节能赛车总体布置设计.docx
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节能赛车总体布置设计
节能赛车总体布置设计
摘要：
根据honda节能竞赛的赛车要求，我们对节能赛车进行了创新。
基于汽车发动机的节能改造设计，汽车驾驶，驾驶系统设计，汽车转向制动系统设计和赛车全面进行了程序的合理优化。
与各所大学沟通，体会“创新”和“沟通”的乐趣。
本毕业设计旨在提高能源效率，通过对国内外能源的能源状况的分析，指出研究的目的和意义。
首先，对方动机进行了改进，提出了化油器存在的作用，其次为底盘四大系统做了合理的设计分析，最后我们设计并制作了适合的车身。
关键词：
节能；赛车；创新；发动机；底盘
Theoveralldesignoftheenergy-savingcar
Abstract：
AccordingtotheracingrequirementsoftheHondaenergysavingrace,weinnovatedtheenergy-savingcar.Basedontheenergy-savingrenovationdesignofautomobileengine,thecardriving,drivingsystemdesign,automotivesteeringbrakesystemdesignandthecarfullyfortheoptimizationoftheprocess.Communicatewitheachuniversityandenjoythefunof"innovation"and"communication".
Thisgraduationdesignaimstoimproveenergyefficiencybyanalyzingtheenergysituationofdomesticandforeignenergysources,andpointsoutthepurposeandmeaningoftheresearch.Firstofall,eachothermotivationwasimproved,andputforwardthecarburetorexist,followedbyfoursystemchassismadeareasonabledesignandanalysis,finally,wedesignandproducethesuitablebody.
Keyword：
Energysaving;Thecar;Innovation;Theengine;chassis
1绪论
1.1本论文的背景和意义
随着经济发展，所有权和汽车消费的增加，汽车现象越来越普遍，人均能源和汽车消费之间的矛盾也将越来越大，城市交通负荷也在增加。
因此，现代汽车将在发展新的环保能源的同时，发展成轻型和小型。
1.2当前世界的能源形势
能源是世界人类社会发展的重要物质基础，是发展生产力的主要动力。
世界经济发展的历史表明，能源增长率随GDP的增长而增长。
战后时期，二十世纪五七十年代世界经济的巨大发展与廉价能源供应充足，特别是石油供应密切相关。
为此，能源供应是普遍关注的问题。
能源是人类社会发展的重要基础。
世界能源需求持续增加，从而导致日益激烈的能源竞争，环境污染和环境压力。
由此可以断定,在未来生活中,节能减排这个话题将不会减弱,相反的,反而会被越来越多的人所关注,而节能减排最终会成为一个永久的话题被人们所认识和对待。
1.3节能大赛概况
随着汽车工业的飞速发展，汽车在人们的生活中越来越受欢迎，同时也带来了燃油短缺和环境退化问题，积极开发节能环保汽车是汽车行业可持续发展所必需的。
