毕业设计（论文）-电动车整车造型及结构设计.doc
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本科毕业设计
电动车整车造型及结构设计
燕山大学
2011年6月
本科毕业设计
电动车整车造型及结构设计
学院（系）：
车辆与能源学院
专业：
交通运输
学生姓名：
学号：
070113010007
指导教师：
授
答辩日期：
2011.06.25
毕业设计（论文）任务书
院（系）：
车能学院基础教学单位：
车辆与交通工程系指导教师：
张润生
学生姓名
专业（班级）
车辆07
题目来源
自拟
设计题目
电动车整车造型及结构设计
设计
内容
和目标
设计内容：
（1）车身造型方案选择；
（2）车身骨架设计；
（3）车身外形设计。
设计目标：
（1）完成车身造型总图；
（2）完成车身骨架分片图及结构设计。
设
计
要
求
技术参数：
（1）总体尺寸：
2520x1100x1300；悬架及转向系在原有基础上降约200mm
（2）满载质量：
495kg；
（3）轮距：
1000mm；轴距：
1650mm；
（4）；乘坐人数：
1人；
（5）最高车速：
50km/h。
完成工作量：
（1）设计工作量3.5张A0图纸，撰写设计说明书2.4万字；
（2）外文资料翻译0.3万字。
参
考
资
料
1陈家瑞.汽车构造,机械工业出版社,1997
2刘惟信.汽车设计,清华大学出版社,2001
3张洪欣.汽车底盘设计,机械工业出版社,1998
4徐灏等《机械设计手册》,机械工业出版社，1995
5设计参考资料
周次
1—4周
5—6周
7—13周
14—16周
17—19周
应
完
成
的
内
容
调研
查资料
读阅参考文献，外文翻译
车身形式选择主要参数确定
车身效果图，车身总图、骨架图、外形效果图及结构设计
总结
撰写毕业论文
答辩
基层教学单位审核
院（系）
意见
摘要
摘要
近年来，我国经济持续增长，人民收入稳步提高，轿车正在逐步走入普通人的家庭。
但是随之而来的环境问题和能源问题也是不容忽视的。
基于上述电动车则具有它独特的优势。
电动汽车无内燃机汽车工作时产生的废气，不产生排气污染，对环境保护和空气的洁净是十分有益的，几乎是“零污染”。
并且电动汽车较内燃机汽车结构简单，运转、传动部件少，维修保养工作量小。
现在无论是国内或国外都在争相研发属于自己的电动车。
由此可见电动汽车在未来是很有发展前途的。
本文首先从车身造型设计的概念、分类、方法及未来车身开发的方向进行阐述。
随后介绍了白车身的组成及其各部分的具体介绍。
然后通先介绍车身设计的方法、需要注意的问题随后从本电动车车身的造型过程、结构设计过程、三维建图过程、投影二维图来详细介绍了本次电动车车身的制作过程。
最后综合考虑轻量化及其现实的加工水平来说明了对于本电动车的选材
关键词 电动车；铝板；电动车骨架
Ⅰ
燕山大学本科生毕业设计
Abstract
Inrecentyears，oureconomykeepsonhighspeedgrowth，people’sincomesteadyexaltation,Thecarisgraduallyintoourordinarylife.Buttheissuesoftheenvironmentandtheenergyodaycannotbeignored.Sotheelectriccarhasitsuniqueadvantages.Theexhaustproducedbythecarwithoutinternalcombustionenginedoesnotproducedexhaustpollution.Itisveryusefulfortheenvironmentalprotection,anditisalmost“zeropollution”.Theelectricvehiclesarewithsimplestructure,lessfunctioningandtransmissionparts,soitsrepairandmaintenanceworkislessthanthecarwiththeinternalcombustionengine.Noweverycountyisdevelopingthereownelectriccarwhetherdomesticcountriesorforeigncounties.Allthoseshowthattheelectriccarispromisinginthefuture.
First，thisthesisdiscussesfromtheconcept，classificationmethodofthecarriageshapedesign.Thenweintroducedthedescriptionofthecarbody.Andthenweintroducedalltheprocessesofthemakingofthecarbody.Finallywiththeconsiderationoflightweightandrealisticlevel,weintroducedtheselectionoftheelectriccar.
