毕 业 论 文（设计）
题目：汽车发动机冷却系统维护
所在院系
专业班级
学 号
学生姓名
指导教师
2010 年 03月 21 日
目 录
摘要 ………………………………………………………………………………1
关键词 ……………………………………………………………………………1
1引言…………………………………………………………………………………2
2 冷却系统的作用……………………………………………………………2
3 冷却系统的组成………………………………………………………………2
4 冷却系统的构造及维护……………………………………………………………2
5 冷却系统的工作原理……………………………………………………………4
6 冷却系统的特点……………………………………………………………………4
7 冷却系统的检修……………………………………………………………………4
8冷却系统智能控制……………………………………………………………………6
8.1 系统组成……………………………………………………………………6
8.2 单片机控制系统工作原理……………………………………………………………6
8.3 单片机系统控制工作过程……………………………………………………………6
结论…………………………………………………………………………………10
谢辞…………………………………………………………………………………11
参考文献 ………………………………………………………………………12
摘 要
本文论述了冷却系统的作用、组成、主要构造、工作原理、日常维护、故障的检测步骤和排除方法，同时论述了冷却系统系统化、模块化设计方法，以及冷却系统的智能控制，并举例做出简单介绍。
关键词：冷却系统 冷却系统维护 温度设定点 冷却系统智能控制
1 引言：如果一台发动机,冷却系统的维修率一直居高不下,往往会引起发动机其他构件损坏,特别是随着车辆行驶里程的增加,冷却系统的工作效率逐渐下降,对发动机的整体工作能力产生较大影响,冷却系统的重要性在于维护发动机常温下工作,尤如人体的皮肤汗腺,如果有一天,人体的汗腺不能正常工作,那么身体内的热量将无法散去,轻则产生中暑,重则休克。
2 冷却系统的作用
冷却系统的功用是带走引擎因燃烧所产生的热量，使引擎维持在正常的运转温度范围内。引擎依照冷却的方式可分为气冷式引擎及水冷式引擎，气冷式引擎是靠引擎带动风扇及车辆行驶时的气流来冷却引擎；水冷式引擎则是靠冷却水在引擎中循环来冷却引擎。不论采何种方式冷却，正常的冷却系统必须确保引擎在各样行驶环境都不致过热。
3 冷却系统的组成
水冷却系统一般由散热器、节温器、水泵、水道、风扇等组成。散热器负责循环水的冷却，它的水管和散热片多用铝材制成，铝制水管做成扁平形状，散热片带波纹状，注重散热性能，安装方向垂直于空气流动的方向，尽量做到风阻要小，冷却效率要高。散热器又分为横流式和垂直流动两种，空调冷凝器通常与其装在一起。
水泵和节温器
发动机是由冷却液的循环来实现的，强制冷却液循环的部件是水泵，它由曲轴皮带带动，推动冷却液在整个系统内循环。目前最先进的水泵是宝马新一代直六发动机上采用的电动水泵，它能精确的控制水泵的转速，并有效的减少了对输出功率的损耗。这些冷却液对发动机的冷却，要根据发动机的工作情况而随时调节。当发动机温度低的时候，冷却液就在发动机本身内部做小循环，当发动机温度高的时候，冷却液就在发动机—散热器之间做大循环。实现冷却液做不同循环的控制部件是节温器。可以将节温器看作一个阀门，其原理是利用可随温度伸缩的材料（石蜡或乙醚之类的材料）做开关阀门，当水温高时材料膨胀顶开阀门，冷却液进行大循环，当水温低时材料收缩关闭阀门，冷却液小循环。
空气的流动
为了提高散热器的冷却能力，在散热器后面安装风扇强制通风。以前的轿车散热器风扇是由曲轴皮带直接带动的，发动机启动它就要转，不能视发动机温度变化而变化，为了调节散热器的冷却力，要在散热器上装上活动百页窗以控制风力进入。现在已经普遍使用风扇电磁离合器或者电子风扇，当水温比较低时离合器与转轴分离，风扇不动，当水温比较高时由温度传感器接通电源，使离合器与转轴接合，风扇转动。同样，电子风扇由电动机直接带动，由温度传感器控制电动机运转。这两种形式的散热器电扇运转实际上都由温度传感器控制。
散热器
散热器兼作储水及散热作用，再此之上还装有膨胀水箱。因为单纯依赖散热器有几个缺点，一是水泵吸水一侧因压力低而容易沸腾，水泵的叶轮容易穴蚀；二是气水分离会产生气阻；三是温度高冷却液容易沸腾。因此设计师就加装了膨胀水箱，它的上下两根水管分别与散热器上部和水泵进水口联接，防止上述问题的产生。
冷却介质
虽然我们称其为水冷但冷却介质并不是单纯的水，而是由水、防冻液和各种专门用途的防腐剂组成的混合物，也称为冷却液。这些冷却液中的防冻液含量占30%～50%，提高了液体的凝固点，防止在低温下结冰而损坏发动机。整个冷却系统并不与大气相通，相当于高压锅的作用，水箱盖则相当于高压阀，一般情况下，轿车冷却液的允许工作温度可达摄氏120度，提高传热能
4 冷却系统的构造及维护
汽车发动机的冷却系统是保持发动机正常工作的重要部件，如果发动机冷却系统的维修率很高，就会引起发动机其他部件的损坏，使发动机的整体工作能力受到影响，因此，汽车发动机冷却系统的维护与保养就显得尤为重要，那么，怎样才能使汽车发动机的冷却系统保持良好的状态呢？驰耐普的汽车美容养护专家告诉我们，正确堆护发动机的冷却系统，首先应了解常用的水冷式发动机的主要部件：
第一、冷却液，冷却液指清洁的软水，不是什么水都可以当作冷却液的，越娇贵的车对水质的要求越高。比如，清澈的泉水，虽然清澈，看起来也干净，但泉水中含有大量的矿物质，如果加入发动机的冷却系统中，就会产生大量的水垢，影响冷却系统正常作用的发挥，可见，冷却液水质的好坏是相当重要的，国际上普遍使用的乙二醇型冷却液是在软化水中按比例添加防冻剂乙二醇，配以适量的金属缓蚀剂、阻垢剂等添加剂进行科学调和，达到冬季防冻、夏季防沸、且能防腐蚀、防水垢等作用。
