城市純電動中型客車的總體設(shè)計【2張CAD圖紙+PDF圖】

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在“節(jié)能低碳”呼聲愈高的今天，發(fā)展新能源車逐漸成為當前汽車工業(yè)的潮流所趨，各類新能源技術(shù)的研發(fā)如雨后春筍般涌現(xiàn)。而我國不久前出臺的個人購買新能源汽車補貼政策和《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》則是直接傳遞出更為明確的信號——在節(jié)能與新能源汽車的技術(shù)路線方面，我國政府將選擇以純電動汽車為主的戰(zhàn)略趨向，實現(xiàn)汽車工業(yè)跨越式發(fā)展。這樣，純電動汽車再次被推上了新能源汽車產(chǎn)業(yè)化進程的風口浪尖。 純電動汽車是完全由可充電電池提供動力源的汽車。它利用蓄電池作為儲能動力源，通過電池向電機提供電能，驅(qū)動電動機運轉(zhuǎn)，從而推動汽車前進。從全球汽車業(yè)的情況看，隨著動力電池技術(shù)的不斷進步，純電動汽車也實現(xiàn)了快速發(fā)展，并逐漸朝著產(chǎn)業(yè)化方向邁進。 我國推動純電動汽車產(chǎn)業(yè)化有良好的發(fā)展基礎(chǔ)。目前我國電動自行車、電動摩托車等輕型電動車保有量已經(jīng)超過5000萬輛，且輕型電動車產(chǎn)銷量已經(jīng)超過全球的90%。輕型電動車的發(fā)展在潛移默化地影響消費者的同時，也帶動了國內(nèi)動力電池、電機等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。近幾年，我國純電動客車市場發(fā)展迅速，研發(fā)投入持續(xù)提高。我國研發(fā)的純電動客車主要有公交客車和旅游客車。其中純電動公交客車占85%；豪華旅游客車占12%，其它用途市場份額很少占3%。 新能源汽車未來逐漸替代傳統(tǒng)汽油車已成為各國發(fā)展汽車產(chǎn)業(yè)的共識，作為核心部件的動力電池則更被企業(yè)和投資者看好。當前許多知名的汽車制造商都致力于開發(fā)動力電池的電動汽車。 ????日本東京電力公司宣布，將帶頭參與有關(guān)的基礎(chǔ)建設(shè)，明年在首都率先建200多個充電站，三年后將增加到1000個以上，為電動汽車解決好“肚子問題”，為新車型的上市做好基礎(chǔ)準備。而且，日產(chǎn)汽車相關(guān)負責人稱，預(yù)計旗下Leaf等電動車的電池成本，四年內(nèi)可望大幅下降。日產(chǎn)將于今年底在日本、美國和歐洲推出Leaf電動車。 ????美國底特律三巨頭在削減皮卡、大型SUV車型的同時，也將大筆研發(fā)費用砸在新能源車型的開發(fā)上，而通用汽車在2010年推出的新能源汽車雪佛蘭Volt被寄予更高的希望。按照底特律方面的分析，以通用這款車為代表的新能源汽車應(yīng)該成為新的美國汽車精神的標志。 ????歐洲車企似乎對電動車沒什么興趣，而是在氫動能或是燃料電池車方面建樹頗多，這也代表了歐洲車企對未來車市的一個把握方向。不過，盡管歐洲車企不像日本、美國那樣對電動車充滿憧憬，但還是有一些車企開發(fā)出了一些電動車型。例如，大眾近日推出了可再生能源驅(qū)動的電動車輛高爾夫“TwinDrive”。這輛高爾夫“TwinDrive”同樣是采用目前最為流行的“插電式（Plug-In）”混合動力技術(shù)，在電力驅(qū)動模式下可行駛50公里。 在純電動車的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面，國外已經(jīng)進行了不錯的嘗試。日本東京目前有87個充電站，樓宇、路旁的充電樁隨處可見。在美國加州斯坦福大學里，有專供電動汽車充電的停車位，每兩個車位之間就有一個充電樁。而且美國的家庭普遍擁有車庫，充電問題更易得到解決。 政治家指出：一個國家的領(lǐng)導人，無不關(guān)心本國的能源安全。石油是國防力量的血液，是頭號戰(zhàn)略物資。