毕业设计（论文）-电动轻型客车底盘设计（全套图纸）

车辆与动力工程学院毕业设计说明书电动轻型客车（底盘设计）摘 要混合动力汽车（Hybrid Electric Vehicle，HEV）既能充分发挥内燃机汽车和电动汽车的优点，又可以避免各自的不足，是当今最具有实际开发意义的低排放和低油耗的理想车型。而混合动力电动系统是最适合也最有潜力运用到客车上的，尤其是城市客车，因此，混合动力城市客车成为当今世界汽车界最具竞争力的开发热点。全套图纸，加153893706本文以运用于城乡之间的传统客车为研究基础，在保留其动力性的基础上，实现提高燃油经济性和降低排放的设计目标，以达到动力性和经济性的良好配合。围绕着这个目标，本文首先分析比较了HEV的各种类型和驱动模式，从而确定了电动客车驱动系统为并联式混合驱动的布置型式、并为HEV主要制定了动力性能指标，其次完成了对整体及各部件参数的确定和匹配，最后在以上基础上实现了对汽车底盘的布置和各部件的装配连接。本次设计中，HEV采用发动机提供平均行驶功率、电动机提供峰值功率的控制策略，从而减小了发动机的功率和尺寸、更好的发挥了发动机的动力性、实现了动力性和经济性的良好结合。在底盘的布置中，通过对各部分如发动机、电动机、离合器、变速器等的合理布局，在保证各个部件不运动干涉的情况下，实现了各部件的良好连接以及动力的顺利传递。在设计过程中，尽量贯彻了“标准化、系列化、通用化”的原则，以降低成本。关键词：并联式混合驱动，动力性，经济性，控制策略，底盘布置VELECTIC LIGHT BUSES (CHASSIS DESIGN)ABSTRACTHEV (Hybrid Electric Vehicle,HEV) can give full play to the advantages of internal combustion engines and electric cars, and avoid their shortcomings, are the most practical significance of developing ideal models for low emissions and low fuel consumption. Hybrid electric system is most suitable for potential use on the bus, especially urban buses, therefore, hybrid city buses to become todays automotive industry is the most competitive development hot spots of the world. This article to apply traditional research base for passenger cars between urban and rural areas, the retention on the basis of its power, designed to improve fuel economy and reduce emissions targets to achieve good cooperation of power performance and fuel economy of. Around with this target, this first analysis comparison has HEV of various type and drive mode, to determines has electric bus drive system for parallel type mixed drive of layout type type, and and for HEV main developed has power performance index, second completed has on overall and the all parts parameter of determines and match, last in above Foundation Shang implementation has on car chassis of layout and all parts of Assembly connection. In this design, HEV engine provides the average power, providing peak power motor control strategy, which reduces the engine power and size, better display of engine power, to achieve a good combination of power and economy. In the chassis layout, through parts such as engines, motors, clutches, transmissions, reasonable layout, ensure the