摘 要

近年来，随着全球资源的不断消耗，人与自然的矛盾越来越尖锐，节能与环保的理念更加深入人心。这些都促进了纯电动汽车的发展，越来越多的企业将资金投入到新能源汽车的的开发和研究之上。本次设计就是纯电动汽车的总体布置设计，与传统汽车的设计类似，纯电动汽车的总体设计是一辆汽车设计阶段的最初阶段，也是最重要的阶段之一。本次设计参考所选的车型是传祺GE3是一款纯电动汽车，根据参考车型并结合自己所掌握的资料，对汽车的形式和主要参数进行了设计，主要包括汽车的轴数、驱动形式、外轮廓尺寸、质量参数、轴荷分配、动力性和经济性参数、轮胎以及通过性和机动性参数。除此之外，对汽车的前舱的零部件、动力电池、传动系统、转向系统、制动系统、踏板以及车身等进行了布置。在进行车身布置时，运用了人机工程学的知识使车身的布置更加人性化。按照总布置的原则，完成了汽车的总体布置设计，并根据设计的结果绘制了车身布置图、底盘布置图、人机工程图以及几个零部件的结构图。

关键词：纯电动汽车；总布置设计；人机工程学；车身布置

Abstract

In recent years, with the continuous depletion of global resources, the contradiction between man and nature has become increasingly acute, and the concept of energy saving and envint of pure electric vehicles, and more and more companies have invested capital in the developronmental protection has become more deeply rooted. All these have promoted the developmement and research of new energy vehicles. This design is an overall layout design of a pure electric vehicle. Similar to the design of a traditional car, the overall design of a pure electric vehicle is one of the initial stages of an automobile design stage, and is also one of important stages. The model selected for this design reference is the Chuange GE3, which is a pure electric vehicle. Based on the reference model and combined with the data it has acquired, the vehicle's form and main parameters were designed, mainly including the number of axles and driving modes of the vehicle. , outer profile dimensions, quality parameters, axle load distribution, dynamic and economic parameters, tires, and pass and mobility parameters. In addition, the components of the front cabin of the car, the power battery, the transmission system, the steering system, the brake system, the pedals, and the bodywork were all arranged. When arranging the bodywork, ergonomic knowledge was used to make the layout of the body more humane. In accordance with the principle of general arrangement, the overall layout design of the car was completed, and the layout of the car body, the layout of the chassis, the ergonomics drawings, and the structural drawings of several parts were drawn based on the results of the design.

