电动车设计设计.docx

1、电动车设计设计第一章概述1.1设计的主要目的和意义此次设计的目的是掌握产品造型的设计，包括材料、尺寸的合理选择，灵活运用制 作技术、形 态表达语言，根据人机工程学和美学来设计电动自行车的尺寸和颜色。根据同类型产品的类比和设计， 力学分析，考虑人机工程学中的人体尺寸和人的舒 适程度来综 合设计电动自行车的尺寸。设计的目的其实包括好几个层面，第一，加工工艺的了解；第二，进一步提出不同 材质的优化 组合课题；第三，探究材料与产品结构、功能的有机联系；第四，熟悉产品 结构连接件的运用；第 五，产品形态讨论；第六，寻求产品设计制作的个性化等等。通过这半年的设计，我们很好的复习了已经学过的课程，并对部分材

2、料的应用有了 一定了解， 在颜色搭配上也有了一定的学习，而且能熟练操作制图软件和办公软件。对 我们以后在工作上有很 大的帮助。1.2国内外电动自行车的发展情况1.2.1国外及我国台湾地区电动自行车的发展情况为创造市场需要，适合老弱妇孺各种年龄层骑乘自行车，国外厂商多年前即开始研制 辅助驱动 自行车并且在新电池和驱动机械马达技术成熟发展之下，电动自行车应运而生。 海外发展较早的要 数日本、奥利地、德国、台湾等国家和地区，近几年美国发展也比较快。 国外的电动自行车主要是 作为一种轻松代步及休闲健身工具。例如，在大型的停车场、超 市和旅游区里使用。从 1994 到 1999 年 6 年时间中，全球电

3、动自行车数量，从 3.6 万辆剧 增 1600 万辆，如按 2%算，电动车需要 量会在 30 万辆以上。同时，东南亚、中东、印度增 到 50 万辆，而在 2000 年，仅日本就需要 50 万 辆。总体来说，电动自行车在全球的潜在 市场很大，并呈上升趋势。日本电动车的生产及技术都占世界领先地位，商品化的电动自行车由日本雅马哈公司 率先于 1994 年推出，并随着本田、三洋、松下等知名公司的参与，生产规模日益放大。 但日本对电动自行 车的使用管理上采取了严格限制，日本只许智能型电动自行车上路，并 对智能型电动自行车的要求 制定了很严格规定。具体有 ：在任何路况情况下，速度小于15km/h 时，人力

4、 ：电助力大于等于 1, 即电助力不允许大于人力，但电助力接近于人力 ；在 任何路况情况下，速度大于 15km/h 时，速度每增加 1km/h ，电助力下降 1/9;速度小于等 于 24km/h 时， 整车电助动系统关闭 ；人力蹬踏开始后 1 秒钟之内，电助动系统按上述开始 要求工作 :人力蹬踏停止 后 I 秒钟之内，整车电助动系统关闭 ；为了节约电能，智能型电助 自行车停止运行一定时间 （一般 为 3 一 5 分钟 ）后，整车处于休眠状态。台湾因前些年对摩托车未加任何限制，以至达到 500 辆 /千人的饱和程度，随之带来严重的交通混乱及污染，因此台湾台中成立的“电动自行车用铿电池技术发展策略

5、联盟” 制定了统 一的电池标准。1.2.2我国电动自行车发展情况 我国电动车发展在九十年代前基本都依靠进口，如高尔夫球车、游览观光车等。自九 二年以来，我国有了自行研制和生产的电动车产品，通过近 10 年的发展，现已初步形成 以江苏益高电动车、山西美猴王电动车、广州朗晴电动车、深圳飞豹电动车、济南赛尔电 动车、山东火云电动车、山东澳柯马电动车、中国二汽电动车等一大批具有实力和规模的 电动车生产厂家， 现已在国内市场推出的有 ：电动摩托车、电动游览车、电动高尔夫球车、 电动观光车、电动汽车、电动载货车、电动救援车、电动助行 （代步 ）车、电动滑板车、电动自行车、家庭生活车等。从电动车产业的产品分

