CN102673358B - 一种纯电动汽车底盘 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纯电动汽车底盘。包括改装底盘，改装底盘的车架上于前车桥上方的发动机被拆除后留出的位置上设有电动机，电动机的输出轴与离合器通过法兰盘刚性连接而将动力传递至变速器、前车桥，车架上装配有向电动机提供电力的多块电池，各电池分成四部分安装于车架上的对应设置的第一、二、三、四电池安装架上，本发明的纯电动汽车底盘将电池前后分散设置，尽量不改变原车的底盘质心位置和整体结构而满足城市用车的要求，可大大降低了生产成本。

Description

一种纯电动汽车底盘

技术领域

本发明属于电动汽车领域，特别涉及一种纯电动汽车底盘。

背景技术

汽车工业的高速发展以及人们对于汽车使用需求的不断增加，带动了汽车产量和保有量的持续上升，从而加剧了人们目前普遍关注的能源问题和环境问题。纯电动汽车具有低噪声、无污染、能量来源多样化、能量效率高的特点，是解决城市化中的汽车问题的重要途径。发展纯电动汽车将对调整我国产业结构、提高重点领域的创新能力和市场竞争能力，促进经济社会协调发展产生深远影响。从汽车工业的发展来看，电动汽车的迅速发展是不可逆的趋势。因此，我国作为世界汽车生产大国应该抓住这一机遇，加快电动汽车的发展。

近几十年来，发达国家为电动车的开发投入了大量的人力和财力，电动车的各项相关技术也取得了重大的进展。从1976年美国制订电动车辆研究计划以来，通用公司和福特公司都投入大量资金进行电动汽车的研发，但是由于纯电动车的价格太高且续驶里程未能满足使用者的需求，因此诸如EV-1、ChryslerEPIC等已相继停产。然而美国国家实验室还继续进行纯电动汽车的先进驱动系统、先进电池及其管理系统等的深入研究。欧洲各国成立了欧洲电动汽车协会，并得到欧洲经济委员会的支持和资助。日本政府一直很重视电动汽车的发展，很早就制定了电动汽车发展计划。在我国，自“八五”以来，电动轿车、电动公交客车、电动车辆系统设计与开发、子系统与零部件研制、能量存储装置、示范运行和标准制定及政策研究等多方面都取得了诸多成果。清华大学早在1990年北京国际EV展览会上就展出了EV6580型电动小客车，在那以后又为多家汽车制造厂商开发和研制了多种EV、HEV、FCEV等功能样车。西安交通大学在电动汽车关键技术领域研究开发了15项国家发明专利，正式授权5项；在电动汽车驱动控制和能量回收技术的研究中，率先将鲁棒控制应用到电动汽车能量回收技术上。

电动汽车的发展在我国已形成了共识,但鉴于技术上的制约及现实国情的因素,我国对电动汽车的各种研究,绝大多数都只能建立在改装车的基础上。电动汽车要走向市场化、实用化,必须从其本身的特点出发,进行真正意义上的电动汽车设计,才能从本质上提高整车的性能。因此,在电池技术尚未取得突破性进展的今天,如何利用有限能量的蓄电池来改装尽可能高性能的电动汽车,其改装方法很值得探讨。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以原有的以热力发动机为动力源的汽车底盘改装成的纯电动汽车底盘。

本发明的技术方案是：一种纯电动汽车底盘，包括至少拆除发动机、油箱而至少保留车架、前车桥、后车桥、离合器、变速器的由机动车底盘改动而成的改装底盘，改装底盘为前桥驱动式底盘，车架上于前车桥上方的发动机被拆除后留出的位置上设有电动机，电动机的输出轴与离合器传动连接而将动力传递至变速器、前车桥，车架上装配有向电动机提供电力的多块电池，各电池分成四部分安装于车架上的对应设置的第一、二、三、四电池安装架上，第一电池安装架固定于电动机前方的车架上，第二电池安装架设于电动机上方并固定于车架上，第三电池安装架固定于前、后车桥之间靠近后车桥的位置的车架上，第四电池固定于后车桥后方的车架上，第四电池安装架上还设有控制电机运行的控制器。

