微型电动汽车的车身设计

微型电动汽车的车身设计[20191208103344]
摘要
此课题是一辆微型电动汽车的车身设计,其内容主要包括电动汽车概述、微型电动汽车的结构及总体布置、车身外部造型与总布置设计和车身内部总布置设计等方面。在此次设计中,利用已掌握的知识,查阅标准和各种与车身和电动汽车相关的资料并将两者结合,对理论分析车身每个位置的布置,再对其进行设计。通过对设计反复修改,尽可能使整车在外部设计方面美观、空气阻力小,在车内布置中,提高空间利用率,提高乘坐舒适度,使车内布置更加人性化,更加完善合理。

关键字:微型汽车电动汽车车身造型内部布置总布置
目录
引言 1
第一章 电动汽车概述 2
1.1 电动车的历史 2
1.2 电动车的现状以及技术水平 2
1.3 电动汽车的前景? 3
第二章 微型电动汽车的结构及总布置 4
2.1?微型电动汽车的整体结构 4
2.2?整车动力系统选型及布置 4
2.3?前舱关键零部件的布置设计 5
2.4?动力电池系统的布置 5
2.5?车载充电器、快慢充电口的布置 6
第三章 车身外部造型与外部总布置设计 7
3.1 空气动力学特性在车身造型中的应用 7
3.2 汽车车身制图 7
3.2.1 坐标系 7
3.2.2 坐标零平面的确定 8
3.2.3 图面布置 8
3.2.4 标注 8
3.3 外部总布置设计 8
3.3.1 前围布置 9
3.3.2 侧围布置 9
3.3.3 后围布置 9
3.3.4 顶盖布置 10
第四章 车身内部总布置设计 12
4.1 确定驾驶员座椅H点位置 12
4.1.1 H点人体模型 12
4.1.2 驾驶员座椅H点的确定 12
4.1.3 H点调节量 15
4.1.4 方向盘中心点位置的确定 15
4.2 眼椭圆的制作 16
4.2.1 眼椭圆定义 16
4.2.2 眼椭圆的定位 17
4.2.3 眼椭圆的轴长 18
4.3 视野校核 19
4.3.1 上视角校核 19
4.3.2 前盲区校核 19
4.4 风窗玻璃刮扫面积及部位的校核 19
4.5 驾驶员手伸及界面的校核 20
4.6 驾驶员的头部包络线 21
4.6.1 平均头廓线 21
4.6.2 头廓包络线的形成 21
4.7 踏板的布置 22
4.7.1 在侧视图上踏板的布置 22
4.7.2 在俯视图上的踏板布置 22
4.8 后排乘员布置 24
结 论 26
致 谢 27
参考文献 28
引言
由于不可再生的化石能源渐渐消耗,其中最具代表的是石油,所以如今展现在人们面前亟待解决的问题是环保、能源危机和可持续发展。三分之一的世界能源被汽车所使用,对于电动汽车的研究和开发,在欧洲、美国、日本等国家的带领下,整个世界多数有能力的国家也已经投入大量的资金。就在前一两年,尼桑和三菱公司分别生产出了Leaf和i-MiEV电动汽车并在市场上出售。纯电动汽车吸引大众目光的必然是其高效率、环保和可持续发展等巨大的优势。
因为与传统汽车大不相同,纯电动汽车需要在结构安排方面进行巨大改变其性能才能达到一定的需求。本文将从微型电动车内外造型及总布置方面进行论述,同时结合课题实际过程中的一些问题进行阐述。
第一章 电动汽车概述
1.1电动车的历史
其实电动车的出现时间远远早于内燃机汽车[5]。早在1834年,Thomas davenport造出一辆电动三轮车,其通过一组非充电电池驱动,但只可以驱动很短的距离。四年后,Robert davidson制造出同样驱动方式的电动汽车。1881年的巴黎,法国工程师Gustave Trouve制造出首辆搭载可充电电池的电动三轮车,该车使用铅酸电池供电。有轨电车由Frank Sprague在1886年制造出。之后,电动车便开始流行,并在车辆运输中扮演着重要角色。那时美国,汽车销售额每年是4200辆,其中蒸汽机汽车、电动汽车和燃油汽车所占的比例分别为40%、38%和22%。电动车当时是财富和身份象征,其价格等同于如今的劳斯莱斯。
电动汽车开始商业化是从无马车时代后开始的。美国的电动汽车发展主要由Baker和底特律电气公司带领的。1899~1916年,Baker公司始终是美国主要的电动汽车制造商。1907~1938年,底特律公司设计并制造的电动汽车能达到40Km/h的极限速度和129Km的行驶里程,而且清洁可靠、低噪声[5]。英国的电动汽车发展主要在1901年到1920年期间,后轮驱动、充气轮胎和四轮转向的电动汽车由伦敦电动汽车公司生产出[5]。
