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1、2.1 太阳能电动观光车车架方案论证2.1.1 太阳能电动观光车车身承载方式论证非承载式车身是指车架承载着整个车体，发动机、悬挂和车身都安装在车架上，车架上有用于固定车身的螺孔以及固定弹簧的基座的一种底盘形式。半承载式车身是一种介于非承载式车身与承载式车身之间的构造形式，他拥有独立完整的车架，并且车架与车身刚性连接，因此车身壳体可以承受局部载荷。承载式车身是汽车底盘构造的一种，其车身负载通过悬架装置传给车轮。这三种构造最大的不同在于非承载式车身和半承载式车身均有一刚性车架，即有一个明显的大梁存在；全承载式车身整个车身均为一体，底盘系统件都直接安装在车身构造上。1)假设为承载式车身或半承载式车身
2、的车身构造分析非承载式、半承载式车身构造车辆在形式过程中产生的弯曲和扭转载荷主要是靠底盘车架承受，因而车身局部在设计中根本不加考虑。而全承载式车身构造由于主要承受小截面管材组焊而成，小截面管材一般抗弯、抗扭力量弱，而承受杆向力的力量强，因此通过合理的构造设计，使车辆在行驶过程中产生的弯曲和扭转力均由杆向力承受。这种构造设计时主要 考察各杆自身的强度是否适宜。全承载式车身没有底盘车架，整车行驶载荷靠组焊的小截面管材形成的稳定构造承受。然而全承载式车身的侧围是整车重要的承载部件，如图2.1。对于图中客车模型，车身与底 架的界面点位于车身的侧围与上围形成的“环”构造上，底架受到悬架支撑点传来的力，然
3、后将这些力通过这些“环”传递到车身上，这些“环”的承载度反映了车身的承载程度。按车身承载形式不同分类共有三种：一种是非承载式车身，其次种是半承载车身，第三种是全承载车身。图 2.1图 2 为一般观光车根本形式，显而易见，由于观光车的特别使用要求上，其车身必需是开放式的，但假设布置成承载式车身，车身构造上主要承载构造之一的“侧环”就难以布置。在这种状况下，应当放弃承载式车身和半承载车身，选取非承载式车身构造。图 2.22.1.2 车架形式的论证电动节能车车架是承载电动机、电池和驾驶员的载体，也是安装转向系统，传动系统的基体。因此，车架必需满足足够的刚度和强度需求,使其在承受载荷之后,仍旧可以保证
4、各部件的安装定位准确。其次，车架的布置得离地面近一些，以使汽车重心位置降低，有利于提高汽车的行驶稳定性。目前，汽车车架构造形式根本上有三种：中梁式车架脊骨式车架、综合式车架和边梁式车架。1) 中梁式车架中梁式车架只有一根位于中心贯穿前后的纵梁，因此也称脊骨式车架。中梁式车架重量 轻，重心低，行驶稳定性好，其构造使车轮跳动空间比较大，便于布置独立悬架。车架刚度和强度较大，中梁还能对传动轴有防尘作用。但这种车架制造工艺简单，精度要求高，使维 护保养不便利。2) 综合式车架如图 2.2 所示车架前、后部是边梁式，而中部是中梁式的。这种车架称为综合式车架。它同时具有中梁式和边梁式车架的特点。但这种车架