本田中国节能竞赛是由本田技术研究（中国）投资有限公司赞助的社会活动。
匹配“挑战一升，绿色生活”为口号，大赛需要汽油机车辆统一规范，在规定的轨道内，消耗最少量的汽油的种类。
本田节能运动竞赛成立于1981年，31年历史，本田创立此大赛的目的是为了提高节能环保的社会意识，为参与者提供体
验和享受的机会创建。
比赛的竞争性和比赛的有趣的性质使得汽车越来越有影响力。
在中国举办了五年的比赛在汽车行业中引起激烈反响。
1.4节能汽车概况
节能赛车是指低能耗，低污染，新能源和新型动力赛车。
节能赛车的目标是在满足需求的同时消耗尽可能少的能耗，同时减少污染气体的产生。
由于能源危机和环境问题越来越严重，越来越多的制造商开始开发节能型汽车，而且不仅从汽车的整体结构来看，还要从节能型发动机着重研究。
如今世界上有三种主要的节能型汽车。
一辆是纯电动车。
两辆是混合动力车，三辆是燃料电池车。
2008年，中北大学首次报名参加Honda节能竞技大赛，并以72.67km/L骄人的成绩在全国55支大学组参赛队中取得了第38名的成绩。
至今，我校已有4年的参赛经验，赛车的设计制造技术也日益提高。
1.5论文研究的主要内容
（1）熟悉、掌握汽车组成及工作原理及第11届中国节能大赛比赛要求；
（2）拟定赛车总体布置设计的多种设计方案，提供最合理方案的可行性报告。
在太原艾狄汽车检测设备有限公司、车辆实验室研制赛车；
（3）确定车身类型，对车身进行结构设计、制作车身；
（4）查阅相关技术文献15篇以上，其中至少有两篇外文相关文献。
（5）部件图其零件图。
（6）编写设计说明书
以下均为本人实际操作得出的结论。
2发动机改进方案
2.1本田125CC发动机结构
2.1.1发动机原理、特性
发动机是汽车的“心脏”，汽油发动机由曲柄连杆机构、配机机构、和燃料供给系统、冷却系统、润滑系统、点火系统、起动系统组成。
柴油发动机的点火方式为压燃式，所以无点火系统。
发动机是汽车的动力装置，其作用是将热能转变为机械能。
所用的燃料以汽油和柴油为主。
负载特性是内燃机性能指标与负载变化的关系。
此时，性能指标主要是指具体的燃油消耗量，由于转速恒定，内燃机的有效功率，扭矩，和平均有效压力均正比于，都可以用来表示负载大小。
图2.1汽油机负荷特性图2.2柴油机负荷特性曲线
虽然汽油发动机的机械效率高于柴油发动机（图2.1），但差距不能够用以补足其对柴油发动机的影响（图2.2）。
当汽油发动机负荷降低时，因为节气门气流的影响，所以导致泵送气体的损失，使特定燃料消耗量比柴油发动机上升得更快，当负荷较小时，残余气体相对燃烧增加发
动机舱，为了确保燃烧稳定，必须加入搅拌机，特别是再次上升。
2.1.2发动机的节能经济型
表1发动机主要结构及参数
项目
型号、型式、参数
发动机型号
SDH1P52FMI
发动机类型
四冲程
缸径×行程mm
52.4×57.9
气缸工作容mL
124.8
压缩比
9.0：
1
最大功率及其相应转速kW/（r/min）
6.6/（7500±375）
标定功率及其相应转速kW/（r/min）
5.9/（7000±350）
最大扭矩及其相应转速N·m/（r/min）
9.68/（4000±200）
最低空载稳定转速r/min
1400±100
最低燃油消耗率g/kW·h
≤367
汽油牌号
93号（GB17930-1999）
发动机润滑油牌号
SF10W/30（GB11121-1995）
起动方式
电动/脚踏
点火方式
C.D.I
化油器型式（型号）
PB7RA
润滑方式
压力、飞溅润滑
离合器型式
自动双离合
传动方式
链传动
未级传动比
2.5（35/14）`
变
速
系
统
变速方式