1、防冻。用乙二醇配制的冷却液最低可在-70℃环境下使用。市场上销售的冷却液，乙二醇浓度一般保持在33～50％之间，也就是冰点在-20℃～-45℃之间，往往根据不同地域的实际需要合理选择，以满足使用要求。
2、防沸。加到水中的乙二醇会改变冷却液的沸点。乙二醇浓度越高，冷却液的沸点也就越高，-20℃时冷却液的沸点为104.5℃，而-50℃时沸点达到108.5℃。如果冷却系统采用压力盖，冷却液的实际沸点会更高，即使在炎热的夏天，也能有效的防止冷却液“开锅”。
3、防腐。冷却液最主要的功能是防腐蚀。腐蚀是一种化学、电化学和浸蚀作用，逐步破坏冷却系统内的金属表面，严重时可使冷却系统的壁穿孔，引起冷却液漏失，导致发动机损坏。使用去离子水及适当的添加剂能防止各种腐蚀的出现。
4、防锈。锈蚀是由于冷却系统内的氧化作用造成的。热量和湿气使锈蚀的过程加速。锈蚀留下的残余物会阻塞冷却系统，加速磨损和降低热传导的效率。冷却液中的添加剂有助于防止冷却系统通道内锈蚀的出现。
5、防垢。水源中所含的各种杂质，其中包括金属离子、无机盐等，决定了结垢和沉淀的形成，会大大地降低冷却系统的导热效率，在许多情况下会对发动机造成严重损害。冷却液所使用的去离子水，可以避免结垢和沉淀的形成，从而保护发动机。
第二、汽缸水套，它相当于发动机燃烧室周围的水道，当发动机产生大量的热时，汽缸水套将发挥降温的作用在发动机中，水和油的管道泾渭分明、互不干涉，如果发现冷却液中有油，就说明水路和油路发生了穿孔现象，一旦出现这种情况，水温表的水温会急剧上升，这时一定要及时采取措施。
第三、散热水箱和冷却风扇，散热水箱从外观看状似蜂窝，做成这种形状是为了增加水箱的散热面积，以增强散热效果；冷却风扇有在正面安装的，也有在侧面安装的，汽车在高速行驶过程中，冷却风扇将外面的空气吸引进来，利用自然风，起到冷却的作用。冷却系和空调冷凝器共同的风扇是直流永磁电动机风扇，用装在散热器上的温度控制开关来控制，当散热器中冷却液温度下降至93℃-98℃时风扇停转。由于电动风扇的电源不受点火开关的控制，因此发动机熄火后，散热器中液温若高于88℃-93℃，电动风扇运转是不正常的。如果低于88℃时风扇仍转，则是不正常的；而温度高于98℃时，仍不转也是不正常的。当温度高于105℃时，温控开关高温部分接通，电源接通电动机便高速运转；当温度达到120℃时，冷却水温过高，报警指示灯闪亮，为风扇有故障或冷却液不足。如电动机风扇不转，先检查和更换熔断丝，或检修温控开关，必要时再查看电风扇有无损坏。
第四、冷却水泵和节温器，冷却液在冷却系统中的流动，主要依靠冷却水泵的动力；节温器能感知发动机的工作温度，低温时，它封住水套中的水，令其在水套内流动，当达到一定温度时再打开，让水经过散热水箱，发挥散热作用。这里值得说明的是，切勿将节温器摘掉，否则会导致发动机过冷而难以启动。正确维护发动机的冷却系统，应了解经常出现的几种冷却系统故障：
1、由于冷却液水质不好，水箱中经常会出现锈污和水垢，它们积聚在水箱通道结合处、弯角处，阻碍水流畅通，造成散热不良，如果出现这种情况，应及时清洗干净，日常加水时，尽量加清洁软水，如果用除垢防锈液，养护效果会更好，这里给您推荐驰耐普的S-510冷却系快速除垢剂，它可以迅速溶解冷却系统中形成的水垢、油泥和锈皮，恢复冷却系统的功能，使冷却液循环顺畅，防止过热、开锅而引发的发动机损坏及动力不足；另外，驰耐普的S-520冷却系防锈润滑剂也是一款不错的产品，它能防止冷却系统锈蚀和腐蚀，有效抑制水垢生成，润滑水泵、节温器，消除水泵异响，保护铜、铝、锡和其它金属部件，延长水箱寿命，防止水箱开锅，使发动机在正常温度下工作。维护时清除冷却系水垢措施:可采用2%苛性钠水溶液加入冷却系统，使汽车行驶一天后全部放出，再用清水冲洗；然后再加入同样苛性钠溶液，使用一天后放净，最后用清水冲净即可。也可在冷却系统中加满清水后，从膨胀箱的加水口加入1kg苏打，让汽车行驶一天放净后，使发动机低速运行，并不断从加水口加入清水，即可彻底清除水垢。
2、漏水，只要是流体，都有泄漏的可能，汽缸水套中的水一旦发生泄漏，水温表的水温就会急剧上升，出现这种情况，您一定要及时采取必要的措施，以免发生不必要的麻烦，这里给您介绍驰耐普的S-530冷却系止漏剂，它对于冷却系统的修复和保护作用等同于“99超强修复剂”和“S-201”，对于发动机的修复和保护，对于阻止水箱、散热器、水泵、节温器等部件的渗漏是独到的，它可与任何冷却液相融使用，并可减缓冷却系统杂质的产生。
总的来讲，冷却系统还有很多故障，不能一一列举。一般情况下，各位车主应遵循这样一个原则，车辆每行驶1000千米，就应查看一下发动机的工作情况。另外，汽车刚停车时，不可立即打开水箱盖，以免出现烫伤的情况。
5 冷却系统工作原理
冷却系的功用就是使发动机在任何工况下都得到适度的冷却,从而保持在适宜的温度(冷却液温度)下工作。
夏利TJ376Q型发动机采用闭式强制循环水冷却系,其组成如图所示。
图1-1 发动机的冷却系
(A)冷却系的布置示意图;(b)发动机机体内的水套
l-风扇;2-散热器;3-散热器出水管;4-水泵;5-节温器;6-进气管；7-风扇电机控制开关;8-空阀散热器进水管;9-旁通软管;10-蓄电池;11-点火开关;12-膨胀水箱;13-空调散热器出水管;14-散热器进水管;l5—风扇电机;I6-进气管底部水套；17-气缸盖水套;l8-气缸体水套;A-到空调散热器去;B-由空调散热器来