所述各电池安装架均包括与车架固定的下架及装配在下架上的用于放蓄电池的上架，上、下架之间装有供两者滑动的滑轮装置及固定在一起的锁紧装置。

所述电动机是交流异步鼠笼电机。

所述电动机水平放置，与离合器采用法兰盘刚性连接。

所述电池为铅酸电池。

所述改装底盘还包括前盘后鼓式的制动系和电动助力式转向系统。

所述改装底盘还包括减震器和前、后悬架，前、后悬架的弹簧的钢丝直径的取值范围为14-16mm。

本发明的纯电动汽车底盘将电池前后分散设置，尽量不改变原车的底盘质心位置和整体结构而满足城市用车的要求，主要部件的参数变化不大，可大大降低了生产成本。

进一步的，电动机水平放置，与离合器采用法兰盘刚性连接，这样一方面可以增加其刚度，另一方面也可以减少传动环节，降低机械损失，提高输出效率，延长续驶里程。

进一步的，底盘上布置的电池为铅酸电池，其布置尽可能不改变原车的质心位置，并尽量靠近电机及其控制系统，以提高整车的稳定性、操纵方便性，减少连接电阻的电能损耗。

进一步的，底盘的制动系采用前盘后鼓式，并使用采用电动助力转向系统，使总体布置更灵活。

附图说明

图1是本发明的纯电动汽车底盘的实施例的结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是本发明的纯电动汽车加速性能曲线。

具体实施方式

如图1、图2所示，本发明的纯电动汽车底盘的实施例，包括至少拆除发动机、油箱而至少保留车架4、前车桥9、后车桥10、离合器12、变速器3的由机动车底盘改动而成的改装底盘，改装底盘为前桥驱动式的轿车底盘，车架4上于前车桥9上方的发动机被拆除后留出的位置上设有电动机15，电动机是交流异步鼠笼电机，电动机15的输出轴与离合器12通过法兰盘13刚性连接而将动力传递至变速器3、前车桥9，驱动前车桥9的左右前轮8。车架4上装配有向电动机提供电力的多块电池，电池采用铅酸电池而块数较多，为了尽量不影响原车的整车质量分配，所以分成四部分安装于车架上的对应设置的第一、二、三、四电池安装架上，第一电池安装架1固定于电动机15前方的车架4上，第二电池安装架14设于电动机15上方并固定于车架4上，第一、二电池安装架的位置是原先安放发动机附件(水箱、进气道)的地方，位于底盘的前方。第三电池安装架5固定于前、后车桥之间靠近后车桥10的位置的车架4上。第四电池11固定于后车桥10后方的车架4上。各电池安装架均包括与车架固定的下架及装配在下架上的用于放蓄电池的上架，上、下架之间装有供两者滑动的滑轮装置及固定在一起的锁紧装置，从而可以在检修和更换蓄电池时既方便又快捷、省力。所述第四电池安装架11上还设有控制电动机15运行使得电动机与整车传动系统匹配的控制器7，这样各辅助设备在总体布置上更灵活，能更合理地利用结构空间。

另外，行驶系重新选用了承载能力大的轮胎，加大前悬架2和后悬架6弹簧的钢丝直径，保留原车减振器。由于原车发动机已拆除，本实施例中将车架4上原有的机械式液压动力转向机构改为电动助力转向机构，真空助力器改为电动的真空泵，空调系统的压力泵也改用电力驱动；当然在本发明的其他实施例中，上述助力、空调部件也可以没有，或者仍使用原车的液压系统，而将电动机的动力传递给相应液压泵即可；另外，在本发明的其他实施例中，电池架也可以采用固定电池的不分层的矩形框架。

电动汽车的机械参数：a.尺寸参数：长×宽×高为4680×1700×1423mm，轴距为2656mm，前轮距为1414mm，后轮距为1422mm，最小离地间隙为138mm；b.质量参数：整备质量为1756kg，整车总质量2081kg；c.变速器：型式为同步器式五档，速比为3.455-1.944-1.286-0.969-0.800/R3.167，主减速比为4.444；d.离合器：单片、干式。

