毕业论文：某型电动汽车总体设计

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第五章 电动汽车发展瓶颈与展望

近几年，我国对纯电动车的研发投入不断加大，一些技术难点正逐步被克服，但

是仍有很多业内专家对当前的电动车技术及其产业化前景存有质疑，归纳起来电动车的发展瓶颈主要有以下几个方面：

一、电动车电池

电动汽车对电池的要求极高，必须具有高比能量、高比功率、快速充电和深度放电的性能，而且要求成本尽量低、使用寿命尽量长。但就目前技术来说还没有一种电池能在上述指标中都体现出优势来。 二、其它技术瓶颈

1、电池使用寿命短而更换成本高 2、电池适应性差 3、充电便利性问题 4、电量耗尽问题 5、电动车空调问题 6、能量回收困难 三、基础设施建设

电动汽车商业化的基础设施包括充电站网络、车辆维修服务网络、多种形式的电池营销、服务网络等。建立一定数量的公用充电站并配备专用电缆及插座等是实现电动汽车产业化的关键。在一个城市内至少要建设十几个到数十个公用充电站，才能满足市区内的出租汽车、私家车、商务车快速充电的需要。此外停车场和社区内也要设立充电设备。

四、电力供应问题

电动车未来的发展也取决于电力供应是否充足。有专家指出，电动车对于像法国等核电充足的国家来说可能比较合适，因为核电是恒定发电的，电动车可以集中在夜间用电量小时充电，既省电又可平抑电网的峰谷差。但是我国的核电比例很小，且工农业均发展迅速，总体电量并不富余，这也将成为限制我国电动车发展的重要因素。

不可否认，电动汽车是未来汽车发展趋势之一，但种种迹象表明，真正实现产业化的家用电动轿车距离我们还十分遥远。电动车未来的发展取决于电池技术的革命，而任何技术的发展都是循序渐进的，现在就宣布电动车时代即将到来恐怕为时尚早。从国内外纯电动车研发的情况可以看出，在目前的研发阶段，随着锂离子电池，特别

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是新近出现的磷酸铁锂电池技术的不断进步，各各厂家的发展目标开始由微型纯电动车向中小型纯电动车转变，这说明了锂离子电池技术及永磁电机技术进步确实大促进了电动车的类型发展。另一方面，由于前文所述的纯电动车开发技术难点而非一蹴而就的事情，依然需要投入大量的人力和财力，不过在能源危机与环境污染的危机下汽车动力能源改革势在必行，电力驱动作为其代替者之一纯电动汽车的未来发展前景仍十分广阔，随着纯电动车的技术难点问题不断突破解决，电动汽车的大规模推广指日可待。

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结论

在完成这次的微型纯电动车车的设计作业后，我感到了轻松和收获以及很大的成就，虽然设计内容有一些不足和错误。

对于这次微型纯电动车的设计任务，我们认为主要是要学会和理解掌握汽车的一般设计过程。因为我们课程所学习的内燃机的设计，但是设计任务是电动车的设计，这使得许多设计过程充满了难度，不但设计方法不同，更重要的所需的资料、信息、数据很少，所以从一开始我们就只有借助课外资料、图书以及大量的通过上网搜集资料信息数据。在搜集到这些数据资料之后我们又花了大力气进行整理和分析，因为在设计车型时我们主要以此为设计参考。整个设计任务从开始的搜集信息了解电动代步车到问卷调查，再到车型分析对比，这些都主要是大家合作借助网络来完成。虽然我们所学习和使用的仅仅是很少很浅的一部分，但这些内容是接触和深入学习这些知识的基础。

最后是真正参数确定与计算的重点，即车辆的技术参数的选择和确定，但这一部分我们遇到了很大的阻力，因为在设计和计算时，需求确切的数据，但这些数据很难获得。即使在网上搜到也是收费的，最后我们只能以有限的参考资料进行参数设计。在总成选择时也只能参考现有车型进行选择，所有的这些都只是概念层面的。