当发动机工作时,在水泵4的作用下,进入水泵4中的冷却液被压入缸体水套l8中,并进入缸盖水套l7中,然后经缸盖侧向水道进入进气管底部的水套16中,对进气管6进行加热,以促进其中的混合气中的汽油蒸发、混合。在进气管6的后端装有节温器5,在冷却液温度低于82℃时,节温器阀门关闭,冷却液仅经空调散热器进水管8、空调散热器、空调散热器出水管l3流入散热器出水管3。如果空调暖风开关处于关闭,冷却液则不流经空调散热器,而直接由空调散热器进水管8经旁通管9流进散热器出水管3,最后进入水泵4,即进行小循环;在冷却液温度高于82℃时,节温器阀门打开,冷却液除进行上述小循环外,还经散热器进水管8流入散热器2中冷却降温,再沿散热器出水管3流入水泵4,即进行大循环。冷却液如此不断地循环流动,就使得发动机能在适宜的温度下进行工作。
冷却液的循环路线如图2-2所示。
图2-2 冷却液循环路线示意图
图3-3 散热器盖
（A）压力阀打开；（B）真空阀打开
1-溢流管；2-压力阀弹簧；3-压力阀；4-散热器加水口；5-真空阀
6 冷却系统的特点
传统冷却系统的作用是可靠地保护发动机，而还应具有改善燃料经济性和降低排放的作用。为此，现代冷却系统要综合考虑下面的因素：发动机内部的摩擦损失；冷却系统水泵的功率；燃烧边界条件，如燃烧室温度、充量密度、充量温度。
先进的冷却系统采用系统化、模块化设计方法，统筹考虑每项影响因素，使冷却系统既保证发动机正常工作，又提高发动机效率和减少排放。
6.1 温度设定点
发动机工作温度的极限值取决于排气门周围区域最高温度。最理想的情况是按金属温度而不是冷却液温度控制冷却系统，这样才能更好地保护发动机。由于冷却系统设定的冷却温度是以满负荷时最大散热率为基础，因此，发动机和冷却系统在部分负荷时处于不太理想状态，如市区行驶和低速行驶时，会产生高油耗和排放。
通过改变冷却液温度设定点可改善发动机和冷却系统在部分负荷时的性能。根据排气门周围区域温度极限值，可升高或降低冷却液或金属温度设定点。升高或降低温度点都各有特点，这取决于希望达到的目的。
6.2 提高温度设定点
提高工作温度设定点是一种比较受欢迎的方法。提高温度有许多优点，它直接影响发动机损耗和冷却系统的效果以及发动机排放物的形成。提高工作温度将提高发动机机油温度，降低发动机摩擦磨损，降低发动机燃油消耗。
研究表明，发动机工作温度对摩擦损失有很大影响。将冷却液排出温度提高到150℃，使气缸温度升高到195℃，油耗则下降4%-6%。将冷却液温度保持在90-115℃范围内，使发动机机油的最高温度为140℃，则油耗在部分负荷时下降10%。
提高工作温度也明显影响冷却系统的效能。提高冷却液或金属温度会改善发动机和散热气热传递传递的效果，降低冷却液的流速，减小水泵的额定功率，从而降低发动机的功率消耗。此外，可采用不同的方式，进一步减小冷却液的流速。
6.3 降低温度设定点
降低冷却系统的工作温度可提高发动机充气效率，降低进气温度。这对燃烧过程、燃油效率及排放有利。降低温度设定点可以节省发动机运行成本，提高部件使用寿命。
研究表明，若气缸盖温度降低到50℃，点火提前角可提前3℃A而不发生爆震，充气效率提高2%，发动机工作特性改善，有助于优化压缩比和参数选择，取得更好的燃油效率和排放性能。
7 冷却系统的检修
常见引起发动机过热的原因有:冷却空气流量减少(如散热器阻塞等)；散热风扇不工作；低速上坡，环境温度过高；V型皮带过松，转动效率差；以及缸体有水垢，节温器失效，水泵损坏，热敏开关失灵等。
为防止冷却液温度过高，在使用中必须保持散热器和水套清洁、冷却液数量充足、风扇皮带张紧适当，以防发动机在负荷工作时间过长。必须注意以下要点:
1.保持冷却系(尤其散热器)外部和内部清洁，是提高散热效能的重要条件。散热器外部沾有泥污或碰撞变形，均合影响风量流通，使冷却液温度过高，必要时清洗或修复。
2.按规定使用防冻冷却液，保持冷却液数量充足。正确的冷却液液面高度:当发动机处于冷态时，冷却液液面在膨胀箱内，位于最高和最低标志之间。膨胀箱内装有自动液位报警传感器，当箱内液面过低时、位于仪表板上的冷却液温度报警灯问烁，应及时予以添加。
3.应保持风扇皮带张紧力适当，风扇正常工作。皮带过松影响水循环，加剧其磨损；过紧易损坏轴承。
4.热敏开关连接良好，若有松动会影响风扇换档变速及正常运转；如果发现冷却系溢水，应及时检查节温器技术状况。
5.防止发动机大负荷、长时间工作，以免水温过高；上坡及时换档，减轻负荷。汽车长时间坡道行驶、挡住低或是环境温度较高时，应注意散热。
更换冷却液时，将仪表板的暖风开关拨至右端使暖风控制阀全开，拆下冷却液膨胀箱盖，松开水泵口软管夹箍，拉出冷却液软管，放出冷却液后再将软管夹箍拧紧。在膨胀箱中加入冷却液，直到液面高度与最高标志齐平为止。拧紧膨胀箱盖。启动发动机，直到风扇运转，将发动机熄火，检查冷却液高度，必要时补充。膨胀箱内冷却液不能注满，加注1/2即可，一般使用2年左右更换一次。
8 冷却系统智能控制
系统由于汽车运行过程中产生强烈的振动、热辐射和电磁干扰，因此对该系统电路有特殊要求：1.电路要有较高的抗振动能力，以适应不同路况、车况的要求。提高系统整体的可靠性和稳定性。2.电路应采取有效的防护隔离措施，以提高其抗干扰能力。
8.1 系统组成
该系统由电控冷却风扇、电控节温器、电控导风板、微控制机构组成。电控冷却风扇由电动机驱动；电控节温器利用电加热引起双金属片变形，由双金属片变形带动节温阀旋转运动，来改变大小循环；电控导风板由双向电动机通过传动机构使之打开或关闭；微控制机构是利用89C51开发的单片机控制系统。
8.2 单片机控制系统工作原理
由温度传感器感受发动机水温的变化，同时把温度信号转变为同其成反比关系的电压模拟信号。这些信号经过处理(电容器低通滤波、校正和电压跟随器耦合)送入A/D转换器(ADC0809)中INO信号通道。由A/D转换器把采集来的模拟电压信号转换为数字信号并读入单片机，89C510单片机89C51根据不同的输入信号分析处理去控制驱动电路，实现对节温器继电器、导风板继电器和风扇继电器的控制。即可实现对发动机冷却能力的智能控制。