大家挂在嘴边的一句话“朋友亦是敌人”,电动汽车的发展用它来描述再适当不过了,作为电动汽车核心驱动部件的电动机同时也促进了燃油汽车的发展。汽车起动机的问世完全颠覆了燃油汽车和电动汽车的地位,它由Kettering在1911年发明出。福特大量生产T型车的做法使电动汽车的发展之路基本完结,1909年到1925年期间,电动汽车的价格由原来的850美元直线下降到260美元,从而加快了纯电动汽车的灭亡[5]。燃油汽车的使用成本低,且行驶里程比电动汽车多1~2倍,所以电动汽车制造商只能从庞大的市场份额中分得一点残羹。至20世纪30年代,电动汽车差不多消失殆尽。直到近30年,能源问题才使电动汽车获得重生。
1.2电动车的现状以及技术水平
当今,汽车制造商持续推动促进电动汽车技术发展,同时也开始商业化电动车[13]。世界各地的汽车制造商都开始步入电动汽车这个领域,特别是在欧洲、美国和日本。美国的三大汽车公司和一些电动汽车公司合作,积极进行电动汽车的设计开发,从而促进了美国电动汽车的发展。日本由于能源的短缺尤其重视电动汽车的技术开发和商业化发展并制定了相应的计划,所有知名的汽车制造商都参与其中。许多欧洲国家,尤其是德国、英国、法国和意大利也都制定了相关发展计划,其中比较积极的公司有雷诺、奔驰、沃尔沃、欧宝、菲亚特、宝马、奥迪、大众、雪铁龙等。汽车制造商以外的一些电池和电力制造商在电动汽车的发展中也扮演着重要的角色,为了达到获利的目的,他们不断推动可充电电动汽车技术和商业化发展。他们一般会与汽车制造商合作,或对电动汽车进行选购、评估和演示,展示电动汽车的环保、能源利用率高和多样性的特点。能源与环保机构为了对其做出相关回应便积极参与发展电动汽车技术并使其商业化的活动。还有,一些大学和研究所也努力开发电动汽车新技术,来促使电动汽车可以在与燃油汽车的竞争中获得优势。
当前几乎所有的电动汽车都是由燃料汽车改装而来的,把内燃机汽车的驱动系统部分或全部替换成供电动汽车使用的电力系统,目前主要有三种类型的电动汽车:燃料电池汽车、纯电动汽车和混合动力电动汽车[11]。例如:奇瑞的BSG(Beld-driven Starter Generator)双轴并联低度混合式HEV对原车改动就很少,结构简单,成本低。21世纪以后,电动汽车概念车的新设计相继问世,它们取消了用传统汽车底盘改装的方式,例如FCEV概念车展现了个性化、流线型车身、滑板式底盘、线控技术和CAN总线网络系统等,赋予FCEV全新的面貌。
1.3电动汽车的前景?
电动汽车技术的发展现状:纯电动汽车技术成熟,使用并推广于特殊区域;混合动力汽车技术日渐成熟,已步入商业化阶段;燃料电池汽车技术处在新突破初期,正值新的研究热点。
第二章 微型电动汽车的结构及总布置
2.1?微型电动汽车的整体结构
纯电动汽车的基本零部件有:驱动电机和减速器总成、电池ESS系统总成、充电器、充电口和电机控制器等附属配套零部件[9]。
实际设计中,顾及到空间与轴向载荷相匹配以及高压安全性考虑,所以关键元件的布局非常重要。一方面,大多数这些组件在高压状态下工作,若布局在极易被碰撞或变形的位置,或许会导致系统漏电,对乘员安全形成很大的隐患;另外,这些组件通常重量很大,若不对整车尤其是底盘的操作性能和动力进行全方面的分析,元件质量布置不合适,使整辆车的安全和性能一样会留下极大的隐患。
因此,基于对高压安全,以及所述底盘和车辆性能分析等方面的考虑,对纯电动车的重要构件和部位进行多次布局的验证。
全车驱动方式为前置前驱,前舱放置电机控制器、电动机和减速器,这样可提升驱动效率;底板下布置电池,一方面有利于使前后轴荷平衡,提高操作性能,另一方面方面电池的装卸;车身后部布置充电器,既能防尘又能防;原加油口位置布置充电口,可减少车身的变化量,更好的与传统车达到兼容。
2.2?整车动力系统选型及布置
本车为微型电动车,为A00?级车型。
电动机是电动汽车最根本的零件之一,出于电动汽车的需要,驱动电机必须具有以下要求:结构紧凑、体积小、质量轻、效率高、故障模式控制、可靠性高、成本低、振动低、噪声低、宽阔的恒功率调速范围。目前,用于电动乘用车的驱动电机主要有两种:永磁异步交流电机和永磁同步交流电机。选择永磁同步交流电机,并且通过匹配对应的电力电子系统和设计特别的水冷系统来尽可能达到电动乘用车对驱动电机的要求[5][13]。