不管怎么说我们从最初搜集信息到车型对比分析、参数设计、总成选择，这些一步步的设计流程是大致符合车辆设计过程的，通过这次的设计练习我们对这一汽车设计有了全面又深刻的认识，以及对如何有效利用网络资源搜集信息数据都有了新的认识。这些都是我们的收获。最后要感谢指导老师在毕设整个阶段对我的帮助和指导。

参考文献

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致 谢

本文是在老师教授的悉心指导下完成的。在短短的三个月的本科毕业设计阶段，老师以其宽广渊博的学识和严谨求实的科研作风对我言传身教，使我受益匪浅；同时为我的学习和研究工作提供了各种有利的条件，使我能够不断取得学业上的进步和学

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毕业设计说明书(论文)

中文摘要

摘要：电动汽车(Electric vehicle，简称EV)是当前解决能源短缺和环境污染问题可行的技术之一。电动汽车是由车载动力电池作为能量源的零排放汽车。近些年来，电动汽车的研制热潮在全世界范围内兴起，逐步向小批量商业化生产的方向发展。电动汽车技术的发展依赖于多学科技术的进步，尤其需要解决的问题是进一步提高动力性能，增加续驶里程，降低成本。

本文基于微型燃油汽车的一些基本参数，研究整车驱动形式，整车总布置方案。对整车动力学匹配计算，主要部件的选择。按照动力性能要求，运用汽车理论、电动机和电池相关知识，对电动机的功率、传动比，蓄电池进行主要参数设计与匹配计算。 关键词：电动汽车、总体设计、参数匹配、续驶里程

外文摘要

Abstract：Electric vehicle is one of available ways to solve the problems of energy source’s lack and pollution of environment. Pure electric vehicle whose energy is power battery loaded on the vehicle is a kind of zero emission vehicles. In recent years, the upsurge of developing electric vehicle is rising all over the world, and developing to the small amount commercialization production gradually. The development of electric vehicle is relying on the progress of several subjects. Especially, further raising the dynamic performance, increasing the driving range and reducing cost are very necessary. In view of the development funds and times, use the computer to establish the simulation models to simulate the performance is a better way.

This paper, based on one Micro-fuel cars, the power form, configuration and Chassis structure are defined. According to the dynamic performance, such important parameters as the power of the motor can be calculated by using the knowledge of vehicle, motor and battery. Then the other parameters: reduction ratio, the parameters of battery also can be calculated.

Keywords：Electric Vehicle、Overall Design、Driving Range、Parameters Matching

目 录

1 绪论 ........................................................ 1 1.1 电动车的发展历史及国外的研究情况 ............................................................................... 2 1.2国内的研究情况 .......................................................................................................................... 4 2 纯电动车的原理与构造 .......................................... 6 2.1工作原理 ......................................................................................................................................... 7 2.2主要结构及特点 .......................................................................................................................... 7 2.3纯电动汽车的技术介绍 ......................................................................................................... 11 3 微型纯电动车部件选择与设计 .................................... 12 3.1微型纯电动车蓄电池系统 .................................................................................................... 12 3.2微型纯电动车电机驱动系统 ............................................................................................... 14 3.3微型纯电动车悬架系统 ......................................................................................................... 22 3.4微型纯电动车转向系统 ......................................................................................................... 30 4 微型电动车总体参数与性能计算 .................................. 33 4.1车型、驱动、布置形式的选择 ........................................................................................... 33 4.2整车参数的选择 ....................................................................................................................... 33 4.3电机功率的确定 ....................................................................................................................... 34 4.4 计算微型电动车的爬坡度与加速时间 ............................................................................ 37 4.5 蓄电池组的数量与电池参数 ............................................................................................... 37 4.6座椅的设计 ................................................................................................................................. 38 4.7轮胎的选择 ................................................................................................................................. 39 5 纯电动车的发展瓶颈与展望 ...................................... 40 结论......................................................... 42 参 考 文 献 ................................................... 43 致 谢 ....................................................... 44

