电动车架设计研究论文

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摘要随着科学技术的进步，交通工具越来越发达。但是它给人们带来便捷的同时，作为其动力的石油资源开始枯竭。人们意识到环境污染的严重性，已开始实施环保政策，治理大气污染，并积极探索新型无污染能源，因此，电动车越来越被人们所关注。结合电动车的历史与现状，本文全面分析了电动车国内外发展趋势。经过比较分析，充分考虑到影响轻型电动车性能的各种因素，设计出自己的轻型电动车整车结构，并完成驱动、制动控制系统的设计以及充电电池、电动机等主要部件的设计，形成控制器的初步设计方案。关键词：轻型 电动车 巡逻车 设计AbstractWith the progress of science and technology, the means of transportation is more and more developed. But it brings for people convenient at the same time, be its dynamical petroleum resources to start to be dried up. People realize the severity of the environmental pollution, have already begun to implement the environmental protection policy, manage the air pollution, and explore the new-type pollution-free energy actively. So the electronic bicycle is being paid close attention to by people. Combine the historical current situation of the electronic bicycle, this paper has analysed the domestic and international development trend of electronic bicycle in an all-round way. Through comparative analysis , I fully consider that influences various kinds of factors of electronic climbing bicycle performance , design my own electronic climbing bicycle completed car structure , and complete to drive, apply the brake design , rechargeable battery and motor of control system main selecting type of part to finish, form the preliminary design plan of the controllerKeyword：Electronic bicycle Dsign目录第一章 绪论 引言 国内外电动车的发展及现状 我国电动车产业的现状： 国外电动车的发展及现状 发展电动车的必要性和有利条件 设计任务 8第二章 电动自行车关键技术概况 电动自行车电机 电动自行车电池 镉镍电池 氢镍电池 铁镍电池 铅酸电池 电池选用情况 车架 电动自行车的控制器 控制器的介绍 智能控制器的实现方案 电机调速方案 电机及控制器保护方案 蓄电池欠压保护方案 刹车控制方案 系统程序流程 控制器结构原理图 17第三章 整车方案选择 车架造型的选择与创新 有限元素法 蓄电池安装设计 其他另部件选择对整车影响 总体设计方案的选择 21第四章 动力系统设计 阻力分析 滚动阻力F 空气阻力R 坡度阻力f 加速阻力j 电机的选择 蓄电池规格选择 29第五章 整车设计及性能分析 整车设计 车架强度的校核 电动车是否会翻倾的校核 电动车上下坡翻倾校核 侧倾校核 制动翻倾性和加速翻倾性校核 减震弹簧的设计 骑行速度校核 转向系统校核 34第六章 总结与展望 总结 展望 35致谢 36参考文献 37第一章 绪论引言中国是一个名副其实的自行车大国，自行车与老百姓的关系十分地密切，可以这样说，只要有路的地方，总能见到骑自行车的人。