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分布式轮毂全轮驱动纯电动汽车总体方案设计毕业论文

 2020-02-17 12:02  

摘 要

为了实现汽车行业的可持续发展,所以各种新能源汽车,尤其是电动汽车由于具有零排放零污染、易于实现智能化发展等方面的优点,成为了各大世界汽车企业以及科研所大力研究的对象。本文为分布式轮毂全轮驱动纯电动汽车的总体布置设计,主要研究内容如下:

首先是整车各项指标的确立,对越野车进行分析,对总体有一个把握,然后根据实际情况制定越野车的各项参数指标。主要包括性能参数指标,质量参数指标以及尺寸参数指标。

其次是越野车的总体参数的确定。根据第一步确立的整车各项指标,确定越野车的总体参数。越野车性能的计算与分析。将第一步确立的性能指标与第二步确定的相关参数所计算出来的性能进行对比,越野车性能的分析是确定产品主要性能参数所必须要进行的一项工作,主要内容是数值计算。从而达到控制越野车的性能指标,以保证整车总体方案设计的顺利进行。

然后是越野车的总布置设计。总布置设计是分布式轮毂全轮驱动纯电动越野车的基础,我们需要用前三步确定的越野车的参数来进行越野车的总布置设计。从而可以建立分布式轮毂全轮驱动纯电动越野车的总体布置的三维模型,最终可以确定越野车的总体布置结构。

最后对利用ANSYS软件对越野车的车身做有限元分析计算,得到越野车表面空气对越野车表面压力图,分析压力图的产生原因。

关键词: 轮毂电机;越野车;总体方案设计;整车性能

Abstract

In order to achieve sustainable development in the automotive industry, various new energy vehicles, especially electric vehicles, have become the major automotive companies and research institutes in the world because of their advantages of zero emissions and zero pollution, and easy realization of intelligent development. Object. This paper is the overall layout design of the distributed wheel all-wheel drive pure electric vehicle. The main research contents are as follows:

The first is the establishment of various indicators of the vehicle, the analysis of off-road vehicles, a general grasp of the overall, and then based on the actual situation to develop various parameters of off-road vehicles. It mainly includes performance parameter indicators, quality parameter indicators and size parameter indicators.

Second is the determination of the overall parameters of the off-road vehicle. According to the indicators of the whole vehicle established in the first step, the overall parameters of the off-road vehicle are determined. Calculation and analysis of off-road vehicle performance. Comparing the performance indicators established in the first step with the performance calculated by the relevant parameters determined in the second step, the analysis of off-road vehicle performance is a work that must be performed to determine the main performance parameters of the product. The main content is numerical calculation. In order to achieve the performance indicators of the control of off-road vehicles, to ensure the smooth design of the overall vehicle design.

Then there is the overall layout design of the off-road vehicle. The overall layout design is the basis of the distributed wheel all-wheel drive pure electric off-road vehicle. We need to use the parameters of the off-road vehicle determined in the first three steps to design the off-road vehicle. Thereby, a three-dimensional model of the overall arrangement of the distributed wheel all-wheel drive pure electric off-road vehicle can be established, and finally the overall layout structure of the off-road vehicle can be determined.

Finally, using ANSYS software to do finite element analysis and calculation of the body of the off-road vehicle, the surface air pressure of the off-road vehicle on the surface of the off-road vehicle is analyzed, and the cause of the pressure map is analyzed.

