电动游览车设计本科毕设论文.doc

电动车

第一章 设计任务来源

本次毕业设计由老师辅导,老师经过多方面的搜集资料研究课题,最后他发现电动车将是21世纪城市的主要的交通工具之一。根据相关的资料,随着经济的发展和人民生活水平的不断提高，城市的汽车保有量急剧提高，然而，燃油汽车的尾气排放已经是城市污染的主要来源，而且也给人们健康带来危害。电动车耗能低，噪音小，无尾气排放，绿色环保，可以为广大市民营造良好的生活环境。所以，电动汽车代替传统的燃油车是未来汽车工业发展的必然趋势。
我们设计的DDF-8电动游览车体积小、外型美观、能耗低、价格低；能够满足市民的多元化需求。该车可用于车站、高尔夫球场、高档小区、校园等场所。
起初，我们都认为这个课题没有什么难度，所以大家也就不急。但是，随着设计一步一步的进行，我发现了很多值得研究的问题，例如，机体内零部件的合理安置，某些重要零件的结构设计，车架的总体设计等等。我们在设计过程中，不断的发现问题，解决问题，从中感受到了机械设计带给我们的快乐以及那种难得的成就感，同时，也学会了怎样去思考问题和解决问题，这是书本上学不到的。这也是本次设计的最大收获。

