節(jié)能賽車制動系統(tǒng)設(shè)計(jì)開題報(bào)告

開 題 報(bào) 告文 獻(xiàn) 綜 述1.1 課題研究背景隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，在中國工業(yè)化進(jìn)程不斷推進(jìn)的同時，能源問題、環(huán)境問題變成我們迫切需要解決的難題。面對環(huán)保的嚴(yán)峻形勢的挑戰(zhàn)，中國人民不斷自我超越，2007 年中國成功舉辦第一屆節(jié)能競技大賽，提供給大家一個共同來實(shí)現(xiàn)夢想和挑戰(zhàn)的舞臺。2011 年第 5 屆 Honda 中國節(jié)能競技大賽在廣東國際賽車場成功舉辦，吸引了包括各大專院校、企業(yè)以及來自社會上的共 111 支代表隊(duì)參賽。在提高節(jié)能環(huán)保意識的同時，更能培養(yǎng)我們的動手能力與團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。在大賽中，參賽選手們最大程度地有效利用每一滴燃油，發(fā)散思維，開拓創(chuàng)新，用他們的智慧與信念創(chuàng)造出了全新的節(jié)能低碳生活。1Honda 節(jié)能競技大賽是一項(xiàng)以注重能源，創(chuàng)造節(jié)約型社會為主體的賽事，她激發(fā)起了所有參賽者的對地球環(huán)境保護(hù)的挑戰(zhàn)精神。Honda 節(jié)能競技大賽是搭載 Honda 低油耗五羊-本田 4 沖程發(fā)動機(jī)，通過設(shè)計(jì)車架、車身、傳動、制動等系統(tǒng)來挑戰(zhàn)節(jié)能極限的競賽事。 2與其他節(jié)能比賽不同的是, Honda 節(jié)能競技大賽的獨(dú)特定位形成了一個特殊的平臺,它為參與者提供了一個親手創(chuàng)造和相互交流的機(jī)會。學(xué)生自我學(xué)習(xí)、完成車輛的整體設(shè)計(jì)、制作、性能調(diào)試等工作。通過實(shí)際動手的經(jīng)歷,制作賽車的參與者在創(chuàng)新的平臺上,把學(xué)到的知識轉(zhuǎn)化為實(shí)踐,而且也享受了整個過程的樂趣。 23一些高校的參賽車隊(duì)表示,在中國類似開放給大專院校的比賽似乎很少,學(xué)生們十分需要這樣的比賽機(jī)會。而通過大賽連續(xù)三年的舉辦,參賽車隊(duì)不僅在輕量化、空氣阻力和節(jié)油等環(huán)保技術(shù)上有所突破,而且也為社會培養(yǎng)了一大批汽車和環(huán)保領(lǐng)域的儲備人才,比賽中那些年輕的身影很有可能未來就是汽車領(lǐng)域的骨干和精英。 4隨著近些年來人們生活水平的提高，能源節(jié)約、環(huán)境保護(hù)問題已經(jīng)漸漸受到人們越來越多的關(guān)注。世界石油儲備量的急劇減少及原油價格的不斷上漲預(yù)示了節(jié)能是當(dāng)代汽車發(fā)展的必然趨勢。 52007 年首屆中國本田節(jié)能競技大賽為設(shè)計(jì)背景，設(shè)計(jì)研發(fā)一款節(jié)能競技車。整個設(shè)計(jì)過程在滿足競賽要求的基礎(chǔ)上，以降低整車機(jī)構(gòu)復(fù)雜度從而降低整車整備質(zhì)量，減小整車阻力為主要指導(dǎo)思想，分別對節(jié)能競技車的動力系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、行駛系統(tǒng)等整車各系統(tǒng)進(jìn)行了合理的方案選定和參數(shù)匹配。 7Auto CAD 和 CATIA 等 CAD 設(shè)計(jì)軟件對所設(shè)計(jì)車輛進(jìn)行了整體設(shè)計(jì)和三維數(shù)字化建模。利用 ANSYS 軟件對所設(shè)計(jì)車架進(jìn)行有限元分析，確定車架結(jié)構(gòu)的合理性以及架制作材料。利用 ADAMS 軟件對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行了運(yùn)動學(xué)仿真，對轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)的參數(shù)進(jìn)行了合理匹配。通過大量的實(shí)車試驗(yàn)驗(yàn)證了整個設(shè)計(jì)方案的可行性，并在試驗(yàn)過程中對各系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行了進(jìn)一步的調(diào)試，得出更為合理有效的系統(tǒng)參數(shù)和競賽方案。 