第一章 绪论

最初世界各国开始试图发展新能源汽车的主要原因是石油价格持续飙升造成能源紧缺，而拥有大量人口和消费潜力的金砖四国开始全面普及家庭汽车消费，这加剧了石油危机轰轰烈烈爆发！于是人们提出了新能源汽车这个概念，尝试混合动力汽车、燃料电池汽车或者是太阳能汽车等等，然而经过几年摸索之后，大家发现这些模式都不能从根本上解决问题，只有纯电动汽车才能够满足快速削减石油消费的根本目标。全球碳排放标准的推出强化了主要国家推动纯电动汽车产业普及的动力的欲望，由于汽车尾气和工业污染给大气层和地球生存环境带来日趋严重破坏，人类必需在未来二十年内努力将碳排放量指标恢复到合理水准，而削减碳排放量保护生存环境显然已经是比赚钱更迫切更紧急的事情。推广和普及纯电动汽车是行之有效手段并且也是削减碳排放量重点方向之一！

近年中国人对汽车的需求急剧增长,达到了用井喷来形容的程度,汽车目前烧掉了汽油的85%,这还不算未来汽车拥有量的增长可能形成的新的需求. 如今中国石油短缺,相当程度上依靠进口.可进口价格高涨不说,来源还没有保障.进口石油又成了中国战略家必须考虑的军事问题.从长远看中国的四轮车必须要寻找非石油替代动力.对烧油车来说纯电动车就是一个可能的替代.近几年来城市交通发生拥堵的主要原因是私家车急剧上升。通过分析可知我国的人均可用交通资源甚少(与国外相比差十几倍)，所以要改善交通首先必须设法减小交通工具载人的人均占用交通资源的“面积·时数”。由于我国城市家庭呈小型化结构等因素，现实中，私家车在上下班高峰期所载人数几乎均为1—2人，即车载率总是相当低，这无疑是对紧缺交通资源极大的奢侈浪费。所以电动微型轿车的推出无疑是节约交通资源和能源的体现！大多数城市中国人的上班距离不超过20公里,在中国城市里,车速也很少能达到60公里.这样,一个重量约330公斤的(半个奥托大小),载两个人,航程70~80公里.最大时速55公里的超微型城市上班车就可以满足很多人的需要.当然近距离也可以开电动两轮车上班.可下雨,冬天吹风,夏天晒太阳时就会感到不如封闭的超微型4轮电动车.并且二者安全性也是完全不同的.最近的信息是,日本的富士公司投产一种类似这种档次的纯电动车.(可以买来仿制)因日本的国情与中国类似,(上班距离短)一定可以获得成功.对一些收入低的家庭,这种车有较低的进入门坎,对一些富裕的家庭,这种车还可以作为家庭的第二辆车.在出城跑远路时用汽油车(混合动力车),在城内跑近路时可用超微电动车.家

1

? Fi?m?g?sin 再根据车辆驱动力与电机输出轴转矩关系式，便可得出所需转矩： M? 动力因数 D? 加速度

F?FW GFt?r (5)

ig?i0??rdug?(D?f) dt? 从原地起步到目标车速加速所需时间表示为

vf ta??F0?m?(mgf?0.5?CdAv)2dv

1电动机性能必须分为连续工作性能和短时工作性能，其连续工作特性能和短时工作性能，其连续工作特性曲线由电机的额定值来确定，短时工作特性曲线是电机过载一定倍数之后的转矩功率特性曲线。由公式（1）~ （5）计算后所得的参数便可满足以下基本原则：

1） 用电机的额定工况计算电动汽车的最高车速； 2） 用电机的短时工作性能曲线计算车辆的最大爬坡度； 3） 电动汽车的常规车速应落在电机的基频上；

4） 电动汽车最高车速功率平衡点应落在电机连续工作性能曲线的等功率上。 计算实例

下面以参考目前研制开发的纯电动汽车比亚迪F0和三菱为基础本次毕设所设计的微型纯电汽车。根据它的基本参数和目标性能要求，以上面所述计算原则为基础，可初步绘出所需电机的特性曲线，并以此为参考选择电机。