第二章 总体方案设计

一、概述
DDF-8型电动游览车车的总体设计及其电传系统设计，包括电动车的总体外型设计、8人的座椅总体设计、功率的确定、车速的确定、车架设计、悬挂系统设计、制动系统设计、车桥设计等。
二、总体方案设计与论证
1、动力源的选择：
关于DDF-8的动力源问题，我们考虑了多种设计方案。首先，从环境保护方面，我们想到太阳能，因为太阳能不但无污染而且技术方面先进，操作易行。但目前我国太阳能技术还不够成熟，功率很小，若采用与机型相配合的尺寸，不能够达到所需要的功率，这一缺点也抑制了它在许多方面的启用，而且从使用场合方面，阴雨天也无法工作，另外价格昂贵，很难得到推行。鉴于以上几个方面的缺点，决定放弃这一方案。
电池是电动汽车发展的首要关键，要想在较大范围内应用电动汽车，要依靠先进的蓄电池经过10多年的筛选，现在普遍看好的氢镍电池，锂离子和锂聚合物电池。氢镍电池单位重量储存能量比铅酸电池多一倍，其它性能也都优于铅酸电池。但目前价格为铅酸电池的4-5倍，正在大力攻关让它降下来。锂是最轻、化学特性十分活泼的金属，锂离子电池单位重量储能为铅酸电池的3倍，锂聚合物电池为4倍，而且锂资源较丰富，价格也不很贵，是很有希望的电池。我国在镍氢电池和锂离子电池的产业化开发方面均取得了快速的发展。电动汽车其他有关的技术，近年都有巨大的进步，如：交流感应电机及其控制，稀土永磁无刷电机及其控制，电池和整车能量管理系统，智能及快速充电技术，低阻力轮胎，轻量和低风阻车身，制动能量回收等等，这些技术的进步使电动汽车日见完善和走向实用化。我国大城市的大气污染已不能忽视，汽车排放是主要污染源之一，我国已有10个城市被列入全球大气污染最严重的20个城市之中。我国现今人均汽车是每1000人平均10辆汽车，但石油资源不足，每年已进口几千万吨石油，随着经济的发展，假如我国人均汽车持有量达到现在全球水平---每1000人有110辆汽车，我国汽车持有量将成10倍地增加，石油进口就成为大问题。因此在我国研究发展电动汽车不是一个临时的短期措施，而是意义重大的、长远的战略考虑。
铅酸电池的应用历史最长，也是最成熟，成本售价最低廉的电池。当前存在的主要问题是一次充电的行程短，一般约在30-40；就是快速充电也要4-6h，且质量能只有。为此人们一直探索着如何改进铅酸电池的性能，开发能量效率更高、稳定性更好，电荷容量更大的新电池。
在改进铅酸电池性能方面，人们现在已在广泛使用免维护电池。免维护电池给人们带来了使用的方便性。为使使用铅酸电池更可靠，人们开发了胶体电池。胶体电池也是铅酸电池范畴的二次电池。它依然用密度为1.28g/的硫酸水溶液，但在其中添加了，电解液呈胶体状--乳白色的凝胶，构成了胶体电解质。胶体的状况会随着温度和电场的作用而变化。当电池放电时，胶体的凝聚性会更明显；温度降低，胶体内部溶液扩散迁移及传导性变差，内电阻增加。在温度升到30℃以上，外施单格电压超过2.6V，要产生充电气泡；充电时间过长，温度过高，特别是单格电压超过2.7V，胶体常常会发生水解，放出大量和，并伴有硫酸和水外溢，胶体变成了液态。如及时停止充电，下降温度，去掉外电压，胶体还可重新恢复。它的性能、价格与铅酸电池差不多，只是由于胶体电解质具有不易渗漏性，能保证电源使用的可靠性。即使电池壳体产生了裂纹也可继续使用，不会产生对车辆的腐蚀作用。因此其可适用于道路状况差(乡间土路)和用电负荷变化大的车辆，如在中西部地区的山区、半山区、乡村使用车辆的电池，军用车辆的起动用电池，以及由于环保要求，限制酸腐蚀的特种车辆等用的电池。由于电解质中有存在，在极板硫化过程中，会同时产生硫酸铅、硫酸锅结晶，从而防止了极板生成粗大的硫酸铅结晶体，使极板不易硫化，容易再次充电活化；不易丧失极板的多孔性；还能防止正极板上生出尖锐的硫酸铅突起，避免隔板被刺穿形成极板间短路。据统计，传统电动游览车、高尔夫球车、机场牵引车等动力源约90%采用铅酸蓄电池，每年全国报废的铅酸蓄电池达到30万吨。由于工艺和成本的限制，其中只有很少部分进行了无害化的回收处理。废弃电池导致的各种污染和病症经常见诸报端，由此导致的治理及医疗成本等更是难以计数。
燃料电池是以氢为燃料，能量转化效率最高，既无污染物排放又不产生温室气体二氧化碳的理想能量转化装置。二十世纪九十年代以来，车用燃料电池有了飞速的发展，于是各大汽车公司竞相开发燃料电池概念车。在这一技术领域各国累计总投资已达１００亿美元，并形成了日本丰田与美国通用、日本东芝与美国国际燃料电池公司、德国ＢＭＷ与西门子公司、美国福特与德国戴－克联盟等一批实力强大的跨国联盟。
燃料电池又叫氢能发动机。质子交换膜燃料电池（PEMFC）技术使目前世界上最成熟的一种能将氢气与空气中的氧气化合成洁净水并释放出电能的技术。
质子交换膜燃料电池（PEMFC）的优点主要有：
（1） 能量转化效率高。
（2） 可实现零排放。其唯一的排放物是纯净水（及水蒸气）。
（3） 运行噪声低，可靠性高。
（4） 维护方便。
（5） 氢是世界上最多的元素，氢气来源极其广泛，是一种可再生的能源资源，取之不尽、用之不绝。可通过石油、天然气、甲醇、甲烷等进行重整制氢，也可通过电解水制氢、光解水制氢、生物制氢等方法获取氢气。
（6） 氢气的生产、储存、运输和使用等技术目前已非常成熟、安全、可靠。
燃料电池的应用十分广泛：
（1）用作助动车、摩托车、汽车、船舶等交通工具动力，以满足环保对车船排放的要求并解决对石油燃料依赖过重的问题。
（2）可用作分散型电站与电源。
燃料电池应用前景广阔，市场潜力巨大，对产业结构升级、环境保护及经济的可持续发展均有重要意义。随着氢燃料电池的逐步普及及应用，人类将从目前使用碳氢燃料逐步转向使用氢燃料，从而告别化石能源而进入氢能经济时代。
专家们预言：21世纪将是氢能的世纪，然而，燃料电池的高成本以及氢能的供给问题是当前未能很好解决的难题。为此，进一步寻找低成本的燃料电池技术，更好地解决高效率制氢、高密度储氢以及燃料电池汽车的安全运行等问题仍有待进一步克服。
把成本和使用性能及环保等综合起来评比，最后决定采用以铅酸蓄电池为动力，用电机通过驱动桥间接带动后桥传动，这样使传动系统结构大大简单化。
2、总体设计方案
DDF-8电动游览车设计原则是：体积小、外型美观、能耗低、多元化需求。
（1）DDF-8电动游览车底盘选型燃料电池轿车是以我国一款成熟的轿车为原形的基础上进行改造设计的。DDF-8电动游览车底盘一般选用定型二类货车底盘或专用底盘。虽然定型汽车底盘技术性能好、质量稳定，但总体布局限制条件多。为优化结构，决定采用专用底盘，自行设计。可参见车架设计这一环节。
（2）总体设计说明，总体布置示意图如下所示：

