微型电动货车三维总布置设计与整车性能计算.docx

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微型电动货车三维总布置设计与整车性能计算

微型电动货车三维总布置设计与整车性能计算

摘要：

随着工业的快速发展，环境污染日益严重，对新能源的最求和使用已然成为了未来发展的潮流。

如今汽车已经成为了人们出行的主要代步工具和交通运输工具，就汽车行业来看，电动轿车已经层出不穷，大街上已然比比皆是，但是电动货车却很少见。

本文研究主要通过了解已有的微型电动货车车体构造和部件工作原理根据整车性能目标，对主要零部件进行选型设计，包括微型电动货车的车身造型设计汽车车架设计、货车车箱选型、轮胎与车轮选型、小货车主要尺寸参数的计算、电动小货车的车架设计、电动小货车车箱设计、电动小货车车轮设计、电动小货车底盘的布置，并作必要的分析计算，用三维建模软件建立三维造型设计，以达到最合理的设计配置，完成微型电动货车车体结构设计。

关键词：

纯电动；整体设计；车体结构；微型

Threedimensionallayoutdesignandperformancecalculationof

ElectricMinivan

Abstract:

Withtherapiddevelopmentofindustry,theenvironmentalpollutionisbecomingmoreandmoreserious,andthebestuseofnewenergyhasbecomethetrendoffuturedevelopment.Nowthecarhasbecomethemainmeansoftransportforpeopletotravelandtransport,automobileindustry,electriccarshavealreadymeettheeyeeverywhereonthestreet,emergeinanendlessstream,buttheelectricvehicleisveryrare,thisstudymainlythroughtheunderstandingoftheexistingmicroelectricvehiclebodystructureandcomponentsaccordingtotheprincipleofvehicleperformancetarget,selectionofdesignofmaindesignandcalculationofcomponents,includingmicroelectricvehicle,frame,carriage,wheels,andmakethenecessaryanalysisandcalculation,theestablishmentofthree-dimensionalmodelingdesignwith3Dmodelingsoftware,designedtoachievethemostreasonableconfiguration,completethedesignofmicroelectricvehiclestructure.

Keywords:

Pureelectric;integraldesign;carbodystructure;miniature

1概述

1.1国内外发展概述

随着传统燃油汽车对能源消耗的不断增加，能源问题和环境问题日益引发全世界的关注，在许多发达国家随着电动轿车的研发的进行，对电动货车的研发工作也逐步开展。

在日本，由于其二战后工业的快速发展，导致国内污染严重，所以日本政府在在上世纪末制定了《电动汽车普及应用计划》，随后日本东京电力公司和其研发公司共同研制成功了IZA,一款豪华纯电动的微型货运车，它采用的是300V的大容量镍铬电池，由于其采用的在40Km/s的最佳速度下空载匀速行驶时可以续航500多公里，电门全部开启时的最高车速可达170Km/s。

美国的汽车行业起步早，以传统内燃机就动力的汽车技术已经趋于稳定和成熟，在电动车的研发方面也比较领先，早在上世纪末美国就提出了严格汽车尾气排放标准，这就更加促进了美国的电动汽车的发展，本世纪初TESLAMotors公司成功研发制造了世界第一辆纯电动的跑车，一次续航最高可达400km，后来美国相继研发制造了各类功能的纯电动汽车，包括纯电动货车、纯电动客车、纯电动垃圾清扫车等。

类似地，许多发达国家也投资纯电动汽车行业，制定许多电动汽车的优惠政策来吸引汽车企业研发制造纯电动汽车，2015年，据美国电动汽车协会统计数据显示，全国已经有超过300家汽车企业在研发和制造包括电动货车的各类电动车，由此可见，微型电动货车也是未来公路运输行业的一大趋势。

相对西方发达国家，我国的电动汽车行业起步较晚，在电池等许多关键核心的技术都处在发展上升阶段。

但是我国十分重视电动汽车的研发和制造，早在第九个五年计划中我国就将电动汽车发展设为“863”计划（国家高技术研究发展计划）中的重大专项。

此专项提出了“三纵、三横”的研发总的思路和布局，如图1.1所示，此专项建立了详细具体的整车开发流程，“三纵”即指以燃料电池为动力的电动汽车FCEV、以大容量电池和传统内燃机为动力的混合动力汽车HEV和仅以电池就动力的纯电动车辆EV；“三横”即指多能源动力总成控制系统、电机及其控制系统和电池及其管理系统[1]。

在最近的几年里，我国的纯电动汽车的研发制造取得了初步的成功，除特斯拉已经遍布了许多的城市道路外，比亚迪等许多新能源汽车也相继走进了人们的日常生活，但是由于电池容量等问题，我国微型电动货车的研发和产量较少，有待我们进一步的探索和研究。

图1.1“三纵、三横”研发布局

1.2本课题研究的目的和意义

当今汽车行业发展如火如荼，通常情况下，由于普通轿车的方便性、舒适性、动力学等各个方面都略优于刚刚兴起的电动轿车，眼下大多数人仍然使用传统的燃油轿车。

但是面对环境污染问题，面对全球气候变暖问题，面对全球能源危机问题，生产电动汽车已经迫在眉睫，类似地，相比货运汽车也是如此，普通的货运汽车虽然技术相对成熟，面对上述全球性的重大问题，我们不得不考虑研发新能源的电动货车，电动与传统的货车相比有以下几个优点：

1、纯电动货车是以蓄电池和电动机为动力源，没有复杂的内燃机和变速器等机械机构。

2、纯电动货车说到底是用的电，不是传统的汽油或者柴油，所以不会产生对空气有害的各种污染尾气，做到了真正意义上的“零”排放，不但缓解了能源危机和而且对环境保护作了巨大的贡献。