movement of each part does not interfere in cases of, achieving a good connection of the various components, as well as the smooth delivery of power. During the design process, implement as far as possible the standardization, serialization and generalization principle, to cut costs.KEY WORDS: the merge type mixture drives, motive, economy, control strategy, passenger car bedrock目 录第一章 概述11.1 底盘总体布置的设计任务11.2 底盘设计的原则11.3 主要研究内容1第二章 底盘型式的选择32.1 混合动力客车的分类32.1.1 串联式混合动力客车（SHEV）32.1.2 并联式混合动力客车（PHEV）42.1.3 混联式混合动力客车（PSHEV）62.2 混合动力客车的特点82.3 总布置方案的确定92.3.1 驱动方式的选择92.3.2 驱动力组合模式的选择92.3.3 控制策略的选择10第三章 底盘主要参数的选择113.1 汽车型式的选择113.1.1 发动机的种类和型式113.1.2 汽车的轴数和驱动形式113.1.3 轮胎的选择113.2 主要参数的确定123.2.1 主要尺寸参数的确定123.2.2 整车质量参数的确定133.2.3 主要性能参数的确定16第四章 动力传动装置参数的确定184.1 发动机的选择184.2 电动机的选择194.3 电池的选择214.4 发动机与电动机参数匹配的选择及实现224.5 传动系参数的选择224.5.1 主减速比的选择224.5.2 最大传动比的选择23第五章 底盘总布置草图的绘制255.1 整车布置的基准线（面）零线的确定255.2 发动机、电动机的布置265.3 传动系的布置265.4 转向装置的布置275.4 悬架的布置275.5 制动系、踏板的布置285.6 电池的布置28第六章 结论30参考文献31致谢33第一章 概述1.1 底盘总体布置的设计任务最高车速不小于70，坡度不小于20%。整车质量不能太大，轴荷分配要符合要求，整车布置要合理。要进行动力性指标的计算。1.2 底盘设计的原则1、努力使混合动力客车的动力性能能够达到或接近现代内燃机客车的水平，逐步实现其实用化。2、最大限度地发挥电动机驱动的辅助作用，使混合动力客车的燃油消耗量尽量降低，实现发动机的节能和环保。目前，混合动力客车的百千米油耗比内燃机客车低1/3左右。3、在很合动力客车上实现多能源动力控制。混合动力控制的关键技术是对内燃机驱动系统和电动机驱动系统实现双重控制。发动机与电动机动力系统应实现最为有效的组合和最佳的匹配，发动机和驱动系统、电动机和驱动系统都具有高效率，能够回收再生制动能量，延长混合动力客车的行驶里程，改善其节能性。4、继承或沿用内燃机客车的主要操纵装置和操作方法，适应驾驶员的操作习惯，使操作简单化和规范化。在整车控制系统中，采用全自动、机电一体化控制系统，达到安全、可靠、节能、环保和操纵灵活的目的。5、采用轻金属高强度复合材料和新型混合动力客车专用的车身和底盘结构，尽量减轻整车的整备质量；采用低滚动阻力的轮胎，降低行驶阻力。混合动力客车的底盘、车身附件和电子、电器设备等应尽可能地配备现代技术设备，要求达到或接近内燃机汽车所具有的水平。1.3 主要研究内容在不牺牲动力性的基础上，提高燃油的经济性和降低排放，实现动力性和经济性的良好配合，是混合动力系统匹配的较佳途径。而实现混合动力系统设计目标的关键在于完成系统结构的选择、动力传动系统参数的选择和合理匹配、多能源控制策略的制定，其亟待解决的问题也就是本课题的主要研究内容，如下所示：1、并联式混合动力客车总体方案的确定。客观而全面的评价混合动力系统各种驱动模式的优劣，根据实际中情况，综合考虑各种因素，确定驱动系统的结构方案。2、并联式混合动力城市客车驱动系统参数选择和匹配。根据本设计制定的整车动力性能指标要求，提出并联式混合动力总成参数的匹配方法和控制策略，对并联式混合动力城市客车进行动力传动系各参数的计算和匹配。3、根据计算结果，参考其他同类客车车型，对并联式混合动力客车的底盘进行各部件的布置和装配，实现各部件的清晰连接和动力的良好传递。第二章 底盘型式的选择2.1 混合动力客车的分类混合动力客车按分类方式的不同可以分成不同种类，按照动力传动系统的布置可以分为：串联式（SHEV）、并联式（PHEV）和混联式（PSHEV）等三种。2.1.1 串联式混合动力客车（SHEV）传统的串联式混合动力客车的动力系统由发动机、发电机和电动机三部分组成，他们之间用串联方式组成SHEV的动力单元系统。发动机驱动发电机发电，电能通过控制器输送到蓄电池或电动机，由电动机通过变速机构驱动客车。小负荷时由蓄电池带动电动机驱动车轮，大负荷时由发动机带动发电机发电驱动电动机。