8.3 单片机 系统控制过程
当发动机预热时(发动机水温(70℃)，单片机根据检测来的温度数据处理分析向执行元件发出控制信号，使其完成如下操作。
a.电控冷却风扇不工作；
b.电控导风板关闭状态；
c.电控节温器处于小循环状态。
由于导风板关闭，冷却风扇不工作，以至冷却空气不能进入散热器；同时节温器处于小循环(加热电阻丝通电)，发动机水温上升很快。当水温升至75℃，单片机根据检测来的温度数据处理分析向执行元件发出控制信号，使电控节温器的加热电阻丝断电(让其进入大循环控制状态)。当水温达到80℃时，单片机又发出指令，使电控导风板处于敞开状态。
此时可充分利用汽车行驶迎面风对散热器的冷却作用，尽量减少冷却风扇的工作时间。当水温高达95℃时，单片机经数据分析发出控制指令使电控冷却风扇工作，而让节温器仍处于大循环状态，导风板仍处于敞开状态。这时冷却系统的冷却能力最大，实现快速降温。当发动机水温降至89℃时，单片机根据采样数据分析处理发出控制指令，使执行元件完成以下操作。
a.电控冷却风扇不工作；
b.电控导风板处于敞开状态；
c.电控节温器处于大循环状态。
这样，直到发动机水温返升至95℃，电控冷却风扇又重新工作。
结 论
汽车冷却系统对汽车来说是至关重要的,发动机就如同人类的心脏,如果不好好保护就会受到威胁,现在随着科技发展,冷却系统不象以往那样只是单纯的水冷循环,现在冷却系统智能控制很受欢迎,所以在以后的汽车发展中,单纯的冷却系统不会站主导位置了,虽然智能控制要求很高,但是在高级轿车中很实用,它代表着未来冷却系统的发现方向,智能冷却系统控制将会作为标准装置在汽车上,未来一段时间在冷却系统中将占主导位置;而智能控制将会提高发动机的使用寿命,保障汽车的安全行驶,提高人身安全等原因,将来智能控制冷却系统的发展将占主导位置.
谢 辞
时间过的很快，两年的大学生活就这么结束了，有些匆忙、有些不舍，却也很充实。感谢我的母校黑龙江旅游职业技术学院让我有一段值得回忆的快乐充实的大学生活。
感谢我的辅导员XXX老师。他给予我学习上的指导和生活上的无私帮助，表示衷心感谢！祝X老师工作顺利，桃李满天下！
谢我的论文导师，XX老师，X老师在我写论文过程中为我提出了许多宝贵建议，指正了我论文中的诸多不足，使我的论文得以顺利完成，在此对导师的细心指导表示衷心感谢！
在两年的大学生活中还有很多老师和同学给予我学习和生活上的帮助，在此我向他们表示我衷心地感谢！
最后，祝母校蒸蒸日上！祝所有老师工作顺利！
参考文献
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[2] 孔宪辉.张广坤。汽车故障诊断技术。北京：高等教育出版社,2002
[3] 张子波.汽车发动机构造与维修。北京：高等教育出版社，2005
[4] 陈家瑞等.汽车构造.北京:人民交通出版社,2003
[5] 黄虎等.现代汽车维修.上海:上海交通大学出版社,2001
摘要
随着科学技术的进步，交通工具越来越发达。但是它给人们带来便捷的同时，作为其动力的石油资源开始枯竭。人们意识到环境污染的严重性，已开始实施环保政策，治理大气污染，并积极探索新型无污染能源，因此，电动车越来越被人们所关注。结合电动车的历史与现状，本文全面分析了电动车国内外发展趋势。经过比较分析，充分考虑到影响轻型电动车性能的各种因素，设计出自己的轻型电动车整车结构，并完成驱动、制动控制系统的设计以及充电电池、电动机等主要部件的设计，形成控制器的初步设计方案。
关键词：轻型 电动车 巡逻车 设计
Abstract
With the progress of science and technology, the means of transportation is more and more developed. But it brings for people convenient at the same time, be its dynamical petroleum resources to start to be dried up. People realize the severity of the environmental pollution, have already begun to implement the environmental protection policy, manage the air pollution, and explore the new-type pollution-free energy actively. So the electronic bicycle is being paid close attention to by people. Combine the historical current situation of the electronic bicycle, this paper has analysed the domestic and international development trend of electronic bicycle in an all-round way. Through comparative analysis , I fully consider that influences various kinds of factors of electronic climbing bicycle performance , design my own electronic climbing bicycle completed car structure , and complete to drive, apply the brake design , rechargeable battery and motor of control system main selecting type of part to finish, form the preliminary design plan of the controller