虽然中国人均自行车占有量高居世界首位，但是，每年仍维持着3200万辆的产量，而市场需求也达到了2900万辆。如此巨大的市场对任何一种自行车相关联的产品都是极具吸引力的。随着社会的发展，人民生活水平的提高，民众对交通工具的需求也在提高。目就，很多大中城市对摩托车上路实施严格控制，为弥补公共交通能力上的不足，一种单缸二冲程燃油型助力车大量面市。它的出现的确给城市居民的生活和工作带来了方便，但这种燃油型助力车也给城市的空气带来严重的污染。不仅如此，几十万个小汽油桶存放在千家万户内，消防工作也十分繁重。80年代曾一度兴起的电动车开发与研究，大有一统天下之势。当时电动车存在的问题很多：电机效率低、电池寿命短、电池比能量不高，很快地便冷落下来。其后，每当有新技术出现时，便会立即在电动车上使用(包括电动汽车领域)。电动车的发展经历了三起两落，人们始终没有放弃对它的研究。随着科学技术的发展，90年代中后期，电机制作技术有了突破性进展，传动和控制系统更加轻便可靠，蕾电池技术也取得了长足的进步，所有这些为电动自行车的第三次腾飞打下了坚实的基础。由于电动自行车具有无废气污染、无嗓音、轻便美观等特点，特别适合在人口较集中的大中城市中使用，故受到欧美、日本等西方国家青睐。在欧洲，电动自行车是供人们休闲使用；在日本，主要是妇女和儿童骑行。他们对电动自行车的要求相对较低。例如：电池一次全充电，续驶里程在20kM以上，时速在20hm／h以下即可。为达到这些要求，蓄电池很容易满足其要求。在中国，自行车是作为代步工具使用的。在一些大城市，职工上下班来回行走几十公里，对于一次充电仅能行驶20km的电动自行车显然不能满足要求，为保证行驶里程长，就要加大电池容量，电池容量增加，电池体积、重量、价格等都要增加。另外还有一个如何正确驾驶电动自行车的问题。这要从两个方面来看，首先它不同于自行车，因为它不是单纯依靠人力使车辆行驶；其次它不同于全电动车，当其电池没有电的时候，可以借助人力继续行驶。由此可见，电动自行车对骑行者的素质要求较高。电动自行车生产厂家，应指导用户正确使用电动自行车。国内外电动自行车的发展及现状我国电动自行车产业的现状：一、 据不完全统计，目前我国电动自行车生产企业有464家，分布在15省、市。去年中自协联同各省市协会对226家企业统计，电动自行车产量达399．72万辆。根据统计分析有以下几个特点：（一）、规模扩大，产量增长，但形成经济规模的企业依然很少2004年我国电动自行车总产量增长幅度大，但是以众多厂家的增加而增长，不是靠规模厂家的增多而增长。真正形成较大规模的企业不多，很难压制众多小企业盲目加入，年产100辆、1000辆的企业依然存在。由于小企业数量越多，所以统一规范的难度也越大。所以希望有规模的企业在保证产品质量的前提下更要加快发展，这对企业和行业都有好处，提高竞争力，提高市场占有率，可以压制一些小企业的盲目加入。（二）、自行车企业生产电动自行车的依然不多，优势并不明显。虽然电动自行车是自行车的延伸产品，但从目前看自行车企业生产电动自行车优势并不明显。中自协226家电动自行车生产企业中原生产自行车的企业仅59家，占25％，总产量110万辆，占27．5％，其中年产1万辆的企业31家，占33％，由此表明优势不明显，还没有在电动自行车产业中形成主导地位。（三）、产品质量参差不齐，质量状况不容乐观。去年399．72万辆电动自行车中真正严格按国标GB1761（1999）《电动自行车安全通用技术标准》生产的比例不高，约占50％，从上海、天津、江苏、浙江的自行车展览会上展出的样车看，达标的品种并不多。从市场价格看，1500元／辆的在增多，有的甚至价格在1000元／辆以下。这些价格的下降不是通过管理的提高，生产规模的扩大，从而成本下降，而是不少企业通过配置质量低的零部件或低价原材料、简陋的生产来降成本，实现利润，所以质量较差。