当车辆处于起步、加速、爬坡的工况时，发动机、电动机组和电池组共同向电动机提供电能；当电动车处于低速、滑行、怠速的工况时，则由蓄电池驱动电动机。当蓄电池缺电时，则由发动机发电机组向蓄电池供电。串联式结构适用于城市内频繁起步和低速运行的工况，可以将发动机调整在最佳工况点附近稳定运转，通过调整蓄电池和电动机的输出来达到调整车速的目的，使发动机避免了怠速和低速运转的工况，从而提高了发动机的效率，减少了废气排放，但它的缺点是能量几经转换，机械效率较低。串联式混合动力客车驱动系统的结构比较简单，动力电池组、发动机发电机组和驱动电机在底盘上的布置有较大的自由度，因为只有唯一的电动机驱动模式，控制系统也比较简单，其特点是动力性能更加趋近于纯电动客车。另外，串联式混合动力客车还必须装置一个大功率的发动机发电机组，再通过带动电动机来驱动车辆。发动机、发电机和驱动电动机的功率都要求等于或接近于串联式混合动力客车的最大驱动功率，在热能电能机械能之间的转换过程中，总效率低于内燃机汽车。串联式混合动力客车的三大总成的体积较大质量也较重，还要有庞大的蓄电池组，使得在中小型汽车上布置有一定的困难，因此一般适合大型客车采用。图2-1 串联式混合动力客车结构模型简图2.1.2 并联式混合动力客车（PHEV）传统的并联式混合动力客车有发动机和电动机两套动力驱动系统。这两套系统可以分别独立地向客车传动系提供转矩，在不同的路面上既可以共同驱动又可以单独驱动。在客车加速爬坡时，电动机和发动机能够同时向传动机构提供动力，一旦车速达到巡航速度，客车将仅仅依靠发动机维持速度。其中，电动机既可以作电动机又可以作发电机使用，又称为电动发电机组。由于没有单独的发电机，发动机可以直接通过传动机构驱动车轮，这种装置更接近于传统的客车驱动系统，机械效率损耗与普通客车差不多，得到比较广泛的应用。PHEV的动力系统组成可以大致分为发动机、驱动系统（变速器和驱动桥）和驱动轮等，电动机的动力要与车辆驱动系统相组合：（1）、在发动机输出轴处进行组合；（2）、在变速器（包括驱动桥）处进行组合；（3）、在驱动轮处进行组合。因此，PHEV的驱动力形成了不同的组合模式。1、发动机轴动力组合式PHEV发动机轴动力组合式PHEV只有发动机和电动/发电机两大动力设备，发动机和电动/发电机的动力在发动机输出轴上进行组合，然后通过由离合器、变速器、驱动桥和半轴组成的传统的驱动系统带动车轮行驶。图2-2 并联式发动机轴动力组合式结构模型简图2、动力组合器动力组合式PHEV动力组合器动力组合式PHEV只有发动机和驱动电机两大动力设备，发动机和驱动电动机的动力组合器上进行组合，然后通过差速器和半轴带动车轮行驶。图2-3 并联式动力组合器动力组合式结构模型简图3、驱动轮动力组合式PHEV驱动轮动力组合式PHEV的发动机通过离合器、变速器和驱动轮独立驱动PHEV的后驱动轮（前轮），驱动电机通过减速器独立地驱动PHEV前驱动轮（后轮）。在混合动力驱动模式时，发动机和驱动电机共同组成四轮驱动PHEV的前驱动轮和后驱动轮。由于在发动机与驱动电机混合驱动时，发动机和驱动电机的动力（牵引力）在驱动轮上组合，因此成为驱动轮动力组合式PHEV。图2-4 并联式驱动轮动力组合式结构模型简图虽然PHEV有不同的结构模型，但都是以发动机为主要驱动模式。发动机控制在低油耗、高效率和低污染的转速范围内稳定地运转。发动机直接带动PHEV的驱动系统驱动PHEV行驶，采用传动效率高的机械传动系统，没有SHEV在热能电能机械能的转换过程中的能量损耗。由于是以发动机为主要驱动模式，其特点是动力性更加趋近于内燃机汽车。2.1.3 混联式混合动力客车（PSHEV）混联式装置包含了串联式和并联式的特点。传统的动力系统包括发动机、发电机和电动机，根据助力装置的不同，它又可以分为发动机为主和电动机为主两种。以发动机为主的形式中，发动机作为主动力源，电动机为辅助动力源；以电动机为主的形式中，电动机作为主动力源，发动机为辅助动力源。该结构的优点是控制方便，缺点则是结构比较复杂。PSHEV也包含有两种动力组合模式：1、动力组合器动力组合式PSHEV动力组合器动力组合式PSHEV有发动机、电动/发电机和驱动电机三大动力组成，在发动机的输出轴上装有一个电动/发电机，电动/发电机一般只用于快速起动发动机和发电。发动机和驱动电机的动力在动力组合器上进行组合，然后通过差速器和半轴带动车轮行驶。图2-5 混联式动力组合器动力组合式结构模型简图2、驱动轮动力组合式PSHEV驱动轮动力组合式PSHEV有发动机、电动/发电机和驱动电机三大动力组成，在发动机的输出轴上，装有一个电动/发电机，电动/发电机一般只用于快速起动发动机和发电。发动机通过离合器、变速器和驱动桥独立驱动PSHEV的后驱动轮（前轮），驱动电机通过减速器独立驱动PSHEV前驱动轮（后轮）。在混合动力驱动模式时，发动机与电动机共同组成四轮驱动模式驱动PSHEV的前驱动轮和后驱动轮。由于在发动机与驱动电机混合驱动时，发动机和驱动电机的动力（牵引力）在驱动轮上组合，因此称为驱动轮动力组合式PSHEV。图2-6 混联式驱动轮动力组合式结构模型简图PSHEV兼有SHEV和PHEV的优点，可以组合成更多种形式的混合驱动的驱动模式，发动机、电动/发电机和驱动电机的效率可以是PSHEV总功率的0.31倍，车辆的整备质量可以降低，而且性能更加完善，经济性更好，在动力性能方面接近和达到内燃机汽车的水平，有害气体的排放更少，达到“超低污染”的标准要求。