机械系统设计作业

1. 引言现在石油危机促使了人们对新能源的开发，其中在车辆领域，人们努力在非石油消耗用品上的探索，以至于出现很多电动汽车的产品，并且越来越成熟，这个电动客车总体布置的毕业设计将促成我对这些方面的认识更加深刻。

对以后的工作学习有帮助。

2. 设计方案的确定目前电动汽车分为好多种，包括纯电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池电动汽车。

纯电动汽车利用电力驱动，在使用中可实现零排放。

但迄今为止，电动汽车的关键部件蓄电池在能量密度、使用寿命和价格方面都尚未达到应有的水平，目前还只适应于生活环境要求很高、行驶里程短的街区、园区内。

因此，在目前情况下，以内燃机和电动机为动力源的混合动力电动汽车（Hybird Electric Vehicle,简称HEV）技术更具实用价值，是近期高效节能汽车发展的一个主要方向。

燃料电池电动汽车采用的电池是一种将燃料的化学能用电化学方法直接转换成电能的电化学发电器。

它的效率是内燃机的2~3倍，无污染、无噪声、排出的不是温室气体CO?而是水。

现存的问题是价格贵，体积质量大，可靠性，环境适应性不高。

燃料电池电动汽车是新型的高效节能汽车的发展方向之一[1]。

2.1 动力系统的选择在对比几种电动汽车的特点后，鉴于现在的实际情况，选择混合动力的电动汽车是一个不错的选择，作为一辆客车而言，续驶里程很重要，以及低的故障率的保证，因为如果在行驶途中没有能源了，不管对客车公司还是对乘客而言将是一件很棘手麻烦的事。

纯电动车因为其续驶里程短如果没电了只有等待救援的特点，还有目前纯电动汽车技术还不是很成熟。

所有在设计一辆电动客车时选择动力系统为纯电动汽车不是很合适。

当然燃料电池电动汽车有很好的发展前景，同样鉴于其技术目前不成熟的原因，价格高，相比混合动力汽车，也不是很理想的选择。

最后我们在动力方案的选定上确定混合动力汽车作为动力系统的组成[2]。

2.1.1 混合动力电动汽车的特点以石油产品为燃料的内燃机，由于其所有的高能量密度而成为目前汽车上使用最普遍的动力源，然而汽（柴）油车的排放破坏了人类赖以生存的大气环境，加之石油又日益匮乏，工程师们不得不开始去为汽车研发新的动力装置。

电动机与内燃机相比，具有清洁、安静、效率高的特点，同时它的转速—转矩控制特性比较灵活。

电动机在低速时具有恒转矩的特性，在高速时具有恒功率的特性，可以在转速—转矩特性曲线下区域的任何一点工作。

混合动力电动汽车将电力驱动与传统的内燃机驱动相结合，充分发挥了二者的优势。

同时，它可以从根本上解决现在纯电动汽车动力性差和续驶里程短的问题。

混合动力电动汽车与纯电动汽车相比，其主要的优势是：1)电池容量大为减少，进而可以降低整车重量，为提高动力性作出贡献。

2)由于采用辅助动力驱动，打破了纯电动汽车续驶里程的限制，其长途行驶能力可与传统的汽车相媲美。

3)在混合动力电动汽车上采用高度实时和动态的优化控制策略，优化控制的结果尽量使动力系统各部件工作在最佳状态和最高效率区域，大大限制了内燃机在恶劣工况下的高燃油消耗和大量的尾气排放，大大提高了混合动力汽车的燃油经济性。

在排放限制严格的地区，还可以关闭内燃机动力，以纯电动方式工作，成为零排放的汽车。

4)空调系统等附件有内燃机直接驱动，有充分的能源供应，保证了汽车的乘坐舒适性。

5)在控制策略的作用下，辅助动力可以向储能装置（一般为电池组）提供能量，从而保证混合动力汽车无需停车充电，因此可利用现有加油站，不需要进行专用充电设施的建设。

6)由于混合动力汽车的电池组在使用过程中是浅充浅放，可以延长电池的使用寿命。

2.1.2 混合动力电动汽车的结构由于混合动力电动汽车的组成部件，布置方式以及控制策略不同，所以形成了各种各样大的结构形式。

根据发动机和电动机的功率比的大小，分为里程延长型、双模式型和动力辅助型；根据发动机运行模式的不同，可以分为发动机开/关模式型和发动机连续运行模式型；根据发动机和电动机是否布置在同一轴线上，分为单轴型和双轴型；根据动力源的数量以及动力系统结构型式不同，可分为串联式、并联式以及混联式。