（3）主要结构型式和主要技术参数
1）主要结构型式
电池： 3-DG-170
调速器： DC-C
电动机: XQ-3.0-1H
最大功率: 3.0kW
额定转速： 1500r/min
续驶里程： 80Km-90Km
2)主要技术参数
外形尺寸（mm） 3600×1200×1830
轴距（mm） 960
轮距（mm） 2460
最小离地间隙（mm） 114
最小转弯半径（mm） 4000
最大爬坡度 18%
整备质量（kg） 1000
最高车速 20km/h
轮胎 145/70R12
3．稳定性计算
1）纵向稳定性计算
根据《汽车理论》，DDF-8电动游览车低速上坡，保证不纵向倾翻的极限坡度为：

但此极限坡度受到车轮滑转的限制，为使车轮滑转发生在纵向倾翻之前，对于DDF-8电动游览车（后轮驱动）应满足（式中-附着系数，取0.8）。而该DDF-8电动游览车满足上述条件。
2）横向稳定性设计
在侧坡上直线行驶时，当坡度大到质心通过一侧车轮中心，而另一侧车轮的地面法向反作用力等于0时，则DDF-8电动游览车将发生侧向倾翻。显然，此时，
该角度大于GB725887《机动车运行安全技术条件》中规定的。

第三章 动力系统设计

电机是电动汽车动力系统的核心。电动汽车要求电动机在稳定运行时电流较小,在满负荷运行的情况下要求启动力矩较大。从蓄电池的容量而言要求电动机的比功率、比转矩和效率都尽可能的高。为使整车性能达到最佳匹配,还要求电动机功率必须满足整车的动力性,满足最高车速、爬坡、满载加速等性能要求。作为汽车三大动力性之一的加速性,直接影响汽车的起步、超车。由于电动游览车不会频繁起步和超车，因此对加速性的要求可放低点。另外，电动汽车所用牵引电动机应具有较大的调速范围，高效、低耗，各种配套的控制装置的重量要尽可能轻，系统噪声要低。另外，还要求可靠性好、耐高温及耐潮、结构简单、适合于大批量生产、使用维修方便、价格便宜等。

一、电动机参数的选择
随着科学技术的发展，应用于电动车上的电极也各式各样，层出不穷。因此选择合适的电动机参数是相当重要的。电动机的主要参数包括电动机类型、电动机额定功率和电动机额定转速。
1．电动机类型的选择
用于电动汽车驱动系统的电机主要有以下几种：直流电动机、交流电动机、永磁无刷直流电动机和开关磁阻电动机。在电动汽车所用各种牵引电动机中，直流电动机效率低、可靠性差、重量大；交流异步牵引电动机结构简单、运行可靠；永磁电动机和开关磁阻电动机相对应的性能也都较直流电动机优越，它们的基本性能比较见表1。

表7.1 电动汽车常用各种电动机的性能比较表
项目内容
直流电动机
交流电动机
永磁电动机
开关磁阻电动机
比功率
低
中
高
较高
可靠性
一般
好
优
优
结构坚固性
差
好
一般
优
外型大小
大
中
小
小
目前成本
较高
低
高
较高
控制器成本
低
较高
较高
一般

表7.2 美国通用汽车公司对各类电机的评价

直流电动机
永磁无刷直流电动机
开关磁阻电动机
感应电动机

最高效率
85～89
95～97
～90
91～94
10%负载时的效率
80～87
73～82

93～94
最高转速
4000～6000
4000～10000
15000以上
9000～15000
成本/单位轴功率
20～30
5～20

2.75～5
配套控制器的相对成本
1
3.7～6.0
4～10
2.5～3.0
电机的牢固性
好
尚可
优
优
参照以上的说明，结合电动游览车车实际工作情况，并考虑技术经济学。我采用串励直流牵引电机。下面简单介绍一下直流电机：
（1）直流牵引电动机结构
直流牵引电动机有转子电枢绕组和定子励磁绕阻、机座和电刷换向装置等主要部件组成。串激式直流电动机的电枢绕组和励磁绕组串联，而它激式直流电动机的励磁绕组和电枢绕组是分开的。
（2）直流电动机工作原理
直流电动机接上直流电源后，励磁绕组将有励磁电流通过，建立磁场。这磁场在空间固定不动，当电枢绕组经电刷和换向器的滑动接触而通过电流时，受到固定不动的励磁磁场的作用而产生电磁力，力的方向可按左手定则判定，通过控制电枢及励磁绕组的电压、电流大小调节直流电动机的转矩和转速，电枢的转动带动汽车轮子转动而驱电动汽车。
（3）直流电动机特点
直流电动机以前通过电阻降压调速，这要消耗大量能量。目前多数采用直流斩波器来控制它的输入电压、电流，根据直流电动机输出转矩的需要，脉冲输出和变换直流电动机所需从零到最高电压，来控制和驱动直流电动机运转。直流电动机的容量范围大，可以根据需要选用。其制造技术和控制技术都较成熟，驱动系统也较简单，价格便宜。但直流电机在结构上有电刷、换向器等易磨损件，因此存在维修保养困难、寿命较短、使用环境要求高。
2．电动机额定功率的选择
电动机的额定功率若选小了,则电动机经常在过载状态下运行,会因过热而过早损坏,还有可能承受不了冲击负载或造成起动困难。额定功率若选得过大,电动机经常在欠载下运行,其效率及功率因数等指标变差,使综合经济效益下降。正确选择电动机功率应考虑动汽车最高车速、爬坡、满载加速等性能要求。
(1)最高车速:作为电动游览车多数情况下是以中、低速行驶,因此,最高车速可以定得低些。
(2)加速性能:一般来说,电动汽电动机的储备功率越高,加速性越好,但又会使电动机经常处于欠载下工作。为了不浪费能源尽可能提高电动机的使用效率,其加速性考虑到行驶工况的复杂性,如坑洼路面、坡度、满载启动加速等,这就要求电动机有一定的过载能力,能发出高于额定转矩1. 5～3倍的转矩 。同燃油汽车一样,设计中一般先从预期的最高车速来初步择电动机的功率,使功率大体等于、但不小于以最高车速行驶时行驶阻力功率之和。
①根据燃油车发动机功率选择计算式：