2.2 混合动力客车的特点1、优点混合动力客车的优点是显而易见的：首先，混合动力客车通常不需要像纯电动客车那样到电站充电，而且在很多时候动力性明显优于同排量的纯内燃机客车，特别是在起步加速时，电动机可以有效弥补内燃机低转速转矩不足的弱点，还可以在某种程度上改善提升动力输出时客车加速过程的顺畅性，减少车内的机械噪声。其次，由于电动机的配合工作，以及内燃机工作时剩余动能的再利用（制动减速时过剩势能的能量转换储蓄），又会使得混合动力客车的燃油消耗略低于纯内燃机客车。此外，混合动力客车较之纯内燃机客车的低排放还给我们带来了更有意义的环保价值。2、缺点当然，混合动力客车虽有许多优点，但也有难以克服的缺点。首先，两套动力系统的造价远比一套动力系统高。其次，由于能量守恒的缘故，混合动力客车比起纯内燃机客车在燃油消耗上并不能像一些制造商所说的那样具有很大优势，因为在发电过程中，同样要消耗能量，而且混合动力客车在实际使用中的低能耗主要得益于对过剩势能的有效利用。2.3 总布置方案的确定2.3.1 驱动方式的选择并联式混合动力汽车（PHEV）只有发动机和电动/发电机两个动力单元，两个动力单元本身的功率可以等于50%100%的车辆驱动功率。发动机驱动模式是PHEV的基本驱动模式，从发动机到轮胎之间动力传递过程中，除摩擦损失外没有机械能电能机械能的能量转换损失，能量转换总的综合效率要比SHEV高。在车辆需要大功率输出时，电动机可以与发动机协同为车辆提供动力输出，因此PHEV可以选择较小功率的发动机。电动机是PHEV的辅助动力，因而根据多能源动力总成匹配的要求可以选择较小的电机功率。与此对应的电动机质量和体积都比较小，与其配套的电池组容量也较小，使得整车的整备质量大大降低。另外，PHEV较之PSHEV结构简单，方便操作，其性能更容易实现，因而在轻型客车上使用PHEV结构较为适宜。并联式混合动力车辆是介于普通内燃机车辆和电动车辆之间的一种新型超低排放的车辆，具有噪声低、废气排放少、经济性能好、动力性能佳、行驶里程长等特点。由此，本设计采用综合评价都较好的并联式混合驱动方式。2.3.2 驱动力组合模式的选择发动机轴动力组合式PHEV只有发动机和电动/发电机两大动力设备，发动机和电动/发电机的动力在发动机输出轴上进行组合，然后通过由离合器、变速器、驱动桥和半轴组成的传统的驱动系统带动车辆行驶。此种驱动力组合模式满足我们此次的设计要求，更接近现代客车的型式，符合市场需求。其驱动模式有：以发动机驱动为基本驱动模式，电动机为辅助动力电动机在车辆起步时单独驱动电动机在车辆加速、爬坡时起辅助作用，与发动机组成混合驱动模式在混合驱动时，发动机与电动机在发动机输出轴上组合2.3.3 控制策略的选择控制策略是混合动力汽车的核心，它根据驾驶员的意图和行驶工况来协调各动力部件间的能量流动，合理进行动力分配，提高整车经济性并且适当降低排放。本次设计采用发动机轴动力组合式并联传动结构，针对这种并联方式的特点，又根据文献，我国城市的平均行驶车速仅在2030之间，因此可以确定本次设计中系统的主要控制策略如下：1、25时，主离合器分离，电磁离合器接合，车辆由大功率电机单独驱动，以纯电动方式运行。2、25时，发动机起动。当整车需求扭矩在发动机优化工作区间内时，主离合器接合，电磁离合器分离，发动机单独工作，提供驱动扭矩。3、当车辆加速或者负荷增大时，主离合器和电磁离合器同时接合，发动机与电动机共同驱动提供扭矩。在此种策略下，电动机只有在低速时或在高于某个转矩或功率限制后才会起动。这样容易保证发动机始终在万有特性图中最佳油耗线上工作，以更好的实现节能减排。第三章 底盘主要参数的选择底盘是汽车总体布置的基础，为汽车的重要组成部分。底盘主要参数包括汽车的型式以及汽车的主要参数，汽车型式需要选择发动机的种类和型式、汽车的轴数和驱动型式以及轮胎规格，而汽车的主要参数则包含尺寸、质量和性能等参数。3.1 汽车型式的选择3.1.1 发动机的种类和型式现代汽车上经常使用的有汽油机和柴油机，对此，我们可以根据车型和具体的情况来进行选取。电动客车由于采用发动机和电动机的配合，再加上其应用的环境和使用情况，综合考虑之后，应该选用小功率的柴油机，在此选用直列水冷四缸直喷式柴油机。与汽油机相比，柴油机具有油耗低、燃油经济性好、动力强劲、耐久性好以及排气污染较低和安全性高等优点。3.1.2 汽车的轴数和驱动形式不同类型的汽车轴数是不一样的，可以有两轴、三轴、四轴甚至更多的轴数，影响选取轴数的因素主要有汽车的总质量、道路法规对轴载质量的限制和轮胎的负荷能力以及汽车的结构等，而汽车的用途、总质量和对车辆通过性能的要求等，是影响选取驱动形式的主要因素。对于乘用车和总质量小些的商用车，通常多采用结构简单、制造成本低的42、两轴后驱动形式，这也是一种较为典型的、成熟的结构形式，也是目前应用较为广泛的形式。综合以上情况，又考虑到轻型电动客车的使用要求，本次设计中选用发动机前置后轮驱动的42驱动形式。3.1.3 轮胎的选择轮胎及车轮用来支撑汽车，承受汽车重力，在车桥与地面之间传力，驾驶员经操纵转向轮可以实现对汽车运动方向的控制，对汽车的许多重要性能，包括动力性、经济性、通过性、操纵稳定性、制动性及行驶安全性和汽车的承载能力都有影响，因此选择轮胎是很重要的工作，不妨在总体设计开始阶段就进行选定。