电动观光车

关键词： 观光车 石油资源 电动 引言

电动观光车（精选三篇）

电动观光车 篇1

旅游业伴随着国民经济的不断发展和人民生活水平的不断提高也获得了空前发展,而由于石油资源的匮乏和节能环保观念的普及,传统内燃机观光车已不能满足相关排放政策的要求,对景区环境造成了很大的伤害, 电动观光车取而代之。研究电动观光车具有深远意义。 首先,这一研究有利于十二五时期可再生能源建筑应用规模的不断扩大,可以有效缓解能源紧张的问题。其次,电动观光车的一大特点就是低碳、节能、环保,研究电动观光车可以有效改善生存环境,促进节能环保产业快速发展,有利于资源的合理利用。最后,推广使用电动观光车可以增加当地就业带动相关产业链发展。

1设计要求和参数选择

本次设计的是沃森电动观光车,要求和大致数据如下:

1)所设计的电动观光车为电力驱动,并且是以电池作为动力源;

2)所设计的电动观光车的最高车速不得高于30km/h;

3)所设计的电动观光车的座位数为8;

4 ) 所设计的电动观光车的续驶里程应大于100km;

5 )所设计的电动观光车的外形尺寸(长 × 宽 × 高):3750×1248×1830mm。

所设计的电动观光车的结构参数、质量参数和性能参数显示在表1中。

2电动机和电池的设计计算和校核

2.1电动机的选择

电动机将蓄电池的能量转换成机械能来驱动电动汽车,电动机的特性决定了推进系统和控制系统的特性, 同时也决定了机械转换器中功率转换装置的特性。

要选择合适的电动机必须进行有关参数的计算。首先,计算功率和转速,选择出满足需要的电动机,然后进行验算。

功率:

滚动阻力:

空气阻力:

ηT为机械效率,取0.91,ua为行驶车速,a为坡度角,A为汽车迎风面积。

则功率:

最高转速:

D为轮胎直径:

由以上计算得出电机功率至少为1.92k W,转速最低为264r/min,我选用的是无刷永磁同步电机,因电动汽车用电动机的生产和设计使用未形成一定的标准和规则,故而选用了大地有限电气公司生产的一型号电动机,参数如表2所示。

2.2电池的选择

蓄电池是为电动汽车提供能量的重要装置,蓄电池的功率决定了电动汽车的加速和爬坡性能;而能量密度给出了其潜在的运行范围;循环寿命决定了蓄电池充电到满容量的次数;蓄电池的质量和体积在一定范围内影响着整个系统的效率。目前蓄电池技术也日趋成熟,不断有高新技术的电池问世。

酸蓄电池是技术最成熟的一种,成本也最低,考虑到成本和技术水平,本次选用铅酸蓄电池作为电动车的动力源。其中电压为电动机的电压48V,容量由电动车的蓄驶里程决定。

电动车能够行使的时间为:

电池的容量为:

s为续驶里程,P为电动机功率,Ua为电动机额定电压。

由以上计算可知,电池容量至少172Ah,我选择200Ah的铅酸蓄电池,电池电压为12V,所以需要4个蓄电池才能完成驱动。

2.3电动机和电池的校核

电动机主要与电动汽车的驾驶性能密切相关,电动机的功率将直接决定它能提供的驱动力,转速直接影响最高车速,而它与蓄电池的配合工作将影响电动汽车的续驶里程。接下来我们将检验所选电动机能否满足要求,主要检验三个方面:电动机所提供的驱动力能否满足汽车行驶要求、汽车所能达到的最高车速是否符合要求和与蓄电池配合工作是否能够提供足够的续驶里程。 汽车行驶所需驱动力:

电动机所能提供的驱动力为:

最高车速:

续驶里程:

坡度阻力sinαiGF=,加速阻力,δ为质量增加系数,取1.1,Ttq为发动机额定转矩,ig为变速器速比,此处按直接挡计算,取为1,r为轮胎半径。

以上校核所得数据如表3所示。

通过以上验算可知,所选用的电动机和电池均符合要求,得出以下参数,如表4所示。

3其他各部分总成的设计

3.1传动装置的设计

电动汽车除了用电动机及电池取代了发动机外,其他底盘布置与内燃机汽车并无明显差异。传动装置的功用是将发电动机输出的动力传递到驱动轮,使汽车以一定的车速正常行驶。电动汽车传动系统共有四种典型类型:机械传动形式、机电集成式传动、电动桥传动、电动轮传动。

本次设计的电动观光车采用后轮驱动模式,其传动形式如图1所示。

减速传动机构为一对格林森制弧齿锥齿轮,差速器行星齿轮我选用直齿锥齿轮,半轴选用全浮式半轴。

3.2行驶装置的设计

汽车行驶装置一般包括车架、车桥、车轮和悬架。 此次设计的电动观光车的行驶路况相对较好,车速不高,因此选用钢管式车架;前轴采用麦弗逊式悬架、断开式转向桥,后轴采用钢板弹簧非独立悬架、整体式驱动桥;轮胎选用子午线轮胎。

3.3制动装置的设计

制动装置是汽车行驶时能使汽车在短时间内停车且维持行驶方向稳定性和下长坡时能维持一定车速的装置。制动装置包括制动器和制动驱动机构(包括供能装置、控制装置、传动装置、制动力调节装置、报警装置、压力保护装置等)。本次设计的电动观光车的前轮选用盘式制动器,后轮选用领从蹄式制动器。

4电动观光车的优化

电动汽车与内燃机汽车相比有一个显著的特点,电动汽车的电动机既可正转产生电能,又可反转将机械能转化为电能,这一特点使电动汽车在制动时与其他内燃机汽车有很大差异,普通内燃机汽车制动时只由机械摩擦器产生制动力,而电动汽车的制动力则可由机械摩擦制动力和电机产生的制动力提供,将电动机产生的能够回收制动能量的制动力叫做再生制动力。如果电动汽车单纯的靠回收再生制动力制动,在紧急刹车时不能保证制动效能的有效性和行驶安全性,因此,电动汽车上还保留了传统的内燃机汽车制动时所使用的机械摩擦制动方式。同时这也带来了一个问题,要求良好的制动性能和尽可能大的回收制动能量这两方面是矛盾的,针对这一突出问题,此次设计将提出相关优化方案对沃森电动观光车的制动力分配进行改进方案,以提高使用性能并兼顾经济行驶、节能环保的目的。

能量回收受很多因素的制约,首先,制动力的分配应满足联合国经济委员会制定的ECE R13制动法规(对于z = 0 . 1 ~ 0 . 6 1之间的各种车辆, 要求制动强度;其次,在传动过程中存在着各种摩擦耗能;另外,在能量转换过程中,各种铜耗、铁耗也将影响制动能量的回收。针对制动能量回收的高效性这一问题,本次设计提出了相关优化方案。

4.1遗传算法

影响制动能量回收的因素主要有两个:机械制动力与再生制动力的分配比例;前、后轮机械摩擦制动力的分配比例。对于前、后轮机械摩擦制动力的分配比例可以采用遗传算法来确定。

遗传算法是模拟达尔文生物进化论的自然选择和遗传学机理的生物进化过程的计算模型发展起来的随机全局搜索和优化方法。它的本质是一种高效、并行、全局搜索的方法,它能在搜索过程中自动获取和积累有关空间搜索的知识,并自适应地控制搜索过程以求得最优解,适用于那些没有明确的函数关系和目标函数无法或者很难求导的问题。其计算流程如图2所示。

4.2优化

制动力表达式为:

Fd为总需求制动力,Fm为电动机可提供制动力,Ff为前轮机械摩擦制动力,Fr为后轮机械摩擦制动力。

其中Fm=Fd-(Ff+Fr), 故可将目标函数定义为f(ϕ,x)=Ff+Fr便将问题转变为求minf(ϕ,x)。

使用遗传算法优化上述问题时,在某一制动强度下各种制动力分配方案即为初始种群,在各种情况下所回收的制动能量为适应度值。遗传算法的实验参数选择: 种群数目100,交叉概率0.8,变异概率0.01,进化代数100。例如在制动强度为0.55下的分配方案使用MATLAB遗传算法工具箱gatool的操作,运行后得出图3、图4和图5的数据图形。

图4所得数据即为minf(ϕ,x)每一代的最优物种, 即采用遗传法所得出的在这一制动强度下的最优解;图5为最优解的变化趋势。他们包含了外部环境可能存在的情况,综合这些自然界因素的影响得出了这两个图表和数据走势,它所得出的结果即为制动强度是0.55时保证制动安全有效性的前提下,使机械制动力最小,即再生制动力最大,这样可以回收最多能量。

使用遗传算法得出的解即为最优解,可以在保证制动效能满足条件的情况下实现制动能量的高效回收。

5结论

电动汽车制动能量的回收是电动汽车的一大优势, 同时也是一项技术攻关。使用遗传算法对前、后轮机械摩擦制动力进行分配计算,最后得出最接近期望的最优解或次优解,能够提高电动汽车经济行驶的能力,对电动汽车的发展有一定的推动作用。

喜闻京城有了观光车 篇2

若问喜从何来？这里有个缘由：笔者曾于2007年11月间写过一篇题为“从巴黎观光大巴说旅游发展”的文章（见《中国经济周刊》2007年第45期）。该文在介绍了巴黎旅游大巴后写道：“北京的旅游景点很多，如能也设计一条观光路线，配置上旅游大巴，让中外游客坐上它逛京城，不也是一件很有意思的事吗？”没想到，不到一年的时间，北京就有了观光车。

顾名思义，观光车是供人们用来观赏风景的。北京城的景儿有老景儿和新景儿之分，因而这观光车也分为观光1线、观光2线。1线看的景儿有：北京南站、永定门、天坛、先农坛、大栅栏、天安门等21个景点。2线看的主要是奥运新景观，有奥林匹克体育公园、“鸟巢”、“水立方”、国家体育馆、国家奥林匹克体育中心等。为了更好地服务于海内外游客，车上还提供双语服务，每到一个景点都有及时、有趣的讲解。

媒体的报道说，在7月20日开通的当天上午，发车班次就超过原计划的两倍，可谓“火爆开通”。京城不少老人平时较少出门走动，这次在子女的陪伴下坐上观光车将京城老貌新景“看了个够”。一些外国朋友也兴冲冲地乘上车，边看景边拍照，忙个不停。

看来这观光车开得及时，开得必要。眼下北京奥运会举办在即，外国宾客来得很多。这些朋友中，有的到过北京，但大多数尚未来过，他们在看奥运盛会的同时，还要看看北京。在他们心目中，北京是一座充满魅力的城市，也是一个神秘的地方。他们怀着神往的心境，迫不及待地要到北京来“解秘”。在此当口，观光车上路，无疑为他们观赏北京、了解北京提供了极大的方便。

京城有了观光车，大家都很兴奋。为使这刚刚开辟的观光车“一路走好”，笔者在此不揣冒昧讲几点感想与建议：

首先，同国外的观光车相比，目前的北京观光车在服务上尚有一些待改进之处。比如巴黎观光车有“多语种耳机服务”，即游客一上车就可以领到一副耳机，往车上插孔一插就能听到中、英、法、日等语言的讲解，游客可依据自己的需求进行选择。眼下北京观光车是一位导游员站在车中间，用中、英双语讲解。如此情形，一是导游员较累，大家也听得不太清楚；二是语种少，恐怕难以满足海外游客们的需求。