5、实际上还是属于中梁式，同样制造工艺 简单，精度要求高。图 2.23) 边梁式车架边梁式车架由两根位于两边的纵梁和假设干根横梁组成，用铆接发或焊接法将纵梁与横梁连接成结实的刚性架构。目前广泛用在载货汽车、特种汽车和大客车上。边梁式车架有构造简洁，对车身设计要求低，改装简洁的特点。本课题中太阳能电动观光车由于其特别的驱动方式，较传统燃油车省去了传动轴。而且并非大规模生产，不必选用制造工艺简单，精度要求高的中梁式车架和综合式车架。目前应用广泛的边梁式车架明显更适合。在车架类型上，选用的是边梁式车架。2.1.3 车架的构造特点分析本课题设计的是电动观光车，在车架的构造选取上，首先，应当满足汽车的总布置
6、要求。1) 在车架宽度的选取上，一方面要兼顾车架的宽度，另一方面要保证前轮转向所需的空间，通常将前方的车架设计得窄一些，整体为前窄后宽，如图2.3。这种前窄后宽 的车架适用在轻型汽车、微型汽车和轿车。图 2.3在车架纵梁的构造上，一方面要保证车架的功能，另一方面要满足整车总体布置的要求，同时其外形应尽量简洁,以简化其制造工艺。从纵梁的侧视图看，纵梁的形 状可分为上翼面是平直的和弯曲的两种。当上翼面为平直时,可使车厢地板平坦， 纵梁制造便利,大多数载货汽车车架纵梁为这种形式。当上翼面弯曲时，纵梁局部 区段降低，地板高度相应降低,改善整车的稳定性，且利于上、下车，其制造工艺 简单。在本课题中，太阳
7、能电动观光车为小型电动汽车，在电池的布置上面，要尽量的离地面近一些，以使汽车的重心位置降低，有利于提高汽车的行驶稳定性。上翼面为弯曲的纵梁形式更适合本课题，如图2.4。2)图 2.43)在车架横梁形式确实定上，横梁其中一个作用就是用来支撑汽车的主要总成。在横梁的位置和数量上，要满足汽车的总布置要求。其次，车架还应具有足够的强度和适当的刚度。汽车横梁将左右纵梁连接在一起，构成一个框架，使车架有足够的抗扭刚度。车架纵梁与横梁的连接形式对车架的受力有很大的影响。连接方式分为几类：1) 横梁与纵梁的腹板相连接。这种方式制造工艺简洁，连接刚度较差，但纵梁不会消灭大的应力，一般中部横梁承受这种方法。2)
8、横梁同时和纵梁的腹板及任一翼缘相连接。这种方式制造工艺不是很简单，连接刚度得到加强，故广泛应用。3)横梁同时和上、下翼缘相连接。这种方式具有较好的加强角撑，可产生良好的斜支撑作用，是整个车架的刚度增加，但是制造工艺简单。纵梁和横梁的固定方法可分为铆接、螺栓连接和焊接等方式。1) 大多数车架用搭铁板通过铆钉连接。本钱低，刚度与铆钉的数目及分布有关。但是此种固定方式，会大大增加车架的质量，不利于经济性。2) 螺栓连接为了适用于各种特别适用条件的汽车车架上承受，以便装在车架上的某些部件可以拆卸或互换。3) 焊接连接结实，不致产生松动，能保证大的刚度，但是有较大的内应力。但是车架整体的质量低。2.1.
