汽车总体设计
机械0810
李旭 毛刚 凌云 江恒川
目录
一、产品信息
二、需求分析
三、产品对比
四、层次分析
五、需求转换
六、具体设计
七．设计总结
八．参考文献
九．任务分工
一、产品信息
市场背景
环境压力，电能和现在的机动车普遍使用的是石油、柴油、天然气等化学燃料相比是一种绿色清洁可再生能源，不但避免了废气对空气的污染，而且节省了不可再生的化学能源。
能源问题 ，机动车普遍使用化石燃料 ，而化石燃料不可再生。
老龄化问题，电动代步车方便老龄人出行。
交通问题，电动的通过能力很强
市场前景
现在对于电动代步车的研究主要在欧洲，美国，日本和中国台湾等国家和地区。
在欧美，日本等国家目前进入实用化阶段的电动车几乎都是作为外出手段的室外用的电动轮椅车和代步休闲车。台湾的电动代步车和轮椅车工业已经发展成为地区经济的支柱产业。
中国大陆在这方面的研究和发展才刚刚起步。中国医学会已经投入大量人力物力来开发和研制残疾人使用的电动代步车，但大部分厂商还处于研制阶段，批量生产的还很少。
电动代步车产品介绍
目前市场上的电动代步车主要是面向与老年人和居家妇女的，所以就决定了其需要满足安全性高，舒适性好，速度不必太高，操作简单，维修方便等与普通轿车不同的要求。
现在的代步车分三轮和四轮两种，三轮代步车转向简单，驾驶灵活，但是稳定性不高，尤其是在转弯时容易发生倾翻，所以设计时要尽量保证底盘低、整车重，而四轮代步车则占地面积稍大，但驾驶安全。
二、需求分析
在前期市场观测与调查的基础上，我们在校园内部以及校外周边地区的人进行了问卷调查，一共发放问卷300份，经过结果统计与数据分析，得出了我们设计电动代步车的一些具体信息。
1、您的性别（ ）
A 男 （188人） B 女 （112人）
2、您的年龄（ ）
A 25岁以内 (132人) B 26~40岁 (117人) C 40岁以上 (51人)
3、您所从事的职业（ ）
A 学生 （112人） B 教师 （46人） C 公司职员 （103人） D 公务员 （22人） E 其它 （17人）
4、您的月收入（ ）
A 2000元以下 （132） B 2000~4000元 （89） C 4000元以上 （79）
从数据结果可以看出，由于主要人群是学生，所以月收入都是偏少的。
5、您一般选择出行的方式（ ）
A 步行 （57） B 私家车 （43） C 自行车 （74） D 公交车 （76） E电动车 （50）
6、您通常出行（上下班或上放学）的单程时间为 （ ）
A 15min（131） B 15~30min （86） C 30~60min （70） D 60min以上 （13）
7、您是否拥有以下电动车 （ ）
A 电动自行车 （36） B 电动摩托车 （33） C 没有 （231）
8、您对电动代步车是否有了解
9、您最看重车的哪些方面
10、将来会不会买电动代步车
11、您能接受的电动代步车的价格
12、如果您拥有一辆电动代步车，希望的最高时速是
13、您希望电动代步车充一次电能够能够行驶多少公里
14、您喜欢电动代步车外观的色系
15、您如何看待电动代步车的未来前景
调查分析报告总结
从这次聚集在校园以及校园周边范围内的调查可以看出，在我们学校华中科技大学内，大部分的参与调查者还是大学生群体，而大学生群体本质上是纯消费群体，一般很少拥有电动车，而在这个能源问题越来越严峻的时代，电动车的前景被一致看好。
三、产品对比
欧佰特 OBT-760
结构设计新颖，操作简单灵活，外观豪华尊贵；采用后桥驱动差速电机，双后轮驱动，转弯时左右后轮自动调节转速，形成差速，有效防侧翻，动力强劲，上坡如履平地；采用轿车式座椅，舒适度高，靠背角度可自由调节，扶手可随意上下翻，上下车方便；.采用双滑道设计，可自由前后移动。采用方便的倒车功能设计，可自由进退。采用大容量免维护铅酸电池，48V20AH一次充电续行里程不低于50公里