要對其厲行節(jié)約。發(fā)展電動車是時代賦予我們的使命，國務(wù)院領(lǐng)導同志極為重視。不論是從應(yīng)對能源和環(huán)境的挑戰(zhàn)出發(fā)，還是從現(xiàn)實中國汽車產(chǎn)業(yè)的跨越式發(fā)展出發(fā)，我們都必須這樣做。 科學家指出：石油是高品位的化石燃料，由千萬年生成，是不可再生能源。社會發(fā)展快速消耗使其日趨稀缺，面臨枯竭。電動車的前途在于可使用二次能源電力，而電力除火電外，還有水能、風能、太陽能、核能等多種清潔的、可再生能源的發(fā)電所支持。發(fā)展電動車可實現(xiàn)能源資源和電力資源的合理利用。電動車是新世紀交通車輛的理想選擇和發(fā)展方向。 經(jīng)濟學家指出：理解我們的汽車企業(yè)家，心中那份對傳統(tǒng)汽車工業(yè)難以割舍的感情。但是，在商言商，我們必須為眼前處境三思而行。且不說我們在傳統(tǒng)汽車上比人家有20年的技術(shù)差距，再花上1600個億也難以與之并肩，已經(jīng)失去了趕超機遇，何況人家早已設(shè)置了利益壁壘，在等著我們左突右沖，叫你無功而返呢。 光說石油資源日趨稀缺，就足以將我們的汽車工業(yè)引向不歸之路。我國學者曾對美國的汽車戰(zhàn)略做過認真研究，美國之所以將汽車戰(zhàn)略的重點放在傳統(tǒng)汽車上，是因為他們在汽車及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)上投入大積累厚，優(yōu)勢高。盡管他們也認識到電動汽車將取代燃油車，為眼前利益他們也只能硬著心腸往前走了。而我國則不同，沒有他們那種傳統(tǒng)汽車包袱。從各方面來說，發(fā)展節(jié)能環(huán)保型電動汽車，都是中國汽車工業(yè)的最佳選擇。在電動車領(lǐng)域，我們幾乎與發(fā)達國家同步。差距還不算太大，絕對是我們極好的趕超機會。 社會學家指出：城市化使人口集中，交通擁擠，燃油汽車在密集的人群中排放有害氣體，其危害程度是可怕的。這只是多數(shù)人有所不知而已。陳清泉院士說過，在美國因空氣污染引發(fā)疾病所需花費的關(guān)懷費用約等于每燒1加倫汽油1美元。按這標準計算，我國一臺公交汽車每天耗油60升所引起的疾病關(guān)懷花費為每天130元。這130元的環(huán)境成本原來是受害者承擔了!可見燃油汽車比電動汽車的所謂“經(jīng)濟性好”，原來是以公害為代價！目前世界上有10個污染最嚴重的城市，就有七個在中國。老外來中國工作競享受本國的有害補助！嚴重地降低了我國城市的綜合競爭力。環(huán)境制約著我國的可持續(xù)發(fā)展。發(fā)展電動車將改善這一切。 2、目的和意義 隨著能源問題和環(huán)境問題的日益突出，現(xiàn)有車輛使用的動力方式已經(jīng)不能很好的適應(yīng)未來社會發(fā)展的需要。為此，電動汽車的發(fā)展得到了廣泛的關(guān)注，各種類型的電動汽車也在研究和開發(fā)之中。 純電動汽車是一種采用單一蓄電池作為儲能動力源的汽車，即以車載電源為動力，用電機驅(qū)動車輪行駛，符合道路交通、安全法規(guī)各項要求的車輛。它利用蓄電池作為儲能動力源，通過電池向電機提供電能，驅(qū)動電動機運轉(zhuǎn)，從而推動汽車前進。目前，電動汽車的電池種類主要包括鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池和鋰離子電池等。 ????早在近年北京車展之時，一些中外主流汽車企業(yè)都亮出了自己的電動汽車。與傳統(tǒng)燃油能源汽車相比，電動汽車在經(jīng)濟性能和環(huán)保性能方面都具有比較獨特的優(yōu)勢。 ????首先，電動汽車無內(nèi)燃機汽車工作時產(chǎn)生的廢氣，不產(chǎn)生排氣污染，對環(huán)境保護和空氣的潔凈是十分有益的，幾乎是“零污染”。而且，電動汽車無內(nèi)燃機產(chǎn)生的噪聲，電動機的噪聲也較內(nèi)燃機小。 ????