6Honda 節(jié)能競技大賽于 1981 年在日本創(chuàng)辦，至今已有 27 年的歷史。Honda 節(jié)能競技大賽的主要目的就是通過比賽提高社會的節(jié)能和環(huán)保意識，以推動全球車輛節(jié)能技術(shù)的發(fā)展。比賽要求參賽車輛使用統(tǒng)一的 Honda 低油耗汽油發(fā)動機(jī)，發(fā)動機(jī)以外的車架和車身等完全由各車隊(duì)獨(dú)自創(chuàng)作，每支參賽隊(duì)帶來的都是世界上獨(dú)一無二的賽車。賽車在指定的賽道內(nèi)跑完賽程，比賽誰消耗的燃油最少。趣性和廣泛的參與性，在日本，每年都有來自初中、高中和大學(xué)等的學(xué)校代表隊(duì)、企業(yè)代表隊(duì)，以及來自社會上的共約 500 支車隊(duì)，創(chuàng)作出具有新穎構(gòu)思和創(chuàng)意的賽車參加比賽。在迄今為止的 27 屆比賽中創(chuàng)下的最高記錄為 3435.325km/L，相當(dāng)于北京到重慶的直線往返距離。同時，這項(xiàng)比賽也逐漸向海外擴(kuò)展，泰國、巴基斯坦、俄羅斯、韓國等的參賽者相繼參加了日本的比賽，2007 年首次在中國上海舉辦了 Honda 節(jié)能競技大賽。 78Honda 節(jié)能競技大賽的目的是通過比賽提高社會的節(jié)能和環(huán)保意識，參賽車隊(duì)通過各項(xiàng)獨(dú)創(chuàng)技術(shù)不斷挖掘一升汽油的無限潛能，從中體會到節(jié)能的重要性。同時，比賽也為參賽者提供體驗(yàn)親手制作賽車的樂趣的機(jī)會，提高實(shí)踐能力。 81.2 課題研究的意義能源是世界人類社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，是生產(chǎn)力發(fā)展的主要動力源泉。世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展充分表明：能源的增長速度與 GNP 同步增長，呈正相關(guān)。戰(zhàn)后 5070 年代世界資本主義經(jīng)濟(jì)大發(fā)展與充足的廉價能源供給，特別是石油供給密切相關(guān)。為此，能源供給引起世界的普遍關(guān)注。能源是人類社會發(fā)展的重要基礎(chǔ)資源。但由于世界能源資源產(chǎn)地與能源消費(fèi)中心相距較遠(yuǎn)，特別是隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、世界人口的劇增和人民生活水平的不斷提高，世界能源需求量持續(xù)增大，由此導(dǎo)致對能源資源的爭奪日趨激烈、環(huán)境污染加重和環(huán)保壓力加大。近幾年由于多方面因素的影響，國際原油價格不斷上漲。9在汽車行業(yè)日益發(fā)展、競爭愈發(fā)激烈，節(jié)油與環(huán)保已是關(guān)乎車企命運(yùn)的核心問題。Honda 環(huán)?；顒邮且罁?jù)創(chuàng)始人本田宗一郎提出的“如何有效利用有限資源，不破壞公共環(huán)境，為子孫后代造福，所有行動要以此為準(zhǔn)繩”的最初宗旨開展的。大賽競技 1 升油能行駛多少公里，挑戰(zhàn)節(jié)油極限。大賽要求參賽車輛統(tǒng)一搭載 Honda 低油耗汽油 4 沖程發(fā)動機(jī)，行駛速度要求在 25km/h 以上，車輛其余部分完全由各參賽車隊(duì)發(fā)揮想象獨(dú)立創(chuàng)作。通過參加 Honda 節(jié)能競技大賽，不僅可以提高社會的節(jié)能和環(huán)保意識，更為重要的是，參賽車隊(duì)通過各自獨(dú)創(chuàng)技術(shù)不斷深挖 1 升汽油的無限潛能，深刻體會創(chuàng)新技術(shù)在節(jié)能方面的重要意義。 10在石油資源日益枯竭、全球石油儲藏量急劇下降的背景下,我國汽車保有量卻以平均每年的速度增加,我國對燃油的消費(fèi)需求以驚人的快速度增長,有很大一部分依賴進(jìn)口。一方面,我國汽車節(jié)油技術(shù)的應(yīng)用有限,燃油的使用效率普遍不高,汽車百公里耗油約比發(fā)達(dá)國家高 20%。汽車節(jié)能減排的重要性不言而喻,考慮到當(dāng)前我國的汽車節(jié)能技術(shù)發(fā)展的實(shí)際情況,除了要積極推進(jìn)以混合動力、燃料電池、先進(jìn)柴油、醇類汽車等為代表的新能源汽車技術(shù)的發(fā)展外,另一個推進(jìn)汽車節(jié)能減排工作的措施就是大力研究開發(fā)適合我國現(xiàn)階段汽車行業(yè)技術(shù)現(xiàn)狀,并適合大量在用汽車的高性能節(jié)能產(chǎn)品。 