Keyword：Electronic bicycle Dsign
目录
第一章 绪论 1
1.1引言 1
1.2国内外电动车的发展及现状 1
1.2.1我国电动车产业的现状： 1
1.2.2国外电动车的发展及现状 4
1.3发展电动车的必要性和有利条件 6
1.4设计任务 8
第二章 电动自行车关键技术概况 9
2.1电动自行车电机 9
2.2电动自行车电池 10
2.2.1镉镍电池 10
2.2.2氢镍电池 11
2.2.3铁镍电池 11
2.2.4铅酸电池 11
2.2.5 电池选用情况 12
2.3车架 12
2.4 电动自行车的控制器 13
2.4.1控制器的介绍 13
2.4.2 智能控制器的实现方案 13
2.4.3 电机调速方案 14
2.4.4电机及控制器保护方案 14
2.4.5蓄电池欠压保护方案 15
2.4.6刹车控制方案 15
2.4.7系统程序流程 16
2.4.8控制器结构原理图 17
第三章 整车方案选择 18
3.1车架造型的选择与创新 18
3.2有限元素法 19
3.3蓄电池安装设计 19
3.4其他另部件选择对整车影响 21
3.5总体设计方案的选择 21
第四章 动力系统设计 24
4.1阻力分析 24
4.1.1滚动阻力F 24
4.1.2空气阻力R 27
4.1.3坡度阻力f 27
4.1.4加速阻力j 28
4.2电机的选择 28
4.3蓄电池规格选择 29
第五章 整车设计及性能分析 31
5.1整车设计 31
5.2车架强度的校核 31
5.3电动车是否会翻倾的校核 32
5.3.1电动车上下坡翻倾校核 32
5.3.2侧倾校核 32
5.3.3制动翻倾性和加速翻倾性校核 33
5.4减震弹簧的设计 33
5.5骑行速度校核 34
5.6转向系统校核 34
第六章 总结与展望 35
6.1总结 35
6.2展望 35
致谢 36
参考文献 37
第一章 绪论
1.1引言
中国是一个名副其实的自行车大国，自行车与老百姓的关系十分地密切，可以这样说，只要有路的地方，总能见到骑自行车的人。虽然中国人均自行车占有量高居世界首位，但是，每年仍维持着3200万辆的产量，而市场需求也达到了2900万辆。如此巨大的市场对任何一种自行车相关联的产品都是极具吸引力的。随着社会的发展，人民生活水平的提高，民众对交通工具的需求也在提高。目就，很多大中城市对摩托车上路实施严格控制，为弥补公共交通能力上的不足，一种单缸二冲程燃油型助力车大量面市。它的出现的确给城市居民的生活和工作带来了方便，但这种燃油型助力车也给城市的空气带来严重的污染。不仅如此，几十万个小汽油桶存放在千家万户内，消防工作也十分繁重。
80年代曾一度兴起的电动车开发与研究，大有一统天下之势。当时电动车存在的问题很多：电机效率低、电池寿命短、电池比能量不高，很快地便冷落下来。其后，每当有新技术出现时，便会立即在电动车上使用(包括电动汽车领域)。电动车的发展经历了三起两落，人们始终没有放弃对它的研究。随着科学技术的发展，90年代中后期，电机制作技术有了突破性进展，传动和控制系统更加轻便可靠，蕾电池技术也取得了长足的进步，所有这些为电动自行车的第三次腾飞打下了坚实的基础。由于电动自行车具有无废气污染、无嗓音、轻便美观等特点，特别适合在人口较集中的大中城市中使用，故受到欧美、日本等西方国家青睐。在欧洲，电动自行车是供人们休闲使用；在日本，主要是妇女和儿童骑行。他们对电动自行车的要求相对较低。例如：电池一次全充电，续驶里程在20kM以上，时速在20hm／h以下即可。为达到这些要求，蓄电池很容易满足其要求。在中国，自行车是作为代步工具使用的。在一些大城市，职工上下班来回行走几十公里，对于一次充电仅能行驶20km的电动自行车显然不能满足要求，为保证行驶里程长，就要加大电池容量，电池容量增加，电池体积、重量、价格等都要增加。另外还有一个如何正确驾驶电动自行车的问题。这要从两个方面来看，首先它不同于自行车，因为它不是单纯依靠人力使车辆行驶；其次它不同于全电动车，当其电池没有电的时候，可以借助人力继续行驶。由此可见，电动自行车对骑行者的素质要求较高。电动自行车生产厂家，应指导用户正确使用电动自行车。
1.2国内外电动自行车的发展及现状
1.2.1我国电动自行车产业的现状：
一、 据不完全统计，目前我国电动自行车生产企业有464家，分布在15省、市。去年中自协联同各省市协会对226家企业统计，电动自行车产量达399．72万辆。
根据统计分析有以下几个特点：
（一）、规模扩大，产量增长，但形成经济规模的企业依然很少
2004年我国电动自行车总产量增长幅度大，但是以众多厂家的增加而增长，不是靠规模厂家的增多而增长。真正形成较大规模的企业不多，很难压制众多小企业盲目加入，年产100辆、1000辆的企业依然存在。由于小企业数量越多，所以统一规范的难度也越大。所以希望有规模的企业在保证产品质量的前提下更要加快发展，这对企业和行业都有好处，提高竞争力，提高市场占有率，可以压制一些小企业的盲目加入。
（二）、自行车企业生产电动自行车的依然不多，优势并不明显。
虽然电动自行车是自行车的延伸产品，但从目前看自行车企业生产电动自行车优势并不明显。中自协226家电动自行车生产企业中原生产自行车的企业仅59家，占25％，总产量110万辆，占27．5％，其中年产1万辆的企业31家，占33％，由此表明优势不明显，还没有在电动自行车产业中形成主导地位。