四档循环
操纵方式
脚变档
曲轴至变速系统传动方式
齿轮
曲轴至变速系统减速比
3.35
减
一档
2.5
速
二档
1.55
比
三档
1.15
四档
0.923
配气机构
型式
顶置凸轮轴
配气相位
进气门开
BTDC2°
（曲轴转角）
进气门关
ABDC25°
排气门开
BBDC34°
排气门关
ATDC0°
冷态气门隙（mm）
进气门
0.05
排气门
0.05
附件
化油器型式
平吸柱塞式
机油泵型式
转子式
磁电机型式
外转子型
火花塞
型号
U20EPR9、CPR6EA-9
电极间隙（）
0.9
输出链轮齿数
14
输出轴（副轴）旋转方向
逆时针（面向输出轴）
油料
汽油牌号
93号（GB17930-1999）
机油牌号
SF10W/30（GB11121-1995）
外形尺寸（长*宽*高）mm
455×305×375
发动机净重kg
24
最大点火提前角（曲轴转角）°/（r/min）
BTDC10/1900,BTDC27.5/3200
表2磨合规范及主要性能参数
序号
曲轴转速
油门开度
挡位
运转时间
r/min
%
min
1
5000
50
四档
10
2
6000
75
四档
10
3
7500
100
四档
220
注：
全过程监测火花塞座圈温度tⅠ≤220℃,机油温度t2≤130℃。
2.1.3HONDA125CC发动机基本构成
表3HONDA125CC发动机基本构成
气缸头
磁电机
凸轮轴/气门
起动离合器
正时链条/张紧杆
起动马达
气缸体
曲轴箱
右曲轴箱盖
曲轴/活塞
单向离合器
变速器
离合器
换挡鼓
机油泵
反冲起动轴
左曲轴箱盖
化油器
2.2对发动机的改进
1）发动机将得到改进，排气系统将被修改，以最大化发动机的燃烧效率。
当动机处于高功率状态时，需要空气燃烧更多的燃料和更多的空气，当其处于怠速状态时，需要调节空气的体积以确保少量的燃料燃烧，以满足燃油经济性要求，这些功能通过调节入气系统的空气流入来实现。
从能效角度来看，我们可以通过改变化油器的主测量孔来减少燃油和空气的混合比，使燃油充分燃烧。
也可以在进气管和气缸盖上保温材料，使得即使是相对较薄的混合物，发动机也可以充分燃烧，如果条件允许，也可以是本田125发动机被转换成电子燃料喷射系统发动机。
2）通过量化发动机来降低发动机的摩擦阻力。
例如，您可以卸下发动机的引导部件，减少气缸的冷却叶片，并拆卸发动机的离合器。
等待发动机的过量;还可以通过减少发动机油量并重新布置原发动机来减轻重量。
它也可以用于去除曲轴箱的压力，用来减小曲轴的运动阻力。
2.2.1速度特性
汽油发动机的外部特性是其工作能力，即动态特性，从而确定最大功率或额定功率，最大扭矩及其相转速。
（如图2.3所示）
图2.3汽油机外特性
1）扭矩Ttq
ηv：
充气效率
α：
过量空气系数
ηit：
指示热效率
ηm：
机械效率
2）功率Pe
Ttq：
扭矩
n:
转速
3）燃油消耗率be
ηit：
指示热效率
ηm：
机械效率
2.3化油器
化油器是节能赛车中重要构成环节，它的存在直接决定了赛车的耗油量。
2.3.1化油器的工作原理
外界空气经过“清洁”后吸入化油器”从外部空气中，空气被过滤掉，然后进入化油器，并且通过阻尼器位置的改变来控制空气量。
空气冲入化油器中的化油器以产生吸力，其通过咆哮管使用来自浮子室的燃料并将其雾化。
浮子飘起并用针阀塞住。
驾驶员通过控制节气门的尺寸来改变发动机的工作速度，混合气由节气门增厚。
下图2.4为化油器工作原理图
图2.4化油器工作原理