6、类，可分为二类，即 ： 四轮电动车和二 轮电动车。从电动车的目标市场来分析，四轮电动车的目标市场为 ： 火车站、仓库、房地产会所、旅游景区、医院、邮局、公园、运动场所、大型工厂、大型商场、机场、码头及 大卖场我国的电动自行车发展始于上个世纪 90 年代末， 1997 年开始出现商业化，年销量不 足 1 万 辆， 1998 年为 5.4 万辆，从 2000 年开始得到快速发展，据中国自行车协会统计， 2004 年全国销 量已突破 750 万辆，历年累计的销量达到 1500 万辆，自行车走向电动化已 经成为一个现实。虽 然，有许多城市至今仍不肯承认电动自行车的交通地位，至今仍将其 列为“禁止销售”

7、和“禁止上 牌上路”的产品。但是，在我国的绝大多数城市和农村，电 动自行车已经人们习惯的个人交通工 具，己经深深地溶入了社会生活之中。由于政策管理 法规的滞后，一种被称为“电动摩托车 （ 电 摩 ）”的电动车从 2003 年开始浮出水面，取消 了已经成为摆设的人力骑行功能，电池容量扩大 1.52 倍，同时，全面采用摩托车的轮系、 制动系统和减震系统，电机功率也提高 1.52 倍，最高 时速接近 40km/h 。这种“电摩”一 登场，就像是一个“坏小子”，每到一处立即引起一阵动荡，强 烈地冲击着电动自行车的 市场，特别是在中小城市和广大农村，它很快成为基层消费者喜欢的电动 交通工具。受汽 油涨价

8、的推动，人们也切实体会出电动交通工具的节约， “电摩”大有取代“正宗 摩托” 的势头。据不完全统计，仅 2004 年一年，这种“电摩”的总销量达到了几百万辆。当然， 它也不能再称为电动自行车了，因其己不具备人力骑行功能，车轮系统、制动系统、避震系统、灯光系统己全面采用摩托车配置，外型也不像自行车。1.3本设计的主要任务-机工本设计的主要任务：整车造型设计，零部件的选择和计算依据，整车要符合人 程学，包括操作方便宜人，调节省力有效，照明适度，显示清晰，造型美观，色彩和谐 , 维护保养 容易。第二章人机工程学2.1人机工程学的研究内容2.1.1 人机工程学的定义人机工程学是从 20 世纪 50 年

9、代开始发展起来的一门新兴的边缘学科。在我国本学科 处于初级 阶段，人机工程学研究的是人和机器的相互关系的合理方案，即人的直觉显示、 操作控制、人机系统 设计和布置、作业系统的组合等进行有效的研究，其目的在于获得高 的效率及人在作业时感到安全和 舒适。人机工程学是从人的生理和心里出发，研究人、机、 环境的相互关系和相互作用的规律，以优 化人 -机 -环境系统的一门学科。2.1.2人机工程学的基本概念人机工程学作为一门新兴学科，在他的自身发展过程中，有机的吸收和融合了各种相 关学科的 理论，不断的完善了本学科的基本概念、 理论体系、研究方法、技术标准和规范。 为了准确的理解 人机工程学的基本理论，

10、掌握其在车辆工程领域的应用下面对人机工程学 的概念给出准确说明。1.人机系统机器是为人服务的，任何机器，设备和器具。都需要人来操纵、监控和使用，即使是 高度自动 化的机器，在正常运行中不需要人来进行一般的操纵，机器的开动、监视以及出 现异常或特殊情况 下，还是需要人来处理。人和机器相互作用、相互配合和相互制约，才 能共同完成规定的任务，实现 预期的功能。将人与机器联系起来，视为一个整体和系统， 就称为人机系统。人机系统处于一定的环 境中，并与周围环境发生相互作用。广义而言，人机系统就是指“人”与其他所对应的“物”共处于一个时间及空间时所 构成的系 统。人机系统中“人”指的是在所研究的系统中参与

11、系统过程的人；”机”则泛 指一切与人同处于同 一环境中，并与人交换信息，物质和能量，供人使用的物， “机”可 以是机器，也可以是物品；“环境”指的是“人”、“机”、共处的、对人和机有直接或间接 影响的 周围外部条件。在“人” “机”间的信息、物质及能量的交换中，一般以人为主动， 首先是人感受 到机器及环境的作用于人的感觉器官的信息，由体内传入神经到达大脑皮 层，在大脑分析器中经过综 合、分析、判断、最后做出决策，在由传出神经将决策信息传 入人的执行器官，执行器官的动作向机 器发出人的指挥命令或伴随着操作向机器传递能 量，机器接受操作信息或操作能量后，将按照自己的 规律做出相应的调整或输出，并将