Pemax为电动机的最大功率（kw）；
ηT为传动效率，对于驱动桥用单级主减速器的4×2汽车可取为90%；
m a 为汽车总质量（Kg）；
g为重力加速度m/s2
fr滚动阻力系数，fr其范围为0.015～0.020；V用最高车速代入。
CD为空气阻力系数货车取0.80-1.00，轿车取0.30～0.35，大客车取0.60～0.70；A 为正面投影面积（㎡）；vamax为高车速（km/h）。
根据上式，结合实际情况，我们取ηT为0.90，ma为1000Kg，g=9.8m/s2，fr=0.015，CD为0.80，A=1.9125㎡，=20Km代入①中：
可求得Pemax=3.0kw
3．电动机额定转速(或额定频率) 的选择
额定功率相同的电动机,额定转速高时,其体积小、重量轻、价格低、效率功率因数也较高,且从整车性能来说既可减少实际运行过程中的机械损耗,也可控制系统提供较大的调速范围,因此电动机转速越高越有利。但在汽车的行驶速度一定时,电动机的额定转速越高,则传动速比大,有可能加大主减速器的速比和尺寸 。而在此车中，我们是将电机的输出直接引入后桥主减速器上的。最高时速选为20km 。
综合考虑以上因素，结合电机的速度范围，我们取电机的额定转速取为1500r/min左右。
结合以上几点，我们选取XQ-3.0-1H。其主要参数表3：
XQ-3.0-1H主要参数
型号
XQ-3.0-1H
额定转速
1500r/min
重量
56Kg
额定功率
3.0kw
励磁方式
串励
防护形式
IP20
额定电压
48V
机座外径
242mm
额定电流
139A

二、电动机调速器的选择
电动机调速控制装置是为电动汽车的变速和方向变换等设置的，其作用是控制电动机的电压或电流，完成电动机的驱动转矩和旋转方向的控制。早期的电动汽车上，直流电动机的调速采用串接电阻或改变电动机磁场线圈的匝数来实现。因其调速是有级的，且会产生附加的能量消耗或使用电动机的结构复杂，现在已很少采用。目前电动汽车上应用较广泛的是晶闸管斩波调速，通过均匀地改变电动机的端电压，控制电动机的电流，来实现电动机的无级调速。在电子电力技术的不断发展中，它也逐渐被其他电力晶体管（如GTO、MOSFET、BTR及IGBT等）斩波调速装置所取代。在选择调速器时首先要考虑满足电动机功率的要求, 此外, 还要考虑调速器能根据整车的行驶要求, 按照预定的调速逻辑对电动机进行控制。通过在网上查阅各种控制器的资料最后我们选择了山东火云公司生产的调速器， 火云公司系列直流电机斩波调速器采用电动车专用控制电路和国际上先进的SMD工艺制成，能使电机运行更加平稳，减少电机和蓄电池发热，延长电机和蓄电池的使用寿命，高效节能，性能稳定可靠，应用范围广，适应性强。其主电路基板为本公司独家研制生产的陶瓷覆铜板（DCB），导电性、绝缘性和耐久性国际领先。产品选用模块封装，将主电路与斩波调速控制电路集成在一起，体积小，安装方便；封装材料防潮、抗老化；外型美观、精巧。其主要技术参数如下：
表7. 4 DC-C型调速器参数
型号
额定工作电压
额定工作电流
瞬时最大电流
适用电机
DC-C
48（V）
80（A）
500（A）
1500～3000（W）
三、蓄电池的选择
选择蓄电池时, 所选择的蓄电池、电动机及控制系统必须合理匹配,电动汽车才能获得高的性能与效率，同时使汽车更具经济性。
蓄电池参数的选择主要包括蓄电池类型、蓄电池电压与蓄电池容量这三方面。在选择时主要考虑以下几点：
（1）不同类型的蓄电池其性能价格比都不一样, 选用何种类型的蓄电池, 既要考虑改装后车辆的动力性指标,也要考虑其价格因素。目前, 一些高能电池如镍氢电池、锂电池、燃料电池等, 由于其价格昂贵, 不适合我国的国情, 而铅酸电池由于其技术较成熟, 比功率也较大, 且价格便宜, 因此在我国比较普及, 用得较多。
（2）蓄电池的电压高些, 在一定功率条件下, 电流较小,从而可以减少线路的功率损失。但另一方面受安全性影响和电子元件性能的限制, 电压也不宜太高, 一般在240V 以下。
（3）蓄电池的类型一定后, 其容量随蓄电池质量的增加而增加, 从而可使续驶里程也增加, 但蓄电池质量的增加又受汽车的空间结构及底盘承载能力的限制, 故蓄电池的容量也不宜太大。
在选型进行之前，必须对整车功率进行计算：
=2.5（Kw）