9、4 纵梁断面外形纵梁多承受抗弯力量较强的槽型截面，也有承受 Z 字形或等截面外形。因纵梁中部受弯曲力矩最大，中部断面宽，由中部至两端渐渐削减，构成等强度梁。由于生产工艺条件的限制，也有将纵梁做成等截面的。为了汽车构造布置的要求，纵梁可在上下及左右方向做成弯曲的。为了固定转向器、钢板弹簧、蓄电池等的需要，在纵梁上要打出相应的安装孔。1) 槽型断面槽型断面的纵梁有较好的抗弯强度，又便于安装各种汽车部件，因此得到了广泛应用， 但是此种断面的抗扭性较差。从降低车架纵梁的抗弯应力方面考虑，增大槽型断面高度最有 利，但是会使汽车的质心高度增加。增加上、下翼面的宽度,也可以提高纵梁的抗弯强度。综合考虑上述因
10、素的影响，通常高和宽的比值为 2.83.5。2) Z 字型断面这种纵梁断面外形优点是：工艺简洁，能使车架前后等宽，可以提高车架的适用寿命； 缺点是纵梁与横梁的连接构造简单，须在纵梁上翼面上增加一块垫板，使在纵梁腹板上装置 有关总成不便利。3) 工字型断面工字形截面和Z 形断面的车架,工艺简洁,但纵梁和横梁连接处的构造简单。4) 管型截面管形截面的优点是构造简洁,易于弯曲,工艺简洁。缺点是在具有一样的转动惯性矩下用材较多,构件之间的连接不便利。横梁的作用是连接左右两纵梁而构成一个框架，从而保证车架具有足够的抗扭刚度。此外还要有支承各主要总成的作用。其截面外形和纵梁一样有槽形、工字型、箱形、管形和
11、Z 形等几种。2.1.5 车架材料的选择在现阶段，电池技术进展缓慢，电动汽车普遍的技术难题就是续航里程不抱负，这就使太阳能电动观光车的设计必需遵循轻量化的设计原则。所谓轻量化，就是在它的性能的前提下，尽量减轻自身的重量，它是指同一它是指同一台车在同样的尺寸或同一种车型在同样功率的前提下重量的减轻。一般内燃机汽车车架的重量在整车的重量中占有较大的比重(大约 占 10%左右)，太阳能电动车的车架更是如此(大约占 20%左右)，所以车架轻量化就可以在很大程度上减轻整车的重量。从对材料性能的要求分析，主要有三个方面：材料的耐蚀性、耐磨性和耐疲乏性。其次是常温强度和焊接性要恰巧和当前设计产品失效的缘由相
12、吻合。钢材利用率的凹凸是材料技术水平的一个重要指标，各工业兴旺国家都努力提高钢材的 利用率，以提高机械制造的经济效益。提高钢材的利用率，应进一步调整钢材构造，提高合总长总宽总金钢、低合金钢和板材、管材的比例。此外，应通过合理选材用材，推广使用无切削工艺和保护加工技术，进展焊接构造来到达节材的目的。对于设计的产品承受低合金高强度钢轧材代替一般炭素钢，可使金属消耗量降低 30； 承受冷轧钢板代替热轧钢板可降低材料消耗量 25；用钢板和带钢冷弯成异型材代替热轧型钢，材料消耗量可降低25；用冷拔型钢代替热轧型材可降低消耗15。选材中还要注 意到材料的化学物理性能、机械性能和工艺性能，如：车架设计中所需
13、要的弹性模量、强度、韧性、焊接性能、淬透性、回火脆性等。车架的材料一般选择优质碳素构造钢板、碳素构造热轧钢板和低合金高强度钢板。对于 优质碳素钢板，如一些量产车后轴轴管主要用的就是20钢，一些支架则主要是承受08Al 等， 而掌握臂和拖曳臂等大局部都是承受的SPHC。对于碳素构造热轧钢板用降低钢种的碳 含量， 增加钢种的锰含量、甚至其它元素来强化，在提高强度时，伸长率下降较少。对于低合金高强度热轧钢板在载货汽车上的用量很大，主要用于汽车车架的纵梁和横梁，车厢的纵 梁和横梁等受力构造件和安全件。这些件的强度级别有两种其抗拉强度分别为 390Mpa 和510Mpa。2.2 主要参数2.2.1 总体参数依据总布置技术要求，太阳能电动观光车的外廓尺寸如下： 长：3 900 mm；宽：1 370 mm；高：1 950 mm；轴距：2 750 mm；轮距：1 070 mm； 质量参数如下：整车装备质量：700 kg； 满载总质量：1 180 kg；载客数含驾驶员：8 人；性能参数如下：最高车速满载：35 km/h；最大爬坡度满载：20 %；一次充电行驶里程：90 km。整车参数，见表3900*1370*1950整车质量kg700高mm轴距mm2750满载质量kg1180前轮距mm1070最高车速35 km/h后轮距mm1070最大爬坡度20%