电动汽车的电参数：a.电动机：类型为交流异步，额定功率为22kw，额定电流为154A，额定电压为240V，额定转速为3000r/min，质量为120kg；b.电池：型号为铅酸电池，单节容量为150A·h，电压为12V，尺寸为300×170×210mm，电池数目为12节。

汽车的质量参数和质心位置直接影响汽车的牵引力、通过性、制动性和操纵稳定性等主要使用性能。在此采用试验的方法测定改装车的整车整备质量及其在前后轴上的分配。试验装置为中国第一拖拉机研究所的磅秤。试验车空载，先从一个方向低速驶上秤台，依次称量前轴质量、整车整备质量、后轴质量；然后掉头，从相反的方向再一次称量三个质量，最后取其平均值。实验结果表明，改装后整备质量为1756kg，比原车增加636kg，这是因为改装车是纯电动汽车，它以铅酸电池为能源，其整备质量必然大于以内燃机为动力的原汽车。但由于把改装车定位为城市用车，城市坡度较小，平均车速较低，所以整备质量稍稍增大而不至于对动力性产生过多影响。由于蓄电池所占空间很大，为合理安置电池，在改装中重心后移，轴荷达到前后轴各占50％会有一定难度。但考虑到增加的蓄电池质量布置较低，所以改装后质心高度要较改装前低，城市行车车速不是很高，前轮驱动，前轴负荷率为0.48，其附着性不成问题，对行驶性和操纵稳定性也不会有较大的影响。

动力性是汽车各种性能中最基本、最重要的性能，它主要可由三方面的指标来评定，即：最大爬坡度i_max、最高车速u_amax和加速时间t。通过计算的方法得到最大爬坡度和最高车速，通过试验的方法得到加速时间，来验证改装车是否改装成功。

汽车行驶过程的动力平衡方程式为：

F_t＝F_f+F_w+F_i+F_j    (1)或

$\frac{T_{\mathrm{tq}}\·i_g\·i_0\·{\mathrm{\η}}_T}{r}=\mathrm{mg}\·f\·\cos \mathrm{\α}+\frac{C_D\·A\·u_a^2}{21.15}+\mathrm{mg}\·\sin \mathrm{\α\δ}\·m\·\frac{\mathrm{du}}{\mathrm{dt}}---\left(2\right)$

式中，F_t为驱动力；F_f为滚动阻力；F_w为空气阻力；F_i为坡度阻力；F_j为加速阻力；T_tq为电机扭矩；i_g为变速器传动比；i₀为主减速器传动比；η_T为传动效率；r为车轮半径；m为整车总质量；f为滚动阻力系数；α为坡道角；C_D为空气阻力系数；A为迎风面积；u_a为车速；δ为转动质量换算系数；为汽车加速度。

由于坡道角α一般都比较小，可认为cosα≈1。一般所谓汽车的爬坡能力，是指汽车在良好路面上克服F_f+F_w后的余力全部用来(即等速)克服F_i坡度阻力时能爬上的坡度，所以令式(2)中的就可求得

$\mathrm{\α}=\arcsin =\frac{\frac{T_{\mathrm{tq}}\·i_g\·i_0{\mathrm{\η}}_T}{r}-(\mathrm{mg}\·f+\frac{C_D\·A\·u_a^2}{21.15})}{\mathrm{mg}}---\left(3\right)$

坡度值i可由i＝tanα求出。汽车的最大爬坡度i_max指的是Ⅰ档时的最大爬坡度。所以，用i_g1代替式(3)中的i_g就可求出最大爬坡度。

由SP-EV2000电动汽车的主要参数可知，i_g1＝3.455，i₀＝4.444，m＝2081kg，r＝0.283m，P_e＝22kW时，T_tq＝52.5N·m；C_D取0.31，A＝2m²，f取0.015，η_T取0.98。在u_a＝50km/h时，计算得i_max＝42.2％，大于设计指标30％，满足设计指标和城市交通使用要求。