根据电池的放电规律，电池的标准放电时间一般为5小时。因此我们的连续行驶时间也为5小时。
=5×2.5=12.5（ Kw）
综合考虑以上几点，并通过上网查阅各蓄电池生产厂家的资料我们最后选择了镇江通达蓄电池厂生产的电池，其主要参数如下。
表7.5 3-DG-170蓄电池参数

型号
5小时额定容量
（Ah）
最大外型尺寸
参考质量
容量材料
极柱数量
单体电池电压
长
宽
高
总高
无液
（Kg）
带液（Kg）
L
W
H
H
3-DG-170
170
245
190
275
288
20
28
PP
2
6（V）
至于电池单体的个数可由下式确定：
取整为Z=8。

第四章 车架设计

一、车架总体设计前的注意事项
1．车架总体设计要求
电动游览车是以我国一款成熟的电动游览车为原型车的基础上进行改制设计的。首先,按照汽车车身设计的一般原则确定汽车车身的基本参数,包括总长,总宽,总高,轴距,离地间隙,接近角、离去角等,并初步画出汽车的外形草图,如图下所示。

在确定汽车的基本参数和外形特征时，由于要最大可能借用原型车的零部件,如前后悬架、转向系统、制动系统、仪表板、座椅等，所以充分考虑了原型车的基本参数和外形，基本做到各种参数与原型车的相同或相近，然后，在草图上进行初步布置。
燃料电池汽车的各个动力总成部件被分别布置在车架的后部。在进行这些部件布置时,由于蓄电池和燃料电池堆被分别安装于座椅下方,发现如果按照原型车的空间进行布置时，燃料电池汽车车架的最小离地间隙过小将无法满足法规的要求,经讨论研究决定将车身骨架适当的抬高,然后在车架设置铁篮用以放置燃料电池,以满足总成的布置空间要求。
2．功能性和工艺性的要求
在设计车架的钢管件的形状和连接时必须根据车架的功能性和生产的工艺性来设计，同时还要尽量使设计的车架造型美观。
在功能性方面需要注意如下几点：
1）车身的关键定位点，如前、后悬架与汽车车身的连接点，转向器与车身的连接点，必须确保与原型车一致，不得任意变动。车架取消了副车架，悬架下摆臂直接用支架安装在车架上，前悬架与车架的连接采用碗状结构，后悬架与车架的连接处采用槽钢连接，可以较好地保证安装精度。
2）车架的外形设计不得与汽车运动部件的运动相干涉。如前后轮胎的跳动，前轮转向，转向杆的运动等。在设计中参考了原车的轮包的位置，车架梁不应与原车轮干涉。同时也要尽量避开转向器拉杆和汽车传动轴的运动位置。
3）车架的纵梁和横梁的位置布置应满足燃料电总成的安装要求。且尽量保证各个总成的安装方便可靠。如在电动机的安装位置布置电动机横梁，车架底部纵梁的间隙与蓄电池组和燃料电池堆的宽度相适应以利于这些部件的安装。
工艺性方面需要注意如下几点：
1）在设计钢管的走向时，尽量避免了小半径的圆弧和过多的折线；尽量采用平面曲线，避免空间曲线；曲线部分应保证圆滑过渡，管路尽量垂直相交。小半径的圆弧将造成钢管过分拉伸和褶皱，易出现应力集中和裂纹。
2）在满足结构强度的情况下，尽量减少汽车车架钢管的数量和钢管的壁厚，以减轻汽车车架的总体质量。
3）在钢管的接头上，应避免多根钢管焊接于同一点，造成焊接施工的不便。有些焊接点在内部的，焊接处周围应留有适当的空间使焊枪能够伸入作业。
3．车架设计的基本原则
车架是车辆的骨架，是车辆上用以安装和固定各主要总成、零部件、乘客、专用设备及装置的主要承载件。车架在其使用过程中，不仅要承受由悬架系统所产生的各种反力的作用，而且要承受车辆行驶过程中所产生的各种动载荷的作用，因此，车架还是一个受力很大且受载情况十分复杂的部件。车架设计的基本原则是：
1）具有足够的强度，车架的主要零部件不受应力而破坏。
2）具有足够的抗弯刚度。最大弯曲挠度应小于10mm，以免车架上的总成因变形过大而早期损坏。
3）车架要有合适的扭转刚度，一般两端的扭转刚度大些，而中间小些。
4）车架的自身总量要轻。一般应在汽车整备质量的10% 左右。