下面简单的介绍一下三类混合动力电动汽车。

参看图2.1图2.1a)串联式 b)并联式 c)混联式B-蓄电池 E-内燃机 F-油箱 G-发电机M-电动机 P-功率转换器 T-传动装置1.串联式混合动力电动汽车：是混合动力电动汽车中结构型式最简单的一种，发动机输出的机械能通过发电机转化为电能，转化后的电能一部分经过电动机和传动装置驱动车轮，另一部分则可存储到蓄电池中去，供汽车加速时或其他工况下使用。

与传统的燃油汽车相比，它是一种发动机辅助型的电动汽车，主要是为了增加汽车的行驶里程。

由于发动机与发电机之间的机械连接装置中没有离合器，因此它具有一定的灵活性。

尽管其传动结构简单，但是它需要三个驱动部分：发动机、电动机和发电机。

如果串联式混合动力电动汽车设计考虑大爬坡度和频繁急加速的情况，则为提供最大功率，对三个驱动部件的要求相应都较高。

2.并联式混合动力电动汽车：串联式混合动力电动汽车不同，并联式混合动力电动汽车采用发动机与发电机两套独立的驱动系统驱动车轮。

发动机和发电机通常采用不同的离合器驱动车轮，可采用发动机单独驱动、电力单独驱动以及发动机和电动机混合驱动三种不同的工作模式。

并联式是一种电力辅助型的燃料车，目的是为了降低排放和燃油消耗。

当发动机提供的功率大于驱动汽车所需要的功率时或者再生制动时，电动机工作在发电机状态，将多余的能量充入蓄电池。

与串联式相比，并联式只需两个驱动部件：发动机和电动机，并且，在蓄电池放电完毕前，如果要得到相同的性能，并联式比串联式混合动力电动汽车对于发动机和发电机的功率要求都要低。

3.混联式混合动力电动汽车：它在结构上综合了串联式和并联式的特点。

与串联式相比，它增加了机械动力的传递路线；与并联式相比，它增加了电能的传输路线。

因此，它兼有串联式和并联式的优点。

然而另一方面，这也造成其结构复杂、成本高的缺点。

2.1.3 混合动力电动汽车的节油原理与传统内燃机汽车相比，其节油的主要原因在于：1)为了满足急加速、以很高车速行驶与快速上坡对驱动的功率的要求，传统的内燃机汽车所配备的发动机功率往往相当大。

例如，一般轿车在良好的路面以100km/h和120km/h匀速行驶时，要求发动机提供的功率大致是20KW和36KW，但其配备的发动机最大功率达114KW，这样大的功率储备主要用于大加速，高车速以及坡道等行驶工况。

因此，在一般的情况下，发动机节气门开度小，负荷率低，发动机常常工作在一个不经济的区域内，相应的燃油消耗铝率高，然而，对与混合动力电动汽车，其储能元件（如蓄电池）的补偿功率时提供电能，从而在混合动力驱动系统中可以使用小型的发动机，并可以使发动机的工作点处于高效率的最优工作区域内。