其次，電動汽車較內(nèi)燃機汽車結(jié)構(gòu)簡單，運轉(zhuǎn)、傳動部件少，維修保養(yǎng)工作量小。當采用交甲型H1N1流感應(yīng)電動機時，電機無須保養(yǎng)維護，更重要的是容易操縱。 ????再次，電動汽車的研究表明，其能源效率已超過汽油機汽車。特別是在城市運行，汽車走走停停，行駛速度不高，電動汽車更加適宜。電動汽車停止時不消耗電量，在制動過程中，電動機可自動轉(zhuǎn)化為發(fā)電機，實現(xiàn)制動減速時能量的再利用，因此有利于節(jié)約能源和減少二氧化碳的排放。 ????最后，電動汽車的應(yīng)用可有效地減少對石油資源的依賴，可將有限的石油用于更重要的方面。除此之外，如果夜間向蓄電池充電，還可以避開用電高峰，有利于電網(wǎng)均衡負荷，減少費用。 發(fā)展電動汽車必須解決好4個方面的關(guān)鍵技術(shù)：電池技術(shù)、電機驅(qū)動及其控制技術(shù)、電動汽車整車技術(shù)以及能量管理技術(shù)。 電池是電動汽車的動力源泉，也是一直制約電動汽車發(fā)展的關(guān)鍵因素。電動汽車用電池的主要性能指標是比能量(E)、能量密度(Ed)、比功率(P)、循環(huán)壽命(L)和成本(C)等。要使電動汽車能與燃油汽車相競爭，關(guān)鍵就是要開發(fā)出比能量高、比功率大、使用壽命長的高效電池。 到目前為止，電動汽車用電池經(jīng)過了3代的發(fā)展，已取得了突破性的進展。第1代是鉛酸電池，目前主要是閥控鉛酸電池(VRLA)，由于其比能量較高、價格低和能高倍率放電，因此是目前惟一能大批量生產(chǎn)的電動汽車用電池。第2代是堿性電池，主要有鎳鎘(NJ-Cd)、鎳氫(Ni-MH)、鈉硫(Na/S)、鋰離子(Li-ion)和鋅空氣(Zn/Air)等多種電池，其比能量和比功率都比鉛酸電池高，因此大大提高了電動汽車的動力性能和續(xù)駛里程，但其價格卻比鉛酸電池高。第3代是以燃料電池為主的電池。燃料電池直接將燃料的化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，能量轉(zhuǎn)變效率高，比能量和比功率都高，并且可以控制反應(yīng)過程，能量轉(zhuǎn)化過程可以連續(xù)進行，因此是理想的汽車用電池，但目前還處于研制階段，一些關(guān)鍵技術(shù)還有待突破問。 電動機與驅(qū)動系統(tǒng)是電動汽車的關(guān)鍵部件，要使電動汽車有良好的使用性能，驅(qū)動電機應(yīng)具有調(diào)速范圍寬、轉(zhuǎn)速高、啟動轉(zhuǎn)矩大、體積小、質(zhì)量小、效率高且有動態(tài)制動強和能量回饋等特性。目前，電動汽車用電動機主要有直流電動機(DCM)、感應(yīng)電動機(IM)、永磁無刷電動機(PMBLM)和開關(guān)磁阻電動機(SRM)4類。 近幾年來，由感應(yīng)電動機驅(qū)動的電動汽車幾乎都采用矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制。由于直接轉(zhuǎn)矩的控制手段直接、結(jié)構(gòu)簡單、控制性能優(yōu)良和動態(tài)響應(yīng)迅速，因此非常適合電動汽車的控制。美國以及歐洲研制的電動汽車多采用這種電動機。永磁無刷電動機可以分為由方波驅(qū)動的無刷直流電動機系統(tǒng)(BLDCM)和由正弦波驅(qū)動的無刷直流電動機系統(tǒng)(PMSM)，它們都具有較高的功率密度，其控制方式與感應(yīng)電動機基本相同，因此在電動汽車上得到了廣泛的應(yīng)用。PMSM類電機具有較高的能量密度和效率，其體積小、慣性低、響應(yīng)快，非常適應(yīng)于電動汽車的驅(qū)動系統(tǒng)，有極好的應(yīng)用前景。目前，由日本研制的電動汽車主要采用這種電動機。 開關(guān)磁阻電動機(SRM)具有簡單可靠、可在較寬轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)高效運行、控制靈活、可四象限運行、響應(yīng)速度快和成本較低等優(yōu)點。