轻型低成本太阳能车设计说明书

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1、轻型低成本太阳能车设计说明书 设计者：谭先华、汪一帆、李志达、江漪、何坤、尹斌、陈晓佳 指导老师：周世权 作品内容简介 通过分析现有普通汽车和概念型太阳能汽车的特点，我们设计了一种新型太阳能汽车以及其相关制造方法，同时经过一系列计算与实验，按照设计方法制作出该新型太阳能汽车。 本车在技术上与现有普通汽车相比，采用的是太阳能转换成电能进行驱动，具有高效的节能减排特点，不仅减少了现有化石燃料的消耗，同时也减少了有害气体和二氧化碳的排放。 本车和现有的太阳能汽车相比，由于采用了环氧树脂作车身和钢架结构车架，使本车比普通太能汽车更为轻便高效，同时还极大程度下低了本车的生产成本，相比于普通太阳能十多万的

2、成本，本车成本仅不足三万，具有很好的经济优势。 考虑到节能减排的需求，本车采用绿色太阳能，大辐度降低了化石能源的消耗，同时本车的生产过程所使用的材料绝大部分都可以回收再利用，不会造成环境污染，具有高效的节能减排性能。 将太阳能动力应用于汽车，将能够有效降低全球环境污染。燃烧汽油的汽车是城市中一个重要的污染源头，汽车排放的废气包括二氧化硫和氮氧化物都会引致空气污染，影响我们的健康。现在各国的科学家正致力开发产生较少污染的电动汽车，希望可以取代燃烧汽油的汽车。但目前电力一大部分来自于化石燃料的燃烧，使用电动汽车会增加用电的需求，增加发电厂释放的污染物。有鉴于此，我们团队希望可以将太阳能转化为电能在

3、储电池中存起备用，用来推动汽车的电动机。由于太阳能车不用燃烧化石燃料，所以不会放出有害物。据估计，本车可以减少二氧化碳排放43%54%。本车可以分为车身，车架，电路三个部分，在生产过程中采用了化学，机械原理，电控原理等多项技术，并辅助以CAD/CAM软件进行设计，本车的多项技术已申请专利。一 研制背景及目标 全球范围内能源危机和环境污染两大问题的日益突出，“零排放”节能车的必要性上升到了新的高度。太阳能汽车具有节能、环保、小污染、低噪音等特点，无疑成为众多“零排放”方案中最吸引人的一个。 经过近一年的努力，我们完成了第一辆太阳能原型车的制作。全车基本采用纯手工制作，在诸多限制条件下，使用现有资

4、源发明多项原创技术，开辟出一条合理的开发路径，其中多项技术已申请专利。 原型车具有太阳能汽车的基本功能：如行驶、转向、制动、倒车等。整车满足安全性强、可靠性高、重量轻、能耗低等要求。且外形美观、驾驶舒适、操作简便。在进一步发展后，具有较高的市场价值。二 、太阳能汽车概要设计2.1 太阳能汽车总体设计 本车分为车身、车架和电控三大部分：车身：主要任务是承载太阳能板并减少行进中的空气阻力，目前的车身为半封闭式，扣挂在车架上。其主要难点是如何精确成型；车架：要求有一定的承载能力，目前的车架为不锈钢通过焊接构成。其难点有三部分：（1）受力分析。（2）前桥设计。（3）驾驶舱设计。电控：目前采用单片机作为

5、核心，但是以后希望扩展为ARM加DSP的物理结构。理论上的难点为最大功率追踪算法的研究；工程上的难点包括稳定强电电路的设计，太阳能板功率测试框架搭建，脉宽板(DSP)与控制板(ARM)的设计与实现。2.2 太阳能汽车结构划分 如上所述，轻型低成本太阳能汽车分为三大部分，基于功能职责的不同这三部分可以进一步细分：车身：车身分为前盖，舱盖，后盖和侧翼四部分。目前太阳能板主要安置在后盖部分。车身主要材料为玻璃纤维，目前的手糊制作方案可以初步成型。不过平面难保证平整，曲面难保证光滑。车架：车架细分为前桥，后架和驾驶舱。车架部分较为复杂且质量要求较高。转向系统是前桥部分的涉及难点与重点。驾驶舱的设计要求