从近期的产品抽样结果可以证明，2004年国家自行车监测中心对40个企业产品抽检，合格率仅75％，不合格的25％对消费者来说就是100％；近期上海检测58个企业，合格率仅63．8％；徐州抽检的不合格率达50％；还有山东胶东地区抽查15个批次，合格率仅33％。这些数据应当引起我们企业的高度重视。这些不合格产品都有三个共同问题，一是产品超重、超速。二是踏板式车型多，脚踏离地高度不够，转弯时，脚踏触地。三是车架、前叉组合强度不够，导致严重断裂，个别产品甚至制动性能都不达标，都给产品使用带来安全隐患。所以近年来电动自行车的用户投诉量不断增长。产品出口也存在质量问题，导致退货。中自协为此已搞了一个“三包”规定，并报国家技术监督局。他们也十分重视，已提到议事日程，计划搞一个全国性的电动自行车产品“三包”规定。我们企业一定要把精力放到提高质量上来。当然我国电动自行车的总体质量水平在提高，我只是把问题提得重一些，希望引起企业重视。只有抓好产品质量的一致性、稳定性，才能真正促进行业的健康高效的发展。二、2005年我国电动自行车的发展趋势2004年的产量标志我国电动自行车已进入了发展阶段。展望2005年电动自行车在刺激需求和制约需求的矛盾中仍将有新的发展。拉动需求的因素是什么，有以下几点。（1）去年我国人均GDP已达到1000美元，预示社会需求将有一个升级，收入增高，需求势头自然高。有相当部分居民把电动自行车作为代步工具作为首选。今年3月份有关部门调查全国有63％的人收入稳定增加，而且有71％的群体认为现在是购买耐用消费品的最好时期。电动自行车自然也会受到影响，使一部分人由意向转为购买行动。（2）《道路交通安全法》将于5月1日正式实施，电动自行车可以以非机动车身份名正言顺地合法上路。无疑使一部分人把目光投向电动自行车。各地有关政府部门也有法可依，将放开对电动自行车的上路限制。国家技术监督局近期也将出台新的标准。所以企业的产品一定要符合标准，乘势而上。（3）中自协统计，到2004年全行业累计产销量达700万辆。仅去年一年就增加了400万辆，这表明使用电动自行车的人越来越多，城市拥有量迅速扩大，这无疑是一个很好的产品流动大广告，必将吸引市民的眼球，成为刺激购买欲的因素。（4）2002年8月北京市通告禁止电动自行车上牌上路，当时北京出台禁令后不久，太原、桂林、福州、温州等城市也出台了电动自行车上路禁令，这可能是巧合，但也不排除受北京市的影响。今年北京将允许电动自行车上路，这无疑带来正面影响，成为电动自行车需求扩大的有利因素。当然，我们还必须看到电动车产业发展中的负面因素。（1）今年国内的电力供应仍然紧张，钢材、塑料、橡胶原材料价格还将上涨。无疑要制约行业的发展。据有关部门预计，今年我国电力缺口达2000万千瓦以上，华东、华南、华北是缺口严重地区，而我国电动自行车主要产区正是这些地区。今年1－2月份钢材平均上涨39．7％，而且权威部门预示，钢材高价位还将持续4年以上。橡胶平均上涨11％。从全国其它强势行业看，去年我国汽车增长44．7％，拖拉机增长51％，机床增长54．3％，发电机增长148．2％，冶炼设备增长66．6％，这些强势行业的用材必将挤占电动自行车行业的用材，这些都将成为制约行业发展的外部因素。（2）从内部因素看，生产企业不规范行为也将制约发展。目前行业内有许多企业的产品未能达标。说明行业内一些企业的法制观念淡薄。市场经济是法制经济。如果道路上行驶的不达标电动自行车越来越多，非机动车和机动车混在一起，必将要引起交管部门的重视，规范的力度必然加大，到一定程度不达标电动车将受到限制，对行业来说是自毁前程。如按现状发展下去，我想断送电动自行车行业的时间不会很长，所以业内企业一定要高度重视这个问题，自觉遵纪守法，共同促进行业的健康发展。三、要把握落实科学发展观，促进电动自行车的发展中央十六大提出了科学发展观的理念。胡锦涛总书记在一次人和自然会议上也提出要树立落实科学发展观。我们对此要把握好二点：一是必须着力提高经济增长的质量、效益，努力实现速度、效益的统一，使经济保持可持续发展。二是要坚持理论与实践相结合，因地制宜，因时制宜，贯彻到各个方面。