（三）、产品质量参差不齐，质量状况不容乐观。
去年399．72万辆电动自行车中真正严格按国标GB1761（1999）《电动自行车安全通用技术标准》生产的比例不高，约占50％，从上海、天津、江苏、浙江的自行车展览会上展出的样车看，达标的品种并不多。从市场价格看，1500元／辆的在增多，有的甚至价格在1000元／辆以下。这些价格的下降不是通过管理的提高，生产规模的扩大，从而成本下降，而是不少企业通过配置质量低的零部件或低价原材料、简陋的生产来降成本，实现利润，所以质量较差。从近期的产品抽样结果可以证明，2004年国家自行车监测中心对40个企业产品抽检，合格率仅75％，不合格的25％对消费者来说就是100％；近期上海检测58个企业，合格率仅63．8％；徐州抽检的不合格率达50％；还有山东胶东地区抽查15个批次，合格率仅33％。这些数据应当引起我们企业的高度重视。这些不合格产品都有三个共同问题，一是产品超重、超速。二是踏板式车型多，脚踏离地高度不够，转弯时，脚踏触地。三是车架、前叉组合强度不够，导致严重断裂，个别产品甚至制动性能都不达标，都给产品使用带来安全隐患。所以近年来电动自行车的用户投诉量不断增长。产品出口也存在质量问题，导致退货。中自协为此已搞了一个“三包”规定，并报国家技术监督局。他们也十分重视，已提到议事日程，计划搞一个全国性的电动自行车产品“三包”规定。我们企业一定要把精力放到提高质量上来。当然我国电动自行车的总体质量水平在提高，我只是把问题提得重一些，希望引起企业重视。只有抓好产品质量的一致性、稳定性，才能真正促进行业的健康高效的发展。
二、2005年我国电动自行车的发展趋势
2004年的产量标志我国电动自行车已进入了发展阶段。展望2005年电动自行车在刺激需求和制约需求的矛盾中仍将有新的发展。拉动需求的因素是什么，有以下几点。
（1）去年我国人均GDP已达到1000美元，预示社会需求将有一个升级，收入增高，需求势头自然高。有相当部分居民把电动自行车作为代步工具作为首选。今年3月份有关部门调查全国有63％的人收入稳定增加，而且有71％的群体认为现在是购买耐用消费品的最好时期。电动自行车自然也会受到影响，使一部分人由意向转为购买行动。
（2）《道路交通安全法》将于5月1日正式实施，电动自行车可以以非机动车身份名正言顺地合法上路。无疑使一部分人把目光投向电动自行车。各地有关政府部门也有法可依，将放开对电动自行车的上路限制。国家技术监督局近期也将出台新的标准。所以企业的产品一定要符合标准，乘势而上。
（3）中自协统计，到2004年全行业累计产销量达700万辆。仅去年一年就增加了400万辆，这表明使用电动自行车的人越来越多，城市拥有量迅速扩大，这无疑是一个很好的产品流动大广告，必将吸引市民的眼球，成为刺激购买欲的因素。
（4）2002年8月北京市通告禁止电动自行车上牌上路，当时北京出台禁令后不久，太原、桂林、福州、温州等城市也出台了电动自行车上路禁令，这可能是巧合，但也不排除受北京市的影响。今年北京将允许电动自行车上路，这无疑带来正面影响，成为电动自行车需求扩大的有利因素。
当然，我们还必须看到电动车产业发展中的负面因素。
（1）今年国内的电力供应仍然紧张，钢材、塑料、橡胶原材料价格还将上涨。无疑要制约行业的发展。据有关部门预计，今年我国电力缺口达2000万千瓦以上，华东、华南、华北是缺口严重地区，而我国电动自行车主要产区正是这些地区。今年1－2月份钢材平均上涨39．7％，而且权威部门预示，钢材高价位还将持续4年以上。橡胶平均上涨11％。从全国其它强势行业看，去年我国汽车增长44．7％，拖拉机增长51％，机床增长54．3％，发电机增长148．2％，冶炼设备增长66．6％，这些强势行业的用材必将挤占电动自行车行业的用材，这些都将成为制约行业发展的外部因素。
（2）从内部因素看，生产企业不规范行为也将制约发展。
目前行业内有许多企业的产品未能达标。说明行业内一些企业的法制观念淡薄。市场经济是法制经济。如果道路上行驶的不达标电动自行车越来越多，非机动车和机动车混在一起，必将要引起交管部门的重视，规范的力度必然加大，到一定程度不达标电动车将受到限制，对行业来说是自毁前程。如按现状发展下去，我想断送电动自行车行业的时间不会很长，所以业内企业一定要高度重视这个问题，自觉遵纪守法，共同促进行业的健康发展。
三、要把握落实科学发展观，促进电动自行车的发展
中央十六大提出了科学发展观的理念。胡锦涛总书记在一次人和自然会议上也提出要树立落实科学发展观。我们对此要把握好二点：一是必须着力提高经济增长的质量、效益，努力实现速度、效益的统一，使经济保持可持续发展。二是要坚持理论与实践相结合，因地制宜，因时制宜，贯彻到各个方面。电动自行车行业如何落实呢？我认为①要努力提高电动自行车的产品质量，延长产品使用期；②提高管理水平、降低能源消耗、材料消耗，就目前我们行业的管理水平还是粗放型的，表现为耗能高、耗材高、效率低、效益低。国家统计局统计2003年我国国内生产总值达116694亿元，增长速度不小，但分析，我们消耗了26000万吨钢材，占世界的25％，8．2亿吨水泥，占世界的50％和2．5亿吨石油，换来了占世界总GDP的4％。所以我们的企业家要有社会责任感，电动自行车行业也如此。
1）要通过科学、严格的管理提高质量，降低消耗，节约资源，努力达到可持续发展的目标。
2）要开拓创新，电动自行车行业更要紧跟时代步伐，大力运用新技术、新材料、新工艺，延长产品使用周期，减少消耗，替换紧缺原材料等，牢固根据科学发展观，推动电动自行车产业的新发展。
1.2.2国外电动自行车的发展及现状
