【正文】 在這里預(yù)祝 xxxxxxxxxxx 辦學(xué)越來越好，教學(xué)水平越來越高！ 四輪轉(zhuǎn)向電動平臺車底盤結(jié)構(gòu)設(shè)計 30 參考文獻 [1] 陸建康 . 微型純電動汽車復(fù)合電源系統(tǒng)設(shè)計研究 [D].南京航空航天大學(xué) ,2021. [2] 閆曉金 ,潘艷 ,寧武 ,陳永真 . 超級電容 蓄電池復(fù)合電源結(jié)構(gòu)選型與設(shè)計 [J]. 電力電子技術(shù) ,2021,(05):7577. [3] 程思聞 . 通用微型無人車輛平臺系統(tǒng)實現(xiàn)與試驗研究 [D].北京化工大學(xué) ,2021. [4] 張顯科 . 電動汽車輪轂電機驅(qū)動控制器的研究 [D].大連交通大學(xué) ,2021. [5] 宋志強 . 輕型低速電動汽車用輪轂電機的研究與開發(fā) [D].浙江農(nóng)林大學(xué) ,2021. [6] 劉寶志 . 步進電機的精確控制方法研究 [D].山東大學(xué) ,2021. [7] 周國新 . 車輛車架的強度分析 [J]. 機械工程與自動化 ,2021,(05):8283. [8] 王望予 . 汽車設(shè)計 第 4版 [M]. 北京：機械工業(yè)出版社， [9] 余志生 . 汽車?yán)碚? 第 5版 [M]. 北京：機械工業(yè)出版社， [10]呂建國，胡仁喜，康士廷 . ANSYS 第 3版 [M]. 北京：機械工業(yè)出版社， [11]王睿，胡凡金 . ANSYS Workbench 工程數(shù)值分析技術(shù)與應(yīng)用實例 [M]. 北京：中國鐵道出版社， [12]許京荊 . ANSYS Workbench工程實例詳解 [M]. 北京：人民郵電出版社， 。 最后，我要感謝 xxxxxxxxxxxxxx 對我本科四年來的培養(yǎng)。 再次，我要感謝我所有的同學(xué)們和我的摯友們、兄弟們，感謝你們本科四年來對我的支持與關(guān)心，是你們讓我這四年的本科生活不孤單，也是你們讓我這四年的本科生活無比充實。感謝本科四年來您們教給我車輛工程專業(yè)的相關(guān)知識，提升我的專業(yè)技能。除此之外，我還必須感謝本科期間能加入在 xxxx老師指導(dǎo)下的校 xxxx車隊，也感謝 xxxx老師對我在 xxxx車隊期間的指導(dǎo)，讓我可以對課本上的東西有進一步深入的了解，讓我有學(xué)以致用的機會。 再次，我要感 謝我的班主任 xxxx老師。另外， xxxx 老師在畢業(yè)設(shè)計過程中向我指明了本次課題的大方向，并在我遇到問題與困惑的時候幫我分析、與我討論，并最終幫我解決問題，也在后期對我的論文進行指導(dǎo)修改。感謝這一個多學(xué)期以來 xxxx老師在對我的畢業(yè)設(shè)計過程中的指導(dǎo)。也感謝你們鼓勵我繼續(xù)求學(xué)，雖然因為放松警惕已經(jīng)失敗了一次，但是我想下一次我一定會努力考取理想的學(xué)校。 首先我先要感謝我的父母雙親。 四輪轉(zhuǎn)向電動平臺車底盤結(jié)構(gòu)設(shè)計 29 致謝 時光荏苒，轉(zhuǎn)眼間我在 xxxxxxxx 的學(xué)習(xí)生涯即將結(jié)束。后續(xù)完善轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)設(shè)計的情況下，平臺車的功能將更加完善，將能發(fā)揮出重要的研究作用以及實驗價值。 在 有條件進行車架實際模型有限元分析的話，其有限元分析的應(yīng)力分布和應(yīng)力值以及最大變形量將會更精確。