Keywords ElectricVehicle;Drive;Motors
Ⅱ
目录
摘要 Ⅰ
ABSTRACT Ⅱ
第1章绪论 1
1.1课题背景 1
1.1.1电动汽车概述 1
1.1.2电动汽车的优点及意义 1
1.2电动汽车的发展 2
1.2.1国内外电动汽车的发展现状 2
1.2.2电动汽车的发展趋势 3
1.3本章小结 3
第2章车身设计基础 5
2.1概述 5
2.1.1车身的发展 5
2.1.2车身的特点 10
2.1.3车身的类型 11
2.2车身总布置设计 13
2.2.1车身总布置设计的原则 13
2.2.2车身总布置设计的内容 14
2.2.3车身总布置设计的性能要求 15
2.3车身和车架的联接技术 16
2.4本章小结 21
第3章电动车车身设计 22
3.1车身造型 22
3.2电动车车身结构设计 23
3.2.1汽车车身设计要求及原则 23
3.2.2汽车车身空气动力学设计 24
3.2.3电动车车身初步造型 29
3.3本章小结 29
第4章电动车骨架设计 31
4.1车身骨架的设计 31
4.2玻璃的安装 33
4.4后视镜的安装 34
4.5电动车车身前盖板的开启方式的设计 36
4.6蒙皮 37
4.7安装附属件 38
4.8涂漆 38
4.9本章小结 39
结论 40
参考文献 41
致谢 43
附录1 44
附录2 49
附录3外文翻译 54
附录4外文原文 62
Ⅲ
第1章绪论
第1章绪论
1.1课题背景
内燃机经过多年的发展和壮大，逐步实现机电一体化和全面应用现代高科技，其性能已达到至高的境界，在安全、环保、节能和廉价等方面取得了巨大进展，但是内燃机汽车的发展也面临着严峻的挑战。
随着世界经济和人口的增长，汽车的保有量不断增加，能源危机和环境污染的问题更清晰的摆在了人们的面前。
世纪伊始，世界汽车工业又一次站在了革命的门槛上。
为了解决这些问题，电动汽车呈现出了加速发展的趋势
1.1.1电动汽车概述
电动汽车（ElectricVehicle）是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。
一般采用高效率充电电池，或燃料电池为动力源。
电动汽车由底盘、车身、蓄电池组、电动机、控制器和辅助设施蓄电池六部分组成。
由于电动机具有良好的牵引特性，因此蓄电池汽车的传动系统不需要离合器和变速器。
车速控制由控制器通过调速系统改变电动机的转速即可实现。
1.1.2电动汽车的优点及意义
电动汽车的发展将集中考虑能源、环保和交通成为可能，而且他对促进高科技的发展、新型工业的兴起以及经济的发展将产生深远的影响。
它有内燃机汽车不能比拟的优点。
首先，从环保角度来看，电动汽车是零排放的市区交通工具，即使计入发电厂增加的排气，总量上看，它也将使空气污染大大减少。
此外，电动汽车使用电池储存的电能，没有内燃机工作时的机械噪声，所以，他能有效的控制城市的噪声污染。
其次，从能源角度来看，电动汽车将使能源的利用多元化（例如可使用各种可再生能源）和高效化，改善能源结构，达到能源的可靠、均衡和无污染的利用的目的。
电动汽车还可以充分利用晚间用电低谷时富余的电力充电，使发电设备日夜都能充分利用，大大提高其经济效益。
因此开发电动汽车具有重要的能源战略意义。
再次，在改善交通安全和道路使用方面，电动汽车更容易实现智能化。
1.2电动汽车的发展
追溯电动汽车的起源，最早可到1881年。
它比内燃机汽车还早一些，但内燃机车后来居上，在性能、机动性和重量上远远超过了电动汽车，电动汽车在20世纪20年代达到鼎盛后就一蹶不振，成为“电瓶车”式的辅助车辆。
在20世纪初蒸汽汽车、电动汽车和内燃机汽车基本是三足鼎立，在汽车保有量中，蒸汽汽车占40%，电动汽车占38%，而内燃汽车仅占22%，美国是最早使用电动汽车作为运输车辆的国家之一，1915年美国电动汽车产量曾达到过年产5000辆的最高峰。
有很多电动汽车一直到第二次世界大战期间仍在使用。
但到20世纪60年代电动汽车的保有量仅占汽车总量的2%。
随着现代水力发电、核能发电、风力发电和太阳能的利用，为人们提供了巨大的能源。