子午线轮胎具有滚动阻力小、温升低、胎体缓冲性能和胎面附着性能都比较好，装车后更有油耗低、耐磨损寿命长、高速性能好等优点，因此，适应现代汽车队安全、高速、低能耗的发展要求，是汽车设计时首选的轮胎。根据以上因素，在本次设计中，所采用的轮胎规格为7.00R16。3.2 主要参数的确定汽车的主要参数包括尺寸参数、质量参数和汽车性能参数。3.2.1 主要尺寸参数的确定汽车的主要尺寸参数包括外廓尺寸、轴距、前后轮距、前后悬、最小离地间隙等。1、汽车的外廓尺寸包括其总长（）、总宽（）和总高（）。在公路和市区内行驶的汽车最大外廓尺寸受有关法规限制不能随意确定，除此之外，影响确定汽车外廓尺寸的因素还有载客量或装载质量及涵洞和桥梁等道路尺寸条件。在满足使用条件的基础上，应力求减小汽车的外廓尺寸，这样不仅可以减少行驶期间需要占用的道路长度，同时还可以增加车流密度，并且减少整备质量，提高汽车的动力性和燃油经济性。据此，本次设计中对外廓尺寸（）（）给定如下：599522402780。2、轴距L对整备质量、汽车总长、汽车最小转弯直径、传动轴长度、纵向通过半径等有影响。当轴距短时，上述各指标减小。但轴距过短会使车厢长度不足或后悬过长；汽车上坡、制动或加速时轴荷转移过大，使汽车制动性或操纵稳定性变坏；车身纵向角振动增大，对平顺性不利；万向节传动轴的夹角增大。因此，在选择轴距时需要考虑到各方面因素。当然在满足所设计的外廓尺寸、轴荷分配、主要性能和整体布置等要求的前提下，将轴距设计的短一些为好。根据以上因素，通过计算得出较为合适的轴距L为3308。3、汽车轮距B会影响车厢或驾驶室内宽、汽车总宽、总质量、侧倾刚度、最小转弯直径等因素。增大轮距则车厢内宽随之增加，并有利于增加侧倾刚度，汽车横向稳定性变好；但是汽车的总宽和总质量及最小转弯直径等增加，并导致汽车的比功率、比转矩指标下降，机动性变坏。轮距的选择必须与汽车的总宽以及其他部件的布置相适应，因此本次设计中选定汽车的前后轮距分别为： =1830，=1600。4、前悬处要布置汽车的发动机、水箱、风扇、弹簧前支架、车身前部或保险杠、转向器等，要有足够的布置空间。前悬尺寸对汽车的通过性、碰撞安全性、驾驶员视野、前钢板弹簧长度、上车和下车的便利性以及汽车的造型等均有影响。后悬尺寸则对汽车的通过性、汽车追尾时的安全性、货箱或行李箱长度、汽车造型等有影响，并取决于轴距和轴荷分配的要求。前悬和后悬都不宜过长，以免使汽车的接近角和离去角过小而影响通过性。设计中，根据电动客车设计的相关要求及布置的合理性需要，确定前悬=1157，后悬=1530。5、对于最小离地间隙，在设计中，采用双曲面齿轮主传动，通过合理的设计和组装不难达到要求，最终离地间隙可以达到180。3.2.2 整车质量参数的确定在整车设计方案确定后，总布置设计草图初步完成的情况下，应首先对整车质量参数（包括：空载状态下的整车整备质量、质心高度、轴荷分配；满载状态下的总质量、质心高度、轴荷分配以及装载质量等）进行估算，为整车性能的计算和总成设计提供必要的依据。图3-1 结构模型图如上图所示，各总成的质量，可通过样件实测或可参照同类车型样件实测信息修正后得到。本次设计中，不妨参照一汽太湖牌轻型客车，修正得到各总成质量，绘制成表，如下所示：表3-1 各总成参数质量单位外型尺寸（）发动机240电动机36432315370电池12047.5153274整备质量3950装载质量1550总质量5500各总成的质心位置可以通过实测得到或按其几何形状和结构特点估计计算得到，然后在整车总布置图上确定其质心相对于前轮中心的纵向位移（一般规定在前轮中心距后为正值，在前轮中心前为负值）以及空载状态下的离地高度和满载状态下的离地高度。一般情况下，整车总布置图在满载状态下绘制，在确定各总成质心在空载状态下的离地高度时应考虑到前、后轮胎和悬架相对于满载状态的垂直变形的影响，而空载状态下各总成质心纵向位置相对于满载状态的变化则可以忽略不计。1、空载状态下整车质量、质心高度和轴荷分配的计算（1）、整车整备质量（自重）可以按下式计算：式中，用于估算整车整备质量的全部总成数量（总成的划分可根据实际情况自定）；整车整备质量，kg。（2）、空车后轴荷可按下式计算：式中，L轴距，；L=3308空车后轴荷，kg。（3）、空车前轴荷可按下式计算：式中，空车前轴荷，kg。（4）、空车质心高度可按下式计算：式中，空车质心高度，；空载状态下的离地高度，。根据以上各式，通过估计计算，不难得到空车状态下的整车质量=3950kg，质心坐标（距前轮中心质心高度）（）：18200296，轴荷分配情况为：前轴载荷52%，后轴载荷48%。2、满载状态下整车质量、质心高度和轴荷分配的计算（1）、整车总质量（总重）可以按下式计算：式中，用于估算整车总质量的全部总成和负载的数量（一般在整车整备质量的基础上加上乘客和最大装载质量）。（2）、满载后轴荷可按下式计算：式中，满载后轴荷，kg。（3）、满载前轴荷可按下式计算式中，满载前轴荷，kg。（4）、满载质心高度可按下式计算：式中，满载质心高度，；满载状态下的离地高度，。