化油器必须在各种条件下提供相应的准确混合比和相应数量的混合物，接下来的一个燃油箱高度控制咆哮管，油管进入燃料末端，氦管在喷嘴的一端，进气冲程活塞向下，气缸内的低压区域，管内的空气在大气压力的作用下通过吼叫，吼管部分比进气管的其他部分更窄，这种形状加速，当气流通过机器的飞机
机翼周围也有一种现象，机翼的形状通过机翼上方的空气形成低压区域，空气压力低于较低的大气压力，压差产生升高平面，咆哮管形状也是基于这个原理设计的。
当空气通过吼声管时，在喷嘴附近形成一个低压区，坦克内部的大气压力大于大气压力的吼声管，使得喷嘴燃料，喷气燃料和空气混合，形成雾状混合物。
2.3.2化油器的节能方式
赛车引擎的工作往往差异很大。
例如，在空载和小负载下，前者需要强烈的混合物，而后者需要浓缩稀释。
为了节省油量，在中等载重量下要求化油器的最低燃油消耗率的混合物。
在满载的情况下，发动机需要提供发动机的强力混合以产生最大功率。
另外，如果这辆车很冷，就有很强的混合作用。
由上得知，发动机处于正常工作状态，要求增加少量混合物的供给，增加能量越薄越薄。
满载时，混合物应用稀薄的空气加厚。
关乎这些要求，上面所说的化油器让人觉得不能接受。
为了弥补这些要求，如今在化油器上安装了许多气体浓度补偿器。
如：
主供水泵，节能器，加速启动系统等，保证发动机在不同情况下，化油器能提供适当比例的混合物。
我们还去了太原科技大学借鉴了其方程式赛车的电喷，深感现代科技的发达以及人们对节能的重视。
下图为我们采用的化油器和科技大学采用的电喷：
图2.5我们采用的化油器
图2.6科技大学采用的电喷
2.4发动机布置形式
发动机的放置形式主要有发动机放在前轮且用前轮来带动（FF）、发动机放置在前轮且用后轮来带动（FR）、发动机放置在后轮且用后轮来驱动带动（RR）三种，如图2.7所示。
1）发动机放置在前轮且用前轮驱动（FF）
发动机的前轮驱动器采用两升半升的发动机，技术非常成熟。
主要缺点：
前轮驱动和转向需要万向万向节，结构和制造工艺复杂，前轴比后轴重，前轮为方向盘。
与驱动轮附着力下降一起上山，减少汽车的爬坡能力，尤其是在爬上泥泞的斜坡，驱动轮容易打滑，导致车辆转向稳定性下降；由于后轴负荷，轴前进，因此后轮容易脱落，造成侧滑。
当发动机跨越空间时，整体布局很难，维护和维护接近于差。
2）发动机放置在后轮且用后轮驱动（FR）
发动机后轮驱动的轿车，因为长期，稳定，所以在一个宽敞，发动机的轿车和位移的应用。
主要优点：
汽车的轴荷分配，提高轮胎的使用；一个宽敞的机房，攀爬能力强。
主要缺点：
事实上，当汽车的乘坐舒适性；与其他物体碰撞的可能，发动机在前排乘客在客舱，总长度造成严重损害。
车辆的整体创作，轴距，车辆长度，
节省燃料和能源的影响。
3）发动机放后置在后轮且用后轮驱动（RR）
后置发动机后轮驱动，通常是电机，离合器和减速器作为主成分，如传动轴，通常位于后桥后的发动机，所以比较大。
主要优点：
排气管不能一次向后扩展，并节省轴，所以乘客舱大陆版的凸包只需要具有较低的高度来适应杆操作机构并增强底盘刚度，攀登能力得到改善。
当发动机位于轴外部时，轴距短并且车辆是可操纵的。
经过以上对发动机布置形式优缺点的分析，我们经过实际操作采用了发动机后置后轮驱动，改装结果如下图：
图2.7发动机布置形式
3赛车底盘整体方案
汽车底盘是赛车带的矩阵，底盘是汽车的“骨架”。
它一般由传动系统、行驶系统、转向系统、制动系统四大系统组成[4]，如图3.1所示
图3.1节能车底盘构造
3.1传动系统
3.1.1离合器
汽车将发动机运行在车轮旋转，减缓功能。
本赛车传动系统包括离合器、传递力矩轴承、主要减速器及半轴等。
如图所示为本组采用的离合器，去掉了1、2、3档，只剩四档直接档。
如图3.2为本小组所采购的离合器：
图3.2离合器
离合器的基本结构：
