节能赛车制动系统设计开题报告

开 题 报 告文 献 综 述1.1 课题研究背景随着我国经济的快速发展，在中国工业化进程不断推进的同时，能源问题、环境问题变成我们迫切需要解决的难题。面对环保的严峻形势的挑战，中国人民不断自我超越，2007 年中国成功举办第一届节能竞技大赛，提供给大家一个共同来实现梦想和挑战的舞台。2011 年第 5 届 Honda 中国节能竞技大赛在广东国际赛车场成功举办，吸引了包括各大专院校、企业以及来自社会上的共 111 支代表队参赛。在提高节能环保意识的同时，更能培养我们的动手能力与团队协作精神。在大赛中，参赛选手们最大程度地有效利用每一滴燃油，发散思维，开拓创新，用他们的智慧与信念创造出了全新的节能低碳生活。1Honda 节能竞技大赛是一项以注重能源，创造节约型社会为主体的赛事，她激发起了所有参赛者的对地球环境保护的挑战精神。Honda 节能竞技大赛是搭载 Honda 低油耗五羊-本田 4 冲程发动机，通过设计车架、车身、传动、制动等系统来挑战节能极限的竞赛事。 2与其他节能比赛不同的是, Honda 节能竞技大赛的独特定位形成了一个特殊的平台,它为参与者提供了一个亲手创造和相互交流的机会。学生自我学习、完成车辆的整体设计、制作、性能调试等工作。通过实际动手的经历,制作赛车的参与者在创新的平台上,把学到的知识转化为实践,而且也享受了整个过程的乐趣。 23一些高校的参赛车队表示,在中国类似开放给大专院校的比赛似乎很少,学生们十分需要这样的比赛机会。而通过大赛连续三年的举办,参赛车队不仅在轻量化、空气阻力和节油等环保技术上有所突破,而且也为社会培养了一大批汽车和环保领域的储备人才,比赛中那些年轻的身影很有可能未来就是汽车领域的骨干和精英。 4随着近些年来人们生活水平的提高，能源节约、环境保护问题已经渐渐受到人们越来越多的关注。世界石油储备量的急剧减少及原油价格的不断上涨预示了节能是当代汽车发展的必然趋势。 52007 年首届中国本田节能竞技大赛为设计背景，设计研发一款节能竞技车。整个设计过程在满足竞赛要求的基础上，以降低整车机构复杂度从而降低整车整备质量，减小整车阻力为主要指导思想，分别对节能竞技车的动力系统、转向系统、行驶系统等整车各系统进行了合理的方案选定和参数匹配。 7Auto CAD 和 CATIA 等 CAD 设计软件对所设计车辆进行了整体设计和三维数字化建模。利用 ANSYS 软件对所设计车架进行有限元分析，确定车架结构的合理性以及架制作材料。利用 ADAMS 软件对转向系统进行了运动学仿真，对转向梯形机构的参数进行了合理匹配。通过大量的实车试验验证了整个设计方案的可行性，并在试验过程中对各系统参数进行了进一步的调试，得出更为合理有效的系统参数和竞赛方案。 6Honda 节能竞技大赛于 1981 年在日本创办，至今已有 27 年的历史。Honda 节能竞技大赛的主要目的就是通过比赛提高社会的节能和环保意识，以推动全球车辆节能技术的发展。比赛要求参赛车辆使用统一的 Honda 低油耗汽油发动机，发动机以外的车架和车身等完全由各车队独自创作，每支参赛队带来的都是世界上独一无二的赛车。赛车在指定的赛道内跑完赛程，比赛谁消耗的燃油最少。趣性和广泛的参与性，在日本，每年都有来自初中、高中和大学等的学校代表队、企业代表队，以及来自社会上的共约 500 支车队，创作出具有新颖构思和创意的赛车参加比赛。在迄今为止的 27 届比赛中创下的最高记录为 3435.325km/L，相当于北京到重庆的直线往返距离。