根据以上各式，通过估计计算就可以得到满载状态下的整车总质量=5500kg，质心坐标（距前轮中心质心高度）：1820（）0312（），轴荷分配情况为：前轴载荷42%，后轴载荷58%。3.2.3 主要性能参数的确定汽车的性能参数主要包括最高车速、上坡能力、最小转弯直径、制动性、通过性等，根据本次设计小组分配情况，对以上指标的确定如下：1、随着道路条件的改善，特别是高速公路的修建，汽车的最高车速有逐渐提高的趋势。对于最高车速的选择，应考虑到汽车的类型、用途、道路条件、具备的安全条件和发动机功率的大小等，并且应根据汽车行驶的功率平衡来确定。本次设计要求最高车速不小于70，为适应现代客车的发展状况，设计中确定最高车速为100。2、上坡能力通常用汽车满载时在良好路面上的最大坡度阻力系数来表示，主要根据车辆的使用环境来确定。设计要求坡度不小于20%，因为在本次设计中按照两者共同驱动来计算，为满足本次电动客车的设计理念，又考虑到公路修建的相关法规以及本次设计所采用的方法，现确定两者共同驱动时的坡度不小于20%。3、最小转弯直径是转向盘转至极限位置是，汽车前外转向轮轮辙中心在支撑平面上的轨迹圆的直径，常用来描述汽车的转向机动性，是汽车转向能力和转向安全性的一项重要指标。其值与汽车的轴距、轮距和转向车轮的最大转角有关，应综合考虑与汽车本身有关的因素和法规及使用条件来对其值进行确定。GB72581997机动车运行安全技术条件中规定：机动车的最小转弯直径不得大于24。当转弯直径为24时，前转向轴和末轴的内轮差（以两内轮轨迹中心计）不得大于3.5。因此，此次设计中确定最小转弯直径为12。4、制动性是指汽车在制动时，能在尽可能短的距离内停车且保持方向稳定，下坡时能维持较低的安全车速并有在一定坡道上长期驻车的能力。目前常用制动距离、平均制动减速度和行车制动的踏板力以及应急制动时的操纵力来评价制动效能。制动距离是指在良好的试验跑道上和规定的车速下，紧急制动时由踩制动踏板起到完全停车的的距。我国通常以车速为30和50的最小制动距离来评比不同车型的制动效能。对于紧急制动踏板力，GB72581997机动车运行安全技术条件中规定，货车要求不大于700，轿车要求不大于500。设计中在制定制动性能标准时还应适应有关安全性的国家标准、法规等对汽车制动效能的要求。本次设计中规定踏板力要小于180，踏板行程不超过180。5、各类汽车的通过性参数具体视车型和用途而异。对于电动轻型客车的通过性参数主要确定如下：最小离地间隙（）180220,接近角（）18，离去角（）14。第四章 动力传动装置参数的确定混合动力汽车动力传动装置参数包括发动机的选择、电动机的选择、电池的选择、主减速器传动比、变速器传动比等，这些参数对汽车的动力性、燃油经济性和排放性能有显著的影响。4.1 发动机的选择发动机功率偏大，车辆燃油经济性和排放性能就差；发动机功率偏小，后备功率就小，电动机只有提供更多的驱动功率，才能满足一定的车辆行驶性能要求，这势必引起电动机和电池组容量取值的增大和车辆成本的增加。由于所采用的并联混合动力系统采用发动机提供车辆平均行驶功率，电动机提供峰值功率的控制策略，因此发动机功率值的选择主要应考虑车辆匀速行驶时的功率要求，通常按下式初选发动机最大功率：式中，发动机最大功率，；汽车传动系效率，本次设计采用单级主减速器式驱动，0.9；汽车的总质量，=5500；滚动阻力系数，取=0.02；车辆匀速行驶的速度，据文献，我国城市车辆的平均行驶车速仅在2030，又应为最大车速为100，而实际上车辆很少以最高车速行驶，因此可初选=80；空气阻力系数，取=0.64；汽车的迎风面积，即汽车正面投影面积，可进行如下估算：=。将以上各值代入式中，计算得到：=50.96。考虑到汽车在混合驱动工况工作时，发动机被控制按最小油耗特性运行（节能环保），因此要加上10%的功率裕量，以减少对电动机功率的需求和提高汽车在纯发动机驱动时的动力性能，又结合当前我国市场上柴油发动机的型号等，可最终确定：=56。由此选择的发动机型号及参数如下：型号：最大功率/转速（/）：56/3200最大转矩/转速（/）：127/200022004.2 电动机的选择通常情况下，适用于电动车辆用的电动机外特性为：在额定转速以下，电动机以恒扭矩模式工作；在以上，以恒功率模式工作。1、电动机额定转速和最高转速的选择电动机的最高转速对传动系的尺寸、额定转矩都有影响。电动机最高转速与额定转速的比值，也称为电动机扩大恒功率系数。较大的值是车辆起步加速和稳定运行所必需的，但随着值增大，转速越低，对应的电动机额定转矩越高，对电机的支撑要求越高，增加了成本的损耗。就目前来看，多选用中高速的电动机来解决额定扭矩减小的问题。在本次设计中，不妨选择=12000，=4，相应地，电动机的额定转速为：=12000/4=3000。2、电动机额定功率额定功率（连续运行）决定了电机的尺寸大小，可由汽车以纯电动方式行驶的最大车速来确定。由于汽车在市区行驶时平均车速为2030，故可以将此时的最大车速定为50，计算可按下式进行：式中，电动机额定功率，；汽车传动系效率，0.9；汽车的总质量，=5500；滚动阻力系数，取=0.02；纯电动方式行驶时的最大车速，=50；空气阻力系数，取=0.64；汽车的迎风面积，。把以上数据代入公式得=22.6。另外，又需要有一定的富余功率，参照一定的永磁电动机参数，可以确定额定功率为=25。