該平臺車的 三維設(shè)計 圖如圖 （ a） 所示， 實物圖如圖 （ b） 所示： （ a） 平臺車整體仿真分析圖 （ b） 平臺車整體裝配實物圖 平臺車整體結(jié)構(gòu)圖 展望 鑒于本人的設(shè)計水平以及學(xué)院實驗室條件有限，對于 該四輪轉(zhuǎn)向 平臺車的設(shè)計還有一些不足的地方，需要繼續(xù)進行研究與改進。 m。 m。 實物設(shè)計成果展示 本次畢業(yè)設(shè)計的題目為四輪轉(zhuǎn)向平臺車的底盤結(jié)構(gòu)設(shè)計 ，接下來將對本次實物設(shè)計的成果進行展示： （ 1）車架 本次畢業(yè)設(shè)計實物設(shè)計的 四輪轉(zhuǎn)向平臺車的 車架選用 6060W 工業(yè)鋁型材，通過鋁合金角件與螺栓連接而成，其尺寸（長 寬 高）為 900230240mm。 （ 3）確定了平臺車的驅(qū)動形式為輪轂電機驅(qū)動，驅(qū)動系統(tǒng)安裝方式 為直接固定到與車架相固定的鋁板上 ，并對 輪轂電機 進行了功率、扭矩計算，在此基礎(chǔ)上對比市場銷售情況 選定了輪轂電機的型號、功率，以確保能滿足平臺車的行駛條件。全文的總結(jié)如下： （ 1）對平臺車的復(fù)合電源系統(tǒng)進行了選型 ，并分別對復(fù)合電源系統(tǒng)中兩個重要的部分分別進行了容量計算 ， 最終結(jié)合市場情況確定了需要購買的鉛酸蓄電池以及超級電容的型號參數(shù)和數(shù)量， 確保了所 選用的復(fù)合電源系統(tǒng)能夠滿足平臺車的正常行駛條件。首先進行了 該平臺車車架的設(shè)計，然后 對平臺車進行了必要的強度校核，接著 進行了平臺車驅(qū)動系統(tǒng)的選型與容量計算，最后 進行了平臺車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計與容量計算。 m） 25 最大扭矩（ N m，為了確保安全，因此聯(lián)軸器的 的額定扭矩應(yīng)該大于 wT ，結(jié)合市場產(chǎn)品 與 減速機輸出軸徑 以及 轉(zhuǎn)向支柱尺寸 ，選擇使用 彈性 單膜片聯(lián)軸器。作為連接步進電機與轉(zhuǎn)向支柱的中間傳力裝置，聯(lián)軸器需要具有一定的剛度，能夠傳遞一定的力矩。 m） 額定電流（ A） 相電阻（Ω） 相電感（ mH） 引線數(shù) 4 轉(zhuǎn)動慣量（ g m，額定電流 ；選擇使用減速比為 1： 10 的行星齒輪減速機。 m。 因此電動機的 額定 輸出轉(zhuǎn)矩為 ： GT=T we （ 44） 式中： G減速機減速比，本文中選取 G=10。 m。 將數(shù)據(jù)代入式（ 43）可得 wT =18820N精確的計算這些力是困難的，為此推薦用足夠精確的半經(jīng)驗公式來 計算汽車在瀝青路面或者混凝土路面上的原地轉(zhuǎn)向阻力矩 [7] wT （ N （ 1） 輪胎 轉(zhuǎn)向力矩的計算 汽車在轉(zhuǎn)向時，轉(zhuǎn)向系各個零件都會受到力的作用。 轉(zhuǎn)向系總體設(shè)計方案 平臺車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向驅(qū)動機構(gòu)選用直流步進電機，通過支架將步進電機、減速機固定在安裝在車架上的輪系安裝板上，通過聯(lián)軸器將減速機輸出軸與 圖 驅(qū)動系統(tǒng)三維圖所示的轉(zhuǎn)向支柱相連，從而實現(xiàn)扭矩從步進電機到減速機再到輪系的傳遞。步進電機是 將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制電機， 是機電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一 ,廣泛地應(yīng)用在各種計算機控制的自動系統(tǒng)中。