S43主人翁电动车
免加油、免牌照、无噪音、无废气污染，节省能源，环保又健康。
采用国际名牌美国“科蒂斯”（Curtis）电脑芯片可编程控制器，加速时车体平稳不抖动，下坡时自动减速，性能更加稳定。 全自动电磁式刹车，拐弯平稳，爬坡动力强劲，安全性更高。 转向灯及喇叭触到按钮即可打开。 豪华座椅可实现全方位调节（前后移动、调节高度及360°回转），座椅扶手可向上90°翻转，等多项调节功能。人体工学省力拉式加速杆。 平稳起步，平顺剎车，经济实在。
MJ-05三轮代步车
美嘉电动三轮代步车MJ-05流线时尚外观，汽车级仿皮座椅，柔软舒适，大三轮带减震装置，避免颠簸，前轮无刷轮毂电机（前轮驱动），平路最大时速20km，最大行程50km，性价比高，属经济型电动代步车。
MJ-10四轮电动代步车
具有国际出口标准的电动四轮代步车,其采用美国进口控制器及电机齿轮一体化差速驱动桥，双轮驱动（汽车制造原理），有效防侧翻（装有防翻轮）;动力强劲，上坡如履平地,载重量打，具备自动刹车系统，刹车灵敏，使用更安全;有倒车功能;座椅扶把可自由翻上，是残疾朋友及老年朋友理想的代步工具。产品特点：结构设计新颖，操作简单灵活，外观豪华尊贵。 安全性能高；速度可以调快慢适合中老年人
斯雨特SWT7009
车壳材质：ABS新粒子 汽车级珍珠防紫外线光固化处理特殊烤漆 车体设计：人体工程学设计，座椅可前后调节乘坐舒适，豪华美观。
特点：1、超强爬坡能力 2、离地间隙小 3、独家设计的安全时速4、定位刹车
永峰电动车
产品特点：采用台湾进口马达及新西兰进口控制器； 镀铬前保险杆，铝合金钢圈，座椅可前后调整； 后行李箱，可放置物品
江南飞跃JFY-042
单座带载物箱，轻巧、重量轻，体积小，占地面积小，外观简易优美更可爱，质量可靠、安全舒适，从视觉上是创新理念。轮车调节旅游箱，功能调节速度快。动力强大 ,操作简便，调速系统采用无级调速 ,结构简单操作简便。电动车体积小 ,可以灵活地穿行于狭小的马路间 。
蒙马B型
本车型四轮设计，双排双人双座，其电机采用无刷差速后桥电机，双轮驱动有效防侧翻;动力强劲，上坡如履平地,爬坡能力２０度。产品特点：结构设计新颖，操作简单灵活，外观豪华尊贵。安全性能高；刹车系统采用前后三轮毂刹，舒适度高
四、层次分析
构建层次
通过用户的问卷调查,可大致构建用户需求的层次模型。
第二层权重分析
（1）.通过问卷调查的问题9 的统计结果构造第二层次安全性、经济性、舒适性的判断矩阵如下：
第三层权重分析
可以判断这些矩阵具有良好的一致性。
总权重
特别说明，以上设计也可以采用层次分析法软件进行设计
五、需求转换
依据问卷调查中所涉及到的用户信息、问卷分析以及市场上现有的车型进行需求转换，主要是采用了QFD方法中的质量屋工具，转换模型如下：
求得技术特征相关矩阵：
用户需求与技术指标相关矩阵：
计算并归一化得矩阵：
由此求得技术项对于用户满意度的权重为
六、具体设计
设计原则
1.控制成本，保证性价比。在市场上5000元左右的四轮电动代步车属于低端产品，这样要在保证基本使用性能上尽量压低成本，一些高档功能只能放弃
2.优先考虑安全舒适。因为主要顾客群是老人，所以要加大这些方面的投入，而且要加入一些低成本但是有用的设计与附件，比如雨棚等
3.争取优势突出。要在市场同类产品中脱颖而出。
总体设计目标
(参照电动代步车设计国标）
具体参数设计
（1）车型、布置选择