各种高能蓄电池和高效率的电机不断研发出来，使人们把目光转向了电动汽车，电动车辆可以是人们摆脱对石油燃料的依赖和实现“零污染”和“超低污染”的排放，为电动车的“东山再起”创造了有利条件。
因此各国和各大汽车公司都重视了电动汽车的研究、开发和试制。
从20世纪70年代起，新一代电动汽车脱颖而出，出现了各种各样高性能的电动汽车。
1.2.1国内外电动汽车的发展现状
当前在美、日及欧洲等发达国家，纯电动汽车已经进入了推广普及实质性阶段。
大量的电动汽车被研发出来，其中包括美国通用的EV双座轿车、福特的Ranga两座皮卡、丰田汽车公司的RAV-4五座轿车、日产公司的四座ALTRAEV等等。
在2000年，日本公路上就已运行着1000多辆纯电动汽车，美国商业化运行的电动汽车已达到6000辆，欧洲共同体主要城市的街道上都有电动汽车的身影。
各国除了着重于纯电动汽车的商业化以外，同时还致力于提高电动汽车的技术，如使用高性能的感应电动机或无刷永磁电动机来改进电动驱动系统，使用高性能电池来提高车载能源的储备能力，应用感应充电技术及变温座椅来提高车辆辅助设施的技术水平等。
近年来，我国又相继出台了一系列的政策法规，促进新能源汽车的发展。
国家“十五”863计划特别设立电动汽车重大专项，组织企业、高校和科研机构以官、产、学、研四位一体的方式联合攻关。
尤其是在2008年奥运会开出的20亿元电动汽车订单，规定奥运会电动车只能在国内生产制造，导致我国的电动汽车研发热潮再度升温
国内一些汽车生产厂商纷纷把矛头指向电动汽车领域。
目前已经有一批车辆投入商业化运营之中，如比亚迪公司推出的F3DM双模电动汽车，奇瑞公司的A8电动汽车等等。
由此可见，电动汽车的发展趋势是势不可挡的
国内一些汽车生产厂商纷纷把矛头指向电动汽车领域。
目前已经有一批车辆投入商业化运营之中，如比亚迪公司推出的F3DM双模电动汽车，奇瑞公司的A8电动汽车等等。
由此可见，电动汽车的发展趋势是势不可挡的
1.2.2电动汽车的发展趋势
目前电动汽车趋向于小型化、个性化和家庭化方向发展，主要为家庭辅助用车或休闲用车，有广阔的市场。
世界各国有各式各样的小型电动汽车在使用，日本丰田汽车公司的E-com微型电动轿车和日产汽车公司的Hypermini微型电动轿车，代表了新一代汽车产品，引起了各国汽车制造厂的重视，市场上正在陆续出现这种微型的电动轿车，本设计的目的也在于设计一款能在城市运行的微型电动轿车，以作为人们的休闲代步工具。
电动汽车发展的症结在于电池。
电池是电动汽车发展的首要关键，汽车动力电池难在“低成本要求”、“高容量要求”及“高安全要求”等三个要求上。
这导致了电动汽车发展的缓慢，但是这并能不阻挡电动汽车成为未来主要工具的趋势。
各国都抓紧了对高性能电池的研发。
相信在用不了多久，电动汽车就会完全取代内燃机汽车，成为人们的新宠。
1.3本章小结
本章主要介绍了电动汽车的发展背景及未来趋势。
电动汽车拥有环保，改善能源结构以及易于实现交通智能化等诸多优点，因此必将成为未来交通运输的主要工具。
但发展电动汽车过程中，一系列的问题需要解决，譬如动力电池及配套的基础设施等。
随着社会经济的发展和科技水平的不断提高，相信这些难题不久就会被攻克。
3
第2章车身设计基础
第2章车身设计基础
2.1概述
所谓汽车车身，直观地说，就是人们无论在车内还是在车外一眼就能看见的那部分，它包括车体、内饰、附件及附属设备等。
它是汽车上载人或载物的容仓
车身设计是汽车生产领域的关键技术之一。
对于电动汽车而言，车身的设计方法基本有两种，一种是改装其他燃油汽车，另一种是专门设计制造。
对于改装的电动汽车，燃油车中原来安装发动机以及相关组件的部位由电动机、功率转换器和电池所取代，由于可采用现有的燃油汽车底盘，对于小批量生产而言，这种方法较为经济。
但是，对于大部分改装车而言，均具有自重较大、重心位置较高以及质量分配不合理等缺点，因而这种方法逐渐被淘汰。
目前，现代电动汽车大部分是为特定的目的而设计的，这种特定设计的电动汽车与改装车相比有一定的优势，他允许工程师灵活的调整和整合各子系统，使之有效的工作。