其次，关于车票使用问题。巴黎观光车的车票是“到景点下车游览后再上车票据有效”、“一票两天可用”等。这些做法值得借鉴。坐在车上游览，是“走马观花”。但要进一步为游客着想，当他们遇到未看、欲看、想仔细看看的景点，让他们“下马观花”，看后凭票再乘后面来的观光车继续游览，不是更好吗？至于说“一票两天可用”，那更是便民之举，今天没看够，明天还可以接着看，完全不用着急。特别是咱北京城，地域大、景点多，一次很难看完、看够；游客们也都期盼多看看。再说了，实行“一票两天可用”，还可减少制作票据的成本，何乐而不为呢？当然，运营公司要考虑票价问题，我想适当提高一点也没什么大碍。

京城有了观光车，这是一件大好事。但愿它能长久地保留下去，也期盼它能锦上添花，把好事办得更好！

电动观光车 篇3

关键词：微型观光旅游电动汽车,平顺性,ADAMS,加权加速度均方根

道路的凹凸不平和汽车不同行驶车速两者作为汽车主要的外部输入随机影响因素, 会使行驶中的汽车产生一定程度的振动。研究汽车的平顺性就是要保持在外部随机输入因素影响的条件下, 使行驶中的汽车产生冲击和振动在一定的范围之内, 即产生的振动所对应人主观感觉应该是感觉舒适。因此以汽车乘员感觉是否舒适来对汽车的品顺性进行评价[1]。对汽车平顺性的研究主要是通过把路面的凹凸不平度和一定车速等不同的汽车行驶工况作为汽车轮胎的输入, 与之相对应的便是汽车系统振动的输出。良好的汽车平顺性要求, 在特定输入下, 输出的振动要在一定的范围之内。由于现代微型观光旅游电动汽车大都是以传统内燃机车改装设计而成的, 纯电动汽车的动力系统、底盘中各系统的空间安装位置等不同于以内燃机为动力系统的传统汽车, 其操纵稳定性、行驶平顺性等有了很大的改变, 甚至有所降低。因此, 要改善微型观光旅游电动汽车各方面性能就要对它的平顺性等性能先进行相应仿真, 对仿真得到的数据进行分析研究, 然后进一步改善汽车性能。以唐山市电动汽车重点实验室前期研制的微型观光旅游电动汽车为基础, 采用优化后的微型观光旅游电动汽车前麦弗逊悬架系统数据, 在多体动力学分析软件AD-AMS/Car中建立了微型观光旅游电动汽车的虚拟样机模型, 通过仿真, 在后处理模块ADAMS/Postprocessor中绘制曲线来评价其平顺性能, 为后续工作对整车平顺性的优化做铺垫。

1 平顺性的评价

汽车行驶时传给人体的振动影响与振动的频率大小、振动的幅值、振动持续的时间和振动的方向等方面有很大关系。由于每个人的身体和心理素质不能一概而论, 所以对振动的反应有很大不同。由ISO2631—1:1997 (E) 标准根据不同人对不同振动方向和振动频率的反应大小的不同, 规定了汽车座椅平面x、y、z三个空间方向的振动对人体危害最大, 在这三个空间方向中影响的主次因素为:x、y两个方向影响最大, 其权系数为1.4;z方向影响最小, 其权系数为1。此标准还规定座椅平面垂直方向的轴向频率加权函数wk最敏感频率范围为4~12.5 Hz, 人体内部器官在4~8 Hz范围内时会产生共振, 人体的脊椎在8~12.5范围内同样也会产生共振, 振动在这个范围内对其危害最大。座椅平面的其他两个轴向的频率加权函数wd最敏感振动范围是0.5~2 Hz。

ISO2631—1:1997 (E) 标准还规定, 当振动波形峰值系数<9时, 采用加权加速的均方根值作为评价汽车平顺性评价标准[3]。

1) 利用后处理模块得到加速度a (t) 随时间变化函数的曲线, 并对此加速度进行FFT变换, 从而得到加速度随频率变化的曲线图, 即得到振动在频域范围内的响应特性函数-功率谱密度函数Ga (f) , 座椅平面三个空间方向的加速度a见式 (1) 。