电动自行车行业如何落实呢？我认为①要努力提高电动自行车的产品质量，延长产品使用期；②提高管理水平、降低能源消耗、材料消耗，就目前我们行业的管理水平还是粗放型的，表现为耗能高、耗材高、效率低、效益低。国家统计局统计2003年我国国内生产总值达116694亿元，增长速度不小，但分析，我们消耗了26000万吨钢材，占世界的25％，8．2亿吨水泥，占世界的50％和2．5亿吨石油，换来了占世界总GDP的4％。所以我们的企业家要有社会责任感，电动自行车行业也如此。1）要通过科学、严格的管理提高质量，降低消耗，节约资源，努力达到可持续发展的目标。2）要开拓创新，电动自行车行业更要紧跟时代步伐，大力运用新技术、新材料、新工艺，延长产品使用周期，减少消耗，替换紧缺原材料等，牢固根据科学发展观，推动电动自行车产业的新发展。国外电动自行车的发展及现状日本是电动自行车商品化较早的国家之一。1994年4月雅马哈公司首先推出商品名为“PAS”的电动自行车。“PAS”Power Assistant System 的缩写。本田公司则于1995年2月亮出名为“RACOON”的电动自行车，据说在性能、结构上比雅马哈的略胜一筹。雅马哈、本田两家公司在争夺电动自行车市场的拼杀上已开始就进了白热化状态。三洋、松下、小松等公司不甘落后，纷纷亮出品牌打出广告，意欲抢占市场。据不完全统计，1994年雅马哈公司一统市场，生产销售了电动山地车3万辆；1995年本田和雅马哈展开拼搏，两家公司生产销售电动自行车合计达9万多辆，两方平分秋色；1996年更多的公司加入竞争行列，实现销售超过了20万辆，其中雅马哈公司销售了7万辆，本田公司销售了6万辆；近几年的销售又有了新的突破。至此，据统计日本电动自行车生产厂家从五年前的仅有一家发展到了十三家，年生产能力突破了40万辆。欧美等西方国家生产销售电动自行车也较早，如：德国MSG公司，Diamant公司，Hercules公司等很早就推出了“Cityblitz”,“Electry”等等品牌的电动自行车；英国的Aschbach公司，奥地利的Velectro公司，意大利的Montuori公司都有电动自行车问世。而美国的Charger 公司，ZAP公司，也都出品了电动自行车。不过欧美更注重开发电动汽车，相比之下电动自行车显得无足轻重了。从最近第五十七届米兰国际两轮车展览会上得到的消息，尽管目前电动自行车的发展还存在着诸多的制约因素，但对其发展前景还是普遍看好，许多企业在电动自行车辆的研究开发中倾注了较大的力量。在这次展览会上，一些国际知名公司像奔驰、雅马哈、比亚乔等都展示出了他们的各种新型电动自行车。从这次参展的国外部分品牌的电动自行车来看，目前国外电动自行车正朝着驱动无刷化、功能多样化、控制智能化方向发展。详见表1-1。公司 品牌 主要性能参数 主要特点德国奔驰 HybirdBike 重量；电机输出功率:220W；最大时速25Km/h;一次充电续行距离：20Km 车轮：26英寸；24V5Ah镍镉电池；无刷轮毂式电机驱动；脚踏来电；皮带传动加内齿圈增速飞轮。意大利比亚乔 Albatros重量28Kg；电机输出功率:250W；最大时速25Km/h;一次充电续行距离：30Km 车轮：26英寸；36V5Ah镍镉电池；“U”字形车架；外转子无刷直流电机前轮驱动；后轮配有内变速齿轮。日本雅马哈 PAS XPC26 重量；电机输出功率:235W；最大时速24Km/h;一次充电续行距离：40Km 车轮：26英寸；24V5Ah镍镉电池；典型的中轴驱动型电动自行车。美国PMI ContinentDove 重量32Kg；电机输出功率:180W；最大时速20Km/h;一次充电续行距离：30Km 车轮：24英寸；24V12Ah镍镉电池；后轮轮毂式电机驱动，造型流畅。国内大陆鸽、安琪儿均按此车款仿型设计。表1-1国外部分电动自行车性能在美国，电动自行车将可能拥有一个重要的市场，但是必须进行适当的宣传和推销工作。2002年，美国开始更改电动自行车的立法，电动自行车的市场地位有所变化。新的法规规定：电动自行车需具有脚蹬功能，电动机功率＜750w，最高行驶速度＜32km/h，可以像自行车那样骑行。