在设计电动汽车时，对影响整车整体性能（如续驶里程、爬坡能力、加速能力以及最高车速）的参数需要进一步改进，比如减轻整车的质量，降低风阻系数和减小滚动阻力等。
汽车的质量直接影响整车的性能，特别是续驶里程和爬坡能力，可采用铝和合成材料制作车身和底盘来减轻汽车的自重。
车身风阻系数越低，汽车行驶时的空气阻力就越小，因而可以大大提高汽车在公路上行驶的续驶里程。
采用流线型的车头和车尾，隐藏式和平坦的车身底部可减小空气阻力。
当汽车中以中低速行驶时，采用滚动阻力系数小的轮胎可以有效地减小汽车的滚动阻力，也有利于延长汽车在市区内行驶的续驶里程。
2.1.1车身的发展
车身的发展过程中最富有特色、最具直观感的首先是车身外形的演变。
图2-1所示为轿车车身的外形变化过程。
图2-1轿车车身外形演变过程
（1）原始型阶段世界上第一部汽“戴姆勒一号”是“马”与“发动机”两个动力源相互交换的产物。
如图2-2所示，它的车身与马车的形状没有区别，还无车身外形设计可言。
这部年由德国工程师戴姆勒设计的汽车，车身只是一个马车篷。
此后，随着乘座舒适性的要求，车身上加装了挡风板、挡泥板等构件。
年，福特T型车间世以后使出现了“箱型车身“（图2-3）。
图2-2世界的第一辆汽车 图2-3福特T型车
车身由简陋的帆祁蓬发展为带有木质框架的箱型车身，由此预示着车身外形设计的开端。
后来通用的“雪佛兰”又造出散热器罩、发动机通风口和轮罩上的豪华装饰件，箱型车变得越来越漂完了。
但是这一系列变化只是为了汽车更豪华漂亮，并不是为了别的要求，所以车型本没有变化。
然而，就是这种车的出现，完成了汽车工业的两大突破：
一是汽车上的一万多只零件全部标准化；二是采用了流水线装配酌生产方式。
这奠定了汽车工业发展到今天的基础。
年代，由于机床制造业的发展，开始采用薄板冲压件焊接结构箱型车身（图2-4）。
图2-4薄板冲压焊接结构箱型车身图2-5行驶阻力和时速的关系曲线
然而，箱型车身空气阻力大，在当时只是简单地依靠加大发动机的功率来克服空气阻力。
增加动力必须增加发动机的缸数。
如果在车重不变酌情况下，速度和功率的关系成一次方正比，速度要提高一倍，功率就要翻两倍。
实际上这种假设是不正确的，其原因是因为存在空气阻力和轮胎的滚动阻力。
滚动阻力是接近一定的，而空气阻力则不然。
如图2-5所示，当速度超过70km/h，空气阻力逐新增大，超过100km/h，可以说功率几乎全部消耗在克服空气阻力上了。
由此，人们注意到良好的车身外形设计的主要内容是要减小空气阻力。
我们知道，风阻与迎风面积有关，减小迎风面积可以减小阻力。
那么，从车身正面看，首当其冲就是要降低车身高度。
随后就出现了相对圆润化的甲壳虫式车身。
（2）流线型车身阶段1911年，英国人卡门对涡流现象作了深入的研究。
汽车产生的涡流耗损能量，因而涡流起着阻碍汽车前进的作用。
1934年，密执安大学的雷依教授进行了具有历史意义的汽车风洞试验，测量了各种形状汽车车身的形状阻力系数。
如图2-6所示。
图2-6各种车身形状的阻力系数
可以看出，流线型的车身空气阻力最小，能够产生高速度，其合理性显而易见，所以马上被用于大量生产的汽车上。
在此也不可忽视汽车制造技术的进步所起的作用。
机床制造业和冲压技术的不断完善，使得生产具有柔和光顺凹线的流线型车身成为可能。
这一阶段最著名的便是貌似甲壳虫的甲壳虫轿车。
如图2-7所示。
图2-7甲壳虫汽车
（3）考虑人机工程的船形车身阶段二次大战之后，越来越多的设计师开始注重以人为本的设计思想，设计师们置身于驾驶员及乘员的角度来构思便于操纵、乘座舒适的汽车也就是把战争中发展起来的人体工程学引入车身设计，采用了将整个车室置于前后两轮之间的设计方法，前方为发动机VL室，后方为行李舱。
这样的设计非常接近于船的造型，所以称为船形汽车。
船形汽车的后部因增加了行李舱而形成阶梯状，虽然比起甲虫型车身会产生一些涡流，但这决不是空气动力性能的倒退，而是巧妙地发挥了箱型车和甲虫型车的长处，克服了缺点，使人体工程学和空气动力学成功地结合在车身造型上。