二、车架结构设计和材料选择
1．纵梁的结构设计
（1）纵梁为车架的主要承载零件，在汽车行驶当中受较大的弯曲应力。因此，本车架纵梁采用两根抗弯性能较好的平直梁结构, 长度3100mm ,高度170 mm , 宽度734mm。
（2）纵梁的截面为槽形。槽形便于批量生产和加工，有利于等强度设计，强度和刚度也能满足。矩形易保证强度和刚度，但不便加工，不便与横梁连接，且不易做到等强度设计。故采用槽形截面。槽形断面如图所示，高63mm，宽40mm，厚7.5mm。在查询了国内外已完成的车架的资料，结合本车架结构和承载的特点，初步确定采用6.3材料为16Mn的槽钢。
图8.2

2．横梁的结构设计
横梁的主要作用是连接左右两根纵梁成一完整的框架，保证车架有足够的扭转刚度。一般车架的刚度是两端大，中间小。
（1）车架前部的横梁布置
由于本车架前部装有前覆盖件和转向机构，因此为了保证驾驶室在汽车行驶当中不致扭坏，转向系统不致由于车架的挠曲变形而影响转向特性和操纵稳定性。因此在前端布置了两根抗弯强度较大的槽形梁（即第一横梁和第二横梁）。第二横梁采用整体贯穿式, 槽形断面高63 mm、宽40 mm , 采用厚7.5 mm的16M n 槽钢，第一横梁开有保险杠安装孔。
（2）车架后部横梁布置
由于本车的电池放在后轮前部的车架上，固在车架的中后部布置了两根横梁，横梁上焊有吊儿，用于安装电池。该车后钢板弹簧为平衡悬架，悬架支座只与大梁的侧翼面连接。为了保证汽车操作稳定，减少轴转向，提高侧倾的稳定性，这一部分设计刚性也应较大。电机的质量较重，固在车架后部布置了一根横梁，梁上开有螺纹孔，用于加固电机。在车架尾部布置了一根槽型梁，用于安装车的后地板。
（3）车架中部横梁布置
由于车架前部和后部的弯曲、扭转刚度均较大，因此车架的变形（弯曲、扭转）均集中在中部，这一段应允许有一定的挠曲变形来避免车架的早期损坏。因此，布置了两根跨度较大的槽型梁。
3．加强梁的布置
（1）车架中部（即前悬后支架到平衡悬架支架之间）所受弯矩、扭矩最大，而且还是水平方向弯曲最大的部位。因此在这一区域应加加强梁，由于下翼板所受弯曲应力较大，因此，加强板梁在纵梁内侧紧贴下翼板，为了避免下翼板由于钻孔而导致抗弯强度下降，除与后加强板重叠部位，该加强梁与纵梁连接。
4．纵梁与横梁的连接
纵梁与横梁的连接方式有主要有两种，一为铆接，二为焊接。为了简化车架，采用焊接。如图所示：