美国连邦法[自行车]之定义即包含了以上这类电动自行车。该立法对于电动自行车来说是好消息，车辆可以允许有帽盔、后视镜等配置，并能在自行车道上行驶。按上述条例，电动自行车由有关的消费制品安全委员会 (Consumer Product Safety Commi sion——CPSC)管理。生产电动自行车的各企业的规章制度均应合乎此法规要求。将来电动自行车新法规，可能停止或取消二轮车的骑行规定中对低龄人群的骑行许可。很多州规定年龄在16岁以上才能取得骑行许可，也有些州规定是18岁。此法规将作为美国的电动自行车的使用规则，但很多消费者和商人对之尚未适应。美国市场现有的电动自行车不少是根据日本和欧洲的模式设计的，美国对于电动自行车功率末满的问题并未拒绝。然而，美国的有些电动自行车制造厂己对新的法规优势进行研究。目前，美国市场销售的电动自行车，很多是EvGlobal、Giant、Merida和松下Panasonic的产品。新加入销售行列的有Electric Vehicle Technolo—gies(EVT)、 The Electric cycl e Company(TECC)、wave Crest Laboratories 3家公司。EVT和TECC已按新法规进行产品生产。采用高技术电动机的wave Creast Laboratory则用美国军用特殊待制品中心的有利条件生产军用电动自行车。ETC、CurrieTechnologies和Zap目前生产的电动自行车主要是轻量电动踏板车。由于美国经济受伊拉克战事、恐怖活动、失业率等种种因素的影响，消费需求也随之减弱。 美国对电动自行车的认识现状是：电动自行车尚未被认作文通工具。目前，很多购买者将之当作一种休闲娱乐器具。此外，对于市场的细致分析也没有进行。实际情况是还有不少美国人对电动自行车的存在及其功能尚未注意，或者是还不了解。因而要开拓美国电动自行车市场首先要加强宣传和广为介绍电动自行车的功能及其特性和优点。在商品广告宣传方面美国是比较强的，美国有很多电视和杂志广告，还有有线电视、CS广播和互联网发布的新产品信息，商业信息量较大，例如对商品的使用方法、功效、功能等等都有详细的宣传和说明。但是，电动自行车行业还未很好地利用此种具有优势的广告手段，而是赖于当地的传媒、邮件及行业的宣传资料联络商人。在美国，电动自行车要打开市场，应当在适当的媒体上做适量的广告，互联网就是一个很好的选择。很多商品信息通过互联网与销售商进行勾通，并解决消费者对该商品的咨询等问题。关于美国电动自行车的实际销售量，由于尚无相关机构，因此很难统计出来。美国市场的很多电动自行车是从国外进口，据中国台湾有关媒体报道，2002年，台湾省向美国出口电动自行车3．7万辆，在中国大陆洁lJ造的Pauasent、Aprillia、Pri ma等外国品牌的电动自行车输入美国的数量不多。中国大陆制造的电动自行车很多是面向中国市场而设计的。而面向美国出口的产品，对于产品的技术条件(规格、性能等)要有若干变更，例如车子的载重量、功率、速度等，更重要的是要具有较高品质、竞争力强的产品，使美国市场乐意接受。电动踏板车、轻型电动踏板车则在美国市场呈继续上升趋势，它们处于电动二轮车的重要位置。Cycle Electric公司200l—2002年间共销售电动踏板车约27万辆。还有一些小型公司，如Currie、Bleady、EV Rider制造立乘式踏板车。中国大陆向美国出口的电动踏板车也较多。坐骑式踏板车作为短距离交通工具，在美国市场扩展很快。据称，中国有100家以上制造踏板车的工厂向美国出口产品。美国电动踏板车市场的进口供应厂商有中国台湾的JD Components和HCF两家公司，HCF的Po—lari s和Merctery型号在市场处于领先地位，川Components主要提供坐骑型踏板车。美国的电动自行车市场销售渠道尚未理顺，商品目录制作公司、联网销售店、自行车专业商店、批发商店、高尔大二轮车零售商、礼品商店、自由市场以至户外市场等等均可自由销售电动自行车(含电动踏板车)。目前，很多公司在研究、探索并确立较完善、较有秩序的电动自行车销售渠道。发展电动自行车的必要性和有利条件电动自行车在我国的发展虽然经历了数十年，历经曲折，但它能够在九十年代重新崛起，应该说有其客观的必要性和有了条件。