在對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進行設(shè)計的 時候，首先必須要保證 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)驅(qū)動機構(gòu)能夠驅(qū)動車輪轉(zhuǎn)向，此外，還應(yīng)在此基礎(chǔ)上使結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便。 m，其實物圖如圖 所示。 綜上所述，可得到電機的最大功率為 450W，最大輸出扭矩 此時，輪轂電機功率為： a阻力t uFη1P==450W 電動機扭矩為： rT=F阻力 =； i— 坡度，本文 i=tanα=。 （ 2）以最大爬坡度勻速爬坡 假設(shè)平臺車以最大爬坡速度 5km/h 在坡度 30176。此時，輪轂電機功率為： a阻力t uFη1P==211W 電動機扭矩為： rT=F阻力 =通過分析電動汽車的在行駛過程中的運轉(zhuǎn)情況可以得到 :輪轂電機的最大轉(zhuǎn)矩主要出現(xiàn)在下面三種情況 [5]： （ 1）以最高速度在平直路面均速行駛 假設(shè)平臺車在平直路面以最高車速 30km/h 均速直線行駛，其受到的阻力為 ： =Gf+F 2ad阻力 （ 41） 四輪轉(zhuǎn)向電動平臺車底盤結(jié)構(gòu)設(shè)計 20 式中： G平臺車重力； f— 行駛滾動阻力系數(shù)，本文取 f=； Cd— 風(fēng)阻系數(shù)，本文取 Cd=； A— 迎風(fēng)面積，本文取 A=； ua— 平臺車速度。相較于傳統(tǒng)汽車，輪轂電機驅(qū)動電動車可回收部分制動能量，在一定程度上減小了能量浪費，從而使能源利用率得到了提高 [4]。在結(jié)構(gòu)上電動車刪減了一些傳統(tǒng)汽車上的部件，如：離合器、差速器、傳動軸和變速器等，大大簡化了底盤的結(jié)構(gòu)，使得整車質(zhì)量大幅減輕，從而在一定的程度上達到了整車的輕量化，而且給底盤系統(tǒng)在實現(xiàn)智能化方面創(chuàng)造了非常有利的條件。 隨著人們對電動汽車性能要求的不斷提高 , 在電動汽車多種電力驅(qū)動系統(tǒng)形式中，輪轂式驅(qū)動電機系統(tǒng)的電動汽車越來越受到人們的青睞，在新能源汽車行業(yè)發(fā)展中輪轂電機系統(tǒng)的這種結(jié)構(gòu)形式將成為主要趨勢 [4]。該鋁型材屈服應(yīng)力 MPa370=σs ，安全系數(shù) s=，其許用應(yīng)力 [ ] MP =sσ=σ s ，因此 [ ]σσ ，另外最大變形量也很小，故認(rèn)為本次畢業(yè)設(shè)計平臺車車架強度符合要求。在施加載荷的時候，考慮到該平臺車受力眾多且大小不一，對車架的受力進行了簡化，設(shè)平臺車上面的兩個梁兩端各受 300N 豎直向上的力。接下來對車架進行 有限元分析的 網(wǎng)格劃分，經(jīng)網(wǎng)格劃分之后的車架如圖 ： 圖 車架網(wǎng)格劃分圖 （ 2）施加約束與載荷 在網(wǎng)格劃分之后，需要對車架施加約束與載荷。由于本人計算機硬件配置的原因，在對截面形狀鋁型材車架幾何模型進行表格劃分時多次嘗試而沒有結(jié)果，因此，最后對該平臺車車 架進行了簡化處理，將車架各根型材的截面簡化成了正方形， 該簡化幾何模型如圖 所示： 四輪轉(zhuǎn)向電動平臺車底盤結(jié)構(gòu)設(shè)計 17 圖 基于 DM 組件的車架幾何模型 基于 Mechanical 組件的靜力結(jié)構(gòu)有限元分析 在上一步基于 DM 組件建立了車架的幾何模型以后，在 Mechanical 組件中完成后續(xù)分析流程。本文使用 ANSYS Workbench 對車輛進行強度 有限元 分析。 隨著當(dāng)今世界對車輛輕量化和成本降低化的不斷追求，對車架的強度與剛度分析的要求也越來越高。