12、其 工作和运行的情况用一定的状况表示出来，在反作用于人，整个 系统将这样的循环过程中 实现人所希望的功能。2.人机界面人机系统中，“人”“机”之间能够相互施加影响，实现相互作用的区域，称为人机界 面。人 通过感觉器官接受外部的信息、物质和能量，又通过人的执行器官向外界传递人发 出的信息，物理和 能量。因此，机器及环境中参加者两个过程的一切领域属于人机界面。接于人机界面的性质，可将人机界面分为以下三种：第一类一一控制系统人机界面 如汽车驾驶系统，飞机驾驶系统等。这类人机界面的 特点是通过 显示器（主要是视觉和听觉显示器）将机器的运转信息传递给人，人通过机器 上的操作装置对机器传 达控制指令，使机

13、器按人所规定的状态运行。第二类一一直接作用型人机界面如座椅、家具、服饰、手动工具等。这类人机界面的 特点是 “人” “机”直接相互作用，要求“机”适合人体的形态、尺寸及操作能力，使人 在使用时用力适 当，感觉舒坦、操作方便和安全可靠。第三类一一间接作用型人机界面如照明、震动、噪声、小环境气等。这类人机界面的 特点是 “机”的输出通过对环境的影响，间接作用于人的心理，心理过程，从而影响人的 舒适、健康和生命 安全。上述分类只是为了说明人机界面的特点，各类之间并不是毫不相关的，在实际人机系 统中，往 往兼有各种人机界面，且相互之间相互影响。例如在汽车的驾驶室的人机系统中 显示控制系统属于第 一类人

14、机界面，座椅扶手等属于第二类人机界面，而室内的温度、噪 声、震动等属于第三类人机界 面。座椅、震动、噪声会影响人对控制系统的操纵能力，而 错误的控制装置设计又会使人的作业条件 恶化，甚至影响行车安全。可见，人机界面之间 有着非常复杂的关系。3人机关系人机关系的基本原则可以归纳为以下两个方面：（1）机宜人 使机器的系统尽量满足使用者的体质、心理、生理、智力、审美以及 社会价值观念等素质因素的条件的要求，包括：信息显示即便于接受又易于做出判断：控 制系统的尺寸、力度、 位置、结构、形式、均适合操作者的需要；工具、用品、器具得心 应手，能充分发挥使用效率；人所 处的工作环境舒适安全，有利于身心健康，

15、能充分发挥 人的功能。（2）人适机 机器的结构有其自身的规律，操作环境或生活环境也因各种因素而受 到某种限 制，如经济上的可行性，技术上的可能性，机器本身性能要求的条件等。为了适 应环境，往往要求对 人因素予以限制和训练，尽量发挥人的可塑性特点，让人去适应机器 的要求，以保证人机系统有最优 效能。机宜人是有条件的，人适机也是有限制的，在人机系统中，人机之间有着相互依存、相互 影响、相互 制约的关系。因此，尽管系统是以人为主，但机宜人和人适机之间却有着辨证 关系。依据机的客观要 求，人适机是学习和训练的问题，这里说的是学习和训练，即包括 专门的训练，也包括平时培养的习 惯。反之，人们在长期的生活

16、和劳动中形成的操作习惯。 反之，人们在长期的生活和劳动中形成的操 作习惯又会成为机宜人的条件，制约机器控制 系统的设计。人机系统中的机宜人和人适机是相对的，首先是机宜人的程度问题，即机能满足人的 程度，人 的因素中某些方面可以量化，可以提供基本的圉值的均值，但也有很多因素难以 准确量化，如情绪、 审美心理、社会价值观等，而且这些因素又是随着时代的进步而变化 的，何况人的许多因素也会因为 因时、因人、因年龄不同而变化，即使是同样的机器，系 统的可靠性也因人的因素而变化。其次是机 宜人的条件问题，机器也在不断发展，总的来 说，机宜人的程度不断提高。随着科学技术的发展，人 机系统越来越强大，自动化程