Key Words：pure electric vehicle; general layout design; ergonomics; body layout

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究的背景及意义 1

1.2 国内外纯电动车发展状况 1

1.2.1 全球电动汽车市场现状及趋势 1

1.2.2 国外电动汽车发展历程 2

1.2.3 我国电动汽车的发展现状 2

1.3 研究的内容与方法 3

第2章 汽车形式的选择 4

2.1 轴数的选择 4

2.2 驱动形式的选择 4

2.3 布置形式的选择 4

第3章 汽车主要参数的选择 5

3.1 汽车尺寸参数的确定 5

3.1.1 汽车轴距 5

3.1.2 外廓尺寸 6

3.1.3 轮距 6

3.1.4前悬和后悬 6

3.2汽车质量参数的确定 6

3.2.1 汽车的载客量 6

3.2.2 整车整备质量 6

3.2.3 汽车的总质量 7

3.2.4 载荷分布 7

3.3 动力性参数 7

3.3.1 最高车速 7

3.3.3 爬坡能力 8

3.4 经济性参数 8

3.5 通过性参数 8

3.6 机动性参数 8

3.7 制动性参数 8

3.8 轮胎的选择 9

第4章 纯电动汽车动力系统参数匹配设计 10

4.1 驱动系统结构形式的确定 10

4.2 电动机的选择 11

4.3 动力电池的选择 12

4.4 电动机参数设计 13

4.4.1 确定电机的额定功率 13

4.4.2 确定电机的最大功率 14

4.4.3 额定转速和最大转速 14

4.4.4 额定转矩与最大转矩 14

4.5 传动系统参数确定 14

4.6 动力电池参数设计 15

4.7 仿真验证 16

第5章 总布置形式的确定 18

5.1 基准线的确定 18

5.2 前舱关键零部件的布置 18

5.3 动力电池的布置 19

5.4 车载充电器、快慢充电口的布置 19

5.5 传动系统的布置 20

5.6 转向系统的布置 20

5.6.1 转向盘的布置 20

5.6.2 转向杆件和器的布置 21

5.7 制动系统的布置 21

5.8 踏板的布置 21

5.9 车身布置 21

5.9.1 车身内部的硬点与基本尺寸 22

5.9.2 轮罩形式的确定 22

5.9.3 车身布置设计中采用的人体尺寸和人体模型 23

5.9.4 车身内部的人体布置 26

5.9.5 座椅水平调节行程的确定 26

5.9.6 顶盖轮廓线的确定 26

5.9.7 车身内部宽度的确定 26

5.9.8 眼椭圆及视野范围的确定 27

5.9.9 转向盘位置的确定 30

第6章 结论 33

参考文献 34

附录A 35

致 谢 40

第1章 绪论

1.1 研究的背景及意义

当今世界，能源危机和环境污染问题越来越严重，全球各地的企业都以“更安全、更节能、更环保”作为发展理念。传统汽车不仅耗能大，而且会造成一系列的环境问题，影响人与自然的和谐发展。纯电动汽车更加高效节能、几乎没有排放、噪声也比较低，是未来汽车发展的主流方向之一，全球各地都很重视纯电动汽车的研发。纯电动汽车具有以下优点：（1）纯电动汽车没有废气排放，几乎没有污染、噪音也比较小，对环境和空气不造成任何污染，没有内燃机，所以噪音比较小。（2）纯电动汽车只使用电能，与混合动力汽车和燃料电池汽车比较，电控系统更为简单，所以成本较低。（3）结构简单，方便故障后的维修，而且电动机不需要频繁的保养维护，更加容易操控。（4）能量转换效率高。面对城市运行的复杂工况时，电动汽车更加合适。

纯电动汽车的动力系统与传统燃油车区别很大，汽车的整体布置方案也需要进行修整。这体现在以下方面: 传统发动机被驱动电机取代，动力电池代替液体燃料，离合器被去掉等^[1]。在进行纯电动汽车设计这些都是需要注意的重点。

1.2 国内外纯电动车发展状况

能源与环境问题越来越严重。用在汽车上的能源消耗占据世界能源消耗的三分之一，美国、欧洲、日本等汽车强国，每年都花费大量资金在电动汽车的开发之上。全球的电动汽车市场主要分布在美国、中国、欧洲、日本等国家。全球主要国家电动汽车2020 年预计保有量如表1-1所示。

表1-1 世界主要国家电动汽车保有量

1.2.1 全球电动汽车市场现状及趋势

2016 年全世界电动汽车销量继续火爆，接近80万辆，突破了以往的记录。中国、美国、日本以及欧洲的几个国家占据了市场95%的份额。就最近的统计数据得知，目前全球电动汽车保有量已经达到200万辆，较去年增加近六十个百分点。为这些电动汽车提供充电、维护的设施也在逐渐完善，2016年全年，纯电动汽车的公共充电设施的年增长率高达72%。

1.2.2 国外电动汽车发展历程

欧洲、美国和日本建立了世界大部分的电动汽车技术法规和标准体系，国际标准化组织（ ISO）、国际电工委员会（ ICE）、日本电动车辆协会（ JEVA）、美国汽车工程师学会（ SAE）和欧洲标准化委员会（ CEN），这些都是世界最权威组织，为电动汽车的规范化发展做出卓越的贡献，出自这些组织的电动汽车标准有163项，有关整车的有69项、有关电池的有51项、有关电机的有6项、有关基础设施的有31项、其余的有6项。