日本是电动自行车商品化较早的国家之一。1994年4月雅马哈公司首先推出商品名为“PAS”的电动自行车。“PAS”Power Assistant System 的缩写。本田公司则于1995年2月亮出名为“RACOON”的电动自行车，据说在性能、结构上比雅马哈的略胜一筹。雅马哈、本田两家公司在争夺电动自行车市场的拼杀上已开始就进了白热化状态。三洋、松下、小松等公司不甘落后，纷纷亮出品牌打出广告，意欲抢占市场。据不完全统计，1994年雅马哈公司一统市场，生产销售了电动山地车3万辆；1995年本田和雅马哈展开拼搏，两家公司生产销售电动自行车合计达9万多辆，两方平分秋色；1996年更多的公司加入竞争行列，实现销售超过了20万辆，其中雅马哈公司销售了7万辆，本田公司销售了6万辆；近几年的销售又有了新的突破。至此，据统计日本电动自行车生产厂家从五年前的仅有一家发展到了十三家，年生产能力突破了40万辆。
欧美等西方国家生产销售电动自行车也较早，如：德国MSG公司，Diamant公司，Hercules公司等很早就推出了“Cityblitz”,“Electry”等等品牌的电动自行车；英国的Aschbach公司，奥地利的Velectro公司，意大利的Montuori公司都有电动自行车问世。而美国的Charger 公司，ZAP公司，也都出品了电动自行车。不过欧美更注重开发电动汽车，相比之下电动自行车显得无足轻重了。
从最近第五十七届米兰国际两轮车展览会上得到的消息，尽管目前电动自行车的发展还存在着诸多的制约因素，但对其发展前景还是普遍看好，许多企业在电动自行车辆的研究开发中倾注了较大的力量。在这次展览会上，一些国际知名公司像奔驰、雅马哈、比亚乔等都展示出了他们的各种新型电动自行车。从这次参展的国外部分品牌的电动自行车来看，目前国外电动自行车正朝着驱动无刷化、功能多样化、控制智能化方向发展。详见表1-1。
公司 品牌 主要性能参数 主要特点
德国
奔驰 Hybird
Bike 重量26.5Kg；电机输出功率:220W；最大时速25Km/h;一次充电续行距离：20Km 车轮：26英寸；24V5Ah镍镉电池；无刷轮毂式电机驱动；脚踏来电；皮带传动加内齿圈增速飞轮。
意大利
比亚乔 Albatros
重量28Kg；电机输出功率:250W；最大时速25Km/h;一次充电续行距离：30Km 车轮：26英寸；36V5Ah镍镉电池；“U”字形车架；外转子无刷直流电机前轮驱动；后轮配有内变速齿轮。
日本
雅马哈 PAS XPC26 重量28.2Kg；电机输出功率:235W；最大时速24Km/h;一次充电续行距离：40Km 车轮：26英寸；24V5Ah镍镉电池；典型的中轴驱动型电动自行车。
美国
PMI Continent
Dove 重量32Kg；电机输出功率:180W；最大时速20Km/h;一次充电续行距离：30Km 车轮：24英寸；24V12Ah镍镉电池；后轮轮毂式电机驱动，造型流畅。国内大陆鸽、安琪儿均按此车款仿型设计。
表1-1国外部分电动自行车性能
在美国，电动自行车将可能拥有一个重要的市场，但是必须进行适当的宣传和推销工作。2002年，美国开始更改电动自行车的立法，电动自行车的市场地位有所变化。新的法规规定：电动自行车需具有脚蹬功能，电动机功率＜750w，最高行驶速度＜32km/h，可以像自行车那样骑行。美国连邦法[自行车]之定义即包含了以上这类电动自行车。该立法对于电动自行车来说是好消息，车辆可以允许有帽盔、后视镜等配置，并能在自行车道上行驶。按上述条例，电动自行车由有关的消费制品安全委员会 (Consumer Product Safety Commi sion——CPSC)管理。生产电动自行车的各企业的规章制度均应合乎此法规要求。将来电动自行车新法规，可能停止或取消二轮车的骑行规定中对低龄人群的骑行许可。很多州规定年龄在16岁以上才能取得骑行许可，也有些州规定是18岁。此法规将作为美国的电动自行车的使用规则，但很多消费者和商人对之尚未适应。美国市场现有的电动自行车不少是根据日本和欧洲的模式设计的，美国对于电动自行车功率末满的问题并未拒绝。然而，美国的有些电动自行车制造厂己对新的法规优势进行研究。
目前，美国市场销售的电动自行车，很多是EvGlobal、Giant、Merida和松下Panasonic的产品。新加入销售行列的有Electric Vehicle Technolo—gies(EVT)、 The Electric cycl e Company(TECC)、wave Crest Laboratories 3家公司。EVT和TECC已按新法规进行产品生产。采用高技术电动机的wave Creast Laboratory则用美国军用特殊待制品中心的有利条件生产军用电动自行车。ETC、CurrieTechnologies和Zap目前生产的电动自行车主要是轻量电动踏板车。
由于美国经济受伊拉克战事、恐怖活动、失业率等种种因素的影响，消费需求也随之减弱。 美国对电动自行车的认识现状是：电动自行车尚未被认作文通工具。目前，很多购买者将之当作一种休闲娱乐器具。此外，对于市场的细致分析也没有进行。实际情况是还有不少美国人对电动自行车的存在及其功能尚未注意，或者是还不了解。因而要开拓美国电动自行车市场首先要加强宣传和广为介绍电动自行车的功能及其特性和优点。在商品广告宣传方面美国是比较强的，美国有很多电视和杂志广告，还有有线电视、CS广播和互联网发布的新产品信息，商业信息量较大，例如对商品的使用方法、功效、功能等等都有详细的宣传和说明。但是，电动自行车行业还未很好地利用此种具有优势的广告手段，而是赖于当地的传媒、邮件及行业的宣传资料联络商人。在美国，电动自行车要打开市场，应当在适当的媒体上做适量的广告，互联网就是一个很好的选择。很多商品信息通过互联网与销售商进行勾通，并解决消费者对该商品的咨询等问题。