令人吃惊的是船形车身从年问世到现在已经过了多年的考验，这种车身外形本质上并没有发生什么变化，足以证明这种平直的外形是十分优秀的。
中国的红旗牌轿车就是典型的船形造型。
（4）鱼形车身阶段船形车身尾部仍会产生空气涡流，虽然不像箱式车身那样严重，但是也一定程度的影响车的动力性。
于是，改变船形车尾的阶梯状为斜背式，这样有效降低了涡流强度。
这种车身即为鱼形车身。
鱼型车身有着很多优点，车身低，没有阶梯，前后翼子板与车身几乎成一体，且斜背式的倾斜比较平缓，层部较长，围绕车身的气流也比较平顺，不会产生涡流。
鱼型车身比甲虫型车身低、长、美观，具有鲤鱼的造型，它横截面积小、所以迎风阻力小，形状阻力也小。
甲壳虫车身与鱼形车身的比较如下图。
图2-8甲虫车身与鱼形车身的比较
（5）楔形车身阶段随着车身的发展，人们长期追求汽车流线型的美，发展到鱼形获得了空气阻力最小的形式，这已被人们所公认，但同时产生了了更棘手的难题，这就是升力的问题。
鱼型车身的侧面形状与甲虫型车身的侧面形状相似，也非常接近飞机的机翼的断面形状，根据风桐试验的结果，和汽车静止时相比，时速为100km时，汽车的附着力减少1／8；150km时，减少1／4；200km时，减少l／8。
如此，方向盘发飘，驱动力大幅度下降，经过长期与涡流斗争而获得的流线型高速汽车，反而陷入了不能充分发挥动力和行驶不稳的困境。
解决这个问题首先想到的是在车身上装一个翼，它似一个倒机翼，而且前倾。
这样在行驶中会得到和升力同样性质的力，只是方向向下，利用这个力来战胜车身上的升力，从而保证高速安全。
但由于自重大，安装困难，空气阻力大而没有被采用。
后来，人们想到，将车身整体向前下方倾斜以有效地克服升力。
于是出现了能很好地抑制升力的楔型车身。
这一时期的车型的特点是把散热器罩做成横宽形，上下很窄，发动机罩向前倾斜，加高发动机舱的高度。
典型的是乔治·雅罗年设计的“黑桃皇后”牌轿车，车窗阔大，外形清爽、利落、脱俗，令人赞赏。
直到今天，楔形车身仍是汽车外形的潮流，现代车身将船型、鱼型揉合成楔形，线条更趋于圆滑。
至此，汽车外形完成了它的由箱型到甲虫型到船型，再到鱼型、最后到楔型的演变。
这五个时期，开拓了汽车造型的五个新时代，是汽车的性能与各个时期的技术水平相适应而产生的必然结果。
2.1.2车身的特点
车身的基本设计思想和基本构造到本世纪中期都已确定或发明出来，其后的任务则是努力提高轿车的性能，协调汽车与人类社会的关系。
（1）汽车车身是综合设计的产物安全、舒适、经济、美观、无污染、可靠性和高效率等要求对汽车来说是缺一不可的。
这就决定了外形设计并非孤立的造型，而是一种要体现各种要求的综合设计。
技术作为外形设计的基础，技术越纯熟，造型越自由。
正如大型自由曲面夹层玻璃的成型上艺，为车身统一的整体造型创造了条件。
在今天，汽车技术迅猛发展，新材料、新工艺和新能源的不断开发及利用，使得在汽车外形设计上有了自由创造的可能。
如电瓶车、太阳能汽车，去掉了发动机这一大部件，车身布置一下省去了一大矛盾，前围的设计可以随心所欲，设计师的创造力得以充分发挥。
并且，设计程序不断革新和完善，新设计层出不穷。
（2）追求各向异性造型所谓各向异性造型，就是在汽车的外形上下方向上增加凹凸的变化（凹槽、折面或类似柱面的自由曲面）；纵向长度上则有平滑的流向，造型流畅、光滑、丰满、纤细，给人以低矮、亲切及柔和的视觉美，这也正是设计师在高科技杜会中对高情感、个性化为追求，对技术的人性化、非情感化和标准化大生产带来的“千篇一律”性进行补偿的追求。
（3）风格多样化从早期的大平正方型到流线型，再到现在加紧凑轻量的楔型，乃至自由曲面型和各种富有人情味的仿生型——再现了人们追求情感化，追逐新潮和风格多样的要求。
从楔型到风格多样化，外表更加光滑，风窗布置继续增大，风阻系数将更低、而且外表的透明感、柔和感更加宜人悦目，汽车的外形和色彩与周围的建筑和风景更加融洽。
预计在世纪中期或后期，还将出现几何形风格的外形。
它可根据个人用途、爱好、习惯等进行自由拆装，长短宽窄随
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