5．注意开孔对车架的影响
要尽量避免在高应力区和车架上翼缘自由端附近开孔。

第五章 覆盖件与座椅的设计
一：概述
1. 前言
社会不断的向前发展，对与物质文明的享受有非常大的提高，所以在设计覆盖件与座椅的同时就要充分的考虑人机关系，当然人的审美观念也发生了，所以设计时也要适应社会的变化。本车是电动游览车，如果它颜色造型很自然得体。那么会给整个过程带来一中美的效果，本着这样的原则设计了覆盖件与座椅，覆盖件与座椅技术美学设计的目的是，使覆盖件与座椅的骨架结构、造型风格、内外装饰和整体造型与人的心理需要相协调，与自然美融为一体。
　　覆盖件与座椅是整机的重要组成部分，其造型美和外观美对整机的外在形象影响很大。在设计覆盖件与座椅时，首先要注意造型结构设计与功能之间的协调统一，在符合结构、使用和工艺要求的前提下，使外形给人以美观协调的感觉；同时要注意整体性要求，即覆盖件与座椅与整机的整体观念，注意整机的侧向视觉效果和立面造型的协调，覆盖件与座椅与整机的外部轮廓应自然沟通成形；另外还要注意涂装工艺和色彩设计符合美学的要求。
2. 设计的要求
人们心理上的美感是最高、最复杂的一种感觉美，很难对其进行量化评价。工程设计人员只有加强修养，在设计过程中把人们的心理美感与产品的造型美统一在大多数人所能理解和接受的范围之内，才能使技术美学在产品设计中得到完美的体现：
1） 技术美学与覆盖件与座椅的造型与结构设计
　　覆盖件与座椅的造型与结构设计的主要要求是：安全、舒适、外形美观、结构合理、操作方便，符合人机工程学原理，其技术美学设计主要体现在以下几个方面。
２） 外形线条
　　传统的覆盖件与座椅的外形线条是直线加棱角，由于直线形结构具有工艺简单的特点，因而在我国早前获得广泛的应用。但单纯的直线线条不符合人们的审美要求，圆弧和曲面更能体现自然美的特点。异型管弯曲成形的圆弧框架结构，给人以线条流畅、自然、美观的感觉。金属薄板件压延成形、模具成形、无骨架双层板拼焊的圆弧，以及曲面流线造型，具有精美、流畅、自然等优点。
3 ） 强度和刚度
　　强度和刚度严重制约技术美学的充分发挥，如果覆盖件与座椅的强度和刚度不够，不但影响其密封性能，也会因结构件产生弯扭变形而影响造型美观。覆盖件与座椅的主体强度和刚度可通过对结构件进行强度校核、刚度校核和利用计算机进行有限元分析确定。
5 ） 生产条件和工艺
　　现代科学技术和数字技术的广泛应用为覆盖件与座椅的技术美学设计提供了可靠的技术支持和保障。采用数控弯管机弯曲成形工艺，可使异型无缝管形成结构强度好、造型美观的圆弧；智能化的数控激光切割机下料，数控折弯机成形制造工艺，可制造出各种优美的曲面。在结构件拼焊方面由机器人焊接代替传统的人工焊接，可以使焊缝均匀规则，体现完美的设计要求。
　　另外，覆盖件与座椅总成的概念也在日臻完善。国际上有多家生产厂商已经形成了包括覆盖件的结构总成、电气仪表总成、操纵装置总成、座椅和仪表盘支架总成及舒适软化的汽车内部装饰的配套生产体系。
3. 技术美学与覆盖件的涂覆设计
　　驾驶室的涂覆设计与覆盖件的造型结构设计一样，也是覆盖件技术美学的一大分支。内外表面的涂覆设计和色彩设计虽然只占覆盖件制造工序中很小一部分，但是对于汽车形象的认知印象却起到很重要的作用，在某种程度上汽车表层的涂覆及色彩的搭配直接影响着产品的形象和生命力。
1） 涂装工艺
　　表面处理、喷涂与干燥是汽车覆盖件涂装的三大工序。表面处理主要包括表面清洗、刮腻子等工序，刮腻子与技工的技巧、经验有关，要选派技术熟练的工人，严格按程序操作程序去完成。喷涂质量不仅与技工的操作技巧有关，新设备、新技术的采用对提高喷涂质量也有着积极作用。国内传统的用压缩空气来完成喷涂工序难以保证质量，主要因为压缩空气中的残余水分、油雾和尘埃对产品质量影响很大。德国Kurj Schmidt公司生产的真空热喷涂装置，喷涂质量就非常高。专用喷漆烤漆房对提高机件的干燥质量也非常有帮助