例如，广泛用于赛车的摩擦离合器。
离合器它主要由飞轮、从动盘、压紧弹簧和分离套筒4部分组成[5]。
离合器的工作原理：
1）离合器的结合工作时，飞轮旋转，摩擦片与其端面之间的摩擦力将能量传给摩擦器。
2）离合器分离当离合器踏板被按压时，控制杆分离出压缩弹簧的作用到右侧，活动压板向右侧移动，传动盘与飞轮端之间的间隙被切断。
3）平稳起步它将从离合器开始，断掉发动机并逐渐松开离合器。
在压缩弹簧的压力下，移动盘逐渐变成与飞轮面的接触压力，功率可以从小到大传到变速器。
4）换挡按压离合器踏板，切断发动机的动力，切断发动机功率，传动齿轮传动扭矩，轻松推出原来的齿轮，也容易挂起新齿轮。
5）过载保护当车辆紧急制动时，传动系统会产生非常大的惯性力矩，并通过离合器片样条函数，超越最大扭矩即可通过压板，压板滑动，避免传动系统和发动机扭矩。
3.2.2车轴的设计
设计轴根据轮毂和链轮，注意链轮和轴上其他部件的位置。
图3.3轴结构
3.2行驶系统
3.2.1比赛环境
比赛地点是广东国际赛车场（图3.4），比赛时间是2012年11月10日，根据历史气象资料，平均气温在20°C到25°C。
图3.4广东国际赛场
赛道具体参数如下：
二圈赛道长度：
5277m
四圈赛道长度：
10917m
直道长度：
718m
弯道最小曲线半径：
R=10m
弯 角：
13个
赛道落差：
3米
平均速度：
25km/h
最高允许时速：
250km/h
赛道宽度：
12-15m
3.2.2赛车的要求
参赛车辆必须符合大赛的要求，为了在比赛中获胜，必须巧妙合理的进行设计。
对赛车要求进行评估使设计组能把精力集中于赛车重要的部位。
经过研究分析，赛车底盘四个部分的要求是非常重要的，它们分别是高效的底盘，有效的转向，现实可加工性，有力的制动。
在设计过程中，每个部分都有不同的必须遵循的指导方针，这对制作出高效的赛车非常重要。
有效的设计须整合不同部分设计的矛盾，以求整体轻量化并能在规定的行驶路程中消耗最少量的燃油。
另一方面，赛车必须符合比赛规则。
以下是比赛规则要求列表。
图3.5赛车俯视侧视图
a）全高....................1.8m以下
b）轴距....................1.0m以上
c）全长....................3.5m以下
d）轮距....................0.5m以上
e）全宽....................2.5m以下
f）排气管不可以超出车身后面以及侧面10cm以上
g）制动系统有两套以上
h）有效的底盘设计
i）轻重量低油耗
j）方便加工
k）人体工程学
m）成本低
n）倾斜制动角为20°
o）可见范围
q）载重量不能超过100Kg
r）空气动力学
s）5秒内可以逃生
t）必须有防火板装置
3.2.3车轮的设计
节能赛车是前面两个轮胎，后面是一个和轮胎并且也靠它带动。
这种设计使车辆简便，较稳当，阻力也不大。
车轮一般使用自行车轮胎，轮胎通常由合金材料制成，更多以铝为基础材料，质量小，转速高时变形小，散热好，在轮胎压力范围内尽可能高，以便能够与地面接触。
三轮车轮胎的布置有前2轮-后1、前1轮-后2轮和偏置式。
侧车用于使用自行车车架制造赛车，在感觉和施工方面相当头疼。
1轮前。
经过2轮的形式，反过来他们侧滑，制动难度较大，需要两轮制动力相同，如果后轮驱动，当两个不平衡车轮制动力在车内偏转时，甚至发生事故。
以前两轮的形式，后轮的形式是最新的形式，具有能够简化结构并更加稳定的优点。
如图3.6所示为本小组采用的车轮：
图3.6本小组采用的车轮
3.2.4车架的设计
车架的可以运用在顶住、衔接、稳定各种系统。