关于美国电动自行车的实际销售量，由于尚无相关机构，因此很难统计出来。美国市场的很多电动自行车是从国外进口，据中国台湾有关媒体报道，2002年，台湾省向美国出口电动自行车3．7万辆，在中国大陆洁lJ造的Pauasent、Aprillia、Pri ma等外国品牌的电动自行车输入美国的数量不多。中国大陆制造的电动自行车很多是面向中国市场而设计的。而面向美国出口的产品，对于产品的技术条件(规格、性能等)要有若干变更，例如车子的载重量、功率、速度等，更重要的是要具有较高品质、竞争力强的产品，使美国市场乐意接受。
电动踏板车、轻型电动踏板车则在美国市场呈继续上升趋势，它们处于电动二轮车的重要位置。Cycle Electric公司200l—2002年间共销售电动踏板车约27万辆。还有一些小型公司，如Currie、Bleady、EV Rider制造立乘式踏板车。中国大陆向美国出口的电动踏板车也较多。坐骑式踏板车作为短距离交通工具，在美国市场扩展很快。据称，中国有100家以上制造踏板车的工厂向美国出口产品。
美国电动踏板车市场的进口供应厂商有中国台湾的JD Components和HCF两家公司，HCF的Po—lari s和Merctery型号在市场处于领先地位，川Components主要提供坐骑型踏板车。
美国的电动自行车市场销售渠道尚未理顺，商品目录制作公司、联网销售店、自行车专业商店、批发商店、高尔大二轮车零售商、礼品商店、自由市场以至户外市场等等均可自由销售电动自行车(含电动踏板车)。目前，很多公司在研究、探索并确立较完善、较有秩序的电动自行车销售渠道。
1.3发展电动自行车的必要性和有利条件
电动自行车在我国的发展虽然经历了数十年，历经曲折，但它能够在九十年代重新崛起，应该说有其客观的必要性和有了条件。
ABS与汽车制动系统 汽车的制动性也是汽车的主要性能之一。自从汽车诞生之日起，汽车的制动性就显得至关重要；并且随着汽车技术的发展和汽车行驶车速的提高，其重要性也显得越来越明显。制动性直接关系到交通安全，重大交通事故往往与制动距离太长、紧急制动时发生侧滑等情况有关。所以，汽车的制动性是汽车行驶的重要保障。 汽车的制动性及其评价指标 汽车行驶时能在短距离内停车并且维持行驶方向稳定性和在下长坡时能维持一定车速的能力，以及汽车在一定坡道上能长时间停车不动的驻车制动器性能称为汽车的制动性。 汽车的制动性主要由制动效能、制动效能的恒定性和制动时汽车的方向稳定性三方面来评价。 一、提高汽车安全性的制动控制系统 有汽车参与的交通事故中，事故的预防、事故的回避、乘客保护等安全领域与汽车的运动性能有密切的关系。事故预防中起主要作用的是驾驶员，事故发生瞬间对乘客保护主要是汽车的被动安全设备起作用，而事故的回避则与汽车的制动控制系统有紧密的关系。在事故预防环节中人和环境的作用是主要的，在事故回避环节中车的作用是主要的。在汽车中，提高安全性的制动控制系统除了ABS、TCS、ESP（VSC、VDS）等，另外还有BAS（Brake Assist System，制动器辅助系统）。 制动辅助系统BAS是当紧急刹车时，根据踩的速度、力度，制动系统自动感知而输出更强的制动力。它的工作原理是，令刹车泵里的真空量增加，使你一脚踩下去，制动力度大大提高，从而提高了驾驶安全性。即使车子已经熄火了，它还会使刹车制动能力保持一段时间。它的功能是在紧急制动时，提供一个附加的制动力来帮助没能及时形成较大制动力的驾驶员，制动助力加快制动踏板的移动；当司机施加在制动踏板上的制动力不太大时，增加制动力，使车辆的紧急制动性能最佳。有关调查显示，约有90％的汽车驾驶员紧急情况刹车时缺乏果断，而BAS则能从驾驶员踩下制动踏板的速度，探测车辆行驶情况。紧急情况下，当驾驶员迅速踩下制动踏板力度不足时，BAS便会启动，并在不足1秒的时间内把制动力增至最大，从而缩短紧急制动刹车距离。 ABS虽然能够缩短刹车距离，但如果驾驶员采用点刹时，车轮往往不会抱死，ABS没有机会发挥作用。而制动辅助BAS，则让现有的ABS具有一定的智能。当驾驶者迅速用力踩下刹车踏板时，BAS就会判断车辆正在紧急刹车，从而启动ABS，迅速增大制动力。 二、 ABS系统的保养与正确使用 ABS(防抱死制动系统)作为一种主动安全装置，在现代汽车上运用已经很广泛了。由于其在制动过程中的控制方式及工作过程与以往普通的制动系统有所区别，因此在使用保养方面也与传统的制动系统有所不同，否则会引发ABS系统故障。 总结多年的维修经验，笔者认为车主在使用装有ABS系统的汽车时要做到“四要”、“四不要”。 四要 (1)要始终将脚踩住制动踏板不放松。这样才能保证足够和连续的制动力，使ABS有效地发挥作用。 (2)要保持足够的制动距离。当在良好路面上行驶时，至少要保证离前面的车辆有3s的制动时间；在不好的路面上行驶，要留给制动更长一些的时间。 (3)要事先练习使用ABS，这样才能使自己对ABS工作时的制动踏板振颤有准备和适应能力。 (4)要事先阅读汽车驾驶员手册。这样才能进一步理解各种操作。 四不要 (1)不要在驾驶装有ABS的汽车时比没有装ABS的汽车更随意。有些车主认为汽车装有ABS后，安全性加大，因此在驾驶中思想就会放松，为事故埋下隐患。 (2)不要反复踩制动踏板。在驾驶有ABS的车时，反复踩制动踏板会使ABS的工作时断时续，导致制动效能降低和制动距离增加。实际上，ABS本身会以更高速率自动增减制动力，并提供有效的方向控制能力。 (3)不要忘记控制转向盘。在制动时，ABS系统为驾驶者提供了可靠的方向控制能力，但它本身并不能自动完成汽车的转向操作。在出现意外状况时，还得需要人来完成转向控制。 (4)不要在制动过程中，被ABS的正常液压工作噪声和制动踏板振颤吓住。这种声音和振颤都是正常的，且可让驾驶者由此而感知ABS在工作。