美国一直是电动汽车比较庞大的市场，2014年美国的电动乘用车的销量已经达到11万辆，比2013年有了很大提高。近两年来，特斯拉在电动汽车领域的崛起，诱使美国传统汽车巨头加大了对纯电动汽车资金投入。通用、福特和克莱斯勒巨额资金的投入，使新能源汽车迎来了一个新的发展。可以预知，未来数年内，电动化汽车的销量将得到巨大的增长。据美国的一家机构调查显示，到了2030年，美国市场上的汽车超过一半是电动汽车。

新世纪以来，欧洲积极推动电动汽车产业的发展。90年代中期，欧洲已经开始批量生产电动汽车，到了本世纪之初，欧洲电动汽车增长了三倍。近来欧洲多个国家宣布全面禁售燃油汽车时间表，许多车企也表示未来将提高新能源汽车的生产比例或者只售电动汽车。这些政策的发布，使得欧洲的汽车企业纷纷加大纯电动汽车的研发力度，这将使欧洲各国电动汽车销售量继续增加。可以预测欧洲的电动汽车发展将会越来越好。

日本电动汽车研发起步很早，是最先开始发展的国家之一，混合动力汽车在日本发展飞快，日本是第一个量产混动汽车的国家。与其他国家的混动汽车相比，日本的混动汽车能耗更低，排放更低，行驶性能也更稳定。日本政府也积极推动电动汽车的研发，鼓励本国的汽车企业发展电动汽车。虽然日产公司初期推出的新能源汽车，由于动力电池技术瓶颈始终无法突破，不能被市场接受而惨遭失败。但之后三菱和日产发布的几款纯电动汽车，获得很好的效果，这也表明日本在电动汽车领域的实力。

从上文可以看出国外政府对纯电动汽车均持有积极态度，纷纷出台相关政策对研发电动汽车的公司给予支持，同时还进行环境保护等相关方面的宣传，鼓励民众在购买车辆的时候首先考虑纯电动汽车，在经济上对于纯电动汽车给予一定的补贴优惠。市场对电动汽车的需求在进一步刺激企业在纯电动汽车领域的投入，形成了良性循环，最终使电动汽车取代传统燃油汽车。

1.2.3 我国电动汽车的发展现状

中国是世界上最大的电动汽车市场，在国家和政府的鼓励之下，电动汽车技术在中国发展迅速。2017年电动汽车累计生产57.9万辆，占总量的2.3%，电动汽车的销量有了很大的提升。电动汽车良好的发展空间，吸引了许多企业进军电动汽车领域，包括上汽乘用车、比亚迪、广汽新能源、北汽新能源等多家汽车企业，越来越多的车型出现在市场之上。2017年是中国电动汽车发展的重要年份，中国政府出台了32项相关政策以促进新能源汽车领域的发展。多年以来，我国不断加大对电动汽车领域的人力与物力的投入，发布百余项的相关标准，涉及电动汽车核心部件，这些都为纯电动汽车的发展和腾飞打下基础。中国的纯电动汽车虽然起步比较晚，但是发展迅速，民众对电动汽车有着很高的热情，政府也在电动汽车领域投入很多，相信中国的电动汽车领域将会迎来一个新的发展^[2]。

纯电动汽车具有高效、低能以及零排放等特点，有效地解决能源危机和环境问题。全球各地都在积极发展电动汽车产业，加大电动汽车领域的投入。本次设计就是基于纯电动汽车进行总体布置设计。

1.3 研究的内容与方法

本篇论文主要内容包括绪论、汽车形式的选择、汽车主要参数的选择、驱动系统的选择及其参数计算以及最后的总体布置形式的确定。具体的流程如下：

第一步：确定汽车的形式，确定汽车的轴数、驱动形式以及布置形式。确定汽车形式时，要保证车厢有宽大的乘座空间，根据所需要的具体要求进行选择。

第二步：进行汽车主要参数的选择（尺寸参数、质量参数、汽车性能参数）根据车型、国家相关标准，确定外廓尺寸、轴距、前悬和后悬、整车整备质量、汽车载客量和装载质量、质量系数、汽车总质量、轴荷分配、动力性参数、最小转弯直径、通过性参数、操纵稳定性参数、制动性参数等^[3-6]。

