城市純電動中型客車的總體設計[含高清CAD圖紙和說明書

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畢業(yè)設計（論文）開題報告 設計（論文）題目:城市純電動中型客車的總體設計 院 系 名 稱: 汽車工程系 專 業(yè) 班 級: 車輛工程07-4班 學 生 姓 名: 于洪琳 導 師 姓 名: 王國田 開 題 時 間: 2011.2.28 指導委員會審查意見： 簽字： 年 月 日 開題報告撰寫要求 一、“開題報告”參考提綱 1. 課題研究目的和意義； 2. 文獻綜述（課題研究現(xiàn)狀及分析）； 3. 基本內容、擬解決的主要問題； 4. 技術路線或研究方法； 5. 進度安排； 6. 主要參考文獻。 二、“開題報告”撰寫規(guī)范 請參照《黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計說明書及畢業(yè)論文撰寫規(guī)范》要求。字數應在4000字以上，文字要精練通順，條理分明，文字圖表要工整清楚。 畢業(yè)設計（論文）開題報告 學生姓名 于洪琳 系部 汽車工程系 專業(yè)、班級 車輛工程07-4班 指導教師姓名 王國田 職稱 實驗師 從事 專業(yè) 汽車服務 是否外聘 □是■否 題目名稱 城市純電動中型客車的總體設計 一、課題研究現(xiàn)狀、選題目的和意義 1、研究現(xiàn)狀 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，驅動電動機運轉，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，并逐漸朝著產業(yè)化方向邁進。 我國推動純電動汽車產業(yè)化有良好的發(fā)展基礎。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超過5000萬輛，且輕型電動車產銷量已經超過全球的90%。輕型電動車的發(fā)展在潛移默化地影響消費者的同時，也帶動了國內動力電池、電機等產業(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，將帶頭參與有關的基礎建設，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準備。而且，日產汽車相關負責人稱，預計旗下Leaf等電動車的電池成本，四年內可望大幅下降。日產將于今年底在日本、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，在電力驅動模式下可行駛50公里。 在純電動車的基礎設施建設方面，國外已經進行了不錯的嘗試。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：一個國家的領導人，無不關心本國的能源安全。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，國務院領導同志極為重視。不論是從應對能源和環(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年的技術差距，再花上1600個億也難以與之并肩，已經失去了趕超機遇，何況人家早已設置了利益壁壘，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產業(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不能很好的適應未來社會發(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，驅動電動機運轉，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，電動汽車無內燃機汽車工作時產生的廢氣，不產生排氣污染，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，電動汽車無內燃機產生的噪聲，電動機的噪聲也較內燃機小。 ????其次，電動汽車較內燃機汽車結構簡單，運轉、傳動部件少，維修保養(yǎng)工作量小。當采用交甲型H1N1流感應電動機時，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個方面的關鍵技術：電池技術、電機驅動及其控制技術、電動汽車整車技術以及能量管理技術。 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變?yōu)殡娔?，能量轉變效率高，比能量和比功率都高，并且可以控制反應過程，能量轉化過程可以連續(xù)進行，因此是理想的汽車用電池，但目前還處于研制階段，一些關鍵技術還有待突破問。 電動機與驅動系統(tǒng)是電動汽車的關鍵部件，要使電動汽車有良好的使用性能，驅動電機應具有調速范圍寬、轉速高、啟動轉矩大、體積小、質量小、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)、感應電動機(IM)、永磁無刷電動機(PMBLM)和開關磁阻電動機(SRM)4類。 近幾年來，由感應電動機驅動的電動汽車幾乎都采用矢量控制和直接轉矩控制。由于直接轉矩的控制手段直接、結構簡單、控制性能優(yōu)良和動態(tài)響應迅速，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動的無刷直流電動機系統(tǒng)(BLDCM)和由正弦波驅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，其控制方式與感應電動機基本相同，因此在電動汽車上得到了廣泛的應用。PMSM類電機具有較高的能量密度和效率，其體積小、慣性低、響應快，非常適應于電動汽車的驅動系統(tǒng)，有極好的應用前景。目前，由日本研制的電動汽車主要采用這種電動機。 開關磁阻電動機(SRM)具有簡單可靠、可在較寬轉速和轉矩范圍內高效運行、控制靈活、可四象限運行、響應速度快和成本較低等優(yōu)點。實際應用發(fā)現(xiàn)SRM存在轉矩波動大、噪聲大、需要位置檢測器等缺點，應用受到了限制。 隨著電動機及驅動系統(tǒng)的發(fā)展，控制系統(tǒng)趨于智能化和數字化。變結構控制、模糊控制、神經網絡、自適應控制、專家控制、遺傳算法等非線性智能控制技術，都將各自或結合應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品，除電池、電動機外，車體本身也包含很多高新技術，有些節(jié)能措施比提高電池儲能能力還易于實現(xiàn)。采用輕質材料如鎂、鋁、優(yōu)質鋼材及復合材料，優(yōu)化結構，可使汽車自身質量減輕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。一輛設計優(yōu)良的電動汽車，除了有良好的機械性能、電驅動性能、選擇適當的能量源(即電池)外，還應該有一套協(xié)調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，合理地調配和使用有限的車載能量；它還能夠根據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，也是電動汽車能量管理系統(tǒng)應該完成的重要功能。應用電動汽車車載能量管理系統(tǒng)，可以更加準確地設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構，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，在于如何根據所采集的每塊電池的電壓、溫度和充放電電流的歷史數據，來建立一個確定每塊電池還剩余多少能量的較精確的數學模型。 綜上所述，結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、設計（論文）的基本內容、擬解決的主要問題 1、研究的基本內容 （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，設計蓄電池管理系統(tǒng) （4）研究純電動汽車能量回收原理，設計再生制動系統(tǒng)的結構 （5）設計電動客車總體結構圖 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)的總體結構以及各部分功能 （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）設計研究整車的再生制動結構和控制系統(tǒng) （5）研究電動汽車電動機及傳動系統(tǒng)的結構和布置方案，設計蓄電池組的布置位置和安放結構以及電動汽車的總體結構 三、技術路線（研究方法） 材料收集，并且根據題目中的要求，對所要設計的車輛的部分參數進行初步設定及計算 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，并設計蓄電池管理系統(tǒng) 研究純電動汽車能量回收原理，設計再生制動系統(tǒng)的結構 設計電動客車電機與傳動系統(tǒng)機構布置 蓄電池組的布置和安裝設計 電動汽車的總體結構 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.電動汽車的關鍵技術[M].北京：北京理工大學出版社，1988.12 [02] 章桐，賈永軒編著；索榮電動汽車網組編.電動汽車技術革命[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[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[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、電機驅動及電力電子技術[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[M].北京：北京理工大學出版社，2002 [11] 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