3、电动机峰值功率在并联设计中，电动机提供峰值功率，最大爬坡度为20%，可以车速=25爬20%的坡度来进行设计，按下式进行计算：式中，此时所需要的最大功率，；汽车传动系效率，0.9；汽车的总质量，=5500；爬坡速度，=25；滚动阻力系数，取=0.02；设计要求的坡道角，=11.3；空气阻力系数，取=0.64；汽车的迎风面积，。将以上数据代入公式得=90.3。在并联汽车上电机主要是功率均衡装置提供峰值功率，因此电机的最大功率与发动机最大功率之和应该满足车辆所需的最大功率的要求，即。根据车辆行驶最大负荷功率要求，及已初步确定的发动机最大功率=56，则可以计算出电动机的最小峰值功率：=90.3-56=34.3根据混合动力汽车起步和加速时对电动机功率的要求和某些特区零排放的纯电动驱动工况的需求，需要加上相应的功率裕量，因此电动机的峰值功率选为：=50。综合上述计算，由此选择的电动机参数如下：额定功率/转速（/）：25/300012000最大转矩/转速（/）：159/03000质量（）：36尺寸（）：4323153704.3 电池的选择HEV动力传动系统设计的首要任务是使传动系统各部件之间合理匹配，以保证HEV能在不同工况下正常行驶，并具有良好的动力性和燃油经济性。这也是电池参数选取所要遵循的基本原则。电池的参数选取主要包括电压等级、最大充放电功率和电池容量。在设计过程中，电池电压要和HEV的电压等级和变化范围一致，最大充放电功率要满足发电机和电动机的功率要求，容量则要满足HEV在运行过程中对能量的要求。根据以上要求，又因为锂离子电池高电压、高安全性和环保性等诸多优点，我们不妨选择天津力神生产的LP46153274锂离子电池，其参数如下表所示：表4-1 锂离子电池参数额定容量（）120存储温度（）-2035标称电压（）3.2尺寸（）47.5153274内阻（）重量（kg）2.5电池参数确定之后，我们需要对电池的数量进行确定，电池数量的选择如下所示：1、按功率要求因素计算：从功率需求因素考虑，电池组的容量必须满足电动机的最大功率需求，电池数量可按如下公式计算：式中，电动机的最大功率，=50；电池的电动势，=3.2；电池的等效内阻，=0.001；传动系效率，=0.9。把以上数值代入公式得：N=24。2、以纯电动行驶的里程数为目标进行计算：从纯电动行驶能量来考虑，电池组的能量需要满足车辆以某一车速行驶一定里程，可以按下式进行计算：式中，在纯电动工况时，取=30，行驶里程。功率。考虑到锂电池的放电效率为80%，故所需蓄电池的总能量为：=23.5因此，可以按照下式计算：又考虑到蓄电池除了提供纯电动行驶时车辆所需能量，还需要提供车辆加速或负荷增大时能量，以及提供整车的照明、起动等附件的功率，故在本次设计中，不妨取=80，以4节单电池为一个电池组，总共有20组。4.4 发动机与电动机参数匹配的选择及实现电动机轴到发动机轴的速比应当由电动机的最高控制转速和发动机的最高转速之比决定。最高控制转速即换挡策略限定的发动机和电动机的最高转速。依照上述理论，本次设计的速比为：采用单级圆柱斜齿来实现，如果不合适还可以再中间加一个惰轮，实际布置应根据总体设计结构要求确定。4.5 传动系参数的选择4.5.1 主减速比的选择主减速器的传动比可以按下式计算：式中，主减速器的传动比；车轮滚动半径，=0.363；发动机最大功率时的转速，=3200；最高车速，=100；最高挡传动比，=1。把以上数据代入公式得：=4.379。4.5.2 最大传动比的选择确定最大传动比时，要考虑最大爬坡度、附着率以及最低稳定车速，在本次设计中，按照最大爬坡度和附着率来对最大传动比进行确定。1、按照最大爬坡度确定通常可按照下式进行计算：式中，一挡传动比；整车总重量，=55009.8=53900；滚动阻力系数，=0.02；设计要求的坡道角，=11.3；车轮滚动半径，=0.363；最大转矩，=286；主减速器的传动比，=4.379；传动系效率，=0.9。将以上数据代入公式，可得：。2、根据驱动轮与地面附着系数来确定式中，驱动轮载荷，=0.58=0.5853900=31262；道路附着系数，=0.5。代入式中计算得到：。综上所述，最大传动比即一挡传动比的范围为：。在本次设计中，初选=4.875。第五章 底盘总布置草图的绘制在初步确定汽车的载客量（载质量）、驱动形式、车身形式、发动机形式等以后，要深入做更具体的工作，包括绘制总布置草图，并校核初步选定的各部件结构和尺寸是否符合整车尺寸和参数的要求，以寻求合理的总布置方案。在绘制底盘总布置图的过程中，要随时配合、调整和确认其各总成的外廓尺寸、结构、布置形式、连接方式、各总成之间的相互关系、操纵机构的布置要求、悬架的结构和布置要求、管线路的布置与固定、装调的方便性等。底盘布置应从车型系列化角度出发，减少基础布置的变动，并可变型出多种车型，以适应大量生产和用户不同的使用要求，从而可以降低成本，提高可靠性。5.1 整车布置的基准线（面）零线的确定确定整车的零线（三维坐标面的交线）、正负方向及标注方式，均应在汽车满载状态下进行，并且绘图时应将汽车前部绘在左侧。1、车架上平面线纵梁上翼面较长的一段平面或承载式车身中部地板或边梁的上缘面在侧（前）视图上的投影线，称为车架上平面线。