表3 整车基本参数 参数 m 名称 整车整备质量（kg） 最大总质量（kg） 37

类型及数值 650 800

A 迎风面积（m2） 风阻系数 轮胎半径（mm） 电动机减速比 2.117（宽x高 1.46x1.45） 0.35（轿车0.3~0.41） 滚动半径217 1.333（3.585/2.166/1.333/0.864） (可选用固定速比电动机) Cd r ig i0 主减速器比 传动系效率 4.35 0.9 （轿车0.9~0.92） ?T 表4 目标性能参数

vmax 最高车速/（km/h） 最大爬坡度（%） 60 25（14°）（恒速20km/h） ? L 续驶里程/km 90 表5 计算结果 电动机转速 /（r/min） 最高车速 （60km/h） 常规车速 （45km/h） 最大爬坡度 （25） 表6 电动机基本参数 额定转速/最高转速 /（r/min） 3200/4500 额定转矩/最高转矩 /N?m 7.5/45 额定功率/最高功率 /kw 2.5/15 1418 6.25 42.10 3190 1.31 3.93 4254 电动机功率 /kw 2.26 电动机转矩 /N?m 5.08 38

4.4计算微型纯电动车的爬坡度与加速时间

根据即将颁布的国家标准《纯电动乘用车技术条件》所规定：车辆最大爬坡度（不小于20℅）、起步加速时间（0~50km/h的时间不大于10s）

则最高车速、最大爬坡度为： ua?0.377?4500?0.217?63.5km/h

5.8 D?f?i?0.015?0.25?0.265 amax?acsinD?f?1?D2?f1?f22?14.5°

根据参考粗略估计旋转质量换算系数为：??1.1 则加速度为：

duadt?g??(D?f)?9.8?(0.265?0.015)?2.23m/s2 1.1 加速时间： t?vt?v013.89??6.23?10 故符合要求 a2.234.5蓄电池组数量的确定与电池参数

动力蓄电池组数量的确定

设微型纯电动车匀速45km/h续驶里程为s，则 s?EB?103?3600?T?me?0.8?qF ?90~120 （6）

2CDAua F?Ff?Fw?Gf? （7）

22.15式中，s为电动车续驶里程数，km；EB为蓄电池组中电池总能量，KWh;?T为传动效率；?me为电动机及控制器效率0.9；

?q为蓄电池的平均放电效率0.95.根据以上

整车动力性能参数由计算所得的数据代入上式可动力蓄电池组大于2即采用3或4组48V60Ah的磷酸铁锂电池组可满足所设计的纯电动车的动力性要求。

电池参数的确定

根据整车主要技术参数的要求，以及前面确定的相关参数可以得出锂电池的主要技术参数，见表

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表7 锂离子电池主要技术参数 技术参数 单节电池额定容量/A?h 单节电池最低电压/V 单节电池额定电压/V 单节电池最高电压/V 电池数量 电池工作最高温度/°C 电池组额定电压/V 参数值 60 3 3.2 3.3 15 40 48 4.6座椅的设计

根据我国人体的百分位尺寸和人机工程中座椅的设计原则，可设计座椅大体尺寸如下：

座宽：两臀或两股间距离+5cm，基本座宽取500mm。座位太窄，上下轮椅比较困难臀部及大腿组织受到压迫；座位太宽则不易坐稳，操纵不方便，双肢易疲劳。

座深：后臀部至小腿腓肠肌间水平距离-6.5 cm，座深选取450mm。若座位太短，体重将主要落在坐骨上，易造成局部易受压过多；若座位太长会压迫腘窝部影响局部的血液循环，并易刺激该部皮肤。

座高：鞋跟至腘窝距离+4cm，脚踏距地大于5 cm，选择基本座高450mm，根据需要可以设计为按5cm档位高度可调。座椅过高则驾驶不方便，过低则坐骨承受压力过大，

背高：坐面至肩枕部，背高则稳定，低则活动灵活方便，选取600mm高背。 扶手高度：椅面至平放的前臂下缘+2.5cm，选取300mm。

4.7轮胎的选择

轮胎的尺寸和型号是进行汽车性能计算和绘制总布置图的重要原始数据之一，因此，在总体设计开始阶段就应选定，而选择的依据是车型、使用条件、轮胎的静负荷、轮胎的额定负荷以及汽车的行驶速度。当然还应考虑与动力—传动系参数的匹配以及对整车尺寸参数(例如汽车的最小离地间隙、总高等)的影响。