17、度也 越来越高，控制系统越来越智能化，人与机器的的关系由人直接与 机器共同参与生产工程 转变为人远离生产过程，由人直接控制机器，变为人与机器对话，人机界面逐 渐由体力型 转变为心理型，对操作者的文化程度、诊断与决策能力的要求越来越高，。实际上，任何一个人机系统要尽量做到机宜人，也要设计到人适机。调整这种人机相 互匹配关 系最根本的制约条件就是人的可能性与人的可靠性。研究人的可能性是为了在人 机功能分配中，使人 的负荷控制在人的正常阈值范围之内。研究人的可靠性市为了在人机 系统中，充分考虑到人的生产失 误时，在确保人身的安全前提下，不致影响系统的功能。2.1.3人机工程学的研究对象人机工程学的研

18、究对象是人 -机 -环境系统，简称人机系统。人机工程学要研究人 -机- 环境系统各部分的总体属性，以及人机环境的相互关系的规律。2.1.4人机工程学的研究内容 .人机工程学是一门综合性的边缘学科，其基础理论涉及到许多学科。属于有关技术工 程学科有 着密切的关系外，还有人体解剖学、人体测量学、劳动卫生学、生理学、心理学、 安全工程学、行为 科学、环境科学、技术审美等有设密切的联系。人机工程学的应用范围 十分广泛，从日常用品到工程 建筑，从大型机具到高科技产品，从家庭活动到工业系统， 各个方面都在运用人机工程学的原理和方 法，解决人机环境之间的相互关系和系统的优化 问题。又构成三个交叉系人机系统的

19、构成，可以分为人、机、环境三个子系统。对三个字系统的研究，各自独 立为一门学科，即人的科学、科学工程科学及环境科学。这三个子系统中两两相互交织，统，如图 2-1 所示图 2-1 人- 机- 环境系统的构成示意图根据系统学的第一定律，系统的整体属性不等于部分属性之和，其具体情况取决于系 统的组织 结构及系统协同作用的程度，因此，对人机工程学而言，即需要对人机环境每个 部分的属性进行深入 的研究，又需要对人机环境系统的整体结构及其属性进行研究，以达 到整体优化的目的。总体上，人机工程学由以下两个学术研究方向构成；( 1) 研究和试验 确定工程设计所必须知道的有关人的特性具体特征参数。( 2) 应用

20、和工程 设计宜人化的用品、工具、机器、环境程序、工作任务等。1? 人的特性的研究人是人机系统中最重要的、最活跃的环节，同时也是最难控制的环节。对人的特性的 研究，是 人机工程学的基础。人的特性研究可大体归纳为以下九个方面。(1)人体尺寸及人体测量技术 人体尺寸包括静态尺寸和动态尺寸。研究人体尺寸及 人体测量技术的基础学科是人体测量学。(2)人体的力学性能 人体力学性能包括人在各种状况下，其质量特性、质心位置、 肢体运动速 度、人的体力和耐力等参数的变化规律。研究人体力学性能的基础学科是人体 生物力学(3)人的劳动生理能力 人的劳动生理功能包括人的体力负荷、脑力负荷、人体反应 及疲劳机制等内容。

21、研究人的劳动生理功能的基础学科是劳动生理学。(4)劳动中人的心理过程 主要研究劳动中人的心理调节特点、心里反射的机制、心 理负荷及疲劳的心理机制等内容。研究劳动中人的心理过程的基础学科是劳动心理学。(5)人的信息传递功能 主要研究人对信息的接受、传递、存储、加工和输出的能力 及其机制， 为系统的系统编码、信息显示及控制装置的设计提供依据。研究人的信息传递 能力的基础学科是工程心理学。(6)人的可靠性主要研究人在正常情况下产生失误的可能性，为系统的可靠性设计 人的可靠性的研究是人机工程学特有研究方向之一。(7)人员选拔和训练研究人的及本素质的测试与评价、人员的选拔和训练等。(8)人的动作时间研究

22、 研究人的操作动作，寻求改善作业的途径，进行人的操纵动 作的合理设计。(9)人体模型 研究人的数学模型、物理仿真模型、人体模板等。2机的特性的研究 机的因素有很多，在此主要对机械、电气系统进行归纳，在一定程度上也有普遍代表 面的基础学科主要有机械、电子、电器、仪表、材料、建筑等工程技术学科。机的特性的研究内容可概括为以下五个方面。信息传达技术 包括仪表显示、声音信息传达、触觉信息传达、图形符号传达、编码 操纵控制技术 包括操纵装置、控制装置、控制系统、键盘技术等。安全保障技术 包括冗余性系统、机器保险装置、防止人的操作失误及失职的设施、 防方法、救援方法、安全保护措施、机器的放错设计等。提供依