二、座椅设计
座椅设计糅合了人体工程学的概念。有系统分布的拨杆和踏板，一目了然的仪表板，使汽车的操作更容易、更安全。力至优的汽车视野佳、操控容易、设有舒适的座垫、可调校的驾驶椅、低车身设计使上/下车更方便。以上各优点使操作员更舒适，减少开车的疲劳，提高安全性及工作效率。
1 H点和R点的选取
H点和R点分别是驾驶座椅内尺寸布置和测量的基础。跨点H指座椅调整至最后最下位置时乘员乘坐在座椅上大腿与躯干相连的旋转点，按标准规定的方法和程序用H点测量模型测得。
座倚参考点R点是设计时的确定点，其意义与H点是一致的，区别在于点是设计时事先按经验确定的，而H点是实物测量得到的。H点应落入以R点的中心、水平边30mm，垂直边20mm的方框中（靠背角与设计值相差不大雨）,否则应修正设计。
2 眼椭圆
眼椭圆是数量男女驾驶员眼睛位置的分布范围，呈两个椭圆体形状，眼椭圆的大小因包含驾驶员数量（百分比）的不同而不同。一般用90%驾驶员数量的眼椭圆（简称902%眼椭圆）校核视野、风窗刮水器刮扫面积、除霜除雾范围及仪表反光等性能（见图）眼椭圆中心位置因座椅前后调整量亦即跨点行程而和靠背角度的不同有所变化，变化范围见表和表。眼椭圆大小（长短轴尺寸）与跨点行程和驾驶员数量（百分比）的关系，见表和见表
表9.1 眼椭圆中心因跨点行程引起的变化量
跨点
行程
到X-X轴
距离
到Z-Z轴
距离
到Y-Y轴
距离（左眼）
到Y-Y轴
距离（右眼）
102
+1.8
-5.6
-6.4
+58.0
114
-6.4
-6.4
-5.6
+58.0
127
-10.7
-7.1
-5.1
+59.0
140
-17.0
-7.6
-4.3
+59.7
152
-20.3
-8.4
-4.1
+60.2
165
-22.9
-8.4
-4.1
+60.5

表9. 2 靠背角不同引起的眼椭圆中心的变化量
靠背角（）
水平位移
（㎜）
铅直位移（㎜）
靠背角
（）
水平位移（㎜）
铅直位移（㎜）
5.6
-186.4
27.6
23
-17.5
4.9
6.0
-176.5
27.3
24.0
-8.7
2.5
7.0
-166.6
27.0
25.0
0
0
8.0
-156.8
26.5
26.0
8.6
-2.6
9.0
-147.1
25.9
27.0
17.2
-5.4
10.0
-137.4
25.1
28.0
25.8
-8.2
11.0
-127.8
24.3
29.0
34.2
-11.2
12.0
-118.3
23.3
30.0
42.6
-14.3
13.0
-108.8
22.2
31.0
50.9
-17.5
14.0
-99.4
21.0
32.0
59.2
-20.8
15.0
-90.0
19.7
33.0
67.4
-24.3
16.0
-80.7
18.3
34.0
75.6
-27.9
17.0
71.5
16.7
35.0
83.6
-31.5
18.0
-62.3
15.0
36.0
91.6
-35.4
19.0
-53.2
13.2
37.0
99.6
-39.3
20.0
-44.2
11.2
38.0
107.5
-43.3
21.0
-26.3
7.2
40.0
123.0
-51.8

表9.3 眼椭圆长轴长度（mm）

跨点行程
侧视图与俯视图中长轴长度
90%
95%
99%
102
109
147
216
114
122
160
229
127
135
173
241
140
147
185
254
152
155
193
262
165
160
198
267
指驾驶座椅数量百分比。
表9. 4 眼椭圆短轴长度（mm）

侧视图与俯视图中短轴长度
90%
95%
99%
侧视图
77
86
122
俯视图
82
105
145
指驾驶员数量百分比。

3．驾驶员操作作业区及操作力
驾驶员手脚的操作作业区，取决于驾驶员的约束条件（佩带二点或三点式安全带）、座椅尺寸参量及男女驾驶员的比例。经常使用的操作条件布置早操作作业区内。
操作力是引起驾驶员驾驶疲劳的主要因素。操作力过大容易疲劳，过小不易分辨。按忸的手控操作力在20~50N之间。配置间距为60~90mm。
4．生理与心理反应
人体负担可用测量呼吸的氧气消耗量的方法，即能量代谢法来评价。振动对人体影响的规律一般是：频率不变时，能量代谢随振幅的增加而增加；振幅不变时，能量代谢在5~6时呈现峰值，反映出人对该频率的震动是不适应的。精神负担可用测量心跳、皮肤电阻（反映出汗）、呼吸等得出。疲劳程度可用闪光检查发来测量。当闪光频率逐渐增加到变成连续光的一瞬间，称为临界闪光频率。随着疲劳程度的增加，临界闪光频率降低。疲劳程度以作业前后临界闪光频率的比值来衡量。
5．内部座椅布置尺寸
根据人机工程学以及设计积累的经验，并遵照有关的标准，在图1 和表5中给出了驾驶室尺寸布置
表9.5
符号
内容
货车和客车
轿车

A