6、简约而舒适。后架主要安置蓄电池，并支撑车身的后盖。电控：电控部分逻辑上分为脉宽调制与控制电路两大部分。脉宽调制部分只负责接受调制参数，并保证充电过程的安全。控制电路主要接受太阳能板电流电压，蓄电池电流电压等参数，并通过控制面板与驾驶员完成交互。三 车身设计3.1总体设计需求（1）保证太阳能汽车最基本的安全性和完整性，车身必须能与车架完美的连接，不仅需要外观的配合，同时还要保证两者相对位置的力学固定；（2）车身设计过程要考虑到行驶过程中阻力，尽可能减少空气阻力与地面阻力对汽车动力能量的浪费；（3）为太阳能电池板的铺设提供条件，同时尽量增加太阳能电池板对太阳光的有效接收面积，最大限度地利用太阳能。

7、车身设计图如下所示：3.2车身设计尺寸：3600mm*1600mm*1000mm(局部1600mm)（1）车身长度：考虑到太阳能汽车的轴距与太阳能电池板的外形与尺寸参数：纵梁是车身中的主要承载原件，其长度一般为轴距的1.41.7倍。每块太阳能板尺寸为360mm*354mm*25mm综合上述条件，太阳车的车身总长度为3600mm.（2）车身的宽度为了节约制造车身所需材料，减少整车重量提高汽车运行效率，同时考虑到整车的横向稳定性以及减少外侧装置的悬伸长度，车身宽度设计为1600mm（3）车身的高度车身高度保证驾驶员乘坐的安全与舒适，以及具备良好的视野条件，车身高度为1000mm座舱局部高度为160

8、0mm.（4）车身总布置车身整体采用流线型设计，局部为了便于太阳能电池的布置与黏贴，车身顶部与两侧采用近似平面，这种设计减少了迎风面积，进而减少了空气阻力，节约汽车运行时的能耗。3.3车身制造工艺： 为了降低整车重量，同时增加车身强度，车身采用玻璃钢为制造材料。车身部份利用钢筋直接在车架上焊接出车身外形支承结构，然后在该支承结构上用具有一定自成型能力和一定强度刚度的铁丝网构造出车身模型，在该模型上敷制玻璃纤维成型。 制造过程主要采用191不饱和树脂、玻璃布、固化剂及其他促进剂，车身用调制好的树脂敷制9层，然后进行固化，历时仅需两天，车身最终厚度达79mm。满足强度需要。该制造过程具有用时省，能

9、耗低的特点。 四、车架设计4.1总体设计及其要求 太阳能汽车中，车架使用以将发动机、底盘和车身中各主要总成连成一个整体。在进行太阳能电动车车架设计时，必须使其满足以下的基本要求:（1）具有足够的强度，保证太阳能电动车在任何工况下，车架的主要零部件不因受力而破坏。（2）具有足够的抗弯刚度，以免车架上的总成因变形过大而早期损坏。（3）车架要有合适的扭转刚度。（4）车架重量要轻，主要考虑到太阳能的功率有限，又要保证一定速度，所以车架重量应尽可能轻。4.2 车架结构原理设计 为了达到以上要求，是太阳能车架在整体上满足强度，刚度，重量以及平稳安全方面的要求，在车架设计中将其分为如下几块：前桥，后架，驾驶

10、舱。前桥部分主要负责车体在行驶过程中的转向及大部分的承重，其中转向由转向机控制，承重由与前桥相连的两个车轮及减震器控制。后架部分主要负责车身后半部分的承接及车体后半部分的承重，其中承重由与后轮连接的减震器控制。驾驶舱部分主要安放驾驶员座位，同时也放置仪表盘，控制按钮，方向盘及刹车等物件。这三个部分又整体钢架连接在一起，同时前桥前边还向前伸出前架，整体钢架同时又是车身的支撑框架。 太阳能电动车车架的结构如下图 4.2.1 车架几何尺寸 由于太阳能电动车承受的载荷较小行驶的路面状况较好因此太阳能电动车的架采用类似于框架边梁式整体结构。其优点是便于安装车身布置其它总成，灵活性大。由于车架内部要有一定

11、的容积，这就需要车架身的结构不能太复杂，采用框架式结构可以节约大量的空间。在承受扭矩时，纵梁横梁同时产生弯曲和扭转，避免了应力的集中。 太阳能电动车车架设计必须遵循轻量化的设计原则，这是根据市场和社会提出的安全、无公害、低成本及节能的要求，车辆制造者必须要考虑的技术课题。太阳能电动车的车架大约占整车总重的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。在车架设计进展过程中，通过对市场上诸多结构材料的调研，确定采用1.5mm厚的不锈钢方管作为太阳能电动车车架的主干结构材料。根据总布置技术指标要求，定义太阳能电动车的外廓尺寸如下：长：2900mm；宽：1430mm；高：500mm:轴距