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随着石油供应的日趋紧缺和环境污染的日益加剧，电动车这种以电能为动力的交通工具凭借其节能、环保的优点日渐成为业界关注的焦点[1]。20世纪80年代以来, 许多发达国家纷纷投入巨资研发电动汽车，我国的“863 计划”也已明确将电动汽车作为重点攻关项目。目前，我国电动汽车的研发水平与发达国家基本上处在同一起跑线上，在某些方面甚至超过国外[2]。2005年，我国第一代混合动力商品车通过论证和验收[3]。 法国、日本、美国、德国等都经过试验和示范运行，开发出具有商品化水平的纯电动汽车，如法国PSA 公司的标志P106 和雪铁龙AX 电动轿车，日本丰田汽车公司的RAV-4EV 电动轿车，美国通用汽车公司的EV1 电动轿车等。我国也将电动汽车的研究开发列入“八五”、“九五”国家科技攻关项目，并于1996年6月建成广东汕头国家电动汽车试验示范基地。“十五”期间，国家科技部将电动汽车项目列入国家“863”重大专项。成了资助电池、电机及其控制系统、整车控制系统以外，重点资助北京市（北京理工大学牵头）进行纯电动大客车的研发和示范运行。2005 年6 月21日由国家发改委正式批准，14辆铅酸电池纯电动公交大客车在北京公交121 路线投入商业化运行。另一个课题资助天津清源动力公司（中国汽车技术研究中心）进行纯电动轿车的研究开发和示范运行。其中有5辆纯电动轿车于2005年初首次出口到美国[4]。 虽然电动汽车具有很多优点，但是它不能取代传统的燃气动力模式，而混合动力汽车是目前新型清洁动力汽车中最具有产业化和市场化前景的车型，其发展方向是真正零排放、无污染，不消耗燃油的燃料电池车辆。现在混合动力汽车在欧美国家及日本已形成产业化[3]，而国内还处于起步阶段，没有形成产业化。 2.混合动力技术的分类及原理 混合动力电动汽车（HybridElectric Vehicle，简称HEV）是将电力驱动与辅助动力（APU）结合起来，充分发挥二者各自的优势及二者相结合产生优势的车辆。辅助动力可以采用燃烧某种燃料的原动机，如内燃机、燃气轮机等或其他动力发电机组。根据混合动力系统连接方式的不同，混合动力汽车主要可以分为三种结构形式，即串联、并联和混联，它们各有优势。 串联 串联式混合动力系统示意图如图1所示。串联结构的特征是以电力形式进行复合，发动机直接驱动发电机对储能装置和牵引电机供电，电动机用来驱动车轮，储能装置起着发动机输出和电动机需求之间的调节作用。其优点是发动机的运行独立于车速和道路条件，适用于车辆频繁起步、加速和低速运行。发动机在最佳工况点附近运转，避免了怠速和低速工况，从而提高了效率，提高了排放性能。但在机械能与电能的转化过程中有效率损失，很难达到明显降低油耗的目的，目前主要用于城市大客车，在轿车中很少见。 并联 并联式混合动力系统示意图如图2所示。并联结构的特征是以机械形式进行复合，发动机通过变速并联混合动力系统示意图装置和驱动桥直接相连，电机可同时用作电动机或发电机以平衡发动机所受的载荷，使其能在高效率区域工作。但是由于发动机和驱动桥机械连接，在城市工况时，发动机并不能运行在最佳工况点，车辆的燃油经济性比串联时要差。 其中转速复合装置类似于差速器，这种结构形式在实际中很难被采用，因为这种结构需要发动机和电动机的输出转矩时刻保持相等；单轴转矩复合式车辆驱动系中机械功率的联合是在发动机曲轴输出端处实现的，变速器为单轴输入，本田Insight属于这种形式；双轴转矩复合式的机械功率的联合是在变速器的输出轴处实现的，发动机和电机采用不同的变速系统，变速器为双端输入；华沙工业大学设计的混合动力系统属于这种形，这种结构也可以实现无级变速，但是不能实现发动机输出转矩和电机输出转矩的直接叠加。 在牵引力复合式系统中，机械功率的联合是在驱动轮处通过路面实现的，具有两套独立的驱动系，可以实现全轮驱动，主要适用于SUV，丰田的THS—C系统就属于这种形式。

可以写汽车转向系统，汽车传动系统，变速箱等，

这里有可以参考的题目和资料车辆工程设计模板