在考慮工業(yè) 6060W 鋁型材 尺寸的情況下，最終確定本車架由 120mm、 230mm和 780mm 的鋁型 材各 4 根通過角件與螺栓連接而成 ，裝配后的車架尺寸（長 寬 高）為900230240mm。 由于本次設(shè)計采用桁架式車架，因此上面得出的前輪距以及車高并不是該車架的實際尺寸。由于平臺車的結(jié)構(gòu)尺寸相比汽車要小很多，因此，設(shè)計的時候，在這兩個尺寸的基礎(chǔ)上進行了等比例縮小，最終，本次平臺車采用比亞迪 E6近似 1/3車型大小進行設(shè)計。 m） 450 電池容量（ kW其車身尺寸為 **， 前后兩 軸距 為 。 比亞迪 E6是一款純電動 的 四驅(qū) 乘用 車，是比亞迪 汽車公司 在 F3DM之后再次打造的第二款新能源車型。 本章第一節(jié)有提到，本次設(shè)計是將 3 種不同長度、每種長度 4 根共 12根工業(yè) 6060W 鋁型材，通過機加工的角件以及螺栓進行連接與固定，組裝成一個鋁型材立方體框。其 可以方便的與驅(qū)動與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進行連接， 內(nèi)部空間安裝 復(fù)合電源 系統(tǒng)、電機控制器等 ，其頂部空間也可以在日后的其他研究中放置與添加其他零部件以及實驗操作儀器， 以 進行功能的豐富與擴展。結(jié)合以前在校捷能車隊制作節(jié)能賽車的經(jīng)驗，本次設(shè)計之初計劃通過購買鋁管，切割成合適的長度后焊接成車架 ， 考慮到本次畢業(yè)設(shè)計的時間、經(jīng)費 等等因素 ，以及 出于方便安裝調(diào)試的目的 ， 最終決定 車架主體選用 工業(yè) 6060W鋁型材 ，這種鋁型材強度高、尺寸定制性好、連接方便、拆卸簡單。另外，考慮到可以在日后豐富本四輪轉(zhuǎn)向平臺車的功能，也需要留出一定的設(shè)計空間，以為日后的設(shè)計留下便利。 此外 ，本章還對蓄電池和超級電容器這兩個復(fù)合電源系統(tǒng)中重要的儲能裝置進行了選型，并根據(jù)整車行駛要求，分別對蓄電池和超級電容器 進行了參數(shù)計算和匹配。該超級電容 器組 的具體參數(shù)如表 所示。因此，按照所選超級電容器組的參數(shù)重新計算該電容器組所包含的最大能量，確定其滿足能量要求。由式（ 39） 計算得超級電容器的電容量 = 。 當(dāng) 超級電容器組 的電壓 從額定 電壓 值降低到額定 電壓 值的一半（ 即 ULow=），則超級電容器組釋放的總能量為： 2UpUCUC UC83W = （ 37） 復(fù)合電源系統(tǒng)中超級電容器的最低能量容量必須滿足車輛在最高車速下再生制動所能回收的總能量要求或加速到最高車速時車輛所需釋放的總能量要求。而在實際應(yīng)用中， 一般按照超級電容的電壓從其額定電壓放電到其額定電壓值得一半計算，所以超級電容器的額定電壓值為 V18=92=U2=U L owuc 。 四輪轉(zhuǎn)向電動平臺車底盤結(jié)構(gòu)設(shè)計 11 表 鉛酸蓄電池參數(shù) 額定容量 25 單節(jié)額定電壓 12V 單節(jié)質(zhì)量 尺寸（ mm） 175166118 總電壓 36V 電池節(jié)數(shù) 3 超級電容器參數(shù)匹配 在進行超級電容器的參數(shù)匹配時， 首先必須要滿足車輛在加速和進行再生制動時候的能量需求，其次要綜合考慮其質(zhì)量、體積、價格、效率等等問題。又由于在選取蓄電池容量的時候必須滿足： WWbattery （ 34） 另外需要 對蓄電池的容量設(shè)計留有 一定的設(shè)計余量，故選擇蓄電池容量為 25Ah。 將表 的參數(shù)代入上 面的公式 （ 32） 、 （ 33） ，在滿足 30km/h 等