要搜集的是国内的厂家，且主要集中在浙江、江苏、深圳、上海等地，另有就是台湾省的必翔公司的电动代步车也很有市场。因为各厂家的车型是系列化的，即为了满足不同需求，其所生产的车参数有很大的跨度，最后我们从28个品牌中选取了7个进行了参数比较，如下:(我们在最初车型参数搜集时记录了7款产品的所有系列车型参数，因为各厂家的车型是系列化的，即为了满足不同需求，其所生产的车参数有很大的跨度，我们通过比较分别选择整体尺寸比较接近具有代表性的7中型号的车进行对比分析，如想了解可单击右键打开超链接:车型参数\参数比较.xlsx) 9 层次分析 i. 构建层次 通过用户的问卷调查,可大致构建用户需求的层次模型如下: 层次总排序 动力性 安全性 舒适性 经济性 W 根据所得两层权重，可以得 到以下总权重: 层次二 0.120.7013 0(1238 0.0510 层次三 38 最高车速 0.4915 0.0608 加速性能 0.1249 0.0155 爬坡能力 0.0717 0.0089 续航里程 0.3059 0.0379 制动性能 0.5 0.3507 稳定性 0.5 0.3507 舒适程度 0.7396 0.0916 噪声 0.1666 0.0206 操作灵活 0.0938 0.0116 价格 0.7049 0.0359 寿命 0.2109 0.0108 充电时间 0.0842 0.0043