输出功率相同时,减速机的合理匹配,对增强输出扭矩,提高电动汽车的传动效率和加速性能是很有利的。本车通过计算设计匹配了一个单级减速器来完成以上所述的作用;并且,因为和传统内燃机不同,电机不能完成辅助制动的功效,减速器还设计了驻车锁止机构和倒车机构。
2.3?前舱关键零部件的布置设计
传统汽油机的车上,重要零部件都集中在前面,例如变速器、发动机等差不多都在前面。电动车也是这样布置,前面主要包括:电机、电机控制器、电动空调、电动真空泵、减速机等,原因如下:
(1)电动汽车专用部件很多,前舱除去那些关键零部件后还有一些空间,而全车其他地方差不多已无空间
(2)和汽油车一样,前置前驱的驱动方式仍然是有效的,所以现在大多数电动汽车也将电机放置于前舱。
(3)电机和电机控制器等都是大尺寸零件和组件,而且整合在一起对提高工作效率更有利,配合上减速机,就必须安排一个更有利的布置方法,所以大都布置在前舱[8]。
实际的工程设计中,因为零件和高压走线繁多,加上微型电动汽车前舱空间的限制,实际的前舱布置很艰难,需要不断地改进。
2.4?动力电池系统的布置
动力电池是纯电动汽车仅有的能量供给源,它是电动汽车最关键的零件,决定了电动汽车的输出功率和行驶里程这两个最为重要的参数。
因为当前世界动力电池技术尚不成熟,能量密度低,若要满足相应的行驶里程需求则要巨大的电池系统。同时,由于微型乘用车的空间小,所以总布置的要求相当苛刻。
综上所述,动力电池系统对整车布置的要求如下:
(1)具有大约250 L的完整空间;
(2)拥有能够承受约300 kg的车身结构;
(3)能够防护一定的碰撞;
(4)具有密封等级的要求;
(5)具有一定隔热和散热性能的要求。
因为A00级车型整车的内部空间很小且离地间隙小,所以上述要求极大的影响了整车的布置。
当前动力电池的放置位置大都在:座椅下、地板下、行李舱以及前舱内。世界上较先进的布置位置是地板下,这样有利于降低重心。考虑各方面的影响后,本车选择将其布置在地板下。
但是,对于微型车来说,大多数采用的是非独立悬架,进一步减少和限制了电池的布置空间,也使得动力电池的布置难度加大,在布置时需要反复校验。
根据以上要求,动力电池的安排不仅需满足能量密度和空间的要求,而且要综合考虑碰撞安全性分析、运动干涉等,以降低对车辆的性能的影响,提高整体的协调性。
2.5?车载充电器、快慢充电口的布置
动力电池是仅有的能量提供源,汽车行驶一段距离后需对电池充电。在我国,晚上电费较低,因此一个慢充电口与车载充电器是必须的,在家里充电用。
当前的纯电动汽车的行驶里程都很低,若在行车途中没电或因为司机忘了充电,在不能回家充电的情况下,就要对汽车快速充电。
出于对充电器的体积较大且易发热等问题的考虑,可将其布置在前舱或行李舱内。前舱内有风扇可以对充电器进行降温,若布置在行李舱就要安装通风管道进行降温。
充电口有以下几种布置形式:
(1)原加油口位置同时布置快慢充电口;
(2)车身两侧原加油口位置对称布置快、慢充电口
(3)前舱盖前端位置同时布置快慢充电口。
纯电动汽车总体的布置需要考虑整车的空间利用率、协调性、各方面的性能以及安全等多种因素,本车综合了人体工程和高压走线,最终采用第二种布置形式。
第三章 车身外部造型与外部总布置设计
3.1空气动力学特性在车身造型中的应用
由于汽车车速的持续提高和高速行驶时汽车动力性、操纵稳定性、经济性、降低噪声以及降温通风等的要求,空气动力学特性不仅成为车身造型设计中不得不考虑和参考的因素,而且是参与汽车评价的重要指标。汽车的空气动力学特性主要取决于车身造型,主要对汽车的行驶稳定性、动力性以及燃料经济性等性能产生影响。近些年,为了减少汽车迎风阻力与升力,稳定高速行驶时的汽车性能,许多国家都在空气动力特性方面进行了大量的实验和深入的探索。为得到更好的汽车空气动力性能,对车的外形进行如下设计:
(1)电动机盖向下倾;
(2)整车前倾1到2度,水平投影腰鼓形;
(3)采用舱背式或直背式,并采用扰流板;
(4)车身底部平滑;
(5)冷却进风口选在恰当位置。
3.2汽车车身制图
3.2.1 坐标系
使用右手定则来规定汽车车身设计的坐标系。在坐标系中,X为汽车长度方向,Y为宽度方向,Z为高度方向[1]。如下图3-1。
图3-1 汽车车身设计坐标系图

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