11傳統(tǒng)汽車上的行車制動系統(tǒng)和駐車制動系統(tǒng)雖然制動效能較好，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積較大不便安裝，所以節(jié)能車的制動系統(tǒng)大多仿照自行車剎車系統(tǒng)設(shè)計(jì)。自行車剎車系統(tǒng)常見的有懸臂剎、鉗剎、V 剎和碟剎等。碟剎的剎車效果會強(qiáng)大很多，但其安裝裝配、維護(hù)保養(yǎng)時相對復(fù)雜、重量大，V 剎的剎車效果好于懸臂剎。所以綜合整車的輕便性、制動系統(tǒng)安裝位置以及賽場路面情況等影響因素，我們選擇質(zhì)量較輕、結(jié)構(gòu)簡單、便于裝卸的 V 型剎車和鉗式剎車（后輪） 。 121.3 國內(nèi)外現(xiàn)狀經(jīng)過近 200 年的發(fā)展，自行車從最初是奢侈品，到代步工具，再到現(xiàn)在成為多品種的交通工具，儼然在人們的生活中起到了重要作用。人們對它的要求也越來越高，從最初的有就滿足，到要求好用，再到現(xiàn)在要求它有精確的性能。作為自行車重要性能之一的自行車車閘也從鋼圈上的 V 剎、軸上的漲閘，發(fā)展到現(xiàn)在的碟剎。在國內(nèi)和歐洲的自行車標(biāo)準(zhǔn)中對自行車的剎車性能有嚴(yán)格的要求，并針對剎車性能測試提出了道路試驗(yàn)和試驗(yàn)機(jī)試驗(yàn)兩種測試方法。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)生產(chǎn)和設(shè)計(jì)碟剎的廠家，在對產(chǎn)品進(jìn)行測試時一般都會采用道路試驗(yàn)的方法，但測試時并未按照歐洲標(biāo)準(zhǔn)中的要求進(jìn)行。在用來測試的自行車上，并沒有安裝速度表，記錄距離的裝置等，對剎車性能的評判全憑測試人員的主觀判斷。這種方法不僅隨機(jī)性大，而且在產(chǎn)品不成熟時直接進(jìn)行道路測試，測試人員很容易發(fā)生摔傷等事故。 13剎車是一個簡單的杠桿系統(tǒng)，在車把手處運(yùn)用很小的力，通過長力臂傳遞給剎車片很大的壓力，通過摩擦達(dá)到制動的目的。自行車的剎車系統(tǒng)按制動力的作用點(diǎn)不同大致可分為剎輪圈和剎車軸兩種。剎輪圈主要是通過橡膠塊給車輪邊緣增加摩擦力，使車輪減速，達(dá)到剎車的目的。剎車軸與剎輪圈的剎車原理類似，是給車輪的軸一個阻礙力，達(dá)到減速的目的。不論哪種剎車方式，都是采用增大摩擦，減小速度的物理原理。 14抱剎：一種靠膠皮或鋼彈簧片與花鼓上安裝的摩擦裝置產(chǎn)生巨大摩擦力來制動的剎車裝置，由于結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，可靠性較好，常見于日常休閑代步車，缺點(diǎn)是重量大，怕水，制動時噪音大，壽命短。 14碟剎：一種比較新的制動方式，早期常用于摩托車上，具有制動效果好，防泥水等特點(diǎn)，是山地自行車愛好者熱捧的配件。但由于重量重，此類剎車常見于山地車，休閑車等不過分要求車身重量的車型上。 14按照大賽的要求需要設(shè)計(jì)兩套獨(dú)立的制動系統(tǒng)，一般來說，順利完成 比賽，基本上不會用到制動系統(tǒng)，但由于賽車的安全性能考慮，至少應(yīng)能 通過車檢要求。由于備參賽隊(duì)的整車重量和牟輪的選擇不同，對制動力的 要求也不相同，可選用自行牟或電動車的抱閘、鼓剎或碟剎等幾種形式 其中自行車抱閘相對簡單且實(shí)用。 15參考文獻(xiàn)1池奕承, 關(guān)于 Honda 中國節(jié)能競技大賽節(jié)能車的創(chuàng)新設(shè)計(jì)A.河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院 20122雷磊，節(jié)能競技車的研發(fā)與技術(shù)研究D.西安：長安大學(xué) 20083趙巖，節(jié)能競技車的研發(fā)與技術(shù)研究D.西安：長安大學(xué) 20084劉維信，汽車設(shè)計(jì)M.清華大學(xué)出版社. 2001.75Cheskidov, A.; Constantin, P.; Friedlander, S.; Shvydkoy, R., Energy conservation and Onsager's conjecture for the Euler equationsJ, Institute of Physics Publishing, Volume 21, Number 6, June 2007 , pp. 1233-12526余志生.