2)混合动力电动汽车可以在汽车停车等候或低速滑行等工况下关闭内燃机，节约燃油。

3)在混合动力电动汽车的电力驱动部分中，电动机能够作为发电机工作。

当汽车减速滑行或紧急制动时，可以利用发电机回收部分制动能量，转化成电能存入蓄电池，从而进一步提高汽车的燃油经济性。

3. 整车布置设计的说明3.1 客车的相关知识的介绍3.1.1 客车的分类下面给客车做下简单的分类，乘坐9人以上，主要供公共服务的汽车叫客车。

按用途分类客车有城市公共客车、城乡公交车、长途客车、团体客车、游览客车、专用客车等类型。

按车身承载形式分类有非承载式车身、半承载式车身、承载式车身。

按车身结构差异分薄壳式车身、骨架式车身、复合式车身、单元式车身和嵌合式车身[3]。

客车从长度的方面来区分，从下表3.1中可以看出。

表3.1客车的分类本设计的是轻型客车，其长度在3.5到7米之间。

3.1.2 客车的布置形式客车的布置形式底盘包括传动系、行驶系、转向系和制动系四个部分，这个具体的就不做介绍了，下面把本课题的发动机布置形式说一下，布置形式一共有以下三种，发动机位置：前置、中置、后置根据发动机的位置不同，客车有下列布置形式：发动机前置后桥驱动；发动机中置后桥驱动；发动机后置后桥驱动；发动机前置时，可布置在轴距外或布置在前轴上方。

发动机后置时，可以纵置或横置在汽车后部。

(1)发动机前置后桥驱动采用发动机前置后桥驱动布置方案的优点是：动力总成操纵机构结构简单；散热器位于汽车前部，冷却效果好；冬季在散热器罩前部蒙以保护棉被，能改善发动机的保温条件；发动机出现故障时驾驶员容易发现[7]。

此方案的主要缺点有：发动机凸起在地板表面上部，因而车厢面积利用不好，并且布置座椅时会受到发动机的限制；由于传动轴从地板下面通过，致使地板平面离地面较高，乘客上、下车不方便；传动轴长度长；发动机的噪声、气味和热量易于传人车厢内；隔绝发动机振动困难，影响乘坐舒适性；检查发动机故障必须在驾驶室内进行，降低了检修工作的舒适性；如果乘客门布置在轴距内，使车身刚度削弱；若采用前开门布置，虽然可以改善车身刚度，但会使前悬加长，同时可能使前轴超载。

(2)发动机后置后桥驱动这种布置方案的主要优点是：能较好地隔绝发动机的噪声、气味、热量；检修发动机方便；轴荷分配合理；同时由于后桥簧上质量与簧下质量之比增大，能改善车厢后部的乘坐舒适性；当发动机横置时，车厢面积利用较好，并且布置座椅受发动机影响较少；作为城市间客车使用时，能够在地板下部和客车全宽范围内设立体积很大的行李箱。

作为市内用客车不需要行李箱，则可以降低地板高度；传动轴长度短。

此方案的主要缺点是：发动机的冷却条件不好，必须采用冷却效果强的散热器；动力总成操纵机构复杂；驾驶员不容易发现发动机故障。

(3)发动机中置后桥驱动此方案的主要优点是：轴荷分配合理；传动轴的长度短；车厢内面积利用最好，并且座椅布置不会受发动机的限制；乘客车门能布置在前轴之前等。

此方案存在的缺点是：发动机必须用水平对置式的，且布置在地板下部，给检修发动机带来困难；驾驶员不容易发现发动机故障；发动机在热带的冷却条件和在寒带的保温条件均不好；发动机的噪声、气味、热量和振动均能传人车厢；动力总成操纵机构复杂；受发动机影响，地板平面距地面较高；在土路上行驶发动机极易被泥土弄脏。

本设计中设计的轻型客车，因为其车身长度有限，虽然目前客车的发展趋势是发动机后置，但是作为轻型客车而言，发动机后置，因为总长有限，发动机加变速箱加传动轴都要布置在后桥后面，后悬需要很长，轴距就会很短，对汽车性能影响很大，故轻型客车通常采用前置发动机后轮驱动。

3.1.5 车内密封问题客车车厢的密封思路密封性问题是一个系统工程问题，忽视车身内任何部位的密封, 都将导致整车密封功亏一篑。

密封主要是地板密封，地板周围与骨架密封，地板以上部分靠蒙皮与外部隔离，内饰板不起密封作用。

另外，还有侧窗、顶窗、驾驶员门、安全门、乘客门、管线孔、地板检修口及发动机罩的密封。