Key Words: Hub motor; off-road vehicle; overall design; vehicle performance

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 轮毂电机汽车的研究目的 1

1.2 轮毂电机汽车的研究现状 1

1.2.1 国外的研究状况 1

1.2.2 国内研究现状 1

1.3 本文主要研究内容和技术路线 2

1.3.1 研究目标 2

1.3.2 研究的基本内容 2

第2章 越野车设计方案的确定 3

2.1 越野车方案设计的原则 3

2.2 越野车的设计指标 3

2.2.1 外形尺寸设计指标 3

2.2.2 质量设计指标 3

2.2.3 主要的性能参数设计指标 3

第3章 整车参数确定 5

3.1 主要质量参数的确定 5

3.1.1 质心高度和轴荷的计算 5

3.1.2 质量利用系数 6

3.1.3 质量利用系数 7

3.2 主要尺寸参数的确定 7

3.2.1 轴距尺寸 7

3.2.2 轮距尺寸 7

3.2.3 汽车外廓尺寸 7

3.3 主要性能参数的确定 8

3.3.1 汽车动力性参数的确定 8

3.3.2 机动性参数的确定 8

3.3.3 汽车的操纵稳定性参数的确定 8

3.3.4 汽车的行驶平顺性参数的确定 8

3.3.5 汽车的制动性参数的确定 9

3.3.6 汽车的制动性参数的确定 9

3.3.7 轮胎参数的确定 9

3.4 整车参数的设定 9

第4章 整车性能的计算 11

4.1动力性计算 11

4.1.1最高车速 11

4.1.2爬坡能力 11

4.1.4加速能力 12

4.2最大转向角 13

4.3最大侧倾稳定角计算 13

4.4汽车制动距离计算 13

4.5设计指标与实际性能 14

第5章 整车总设计 15

5.1总体设计综述 15

5.2基本参数结构的确定 15

第6章车身的有限元分析 16

6.1越野车的外形参数 16

6.2生成网格 17

6.2.1流动方程式 17

6.2.2数据处理 17

6.3仿真分析 18

第7章 总结与展望 19

7.1 总结 19

7.2 展望 20

参考文献 21

致 谢 22

第1章 绪论

轮毂电机汽车的研究目的

为了实现汽车行业的可持续发展,所以各种新能源汽车,尤其是电动汽车由于具有零排放零污染、易于实现智能化发展等方面的优点,成为了各大世界汽车企业以及科研所大力研究的对象。本次毕业设计的目的是设计一辆分布式轮毂全轮驱动纯电动汽车,车型选择为越野车。

轮毂电机汽车的研究现状

1.2.1 国外的研究状况

轮毂电机它并不是一个新生的事物,它的诞生可以追溯到电动汽车诞生的初期,但是由于当时条件以及电池的限制,轮毂电机技术并没有得到广泛的应用。直到近几年轮毂电机汽车技术才得到了发展,但是它也主要体现在几款概念车上。

日本对轮毂电机的研究较早, 1996年、2001年,日本应庆大学开发了ECO系列、KAZ系列电动车型,均采用轮毂电机驱动。2011年日本SIM-Drive公司设计的Eliica电动汽车应用八个小型轮毂电机,采用板状的中空铝制车架容纳电池,大大节省车内空间。

在主机厂方面,通用、福特、奔驰已在旗下部分电动车型中运用轮毂电机技术。2003年通用汽车将自行研制的轮毂电机应用到雪佛兰S-10皮卡车中,车轮重量仅增加15Kg,但产生的驱动扭矩比普通雪佛兰S-10四缸皮卡车高60%。

1.2.2 国内研究现状

我国轮毂电机技术起步比较晚,而且主要集中在高校和一些科研所来进行。1999年,哈尔滨工业大学和哈尔滨大电机研究所就在之前的车辆基础上开发了一套轮毂电机系统。同济大学开发了“春晖”系列的以轮毂电机驱动的试验车。并且试验车的性能十分良好,达到了很高的水平。吉林大学开发了轮毂电机驱动型的微型电动车。清华大学主要对轮毂电机的控制技术进行了相当深程度的研究。

在企业方面,浙江亚太机电与ElaphePropulsion公司成立了合资公司,共同来生产轮毂电机。湖北泰特机电全资收购荷兰e-Traction公司,生产客车用轮毂电机。湖北泰特机电是天津天海同步集团在湖北荆门投资建设轮毂电机项目所设立的子公司,于2016年7月落户,项目总投资6亿元。浙江亚太机电与ElaphePropulsion公司成立了合资公司来生产轮毂电机,浙江万安科技与ProteanElectric公司成立了合资公司来生产电动轮总成。