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轮胎所承受的最大静负荷与轮胎额定负荷之比，称为轮胎负荷系数。大多数汽车的轮胎负荷系数取为0.9～1.0，以免超载。轿车、轻型客车及轻型货车的车速高、轮胎受动负荷大，故它们的轮胎负荷系数应接近下限；对在各种路面上行驶的货车，其轮胎不应超载。试验表明：轮胎超载20％时，其寿命将下降30％左右。

为了提高汽车的动力因数、降低汽车及其质心的高度、减小非簧载质量，对公路用车在其轮胎负荷系数以及汽车离地间隙允许的范围内应尽量选取尺寸较小的轮胎。采用高强度尼龙帘布轮胎可使轮胎的额定负荷大大提高，从而使轮胎直径尺寸也大为缩小。例如装载量4t的载货汽车在20世纪50年代多用的9.00—20轮胎早已被8.25—20；7.50—20甚至8.25—16等更小尺寸的轮胎所取代。越野汽车为了提高在松软地面上的通过能力常采用胎面较宽、直径较大、具有越野花纹的超低压轮胎。山区使用的汽车制动频繁，制动鼓与轮辋之间的间隙应大一些，以便散热，故应采用轮辋尺寸较大的轮胎。轿车都采用直径较小、断面形状扁平的宽轮辋低压轮胎，以便降低质心高度，改善行驶平顺性、横向稳定性、轮胎的附着性能并保证有足够的承载能力。

我国各种汽车的轮胎和轮辋的规格及其额定负荷可查相应的国家标准。轿车轮胎标准见GB 2978—1997。

本设计所选轮胎为：145/80 R10 69 C

本设计选用80系列轿车子午线轮胎，轮胎规格：145/80 R10 负荷指数：标准69， 测量轮辋：4.00B 新胎尺寸：断面宽度145mm 外直径486mm；静负荷半径：217mm 滚动半径236mm；负荷能力：标准325kg ；充气压力：标准240kPa ；允许使用轮辋：3.50B，4.50.

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国产桑塔纳、高尔夫、奥迪100及富康等轿车；不等长的双横臂式独立悬架在轿车、轻型汽车的前轮上应用较广泛。。单斜臂式独立悬架是介于单横臂式和单纵臂式之间的一种悬架结构形式，单斜臂绕与汽车纵轴线成一定夹角θ的轴线摆动。通常这个角度小于45度适当地选择夹角θ，可以调整轮距、车轮倾角、前束等，使之变化最小。具有车轮接地性能好，纵横两向承受外力的能力强的特点，从而可获得良好的操纵稳定性。单斜臂式独立悬架兼有单横臂和单纵臂式独立悬架的优点。它自20世纪60年代问世以来多用在后轮驱动的汽车的后悬架上。综上所述我所设计的微型纯电动车的前悬架采用双横臂式悬架，而后悬架采用单斜臂式独立悬架。

双横臂式独立悬架导向机构设计 1．纵向平面内上、下横臂的布置方案

上、下横臂轴抗前俯角的匹配对主销后倾角的变化有较大影响。图3.3.1给出了六种可能布置方案的主销后倾角λ值随车轮跳动的曲线。图中横坐标为λ值，纵坐标为车轮接地中心的垂直位移量。各匹配方案中β1、β2角度的取值见图注，其正负号按右手定则确定。

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图3.3.1 ?1、?2的匹配对?的影响

为了提高汽车的制动稳定性和舒适性，一般希望主销后倾角的变化规律为：在悬架弹簧压缩时后倾角增大；在弹簧拉伸时后倾角减小，用以造成制动时因主销后倾角变大而在控制臂支架上产生防止制动前俯的力矩。

分析图3.3.1中λ的变化曲线可知，第4、第5方案的λ变化规律为压缩行程λ减小，拉伸行程λ增大，这与所希望的规律正好相反，因此不宜用在汽车前悬架中；第3方案虽然主销后倾角的变化最小，但其抗前俯的作用也小，所以现代汽车中也很少采用；第1、2、6方案的主销后倾角变化规律是比较好的，所以这三种方案在现代汽车中被广泛采用。