3、纯电动货车由于其结构简单，没有传统以油为主要动力的汽车的复杂的变数器、离合器等机构，所以操作更为方便简单。

4、纯电动货车行驶过程中，由于没有传统意义上的燃油发动机，所以大大地减少了噪音污染，提高了舒适性。

当然，纯电动货车也有一些缺点，比如受到电池容量的限制，续航里程达不到长途运输的需求，由于电池技术不是特别成熟和完善，电池的比功率和比能量不稳定直接导致了汽车的动力性能的下降，蓄电池的重量和体积也给汽车的整体设计带来了许多困扰。

综上所述，纯电动货车的优点大于缺点，电动货车已经成为了未来发展的趋势，只要我们能在电动货车的电池方面作出必要的科研努力，把动力电池应用到货车上，做到真正的零污染，实现电动货车的跨越式发展，必将在未来几十年对汽车运输行业有着深远的意义和影响。

2汽车传统设计方法与现代设计方法

2.1传统手工设计方法

在计算机还没有普及使用的时候，传统汽车设计方法比较简单，那时候的汽车设计流程可用如下图2-1-1简单概述。

图2.1.1传统汽车设计程序概括

传统的手工设计方法，工程师先制作油泥模型，通过1:

5的缩小比例模型，进行反复的调研、修改和制作，所以研发周期长，而且消耗大量的人力和金钱去完善油泥。

由于汽车结构设计涉及到的面不只有汽车造型师这块，而且还包括大量的调研人员，因而这不是一个简单的设计系统，这是一个以调研为基础，以工程师设计为核心的一个大的框架。

调研人员要准确地掌握市场消费者的爱好心里，准确把握汽车结构的潮流和趋势；工程师要有相当厚的机械制图功底，因为不但要把油泥模型的各部分参数准确无误地在图纸上表达，而且还要做到随机应变，因为任何一部分的尺寸参数都有可能随着市场的需求而发生改变，当修改一部分参数时就不得不考虑整车结构设计的效果，例如由于客观减少噪声的原因，发动机的摆放位置发生变化时，必须要对地盘等部分的尺寸参数进行全部的计算和修改，这样就可能照成了关于整车的全部数据都得重新计算，加剧了工程师的工作量不说，而且研发周期变长影响研发进程，所以工程师不但要有相当过硬的制图功底，对工程师的经验要求也是很有必要的。

综上所述，传统的手工汽车结构设计存在着许许多多的弊端，人与汽车的交互式修改非常地困难，不但影响科研设计的进度，而且白白增加了许多的成本。

不过传统设计也有一些优点，例如使用油泥模型来模拟汽车外形或者内饰，通过修改油泥来达到最佳合理布局，使汽车结构的设计更加直观化和简单化。

2.2现代汽车结构设计方法

现代汽车的设计方法已经大大改善并且趋于成熟，这归功于计算机的普及使用和汽车设计软（CAD,CATIA,ANSYS等）的产生和大量使用。

以在计算机的虚拟环境下设计和仿真为主要的汽车设计思路。

因为计算机上所设计的东西和生产制造的成品完全一致的，通过这种交互思路，修改计算机上的虚拟环境下所得到的成果，完善设计思路和设计的方案，这就是现在汽车结构设计的主要程序概括如图2.2.1所示。

图2.2.1现代汽车结构设计程序概述

现在汽车结构设计过程使用计算机绘制设计图纸、绘制三维结构图实体图以及进行各种仿真实验。

这些工作与工程师的手工制作相比大大地简化了设计流程，使设计趋于了简单化、数字化和程序化，大大地节省了汽车设计的时间，例如汽车车身建模时，传统方法就是造型工程师用油泥一点一滴地进行制作和修改，而计算机设计车身时，只需要动用键盘输入基本参数，动动鼠标进行不同面的建立和修改，很快就可以完成车身的外形设计，这种设计方法可以更加方便进行修改，工程师可以随心所欲地发挥无限的想象力和创造力，这是一种更加符合现代汽车的设计思路。

现代汽车结构设计有一个更加普及的设计思路即逆向设计，逆向设计就是将已有的产品模型在计算机中进行数字化工程设计的模型仿制，现在许多著名的三维建模软件如CATIA\UG等都拥有十分强大的逆向建模功能，随着互联网和汽车软件的普遍使用，汽车数据模型库已经相对完善，这就有利于数字资源的共享，各个部门实现了合理配合、并行工作，大大地缩短了设计所需要的时间，而且CAD/CAM系列软件都可以根据三维实体模型自动生成二维的汽车结构图纸和用于数控加工的代码，党三维模型发生变化是，系统会自动修改与之配置的相关图纸和数控代码。

以当下最为流行的计算机辅助软件之一CATIA为例，他是法国的达索公司和IBM联合开发的一套集CAD/CAM/CAE为一体的功能十分强大的大型设计软件，CATIAT提供有完善的A级曲面（一般指车身外形、仪表板、内饰件等）构建功能。

这里的A级曲面的光顺性在数学上定义是：

曲线两阶几何是连续的并且没有多余的拐点，曲线的曲率变化是均匀的而且应变能非常小。

就曲面来说，G2必须的是连续的（也就是说两个相交曲面的相交线的任意方向都具有公共的法曲率）[2]。

当然，车身由3面拼接时，不但要求G2是连续的，G3也要求是连续的。

一般地评价A级曲面的几个指标有全面的连续性、曲面的设计精度、曲面的整体协调性等，由于计算机软件的高效率使用，使得这些设计都趋于了更的精确和完善，设计人员也大大减少了因不断修改而所需要的时间。

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