汽車?yán)碚?第二版) M .北京:機(jī)械工業(yè)出版社,19907鄧志黨，ATIA V5R15 機(jī)械設(shè)計(jì)高級應(yīng)用實(shí)例M.機(jī)械工業(yè)出版社.2006.68Shim, Taehyun; Velusamy, Pradheep C., Suspension design and dynamic analysis of a lightweight vehicle, International Journal of Vehicle Design, Volume43, Numbers1-2, 4 February 20079王望予.汽車設(shè)計(jì)（第三版）M. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2003.110龍馬工作室. Auto CAD2007 完全自學(xué)手冊(中文版) M.人民郵電出版社.2007.211Howard K Birnbaum.Fueling the Freedom CarJ.Materials Today,200512劉波，載重車輛橋總成制動性能在線檢測的研究D.合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，200713邊強(qiáng), 王志明. 自行車制動性能測試平臺的研制J. 機(jī)電一體化，200914陳夢群，自行車碟剎剎車檢測系統(tǒng)研發(fā)D.杭州電子科技大學(xué)，2011152013 年第七屆 Honda 中國節(jié)能競技大賽。開 題 報(bào) 告本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）：對于節(jié)能競技車的制動系統(tǒng)我準(zhǔn)備用電動自行車還有自行車上的一些實(shí)例來經(jīng)行設(shè)計(jì)，因?yàn)樗囕啿捎玫氖呛妥孕熊囈粯拥能囕喫詮倪@幾個方面來進(jìn)行研究與設(shè)計(jì)。1.1 電動自行方面電動自行車制動過程是一個有多種因素綜合作用的復(fù)雜工況,其時間歷程極短,期間各種運(yùn)動參數(shù)發(fā)生急劇變化,并且極易受到外界環(huán)境和駕駛?cè)藛T等多種因素綜合影響,表現(xiàn)出一定的隨機(jī)性和較差的重復(fù)性。因此控制器決定了電動自行車的操控性能,控制器功能的提高、完善及合理發(fā)揮尤為重要。安全剎車問題是車體運(yùn)動控制技術(shù)的一個方面,車輛制動控制系統(tǒng)的發(fā)展主要是控制技術(shù)的發(fā)展。電動自行車的制動系統(tǒng)跟汽車類似,對于汽車和電動自行車的制動系統(tǒng)的研究也比較成熟。最原始的制動控制只是駕駛員操縱一組簡單的機(jī)械裝置向制動器施加作用力,這時的車輛的質(zhì)量比較小,速度比較低,機(jī)械制動雖已滿足車輛制動的需要,但隨著汽車自質(zhì)量的增加,助力裝置對機(jī)械制動器來說己顯得十分必要。傳統(tǒng)車輛在制動過程中,都是把動能轉(zhuǎn)化成制動裝置摩擦生成的熱能的方式來達(dá)到減速的目的,制動時的動能通過制動器摩擦轉(zhuǎn)換成熱能的形式耗散掉,增加了車輛行駛過程中的能量損失,降低了車輛的能量利用率。目前電動自行車也都采用類似于電動自行車的制動裝置,大量使用鼓剎、漲剎。在對一個系統(tǒng)進(jìn)行分析或仿真之前,首先必須建立起理論模型,以便對其動態(tài)性能進(jìn)行有效的分析和預(yù)測。這一方面是擴(kuò)大控制范圍、增加控制功能,在對制動過程進(jìn)行理論分析時,必須忽略一些次要因素和做必要的簡化另一方面是采用優(yōu)化控制理論,實(shí)施伺服控制和高精度控制。1.2 自行車方面如果是用自行車的剎車我選擇碟剎，碟剎全稱碟式剎車又叫盤式剎車，按碟盤的不同，它分普通碟剎和通風(fēng)碟剎兩種。普通碟式是指整個碟盤是實(shí)心的。通風(fēng)盤式剎車是在盤面上鉆出許多圓形通風(fēng)孔，或是在盤的端面上割出通風(fēng)槽或預(yù)制出矩形的通風(fēng)孔。通風(fēng)盤式剎車?yán)蔑L(fēng)流作用其冷熱效果要比普通盤式剎車更好。碟剎的主要優(yōu)點(diǎn)是在高速剎車時能迅速制動，散熱效果優(yōu)于鼓式剎車，制動效能的恒定性好，便于安裝像防抱死剎車系統(tǒng)那樣的高級電子設(shè)備。碟剎一般應(yīng)用在價格較貴的自行車上。 開 題 報(bào) 告指導(dǎo)教師意見：指導(dǎo)教師： 年 月 日所在系審查意見：系主任： 年 月 日