2．横向平面内上、下横臂的布置方案

比较图3.3.2a、b、c三图可以清楚地看到，上、下横臂布置不同，所得侧倾中心位置也不同，这样就可根据对侧倾中心位置的要求来设计上、下横臂在横向平面内的布置方案。

图3.3.2 上下横臂在横向平面内的布置方案 3．水平面内上、下横臂动轴线的布置方案

上、下横臂轴线在水平面内的布置方案有三种，如图3.3.3所示。

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下横臂轴M—M和上横臂轴N—N与纵轴线的夹角，分别用α1和α2来表示，称为导向机构上、下横臂轴的水平斜置角。一般规定，轴线前端远离汽车纵轴线的夹角为正，反之为负，与汽车纵轴线平行者，夹角为零。

图3.3.3 水平面内上、下横臂轴布置方案

为了使轮胎在遇到凸起路障时能够使轮胎一面上跳，一面向后退让，以减少传到车身上的冲击力，还为了便于布置发动机，大多数前置发动机汽车的悬架下横臂轴M—M的斜置角。，为正，而上横臂轴N—N的斜置角α2则有正值、零值和负值三种布置方案，如图3.3.3中的a、b、c所示。上、下横臂斜置角不同的组合方案，对车轮跳动时前轮定位参数的变化规律有很大影响。如车轮上跳、下横臂斜置角αl为正、上横臂斜置角α2为负值或零值时，主销后倾角随车轮的上跳而增大。如组合方案为上、下横臂斜置角α1、α2都为正值，如图3.3.3a所示，则主销后倾角随车轮的上跳较少增加甚至减少(当α1<α2时)。至于采取哪种方案为好，要和上、下横臂在纵向平面内的布置一起考虑。当车轮上跳、主销后倾角变大时．车身卜的悬架支承处会产生反力矩，有抑制制动时前俯的作用。但主销后倾角变得太大时，会使支承处反力矩过人，同时使转向系统对侧向力十分敏感，易造成车轮摆振或转向盘上力的变化。因此，希望轿车的主销后倾角原始值为-1°一+2°。当车轮上跳时，悬架每压缩lOmm，主销后倾角变化范围为10′一40′。

为了综合1上述要求，选择恰当的抗前俯角，国外已根据设计经验制定出一套列线图，如图3.3.4所示。该图由三组线图组成：图3.3.4a为汽车在不同减速度时(以重力加速度g的百分数表示)，前轮上方车身下沉量f1，与抗前俯率ηd的关系；图3.3.4b，为下横臂摆动轴线与水平线夹角β1不相同时，主销后倾角λ的变化；率dλ／df1，与抗前俯率的关系；图3.3.4c为不同球销中心距时，主销后倾角λ的变化率dλ／df1与上、下横臂摆动轴线夹角(β2—β1)的关系。运用此图的步骤如下：

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先根据设计的允许前俯角(在0．5g时为1°～3°)确定f1，然后找到相应的ηd，并在图3.3.4b上初选β1，求出主销后倾角变化率(推荐悬架每压缩lOmm时为10′一40′)． 如超出范围，即重新选β1，，直至达到要求为止。接着可用图3.3.4c，先选定球销中心距，从图3.3.4b所定的dλ／df1值与初选的球销中心距在图上沿虚线所示的路线找到上、下横臂的夹角(β2—β1)，如布置上允许即认为初选成功。此图适用于轴距2．8～3．2m，质心高为0．58～0．6m的轿车。

图3.3.4 选择上、下横臂横线纵向倾角的线图

4．上、下横臂长度的确定

双横臂式悬架的上、下臂长度对车轮上、下跳动时前轮的定位参数影响很大。现代轿车所用的双横臂式前悬架，一般设计成上横臂短、下横臂长。这一方面是考虑到布置发动机方仙。另一方面也是为了得到理想的悬架运动特性。

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图3.3.5 上、下横臂长度之比l1/l2改变时悬架运动特性

