一种电动高尔夫球车的设计开发

0 引言

随着科学技术的飞速发展，电动车自身难点的不断解决，电动车的节能、环保、低噪音、低污染等优点更加突出[1]。尤其是在高尔夫球场上，很需要一种安静、清洁的交通工具用来转移打球人员和随身物品，在这种市场需求的刺激下，国内外电动高尔夫球车（以下简称球车）厂家如雨后春笋般出现。但我国球车行业出现较晚，关键技术尤其是底盘的设计上多以仿制国外球车居多。这里我们就是要设计开发一款耐腐蚀的、外观造型新颖的、完全自主知识产权的高尔夫球车产品。

1 球车设计原则

球车使用环境为高尔夫球场，参照国内外现状，球车设计遵从的主要原则是：

实验组患者护理满意度为96.00%,参照组患者护理满意度为60.00%,组间差异明显,P<0.05,存在统计学意义,详见表1。

（1）主要性能指标及实验数据达到《GB/T21268非公路用旅游观光车通用技术条件》，同时参考《美国国家球车安全和性能规范》。

（2）充分计算，在结构上将整车的稳定性、安全性和舒适性协调到最佳。

电动高尔夫球车的工作原理为由蓄电池提供电能，驱动电动机，电动机的输出轴与驱动桥通过花键连接直接将动力传递到驱动轮上。球车的速度调节是通过油门踏板传递加速和减速信号到中央控制器来调节车速的变化。通过转向机构控制球车的驾驶方向，行车制动和驻车制动共同来完成球车刹车和停车的安全问题。同时涉及行车安全的部件还有前后保险杠。图1是我们设计和制造的球车外型结构图。

2 球车的总体方案

根据以上设计原则，从爬坡性能、纵侧向稳定性和舒适性等角度，我们制定了球车的主要性能参数：①最高速度定为20km/h；②最大安全爬坡度定为30%；③续驶里程为60～80km即可满足使用要求。

这是指在通读的基础上，学生根据自己的经验或联系上下文对课文中关键句子或暗含着深刻内涵的部分，进行反复揣摩体味地读。在潜心悟读中，学生在脑海中再现课文所描述事物或情境，领悟到潜藏在文字背后的哲理或情感。

  

图1 球车结构简图Fig.1 Structure diagram of golf cart

3 球车的结构设计

球车相对于其它车辆而言相对简单。需要投入大力气的主要是以车架为主的底盘设计和整车的性能优化。我们针对用户的需求，根据整个车辆的功能特点，进行车架上所有总成的布置，然后进行车架结构的基本设计，车架上各总成的布置决定了整车的主要尺寸、质量参数等[2]。

3.1 车架功能和设计要求

车架是球车系统总成、零部件的安装基体，它将蓄电池、电机、覆盖件、前后桥等连成一个有机整体，制动拉线、电气线路也以车架为依托进行布局。同时，车架还承受整车各个系统总成的质量和有效载荷，来自于地面的各种冲击也通过悬架传递到车架上。因此，车架要求有足够的强度、弯曲刚度及适当的抗扭刚度，同时车架要尽量的轻量化。而车架的抗锈蚀能力决定了球车的寿命，于是耐腐蚀性强的全铝车架则是首选。

3.2 车架基本结构设计

根据球车的基本参数，设计了球车车架的基本结构，见图2。

  

图2 车架结构简图Fig.2 Frame structure diagram

3.3 车架主梁的选材与设计

目前球车的车架主梁，其横截面形状多为矩形或圆形，且主要使用碳钢型材，经过多次折弯而成，整体偏重，加工难度大。为解决上述问题，我们采用了一种新颖的车架主梁结构。

罗四强几轮跟随下来，倒也明白了一件事：阿里对哀乐极度敏感。这一次他带阿里走进悼念厅时，便掏出自己的手机，把哀乐录了下来。

根据最大弯矩计算主梁所需要的截面惯性矩，主梁选择了矩形截面的铝型材，并在主梁的横截面上做了创新设计，如图3（b）所示，该主梁横截面为一具有圆角的中空矩形，具有一定管壁的厚度，且在该主梁的内顶面和内底面各设有一条向内凸起的加强筋，加强筋与主梁管壁的交界线为一圆弧，该圆弧的半径R1为加强筋高度与主梁壁厚的差。此圆弧设计，有效降低了对y轴方向折弯时该部位的应力集中，降低了折弯过程中该部分开裂的可能性。