2) 当综合对x、y、z三个方向座椅平面振动进行考虑时, 即座椅平面的横向、纵向、垂相的总加权加速度均方根值的计算公式为三个方向的加权平均值, 如 (式 (2) 所示。

3) 一些测量振动的仪器通过测量加权振动级别的大小来显示振动的强弱, 其加权加速度均方根值aw与加权振动的级别Law有一定的函数变换关系, 如公式 (3) 。

式 (3) 中, a0为10-6m·s-2。

由式 (3) 知Law和aw的换算关系, 进而得出其相应评价数值区间的对应关系及人的主观感觉对振动的评价。如表1所示。

2 微型观光旅游电动汽车整车模型建立

在ADAMS/Car standard interface中装配上面所建立好的微型观光旅游电动汽车各个子系统, 它们分别为:麦弗逊前悬架系统、非独立后悬架系统、以UA轮胎模型为基础并按实际汽车轮胎修改其前后轮胎参数系统、Car模块自带齿轮齿条式转向系统 (修改传动比) 、横向稳定杆系统、Car模块自带四轮制动系统 (修改制动参数) 、Car模块自带动力系统、简化为质量集中在质心刚体为基础的车身系统、Aride—four—post—testrig四柱试验台。检查整车系统中各个子系统是相互兼容, 使系统中的output communicator与input communicator一一对应, 通过拓扑连接关系清单检查其各部件的拓扑关系。其各子系统装配后的整车模型如下图所示:

3 构造路面

ADAMS/Car Ride提供了一个以Sayers经验模型为基础的路面生成工具[4,5]。这种生成路面的经验模型是在参考了多种工况路面凹凸参数下得出一般情况下路面轮廓。此路面生成工具以m作为输入的基本单位, 而输出则是以mm为基本单位的汽车两侧车轮下的路面轮廓幅值高度变化。

用Sayers经验模型工具建立路面, 以空间频率n作为自变量, 以路面轮廓空间功率谱密度PSD为函数的函数关系如公式 (4) 。

由式 (4) 可以看出右边为三个不互相影响的白噪声功率谱密度幅值线性相加所构成。

在ADAMS/Car Ride模块中, 依次点击full-vehicle assembly/road profiles/set up road profiles即生成路面编辑的对话框, 根据需要输入相应的Ge、Gs、Ga三个白噪声功率谱密度的幅值来构造与实际相符合的各种路面。路面轮廓生成工具界面如图2所示。

表2为Sayers模型中路面轮廓的功率谱密度 (PSD) 参数与路面不平度的关系参数示例。

4 随机路面的仿真

根据国标GB/T 4970—1996 (《汽车平顺性随机输入行驶试验方法》) [6]规定了采用随机路面的输入的实验方法来评价汽车行驶时的平顺性。此实验方法要求汽车以一定匀速不变的车速在满载的状态下 (设计此微型电动观光旅游车乘坐6个体重均为65 kg的人时为满载状态) 分别行驶在沥青路面 (B级路面) 和水泥路面 (C级路面) 两种试验路面。以60 km/h的车速作为实验时汽车行驶在沥青路面上的常用实验车速。以50 km/h的车速作为实验时汽车行驶在水泥路面上的常用实验车速。考虑到所研制的微型观光旅游电动汽车最大速度为30~50 km/h, 所以, 需要规定汽车以40 km/h的常用实验车速分别在沥青路面 (B级路面) 和水泥路面 (C级路面) 做匀速直线行驶。

在ADAMS/Car中建立好整车模型后, 输入相应的路面文件, 即可对整车进行平顺性的仿真实验。进入后处理模块ADAMS/Postprocessor绘制出整车模型质心处X方向的即纵向加速度曲线, Y方向的即侧向加速度曲线, Z方向的即垂向加速度曲线, 然后将这三种加速度曲线进行从时域到频域的快速傅里叶变换FFT得到相应方向的在频域范围内变化的功率谱密度函数Ga (f) 。

以40 km/h的虚拟实验车速, 汽车匀速直线行驶在沥青路面 (B级路面) 时的仿真结果如下:

1) 车身质心处Z轴轴向振动加速度随时间变化的曲线和其功率谱密度随频率变化的曲线如图所示。

2) 汽车质心处X轴轴向振动加速度随时间变化的曲线和其功率谱密度随频率变化的曲线如图5所示。

3) 汽车质心处Y轴轴向振动加速度随时间变化的曲线和其功率谱密度随频率变化的曲线如图7、图8所示。

通过对微型观光旅游电动汽车平顺性仿真后所绘制的X、Y、Z三个空间方向汽车质心加速度功率谱密度曲线数据的研究, 可知车身质心处在z轴振动的功率谱峰值出现在10.468 8 Hz处, 此峰值时的振动与使人体脊柱发生共振, 因此人会感到很不舒适;在x轴振动的功率谱峰值出现在1.562 5Hz和10.47 Hz处;在y轴振动的功率谱峰值出现在2.187 5 Hz处, 此两处产生的峰值振动使人产生眩晕的感觉。因此, 从图中的峰值系数可以分析出此微型观光旅游电动汽车整车平顺性不好。

根据国标GB/T 4970—1996 (《汽车平顺性随机输入行驶试验方法》) 还规定了计算的应是汽车座椅面的加权加速的均方根值, 由于本整车模型中未包含座椅系统, 振动是经过座椅和座椅垫才传递给人的。一般认为座椅底部的车身处加速度均方根值是座椅上人体感受的1.4倍以上[7]。所以得到车身处的加权加速的均方根值除以1.4就可以作为平顺性的评价指标。对微型观光旅游电动汽车进行虚拟样机的平顺性仿真得到X、Y、Z不同方向的加速度随时间变化的函数曲线及加速度功率谱密度随频率变化的函数曲线, 利用公式 (1) 分别计算出X、Y、Z不同方向的加权加速度均方根值, 在把这些值代入公式 (2) 中得出X、Y、Z空间方向总的加权加速度均方根值。在B级路面行驶条件下, 汽车总加权加速度值为0.622 m·s-2在0.315~0.63 m·s-2内, 其评价人的主观感觉为有一些不舒适;在C级路面总加权加速度值为0.735 m·s-2在0.5~1.0m·s-2内, 其评价人的主观感觉为相当不舒适。说明此型号微型电动汽车以40 km/h的常用车速在B级路面和C级路面匀速直线行驶时, 所表现出来的平顺性不好, 其行驶时在三个轴向产生过大振动加速度, 即总加权加速度值过大, 将不利于人的身体健康。

5 结束语

1) 分析文中此微型观光旅游电动汽车总加权加速度均方根值可知, 此型号微型观光旅游电动汽车平顺性使人产生不舒适的感觉, 为后期通过选择合适的悬架系统弹簧刚度和减震器阻尼, 优化其平顺性的工作做了必要前提。

2) 通过利用多体动力学软件ADAMS建立微型观光旅游电动汽车整车动力学虚拟样机模型, 来分析及评价其平顺性能的优劣, 减少传统汽车开发中制造物理样机投入费用, 可以减少购置传感器等测试装备的费用和降低开发周期, 可以为同型号微型观光旅游电动汽车的研发提供参考。

参考文献

[1] 余志生.汽车理论 (第4版) .北京:机械工业出版社, 2006

[2] 徐中明, 张志飞, 贺岩松.对汽车平顺性评价方法的探讨与建议.汽车工程, 2010;32 (1) :73—76

[3] 喻凡, 林逸.汽车系统动力学.北京:机械工业出版社, 2011

[4] 隗寒冰, 邓楚男, 何文波.基于ADAMS软件的汽车平顺性仿真分析.机械设计与制造, 2006; (7) :75—76

[5] 宋宇, 郑泉, 陈黎卿.基于ADAMS/Car Ride的车辆平顺性仿真研究.客车技术, 2007;5:14—16

[6] 陈家瑞.汽车构造.北京:机械工业出版社, 2008