23、据。对性。这方方法等。事故预警预动力仿真技术 包括受控对象的动力学建模、数学仿真技术、物理仿真技术等。宜人化技术主要是改善人的舒适性及使用方便性技术，如振动机噪声的控制和隔 离，座椅及用 具的宜人化设计等。3环境特性研究环境是十分广泛的概念，包括生产环境、生活环境、室内环境、室外环境、自然环境、 人造环 境等。概括起来，可以将环境归纳为两种形式；一是空间形式，即占有一定空间， 包围在人的周围， 给人以影响；另一种是实践形式，它在人的活动过程中发生、发展和变 化，并给人以影响。这两种形 式在某些情况下可随客观条件的变化而相互转化。有时可用 延长作业时间的方法来弥补作业空间的不 足； 反正，也可以

24、用作业时间的紧迫。环境特性的研究内容可归纳为以下五点 :(1)作业空间 如场地、厂房、机器布局、作业线布置、道路及交通、紧急脱险方法等。(2)物理环境 包括噪声、震动、照明、温度、气压、辐射等各种物理条件。(3)化学环境 包括有毒物质、化学性有害气体及水质污染等。(4)生物环境包括细菌污染及原微生物污染(5)美学环境 如造型、色彩、背景、音乐等4人 -机关系的研究(1)人机系统功能分配 研究系统中人的功能与机的功能之间的联系和制约条件， 研究人机之 间的功能分配方法。(2)人机界面优化匹配、人机界面优化设计等方法。(3)人机系统特性协调 研究机器的工作特性对操作之的身体、心理、文化素质以 及专

25、业技术 的要求，研究人的职业适应性、事故倾向性等。(4)人机系统的可靠性研究人机系统的可靠性设计和评价方法。(5)人机系统安全性 研究人机系统的安全性标准、评价方法、设计参数、以及典 型安全防护 技术等问题。5人-机 -环境系统总体性能的研究研究人 -机-环境系统的基本目的是为了获得系统的最优效果，即整个系统具有高的功 效、高的安全性，对人有高的舒适度及很好的生命保障功能。最优效果可概括为“安全、 健康、舒适、高效”八 个字。人-机 -环境系统总体性能的研究内容包括；系统总体性能的分析、评价：数学模型的 建立：仿真技术的应用；优化设计方法等。综上所述，人机学的主要研究内容可以概括为：1机器系统

26、中直接有人操作或使用的部件，应设计成便于操作者有效使用，以保证人 机系统的工作效能达到最优。2从保证人的安全、健康和舒适和高工作效率出发，提出环境控制和安全保护装置的 设计要 求。3人机系统总体设计的最优化。2.2人机工程学的发展史自人类社会开始，就有了原始的人机关系一一人与器物的关系。 原始人狩猎用的棍棒、 石块或 投枪，其尺寸、重量总是与人的体能相适应。大约两千四百多年以前的战国时期， 我国就出现了第一 部科技汇编名著考工记，它的历史与科学价值远文中外。第一次产业革命时期以蒸汽机的广泛使用为标志，以机器为主题的工厂取代了以手工 劳动为主 体的手工工厂。生产技术发生了根本变化，从手工进入了机

27、械时代，这一时期， 法国在纺织业机械上 使用了穿孔卡片进行程序控制和英国设计蒸汽机的调速器为代表，开 始实现自动控制和调节。于此相 适应，人机工程学开始由经验逐步上升为科学。德国学者 进行了著名的肌肉疲劳试验，他通过测量流 经人体的微电流的变化对人体的劳动疲劳进行 研究，该项研究可以说是科学人机工程学的开端。第二次产业革命时期，以内燃机贺电冬季的广泛应用为标志，生产技术从机械时代进 入电气时 代。美国学者进行了慕名的铁锹铲没作业的实验研究，从人机工程学的角度找出 了铁锹的最优设计及 铲运松散颗粒材料是每一铲最适宜的重量。以电子技术的广泛应用为标志为主要标志的第三次产业革命开始以来，随着工业技术