市场大部分产品的形式都是后置后轮驱动，而且RR设计可以缩短轴距、造型紧凑，并且自身质量小。考虑到电动代步车相对狭小的空间，RR很适合。根据国家标准，四轮的安全性要明显好于三轮，特别是稳定性。而市场上三轮车的优势在于速度，并且车轮较大，通过性较好。根据前面问卷和产品主要面向老人残疾人这一点来看，产品选择四轮，车型为。后置后轮驱动简单示意图如下图所示：
图 后置后轮驱动示意图
（2）尺寸参数设计
参考市场产品的数据，轴距L=750mm，由于是后置后轮驱动，选取比例系数C=，则初选总长；前悬设定为300mm，后悬初定，则总长。车高选取1170mm，车宽选取660，简便设计期间前后轮距一样，由经验公式，取值600mm。
（3）质量参数设计
参考市场产品数据，普遍车型质量都达到100kg，较重车身稳定性较好，故选用质量为100kg。考虑到老人普遍身体肥胖，产品主要用途是运输，则产品的载重量要适当加大，取为150kg，则。后置后轮驱动，载荷分布：满载时前轮载荷40%，后轮60%，空载，前轮45%，后轮55%。
（4）性能参数设计
考虑车身较重，最高时速为10km/h，爬坡度为12°。参考市场产品，最小离地高度为90mm，这样兼顾稳定性和通过性。采用电磁式刹车，制动距离为。回转半径为1400mm。
（5）总成设计
①座椅设计
座高：座面不能过高，否则小腿悬空时，大腿受椅面前缘压迫，使坐者感到不适，长时间这样坐着血液循环受阻，小腿麻木肿胀。因此，座高一般按低身材人群设计，建议座面前缘应比人体膝窝高度低3—5cm，且有半径为—5cm的弧度。
座面亦不能太低，否则腿长的人骨盆后倾，正常的腰椎曲线被拉直，致使腰酸不适。
设计取高度为400mm，并且有50mm的调节范围。
座宽：座宽必须能容纳身材粗壮的人。对单人使用的座椅，参考尺寸是臀宽，以女性群体尺寸上限为设计根据，
座宽亦不能太大，如长时间坐姿作业，双臂应得到应有的支承，如座宽太大，则肘部必须向两侧伸展以寻求支承，这样会引起肩部疲劳。
设计取座宽为500mm
座深：该尺寸不能太大。正确的座深应使靠背方便地支持腰椎部位
为适应绝大多数使用者，座深应按较小百分位的群体设计，这样身材矮小者坐着舒适，身体高大的人只要小腿能得到稳定的支持，也不会在大腿部位引起压力疲劳。
设计取座深430mm
靠背的宽度与高度：
因为人体背部处于自然形态时最舒适，此时腰椎部分前凸，座椅设计要从座面与靠背之间的角度和适当的腰椎支持来尽力保证。成年人腰椎部中心位置约在座位上方230-260mm。
靠背的尺寸主要由臀部底面到肩部的高度(决定靠背高)和肩宽(决定靠背宽)有关，确定高度时还必须计入座椅的有效厚度。
为了使背部下方骶骨和臀部有适当的后凸空间，座面上方与靠背下部之间应有凹入或留一开口部分，其高度至少为150-200mm。
同时，靠背向后倾角在95°至115°范围可调。
设计选取靠背高620mm，座深430mm，扶手高350mm，背后倾角为95°
示意图如下图所示
图 电动代步车座椅示意图
②轮胎选择
车轮不能过小，以便壁障，而车轮过大会挤占电车的宝贵空间。故此选择10’充气轮胎，轮辋选择铝合金。增加舒适性，并且减重。
③电机选择
电动车总质量为:250kg；考虑到是在城市行驶，路面状况较好，所以选择滚动阻力系数f=,；估算迎风面积：A=；车速为10km/h；因为车身迎风面不规则，选空气阻尼系数CD=；电动车爬坡度为120，所以坡度i=；传动效率取ηT=；选择轮胎尺寸为D=10’（255mm，R=127mm）；在使用时情况为匀速行驶，若取重力加速度g=
因为查找资料电动机其减速比一般为i0=18：1，所以为了满足电动车所需的驱动力和10km/h的速度要求，电动机需要的最大转矩和最高转速分别为：
参考市场的车型，选择电动机功率为400W的直流电机，
转速选4800r/min。电机型号如下：