最高车速是指在水平良好的路面上汽车能达到的最高行驶车速。令式(2)中的α＝0，以Ⅳ档传动比i_g5代替i_g，得

$\frac{T_{\mathrm{tq}}\·i_{g5}\·i_0\·{\mathrm{\η}}_T}{r}=\mathrm{mg}\·f+\frac{C_D\·A\·u_{a\max }^2}{21.15}---\left(4\right)$

式(4)中各参数含义参见式(2)的说明，i_g5＝0.800，其它参数的取值同上，由式(4)可算出u_amax＝110km/h。最高车速的设计指标为95km/h，可见，改装车可以满足城市交通使用要求。

本发明采用室内试验，试验设备采用微机控制的DCG—10E型双滚筒底盘测功机。该设备具备模拟500kg～7000kg等效汽车质量的功能，每500kg为一档，适用于轴载质量不大于10t、驱动轮输出功率不大于160KW的汽车。其速度测试原理是：当汽车驱动车轮带动滚筒转动时，装在滚筒上的齿轮带动速度编码器上的齿轮同步转动，并产生脉冲信号，该信号输入计算机经处理后，显示出汽车的速度。速度测量误差为±0.5％。其加速时间测试原理是：当汽车达到初始速度时，计算机开始计时，达到终止速度时计算机停止计时。加速时间由显示窗动态显示。

利用DCG—10E底盘测功机模拟加速过程中的全部阻力，即滚动阻力、空气阻力与加速阻力。采用Ⅰ档换到Ⅱ档再换到Ⅲ档，由原地起步加速到100km/h做原地起步加速试验，采用直接档Ⅳ档由30km/h全力加速到100km/h做超车加速试验。根据试验结果数据绘制的加速性能曲线如图3所示。考虑到城市用车，行驶车速经常在40km/h以内，所以初步确定0～40km/h的加速时间不超过14s，由图3可以看出0～40km/h的加速时间为13s，达到设计要求。

Claims (7)

1.一种纯电动汽车底盘，其特征在于：包括至少拆除发动机、油箱而至少保留车架、前车桥、后车桥、离合器、变速器的由机动车底盘改动而成的改装底盘，改装底盘为前桥驱动式底盘，车架上于前车桥上方的发动机被拆除后留出的位置上设有电动机，电动机与离合器、变速器按前后方向布置，电动机的输出轴与离合器传动连接而将动力传递至变速器、前车桥，车架上装配有向电动机提供电力的多块电池，各电池分成四部分安装于车架上的对应设置的第一、二、三、四电池安装架上，第一电池安装架固定于电动机前方的车架上，第二电池安装架设于电动机上方并固定于车架上，第一、二电池安装架的位置是原先安放发动机附件：水箱、进气道的地方，位于改装底盘的前方，第三电池安装架固定于前、后车桥之间靠近后车桥的位置的车架上，第四电池固定于后车桥后方的车架上，第三电池和第四电池均横跨车架的中心轴线，第四电池安装架上还设有控制电机运行的控制器。

2.根据权利要求1所述的纯电动汽车底盘，其特征在于：所述各电池安装架均包括与车架固定的下架及装配在下架上的用于放电池的上架，上、下架之间装有供两者滑动的滑轮装置及固定在一起的锁紧装置。

3.根据权利要求1所述的纯电动汽车底盘，其特征在于：所述电动机是交流异步鼠笼电机。

4.根据权利要求1或2或3所述的纯电动汽车底盘，其特征在于：所述电动机水平放置，与离合器采用法兰盘刚性连接。

5.根据权利要求1所述的纯电动汽车底盘，其特征在于：所述各电池为铅酸电池。

6.根据权利要求1所述的纯电动汽车底盘，其特征在于：所述改装底盘还包括前盘后鼓式的制动系和电动助力式转向系统。

7.根据权利要求1所述的纯电动汽车底盘，其特征在于：所述改装底盘还包括减震器和前、后悬架，前、后悬架的弹簧的钢丝直径的取值范围为14-16mm。