28、 的发展， 工程技术设计中与人的因素有关的问题越来越多， 人机协调问题显得越来越中药， 从而促进人机工程学的研究和应用得到广泛而迅速发展。人机工程学强调产品的“宜人性”，强调适合人的解剖、心理、生理条件，归根结底， 可以回 归为两个极朴素的要求；第一，看到它，马上知道他是做什么用的；第二，比较容 易弄清楚该怎么用。这两项要求是关于产品的“认知”问题，现在已经成了专门的研究方 向，叫做 “产品语言学”。其实从古代到近代机械科技的年代，产品的功能特征一般是很 直观的，并不存在多 少突出的认知问题。但是进入电子科技年代以来，情况发生了比较大 的变化，如今充满市场的各种电 子产品，几乎全是大大小小的方

29、盒子，如随身听、微波炉、 洗衣机等。科教、工业、医疗机械、类似 情况更是比比皆是。产品的形象，失去了和他功 能之间的联系，这显然不符合人们期望赋予物质产品 多一些精神价值的要求。产品的使用 方法也存在同样的状况；大量的电子产品，其操作差不多都是按 钮，一些产品上一排排的 按钮常使人不知所措，有些产品的按钮如果按错，还会引起事故。人机工程 学家认为，应 及时唤起设计界，、工业界对产品认知问题的警觉。“产品语言学”的研究目前正方兴 未艾， 将是人机工程学今后发展的重要方向之一。2.3机器设计中的人体因素在机器设计中特别是机动车辆设计中，着重考虑的人体因素大致可分为以下五个方面；（1） 人体做作业负

30、荷的耐受性 机器运转及其工作环境条件对操作者造成的体 力和精神上的负担，叫做作业负荷。人体对作业符合的耐受性是机器设计 中必须考虑的因 素。机器的操作及机器的运转所造成的环境因素，都必须 合理控制，使之适合人的 生理和心理特征，至少要为人体所能忍受，力争 处于人体舒适范围以内。（2） 人体尺寸 人体尺寸的静态和动态测量数据，是合理设计操作者的作业空 间、操作姿 势、操纵机构及操作座椅的基础。只有充分考虑人体尺寸的设 计，才能使操作者工 作时处于舒适的状态和适宜的环境之中，达到能量消 耗最少，疲劳程度最低和工作 效率最高的目标。（3） 人体的生物力学特性 设计适合于操作者使用的操纵机构，确定合理

31、的操 纵力、操纵 速率、操纵位移、操纵节拍和操纵准确度等，都必须以人的生 物力学特性为依据， 方能实现人机关系的优化匹配。（4） 人的感知响应特性 人的感知响应过程实质是信息向人体的输入、传递和 人对信息的 分析、处理并作出响应的过程，是人 -机-环境的中心环节。它 关系到人与机器的安 全、人的健康和舒适、操纵质量及作业效率等一系列 问题，是机器设计所必需考虑 的重要因素。（5） 人的适宜劳动姿势 操纵着在工作中保持舒适、自然和方便操纵的劳动姿 势，将有利于身体健康、有助于减轻疲劳、提高工作质量和劳动生产率。 因此，机 械设计时必须首先确定操纵着的工作姿势和体位，然后按照使人 体保持最适宜的劳

32、动姿势要求，合理设计机器系统及其有关部件键部分。也是人们第三章车体部分车体部分是整车的主体部分，既是全部零件的安装主体，又是决定整车骑行性能的关 其主要包括车架、前叉、车把三个部分。3.1车架结构形式与安装尺寸车架时电动自行车各零部件安装依附的主体部件，车架的结构决定了自行车的类型， 选购电动自行车的重要依据。3.1.1车架结构形式选择刚性车架，结构类型为 U 形，车架结构如图 3-1 所示图 3-1 U 形刚性车架3.1.2车架的安装尺寸 车架与其他零部件相配合部位的配合尺寸都有严格的规定如图 3-2 所示， A B C 、D四个部位尺寸都必须符合标准要求。图 3-2 车架结构配合尺寸标准1 前管， 2 上接头， 3后接头， 4立叉， 5 后平叉， 6中接头 ,7 下管， 8 下接头， 9 立管(1)前管车架前管尺寸如图 3-3 所示图 3-3 前管尺寸(2)中接头