在实际的车架结构上还要焊接其它的铝合金结构件，能进一步提高车架结构的刚度和强度，因此，实际最大弯曲应力截面处的应力还会更低。另外，通过有限元分析还可以加快球车的设计验证速度，节省成本，同时对于其结构优化设计，提高球车车架的使用寿命都是非常重要的。

 

表1 铝合金6061热挤压无缝管标准规定的力学性能[3]Tab.1 MechanicalProperties of Standard Specification for aluminum alloy 6061 hot extruded seamless tube[3]

  

?

  

图3 车架主梁示意图Fig.3 Schematic diagram of frame girder

在选材上，我们优先考虑用铝合金材料。因为铝合金材料相对钢材来说，具有质量轻、无需涂装、耐腐蚀和美观等优点。再结合各种铝合金材料的焊接性、通用性以及市场上的供货情况，最终选定主梁材料为6061（T6），该材料的性能见表1。为避免该材料在焊接过程中产生裂纹，选择4043焊条，采用氩弧焊焊接车架总成。

此结构设计在不增加主梁外形尺寸的条件下使得主梁的强度有很大的提高，可以广泛适用于车辆底盘的主梁、各种结构用梁及承重件。同时，使该主梁在安装使用过程中能够有足够的厚度采用打孔攻丝等工艺方法，能有效减少安装的难度，增加主梁的使用范围。

3.4 车架弯曲刚度有限元校核

在确定了车架的截面和材料后，为了校核车架的刚度和强度能否满足设计要求，对球车的车架在满载条件下进行了有限元仿真分析。

经车架有限元变形分析得结果如图5所示。可以看出，车架在满载时，主梁前面折弯处变形最大，最大变形量为1.16mm，在允许的范围内；同样经有限元应力分析可得车架的最大弯曲应力在车架中部，最大约为70MPa，将分析结果乘上动载系数2.5和疲劳系数1.2后，为210 Mpa，它小于材料的应力极限。

首先是建立车架模型：在分析过程中我们对车架模型进行了适当的简化，只将主要承载应力的主梁和横梁进行分析。然后对球车运用有限元分析对车架进行弯曲情况下的静力学分析，分析的工况是：整车满载水平放置，满载质量作为静载，不计动载系数，载荷方向垂直向下，模拟球车在平坦路面恒速行驶时产生的对称垂直载荷。整车满载质量为830kg，非簧载质量为125kg，则簧载质量为705kg。在此工况下的边界约束为主纵梁在四个车轮位置的节点位移为零，模拟四轮着地的情况。本球车则是车架与板簧连接的三个位置认为垂直位移为零。具体载荷和反作用力的大小和位置分布如图4所示。

通过对兰科植物分布信息进行研究分析发现，无叶美冠兰Eulophia zollingeri (Rchb. f.) J. J. Smith、大花无柱兰Amitostigma pinguicula (Rchb. f. et S. Moore) Schltr.、长叶山兰Oreorchis fargesii Finet、广东盆距兰Gastrochilus guangtungensis Z. H. Tsi、芳线柱兰Zeuxine nervosa (Lindl. ) Trimen、紫花鹤顶兰Phaius mishmensis (Lindl.et Paxt.) Rchb. f.为贵州兰科植物新分布。

  

图4 车架载荷和位置Fig.4 Frame load and distribution

常规管理：4月上旬播种，已灌冬水的A、B小区，青稞秸秆已翻沤的田块整平。用种量300kg/hm2。施尿素112.5kg/hm2、二铵187.5kg/hm2，播种时分层施入作底肥和种肥。苗期化学防治除草。