出于人体工程学，车架必须具有足够的尺寸以保持骑手处于舒适的位置。
对于空气动力学，框架应设计得尽可能紧凑;轻量化可以有效提高汽车节能环保的性能，所以车架应尽可能轻便，直接节省油量。
总而言之，车架是一个矛盾的统一，必须加以考虑。
如何保证框架的可靠性是本章的主要内容。
3.2.5车架的类型
下图列出了常见车架：
图3.7梯形车架图3.8脊骨式车架
图3.9一体式车架图3.10空间式车架
3.2.6车架建模
整个车架设计过程是在三维设计软件中完成的。
因为考虑到车架加工
时各个杆件需要单独加工，因此整个设计过程是在组件环境中完成的。
设计必须考虑各杆件的连接，加工的可行性和便利性。
该设计试图避免几个小角度，这可以在处理时易于处理，而不影响框架的整体性能。
整个框架应使焊点最小化，不要将焊点置于框架的主轴承区域，以防止焊接引起的刚度和热应力。
焊接部件的设计应具有足够的连接面积，即使在焊接技术的情况下，一般也可以确保车辆的刚度和强度要求。
其结构简图如3.11所示：
图3.11车架结构建模简图
3.3节能赛车转向系
为了降低汽车在转弯过程中的节能能耗，并由阿克曼的原理决定了节能车方向盘与转向梯形机构理论计算几何尺寸之间的关系。
应用MATLAB数据优化和ADAMS三维模拟优化，并最大限度地减少误差，得出结论，转向梯形臂的最佳参数长m和θ的值的基数。
3.3.1对转向系提出的要求
1）操纵轻便。
2）轮和盘旋转方向必须保持一致。
如图3.12为科技大学采用的转向系设计：
图3.12科技大学转向系设计
3.3.2节能赛车转向布置方案
节能赛车可配置方式主要有以下三种：
前二后一运用后轮驱动转向，见图3.13。
图3.13前轮转向布置图
前一后二运用后轮驱动转向，见图3.14。
图3.14后两轮后置驱动布置
前二后二运用后轮驱动转向，见图3.15。
图3.15前后两轮的四轮设计
当轮胎滚动阻力增加，节能效果不理想;为了使组织简单，提高传动效率，放弃上轮后轮驱动的方案。
经过前两轮考虑了图形设计圆周计划，结构简单，生产方便，稳定性好，阻力小的优点，总结如图3.16所示，重点关注车轮定位精度，便携式操纵轻便研究。
如图3.16所示。
车辆转向，为了减少阻力，必须沿着圆弧轨迹行驶，方向盘在延伸绳索轮后，在内轮延伸的角度上比外轮大，使用这种操作，以便使车轮转向只需配置
转向臂结构即可。
图3.16阿克曼原理图
3.3.3前轮定位参数的选择
通常来说，我们需要测试前轮的五个定位参数：
主销，车轮的度数，车轮，转向轴的倾角度，以及车削度数。
车轮的尖端，车轮的角部以及车轮本身的尖端的角度将导致轮胎磨损。
由于转向轴的外倾和倾斜，变化方向轴承的倾斜度一定与轮胎摩擦有关。
主销的延迟角度不会增加轮胎的摩擦，但是如果它们严重离开规范参数，这就造成影响汽车的转向特性和方向了。
1）主销后倾
如果转向轴向后倾斜，则球接头或支撑杆的上端安装在球窝接头的下端，
斜坡为正。
如果方向变化轴承向前倾倒，则斜倒率为负，后轮不需检测后角。
（如图3.17所示）
图3.17主销后倾
2）外倾
倾斜是指从外侧角度测量的从铅垂线偏转的车前视角（与后方相同），如图
3.18所示。
图3.18外倾
3）车轮前束
车轮前面的梁是两个车轮的方向（见图3.19）。
指向车轮前面的一对前轮。
车轮或后梁的前部可以以mm或角度表示。
图3.19车轮前束
4）转向轴内倾
轴是从前面看过去的挡板，启动轴在垂直方向，这是支持低和高杆的球头中心线云。
（如图3.20所示）。
大转向轴可以保证主销后下悬挂架的重定向和稳定性。
图3.20转向轴
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