本文主要研究内容和技术路线

1.3.1 研究目标

此次研究的目标是设计一辆越野车,具有四轮分布式驱动功能。所以需要从整体去把握,先绘制出草图,确定整车的各个参数,最后完成设计出一辆分布式轮毂全轮驱动纯电动汽车。

研究的基本内容

(1)越野车设计方案的确定,包括布置形式,外形结构,设计指标的确定;

(2)整车参数的确定,主要的质量、尺寸、性能等参数的确定;

(3)整车性能的计算分析,动力性等参数的计算;

(4)总布置设计,包括总布置草图绘制,最后绘制出总装配图;

(5)最后选定1-2部件开展有限分析计算。

第2章 越野车设计方案的确定

2.1 越野车方案设计的原则

由于设计的是纯电动越野车,而且是乘用车,所以根据其用途,设计原则如下:

(1) 保证越野性能

(2) 避免转向系统和悬架系统干涉

(3) 保证乘坐者的舒适性

(4) 外形美观,符合大众审美

(5) 维修性好

2.2 越野车的设计指标

2.2.1 外形尺寸设计指标

本文设计的分布式轮毂全轮驱动纯电动汽车要求为设计一款越野车,长宽高已经给定为越野车的长度4585mm,宽度1855mm,高度1679mm。根据本文越野车的长宽高可以看出,该车为紧凑型汽车。

2.2.2 质量设计指标

结合越野车实际的使用条件,初步将分布式轮毂全轮驱动纯电动汽车整车整备质量定为1400kg,满载质量为1750kg。

2.2.3 主要的性能参数设计指标

  1. 汽车动力性参数设计指标

最大爬坡度不小于60%,下图1为最大爬坡度的示意图。最高车速不大于120km/h。满载车速从0加到最高速的时间不超过60秒。

  1. 机动性设计指标

分布式轮毂全轮驱动纯电动汽车的机动性指标已经给出,要求最小转弯半径为5.5m。

  1. 通过性设计指标

汽车的通过性是汽车通过能力的性能指标,也可以将汽车的通过性称为越野性能。本文的研究目标为越野车,所以汽车的通过性能格外重要。汽车的通过性指标有最小离地间隙、最大涉水深度。接近角、最大侧倾角、纵向通过角、离去角

  1. 制动距离设计指标

汽车的通过性是汽车通过能力的性能指标,也可以将汽车的通过性称为越野性能。本文的研究目标为越野车,所以汽车的通过性能格外重要。汽车的通过性指标有最小离地间隙、最大涉水深度。接近角、最大侧倾角、纵向通过角、离去角。

汽车的制动距离有国家指标,一般为汽车以30km/h的初速度行驶的时候制动距离不得超过12m,但是本文所设计的为越野车,要求其制动性能要比较好,所以,本车的制动距离指标为初速度为30km/h时,制动距离不超过9m

第3章 整车参数确定

3.1 主要质量参数的确定

在计算整车参数之前,首先需要对越野车整车的质量参数进行分析得到一个大概的数值,这为越野车整车的性能计算和总成设计提供了基础依据。各个总成的质量估算有两种方法,一个是可以通过对样件进行测量得到,另一个则是可以参照同类车型,进行调整得到。

3.1.1 质心高度和轴荷的计算

(1)空载:越野车整车自重计算公式如下:

(3.1)

上式中为第i个总成的质量;N为越野车全部总成数量,算得为1400kg。

空载后轴荷计算公式如下:

(3.2)

上式中L为轴距,单位为mm;为第个i构件距离前车头的水平距离,算得为680kg。

空载前轴荷计算公式如下:

(3.3)

空载质心高度计算公式如下:

(3.3)

上式中为第i个构件距离地面的铅垂距离。

综上计算得为1400kg,空载后轴荷为680kg,空载前轴荷为720kg,空载质心高度为1080mm。

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