  

图5 车架有限元分析变形量示意图Fig.5 Deformation diagram of finite element analysis of frame

在结构上，该主梁还采用新颖的折弯结构，使常见的4弯形状减少为3弯形状，大大降低了主梁的加工难度，可以使加工效率提高大概25%。如图3（a）所示，长条形主梁为立体的三折弯结构。该主梁折弯结构的折弯角度可以根据车辆底盘的布局结构进行确定。

4 制动系统设计

制动系统是球车中最重要的部分之一，该部分的稳定性、可靠性和可操控性直接与整车的安全性相关。目前，各品牌球车均采用刹驻分离式制动踏板，即驻车踏板与刹车踏板分离，如需驻车制动需踩动单独的驻车踏板，操作上存在一定的复杂性。同时，由于球车允许没有机动车驾驶执照的人员操作，如果驾驶人员在下车时没有及时踩下驻车踏板，极有可能造成事故，于安全性不利。因此，我们研发了独特的刹驻一体式制动系统，实现一个制动踏板带有刹车与驻车制动两种功能。

该联动机构中制动踏板与加速踏板是通过棘轮、棘爪相互关联的，如图6所示，棘轮与制动踏板轴相连，棘爪与加速踏板轴相连。棘轮上有两个凹槽——即在刹车的的末端有两个驻车档位。当在一定范围内踩制动踏板时，棘爪在棘轮的光滑段滑动，车子只做刹车制动，收脚后制动踏板自动回位；但当制动踏板踩到任意驻车档时，棘爪落在棘轮的凹槽里，收脚后制动踏板并不回位，这时需要踩加速踏板，初始的力首先会使棘爪从棘轮的凹槽中脱出，释放驻车，使制动踏板回位，继续踩加速踏板，球车才加速前行。收脚后加速踏板自动回位，如此往复运动是该联动机构的典型运动形式。

中国生猪预警网首席分析师冯永辉告诉记者，疫区活猪禁止调运的影响正在逐步体现在市场上，今年的四季度猪肉销售旺季也受到影响，近几天虽然南方市场受需求旺季影响已经开始回暖，价格有所上涨，但北方产区生猪无法运出，市场供应过剩，价格依然低迷。

该系统大大简化了制动部分结构，却丝毫没有降低该系统的稳定性和可靠性，减少了零件的数量，加强了操控性，有效地降低了在人车分离时由于没有踩好驻车而发生事故的几率。

  

图6 球车踏板的结构示意图Fig.6 Schematic diagram of the brake pedal integrated

5 外观设计

由于球车使用场合的特殊性，国内外的多数品牌都将外观设计摆在了整车设计中很重要的地位，我们也在造型方面花了很大的力气（球车外观参见图1）。本产品整车外观完全自主设计，采用流线型设计，线条灵动。整车塑料件采用工程PP改性塑料，通过注塑、吸塑、吹塑等不同工艺，实现不同功能对零件性能的要求。整车主要外覆件表面采用底漆、色漆、亮漆依次喷涂，配合套色工艺，漆料中添加抗UV成分，抗老化褪色能力较强。车灯采用汽车级LED技术，造型精致优美，与整车一体设计，透出产品的灵动。同时，在顶棚、顶棚支架等相关零件上布置了雨水导流系统，这些创新设计提升了驾乘体验。

6 结束语

本产品是国内首款全铝合金车架的、完全自主知识产权的高尔夫球车。它安全、舒适、环保，具有新颖外观，可与球员和球童完美配合。该设计突破若干个关键技术难点，整车拥有多项专利，各方面特点突出。目前，该款高尔夫球车的开发已完成，上市后深受客户喜爱，也为企业创造了很好的经济效益。

参考文献：

[1]胡骅，宋慧.电动汽车[M].北京：人民交通出版社，2002.

[2]张洪欣.汽车设计[M].北京：机械工业出版社，1999.

[3]林钢，林惠国，赵玉涛.铝合金应用手册[M].北京：机械工业出版社，2006.