它作为标注垂直尺寸的基准线（面），即z坐标线，向上为“+”、向下为“”，该线标记为。2、前轮中心线通过左、右前轮中心，并垂直于车架平面线的平面，在侧视图和俯视图上的投影线，称为前轮中心线。它作为标注纵向尺寸的基准线（面），即x坐标线，向前为“”、向后为“+”，该线标记为。3、汽车中心线汽车纵向垂直对称平面在俯视图和前视图上的投影线，称为汽车中心线。用它作为标注横向尺寸的基准线（面），即y坐标，向左为“+”、向右为“”，该线标记为。4、地面线地平面在侧视图和前视图上的投影线，称为地面线。此线是标注汽车高度、接近角、离去角、离地间隙和货台高度等尺寸的基准线。5、前轮垂直线通过左、右前轮中心，并垂直于地面的平面，在侧视图和俯视图上的投影线，称为前轮垂直线。此线用来作为标注汽车轴距和前悬的基准线。当车架与地面平行时，前轮垂直线与前轮中心线重合（如乘用车）。5.2 发动机、电动机的布置根据总布置草图中所确定的发动机、前轴及前轮的相互位置关系、发动机总成、散热器总成的外形图，一起在总布置图中进行细化、准确定位，最后确定其坐标位置。在进行布置时，需要注意一下几点：（1）、油底壳与前轴的最小跳动距离，要求发动机应当有足够高的位置，以防止前轴碰坏发动机油底壳。（2）、油底壳与横拉杆之间的间隙。（3）、散热器和风扇的位置关系，要求风扇中心与散热器几何中心相重合，以使散热器在整个面积上接受风扇的冷却；散热器中心与风扇之间应有不小于50的间隙，无护风罩时可减小到30。（4）、发动机布置形状，要求前置后轮驱动汽车的发动机常布置成向后倾斜状，使曲轴中心线与水平线之间形成的夹角，以减小传动轴夹角。（5）、电动机的布置要考虑到扭矩合成器，变速器的位置还要考虑到传力方向。5.3 传动系的布置当发动机、离合器和变速器这一动力传动总成和后驱动桥的位置确定以后，则可布置传动轴与万向节。设计中应尽量使万向节传动两端的夹角相等，其数值在汽车满载静止时不应大于4，最大不应超过7。驱动桥的位置取决于驱动轮的位置，同时为了使左、右半轴通用，差速器壳体中心线应与汽车中心线重合。在绘出传动轴最高轮廓线之后，根据凸包与中间传动轴之间的最小间隙一般应在之间来确定地板凸包线位置。本次设计的电动客车，根据底盘布置的需要选择两轴式，并满足以上设计要求，使布置达到合理化、通用化。5.4 转向装置的布置转向装置的布置包括转向盘和转向器的布置。1、转向盘的布置 转向盘位于驾驶员座椅前方，为保证驾驶员能够舒适地进行转向操作，应注意转向盘平面与水平面之间的夹角，并以取得转向盘前部盲区距离最小为佳，同时转向盘又不应当影响驾驶员观察仪表，还要照顾到转向盘周围（如挡风玻璃等）有足够的空间。2、转向器的布置 前悬采用钢板弹簧时，为了避免悬架运动与转向机构运动出现不协调现象，应该将转向器布置在前钢板弹簧跳动中心附近，即前钢板弹簧前支架偏后不多的位置处。在布置过程中，要求转向轴在水平面内与汽车中心线之间的夹角不得大于5，转向摇臂与纵拉杆和转向节臂与纵拉杆之间的夹角在中间位置时应尽可能布置成接近直角，以保证有较高的传动效率。5.4 悬架的布置钢板弹簧前段通过弹簧销和支架与车架相连接，而后端用吊耳和支架与车架相连，为了满足转向轮偏转所需要的空间，常将前钢板弹簧布置在纵梁下面。这样的布置有利于缓和来自路面的冲击。前钢板弹簧的布置还要保证主销后倾角的要求，一般可以布置成前高后低状，这样也有利于产生不足转向；后钢板弹簧布置在车架与车轮之间，应注意钢板弹簧上的U形螺栓和固定弹簧的螺栓与车架之间应当有足够的间隙。减振器应尽可能布置成直立状，以充分利用其有效行程；空间不允许时才布置成斜置状。布置时还应注意下支点的离地高度，后减振器的上支点不应高出车架上表面太多（一般不应超过），以免影响改装车的装配和布置。注意减振器上下行程的分配，不能发生上下顶死的现象。5.5 制动系、踏板的布置踩下制动踏板所需要的力，比踩下油门踏板要大得多，因此，制动踏板应布置在更靠近驾驶员处，并且还要做到脚制动踏板和手制动操作轻便。应检查杆件运动时有无干涉和死角，更不应当在车轮跳动时自行制动。另外，布置制动管路时要注意安全可靠、整齐美观。当两个固定点之间有相对运动时，要采用软管过渡，同时注意不要将管子布置在车架纵梁内侧的下翼上，以免由于积水使管子腐蚀。整车设计人员要与总成设计人员共同商定，选择行车和驻车制动器的方案、制动操纵方式及驱动机构的型式、结构和布置。在轻型客车的设计过程中，采用液压制动系统，并根据整车性能选择制动力的大小，与整车性能相匹配。踏板包括离合器踏板、制动踏板和油门踏板，应布置在地板凸包与车身内侧壁之间。在离合器踏板左侧，应当留出在离合器不工作时可以放下左脚的空间，因此轮罩最好不要凸出到客厢内。油门踏板一般比制动踏板稍低，要求油门踏板与制动踏板之间留有大于一只完整鞋底宽度（）的距离。因为汽车行驶时驾驶员要不停地踩油门踏板，所以要求踩下时轻便。驾驶员应当用脚后跟支靠在地板上，变化操纵时仅仅是通过改变踝关节角度来达到。为了操纵轻便，从驾驶员方向看，油门踏板布置成朝外转的样子。5.6 电池的布置由于本次设计中采用的是锂电池，体积较小，容易布置，根据整车布置平衡的原则，电池组应布置在与油箱对称的车架一侧。考虑到拆装的方便性和良好的接近性，电池托架采用活动式的，需要检查和更换电池时，取下外侧围板，用手拧开锁紧螺栓，轻拉电池架即滑出， 35