图3.3.5为下横臂长度l1保持原车值不变，，改变上横臂长度l2，使l2／l1，分别为0.4，0．6，0．8，1．0，1．2时计算得到的悬架运动特性曲线。其中Z—By(1/2轮距)为车轮接地点在横向平面内随车轮跳动的特性曲线。由图可以看出，当上、下横臂的长度之比为0．6时，By曲线变化最平缓；l2／l1增大或减小时，By曲线的曲率都增加。图中的Z—δ和Z—γ分别为车轮外倾角和主销内倾角随车轮跳动的特性曲线。当l2／l1=1．0时，δ和γ均为直线并与横坐标垂直，这时，δ和γ在悬架运动过程中保持定值。

设计汽车悬架时，希望轮距变化要小，以减少轮胎磨损，提高其使用寿命，因此应选择

l2／l1在0．6附近；为保证汽车具有良好的操纵稳定性，希望前轮定位角度的变化要小，这时应选择l2／l1在1.0附近。综合以上分析，该悬架的l2／l1应在0．6～1．0范围内。美国克莱斯勒和通用汽车分司分别认为，上、下摆臂长度之比取0．7和0．66为最佳。根据我国轿车设计的经验，在初选尺寸时, l2／l1l取0．65为宜。

3.4微型纯电动车转向系统

汽车转向系统可按转向能源的不同分为机械转向系统和动力转向系统两大类。动力转向系统是兼用驾驶员体力和发动力的动力作为转向能源的转向系统，其是在机械转向系统的基础上加设一套转向加力装置而形成的。在设计微型电动车时为求其结构简单操纵轻便减少整车质量故我在设计微型纯电动车时采用简单的机械转向系统。

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图3.4.1 转向系统的基本组成

机械转向系统主要是由转向操纵机构、转向器和转向传动机构三大部分组成。 工作原理：当转动转向盘时，通过转向轴及转向轴带动转向器转动副，使转向摇臂前后摆动，再通过转向直拉杆和转向节臂使左转向节及装在其上的转向轮绕主销偏转。同时，由左梯形臂带动转向横拉杆及右梯形臂使右转向节随之同向偏转。

目前国内外生产的许多车型在转向操纵机构中采用了万向转动装置（包括转向万向节和转向传动轴），只要适当改变转向万向转动装置的几何参数，便可满足各种变型车的总布置要求，有助于转向盘和转向器等部件的通用化和系列化。即使在转向盘与转向器同轴线的情况下，其间也可采用万向传动装置，以补偿由于部件在车上的安

装误差和安装基体变形所造成的二者轴线实际上的不重合。

现代汽车经常在良好的路面上行驶故多采用可逆式转向器（可逆式转向器有利于汽车转向

结束后转向轮和转向盘的自动回正，但也能将坏路面对车轮的冲击力传到转向盘，发生“打手”现象）目前在汽车上广泛采用的有齿轮齿条式、循环球-齿条齿扇式以及循

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环球-曲柄指销式几种。齿轮齿条式转向器是利用齿轮的转动带动齿条左右移动，再通过横拉杆推动转向节，达到转向的目的。它主要由转向器壳体、转向齿轮、齿条传动副等组成。转向壳体用螺栓固定在车架上，齿条与齿轮始终保证无间隙啮合，主要依靠齿条导向座下方弹簧弹力的作用，弹簧弹力可通过调整螺塞视需调整。齿轮齿条式转向器结构简单、紧凑、质量轻，刚性大，转向灵敏，制造容易，成本低，正、逆效率都较高，而且省略了转向摇臂和转向直拉杆，使转向转动机构简化，因此它在轿车上得到了广泛地应用。故在微型纯电动车转向系设计时采用齿轮齿条式转向器，如下图桑塔纳轿车转向器。当转向轮独立悬挂时，每个转向轮分别相对于车架作独立运动，因而转向桥必须是断开式的。与此相应，转向传动机构中的转向梯形也必须断开。转向传动机构的梯形机构底角为：

??arccot(0.75K1191)?arccot(0.75?)?67.44° L2150梯形臂长: m?0.12?K?0.12?1191?143mm

转弯半径：如图在理想情况下，最小转弯半径R与外转向轮最大偏转角?的关系为;