實際應(yīng)用發(fā)現(xiàn)SRM存在轉(zhuǎn)矩波動大、噪聲大、需要位置檢測器等缺點，應(yīng)用受到了限制。 隨著電動機及驅(qū)動系統(tǒng)的發(fā)展，控制系統(tǒng)趨于智能化和數(shù)字化。變結(jié)構(gòu)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、自適應(yīng)控制、專家控制、遺傳算法等非線性智能控制技術(shù)，都將各自或結(jié)合應(yīng)用于電動汽車的電動機控制系統(tǒng)。 電動汽車是高科技綜合性產(chǎn)品，除電池、電動機外，車體本身也包含很多高新技術(shù)，有些節(jié)能措施比提高電池儲能能力還易于實現(xiàn)。采用輕質(zhì)材料如鎂、鋁、優(yōu)質(zhì)鋼材及復合材料，優(yōu)化結(jié)構(gòu)，可使汽車自身質(zhì)量減輕30%-50%；實現(xiàn)制動、下坡和怠速時的能量回收；采用高彈滯材料制成的高氣壓子午線輪胎，可使汽車的滾動阻力減少50%；汽車車身特別是汽車底部更加流線型化，可使汽車的空氣阻力減少50%。 電動汽車要獲得非常好的動力特性，必須具有比能量高、使用壽命長、比功率大的蓄電池作為動力源。而要使電動汽車具有良好的工作性能，就必須對蓄電池進行系統(tǒng)管理。 能量管理系統(tǒng)是電動汽車的智能核心。一輛設(shè)計優(yōu)良的電動汽車，除了有良好的機械性能、電驅(qū)動性能、選擇適當?shù)哪芰吭?即電池)外，還應(yīng)該有一套協(xié)調(diào)各個功能部分工作的能量管理系統(tǒng)，它的作用是檢測單個電池或電池組的荷電狀態(tài)，并根據(jù)各種傳感信息，包括力、加減速命令、行駛路況、蓄電池工況、環(huán)境溫度等，合理地調(diào)配和使用有限的車載能量；它還能夠根據(jù)電池組的使用情況和充放電歷史選擇最佳充電方式，以盡可能延長電池的壽命。 世界各大汽車制造商的研究機構(gòu)都在進行電動汽車車載電池能量管理系統(tǒng)的研究與開發(fā)。電動汽車電池當前存有多少電能，還能行駛多少公里，是電動汽車行駛中必須知道的重要參數(shù)，也是電動汽車能量管理系統(tǒng)應(yīng)該完成的重要功能。應(yīng)用電動汽車車載能量管理系統(tǒng)，可以更加準確地設(shè)計電動汽車的電能儲存系統(tǒng)，確定一個最佳的能量存儲及管理結(jié)構(gòu)，并且可以提高電動汽車本身的性能。 在電動汽車上實現(xiàn)能量管理的難點，在于如何根據(jù)所采集的每塊電池的電壓、溫度和充放電電流的歷史數(shù)據(jù)，來建立一個確定每塊電池還剩余多少能量的較精確的數(shù)學模型。 綜上所述，結(jié)合我國的各方面情況，發(fā)展純電動汽車是刻不容緩的大事件。在我所在的這樣一個老工業(yè)城市，用純電動中型客車作為城市公交車更是一件值得付出努力是事情。所以我毅然決定研究此課題。希望能給我國的純電動汽車行業(yè)盡一點綿薄之力！ 二、設(shè)計（論文）的基本內(nèi)容、擬解決的主要問題 1、研究的基本內(nèi)容 （1）研究電動汽車電動機的特點，并分析電動客車的動力性 （2）研究電動客車的控制策略 （3）分析電動汽車蓄電池性能特點及存在問題，設(shè)計蓄電池管理系統(tǒng) （4）研究純電動汽車能量回收原理，設(shè)計再生制動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) （5）設(shè)計電動客車總體結(jié)構(gòu)圖 2、擬解決的主要問題 （1）分析部分電動機的優(yōu)缺點，選擇合適的電動機作為動力源；對電動汽車的動力性進行分析 （2）介紹部分蓄電池的性能特點，選擇合適的蓄電池作為能量源；分析蓄電池管理系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)以及各部分功能 （3）研究電動機的控制策略，簡單了解電動機的控制系統(tǒng)和軟件工作流程 （4）設(shè)計研究整車的再生制動結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng) （5）研究電動汽車電動機及傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和布置方案，設(shè)計蓄電池組的布置位置和安放結(jié)構(gòu)以及電動汽車的總體結(jié)構(gòu) 三、技術(shù)路線（研究方法） 材料收集，并且根據(jù)題目中的要求，對所要設(shè)計的車輛的部分參數(shù)進行初步設(shè)定及計算 研究電動汽車電機的特點，初步選擇合適電機，并分析電動客車的動力性 研究電動客車的控制策略，合理選擇蓄電池，并設(shè)計蓄電池管理系統(tǒng) 研究純電動汽車能量回收原理，設(shè)計再生制動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 設(shè)計電動客車電機與傳動系統(tǒng)機構(gòu)布置 蓄電池組的布置和安裝設(shè)計 電動汽車的總體結(jié)構(gòu) 四、進度安排 資料收集，整理，完成開題報告 第1~2周 論文的撰寫，完成中期檢查 第3~9周 畢業(yè)論文提交 第9~13周 畢業(yè)論文修改完善 第13~16周 畢業(yè)論文答辯 第17周 五、參考文獻 [01] 萬沛霖主編.電動汽車的關(guān)鍵技術(shù)[M].北京：北京理工大學出版社，1988.12 [02] 章桐，賈永軒編著；索榮電動汽車網(wǎng)組編.電動汽車技術(shù)革命[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010.4 [03] 胡驊，宋慧主編.電動汽車[M].北京：人民交通出版社，2006.8 [04] 李涵武，趙雨旸主編.汽車電器與電子技術(shù)[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，2006.7 [05] C.C.Chan and Y.S.Wong.Electric Vehicles:Charge Forward,IEEE Power and Energy Magazine,Nov./Dec.2004 [06] 李興虎.電動汽車概論[M].北京：北京理工大學出版社，2005.8 [07] 陳全世，朱家璉，田光宇.先進電動汽車技術(shù)[M].北京：化學工業(yè)出版社，2007 [08] 陳清泉著.陳清泉院士論文選集：現(xiàn)代電動車、電機驅(qū)動及電力電子技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005.7 [09] C.C.Chan,The State of the Art of Electric and Hybrid Vehicles,Proceedings of the IEEE,Vol.90,NO.2,Feb 2002 [10] 陳清泉，孫逢春，祝嘉光.現(xiàn)代電動汽車技術(shù)[M].北京：北京理工大學出版社，2002 [11] 余志生主編.汽車理論第三版[M].北京：機械工業(yè)出版社，2003 [12] 溫照方主編.電機與控制[M]. 北京：北京理工大學出版社，2004 [13] 王益全編著.電動機原理與實用技術(shù)[M].北京：科學出版社，2005.7 [14] 于長官.現(xiàn)代控制理論及應(yīng)用[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)出版社，2005 [15] 羅飛.運動控制系統(tǒng)[M].北京：化學工業(yè)出版社，2005 [16] 李春卉.電動汽車的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢研究[J].汽車工業(yè)研究，2005.5 [17] 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