④蓄电池选择
采用常见的铅酸蓄电池，选择12V 50AH两块，能量密度=40Wh/kg，功率密度=300W/kg，质量为=30kg
电池型号为：汤浅免维护铅酸蓄电池LCPA50-12
⑤控制系统设计
控制器型号：
中通智能无刷电机控制器
16大功能如下：
01 60°和120° 02 刹车断电 03 防飞 04 限速
05 巡航 06 零功耗锁电机 07 EABS刹车 08 三档变速
09 倒车功能 10 防盗报警功能 11 1+1助力 12 超车功能
13 防水 14 语音报故障自检 15 欠压保护 16 堵转保护
⑥转向传动系统设计
电动车转向采用手动人力控制，为了节省成本，采用齿轮齿条式
⑦传动系统设计
电动代步车的电动机集成传动比为18的主减速器，考虑总体速度不高，就不额外增加额外减速器了；后驱动桥考虑舒适性选择断开式，前转向桥为了降低成本选择整体式。
⑧制动系统设计
参考主流四轮电动代步车制动装置，选择电磁制动，这样的制动效果好，并且配备手刹装置。
⑨车架设计
材料节约成本以钢为主，部分采用铝合金减重。外壳等采用工程塑料即可。
其余配置
为了便于使用，加入雨棚，并且可选择安装后备箱。
最后主要系统参数最后列表如下表。
表 主要系统参数表
设计图
采用AutoCAD2010软件制作,主要提供主视图和侧视图两个视图。其灵感设计借鉴于下图
最后的CAD二维图如下图：
七．设计总结
电动代步车对于我们来说是个全新概念，所以刚刚接手这个设计任务时显得无从下手，主要依靠网上搜集的资料才对这个概念有了一定的了解。而电动代步车的设计资料及其设计方法十分稀少，而主要数据在厂商属于商业机密，更是无从搜集。所以大部分资料只能引用汽车的相关概念，很多经验公式在汽车上适用，在电动代步车就未必。所以所有的设计只能依托现有产品进行大致估计，进行粗略的计算。
汽车设计这门课讲述的只是设计的大略原则，等到具体设计时我们才发现各项参数要经过多方搜集资料甚至根据经验才能确定。而市场数据搜集其实花了很大力气，调查表的回收整理在前期占用了大量精力。在网上可以查到专业的市场调研，只是全文价格不菲，可见市场调研之重要。而且我们的设计只有契合市场要求才会取得好的效果。
唐老师的课本与相同类型书籍最大的不同是前面介绍了层次分析法、质量屋、单纯形法等关于产品分析的方法。这些在别的课堂尤其是机械学院专业课上很少涉及，但是在实际的生产制造过程中，却是很有用的工具，我们通过这次设计对这些概念有了一定的了解，有助于在未来的工作岗位上做好今后的工作。
最后，这次设计让我们受益良多，特别是我们对汽车总体设计有了一定的了解，让我们把前三年专业知识运用到实际设计中来。我们缺少实际设计经验，特别是一项比较复杂的产品设计。这次设计让我们初窥堂奥，受益匪浅，并且培养了我们对设计的兴趣，并且间接的学习了一些新的应用软件，比如单纯性法计算器、质量屋分析软件以及层次分析法软件。
八．参考文献
[1] 唐新蓬：汽车总体设计，高等教育出版社，2010年
[2] 孙宏才 田平 王莲芬：网络层次分析法与决策科学，国防工业出版社，2011
[3] 王莲芬等：层次分析法引论，中国人民大学出版社，1990
[4] 周维：运筹学，科学出版社，2008
[5] 徐辉、张延飞：管理运筹学，同济大学出版社 2011
[6] 淘宝网、中国电动车网（电动代步车数据搜集）
九．任务分工
李 旭：车型分析，调查问卷设计制作，层次分析法处理，主要参数计算(29%)
毛 刚：车型分析，调查问卷结果分析，需求转换分析，二维设计图制作(29%)
凌 云：车型分析，调查问卷发放回收，代步车产品概述，PPT制作(25%)
江恒川：车型分析，文档整理，本次设计总结，搜集信息(17%)