Rmin?Lsin?max

图3.4.2 转弯示意图

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汽车转弯时如图3.4.2，前后轮都会产生侧偏角。如果前后轮侧偏角相等，则汽车实际转弯半径等于方向盘转角对应的转弯半径，称为\中性转向\；如果前轮侧偏比后轮大，汽车实际转弯半径大于方向盘转角对应的转弯半径，称为\不足转向\；如果后轮侧偏比前轮大，汽车实际转弯半径小于方向盘转角对应的转弯半径，称为\过度转向\。不足转向产生相对较大的转向半径，侧向力减弱，汽车具有自动恢复直线行驶的良好稳定性，操纵容易。因此，绝大多数汽车制造厂家都将汽车做成具有轻微的不足转向，在这种情况下，制动甩偏的发生会使汽车回到原来直驶的路线。

转向特性参数: 为了保证有良好的操纵稳定性，汽车应具有一定程度的不足转向。通常用汽车以0.4g的向心加速度沿定圆转向时，前、后轮侧偏角之差( － )作为评价参数。此参数在1°～3°为宜

车身侧倾角: 汽车以0.4g的向心加速度沿定圆等速行驶时，车身侧倾角控制在3°以内较好，最大不允许超过7°

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第四章 微型电动汽车总体参数与性能计算

4.1车型、驱动、布置形式选择

为满足大多数人的需求，设计车型确定为普通型，即各方面参数按普通车型的参数选取。车身外形参考同类型车设计成流线型以减少汽车行驶的空气阻力，因后轮驱动有较好的动力性且城市道路行驶条件较好，同时考虑尽量减小车身尺寸并保证车内足够的空间，选择中置后轮驱动形式。虽然三轮的转向比较灵活但稳定性不足，而现在转向装置都不是太有难度且四轮行驶稳定性较高，所以选择四个车轮，最终车型为4×2MR

4.2整车主要参数选择

本微型纯电动车在参考比亚迪F0和三菱原有地盘和车身的基础上进行开发设计，拟设计最高车速60km/h，一次充电的续驶里程为90~120km轴距 2150mm 轮距 1410mm 车长、宽、高 2790mm× 1460mm ×1450mm因为倾向于后置后轮驱动，故选择比例系数C=0.55为了保证一定的通过性，选择前悬为LF=250mm，后悬为

LR=285mm，则实际总长为2435mm。车标准总高1450mm车总宽1460mm

尺寸数据统计如下:单位mm 轴距 2150 前悬 250 后悬 285 总长 2790 总高 1450 总宽 1460 前轮距 后轮距 1410 1410 4.3电动机功率的确定

纯电动汽车的功率全部由电机来提供，所以电机功率的选择须满足汽车的最高车速、最大爬坡度以及加速时间的要求。

以最高车速确定电机的额定功率

PN?Cd?A?U2max?1????m?g?f????Umax (1) 3600?T?21.15?式中：PN------电机额定功率，kW； ?T-------传动系效率 m---------最大车重，kg；

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f---------滚动摩擦系数； Cd---------风阻系数； A---------车辆迎风面积，m2； 以常规车速确定电机额定转速 nN?ig?i0?uN0.377?r （2）

式中：nN--------电机额定转速，r/min； ig--------传动比； i0---------主减速比； uN---------常规车速，km/h; r-----------滚动车轮半径，m； 以额定功率/转速确定电机额定转矩 MN?955?4PN (3) nN 式中； MN----------额定转矩，N?m

以最大爬坡度确定其短时工作线低速转矩

假定以匀速爬坡，车辆所受阻力项中没有加速阻力，则所需电机驱动力为： Ft?Ff?Fw?Fi (4)

式中： Ft----------电动汽车驱动力，此时也即为车辆所受的阻力；

Ff----------电动汽车行驶时的滚动阻力，

Ff?m?g?f?co?s（?为坡道角度值）；

Fw-----------电动汽车行驶时的空气阻力，

Cd?A?u2Fw?21.15 ；

Fi----------电动汽车行驶时的坡道阻力；

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