第三步：进行电动机和蓄电池的选择，并根据设计的要求对电动机和蓄电池以及减速器的减速比进行参数计算。

第四步：总体布置形式的确定，总布置设计包含内容较多，主要包括动力电池布置、前舱零部件的布置、传动系统的布置、转向系统的布置、制动系统的布置、踏板的布置以及车身内部布置^[7]。

从第一章节的绪论讲述本篇文章研究的背景及意义，到设计的主体部分，再到最后的结论对本篇论文加以总结。本篇论文在进行参数选择设计时，一部分数据根据查取得一些资料和文献并结合参考车型进行确定，另一部分数据通过计算分析所得，并以重视人性化和节约成本的原则进行了布置设计，完成了本篇论文。

第2章 汽车形式的选择

2.1轴数的选择

进行汽车轴数选择时，需要考虑的因素很多，不仅要考虑到车的结构和重量以及相关的法规，还要考虑轮胎的承载能力，乘用车的轴数一般选择两轴。本次设计的车型是一款乘用车，汽车的轴数选择为二轴，即可满足以上因素。

2.2 驱动形式的选择

常见的汽车的驱动形式有四轮两驱、四轮四驱、六轮两驱、六轮四驱，即4×2、4×4、6×2、6×4的形式。在进行驱动形式选择时，需要考虑的条件很多，汽车的使用条件、通过性和平顺性等都是需要重点考虑的形式。一般来讲，驱动轮数目越多一般通过性就越好，但结构也会变得复杂，随之而来的制造成本也会显著提高。根据本次设计的参考车型，选用四轮两驱的形式，即可满足汽车的使用要求，而且与四轮四驱的形式相比，它的结构更为简单，相应的制造成本就会更低。

2.3 布置形式的选择

与传统燃油汽车不同，纯电动汽车的布置形式取决于电动机和驱动桥的位置，电动机和驱动桥的位置不同，汽车的布置形式也会有所不同。对于纯电动汽车，经常采用的布置形式有以下几种：前置后驱（FR）、后置后驱（RR）和前置前驱（FF）。

前置后驱：这种布置优点很多，首先是轴载荷分配更加合理，稳定性较好，较为简单的结构不仅降低了生产成本，还使得故障之后的维修变得便捷。但是纯电动汽车动力电池体积较大，这种布置会造成动力电池布置困难，动力由前往后传送，会增加且额外的传动系统，使得传动效率变低，所以这种形在纯电动汽车中很少采用。

后置后驱：这种形式无需从前往后的传动系统，使得效率有所提高，汽车的重量也因此降低。但这种布置形式会使得汽后轴上的负载增大，行驶时的稳定性降低，在进行转弯之时，可能会因此发生有甩尾倾向。这种布置使得汽车的操纵机构变得复杂，而且故障之后的维修也比较困难。

前置前驱：这种布置形式转向自动回正性能好，高速行驶较安全，对其他零部件的影响较小，省去了传动轴，传动效率较高，且便于冷却系统的布置，这种布置形式和传统内燃机的整车布置相似度最高，研发成本更低。前置前驱是市场上纯电动汽车布置方式的首选。

通过比较上述因素，再进一步结合参考车型，本次设计选取前置前驱的布置形式。

第3章 汽车主要参数的选择

3.1汽车尺寸参数的确定

3.1.1 汽车轴距

汽车轴距顾名思义是汽车两车轴之间的距离。汽车长度取决于汽车轴距的大小，汽车的轴距不宜过长也不宜过短，汽车轴距如果比较短的话，汽车的质量和机动性虽然有所提高，但是汽车就会变得不易操纵，而且稳定性也比较差。同理可知，汽车的轴距过长也会有一系列的弊端，比如会使汽车质量过大，不容易进行转向等一系列问题，轴距的选取范围见表3-1。

表3-1 乘用车的轴距和轮距

结合上表和参考车型，确定本次设计的汽车轴距为2560mm。

3.1.2外廓尺寸

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