同时，这项比赛也逐渐向海外扩展，泰国、巴基斯坦、俄罗斯、韩国等的参赛者相继参加了日本的比赛，2007 年首次在中国上海举办了 Honda 节能竞技大赛。 78Honda 节能竞技大赛的目的是通过比赛提高社会的节能和环保意识，参赛车队通过各项独创技术不断挖掘一升汽油的无限潜能，从中体会到节能的重要性。同时，比赛也为参赛者提供体验亲手制作赛车的乐趣的机会，提高实践能力。 81.2 课题研究的意义能源是世界人类社会经济发展的重要物质基础，是生产力发展的主要动力源泉。世界经济发展充分表明：能源的增长速度与 GNP 同步增长，呈正相关。战后 5070 年代世界资本主义经济大发展与充足的廉价能源供给，特别是石油供给密切相关。为此，能源供给引起世界的普遍关注。能源是人类社会发展的重要基础资源。但由于世界能源资源产地与能源消费中心相距较远，特别是随着世界经济的发展、世界人口的剧增和人民生活水平的不断提高，世界能源需求量持续增大，由此导致对能源资源的争夺日趋激烈、环境污染加重和环保压力加大。近几年由于多方面因素的影响，国际原油价格不断上涨。9在汽车行业日益发展、竞争愈发激烈，节油与环保已是关乎车企命运的核心问题。Honda 环保活动是依据创始人本田宗一郎提出的“如何有效利用有限资源，不破坏公共环境，为子孙后代造福，所有行动要以此为准绳”的最初宗旨开展的。大赛竞技 1 升油能行驶多少公里，挑战节油极限。大赛要求参赛车辆统一搭载 Honda 低油耗汽油 4 冲程发动机，行驶速度要求在 25km/h 以上，车辆其余部分完全由各参赛车队发挥想象独立创作。通过参加 Honda 节能竞技大赛，不仅可以提高社会的节能和环保意识，更为重要的是，参赛车队通过各自独创技术不断深挖 1 升汽油的无限潜能，深刻体会创新技术在节能方面的重要意义。 10在石油资源日益枯竭、全球石油储藏量急剧下降的背景下,我国汽车保有量却以平均每年的速度增加,我国对燃油的消费需求以惊人的快速度增长,有很大一部分依赖进口。一方面,我国汽车节油技术的应用有限,燃油的使用效率普遍不高,汽车百公里耗油约比发达国家高 20%。汽车节能减排的重要性不言而喻,考虑到当前我国的汽车节能技术发展的实际情况,除了要积极推进以混合动力、燃料电池、先进柴油、醇类汽车等为代表的新能源汽车技术的发展外,另一个推进汽车节能减排工作的措施就是大力研究开发适合我国现阶段汽车行业技术现状,并适合大量在用汽车的高性能节能产品。 11传统汽车上的行车制动系统和驻车制动系统虽然制动效能较好，但是结构复杂，体积较大不便安装，所以节能车的制动系统大多仿照自行车刹车系统设计。自行车刹车系统常见的有悬臂刹、钳刹、V 刹和碟刹等。碟刹的刹车效果会强大很多，但其安装装配、维护保养时相对复杂、重量大，V 刹的刹车效果好于悬臂刹。所以综合整车的轻便性、制动系统安装位置以及赛场路面情况等影响因素，我们选择质量较轻、结构简单、便于装卸的 V 型刹车和钳式刹车（后轮） 。 121.3 国内外现状经过近 200 年的发展，自行车从最初是奢侈品，到代步工具，再到现在成为多品种的交通工具，俨然在人们的生活中起到了重要作用。人们对它的要求也越来越高，从最初的有就满足，到要求好用，再到现在要求它有精确的性能。作为自行车重要性能之一的自行车车闸也从钢圈上的 V 刹、轴上的涨闸，发展到现在的碟刹。在国内和欧洲的自行车标准中对自行车的刹车性能有严格的要求，并针对刹车性能测试提出了道路试验和试验机试验两种测试方法。通过调查发现，国内生产和设计碟刹的厂家，在对产品进行测试时一般都会采用道路试验的方法，但测试时并未按照欧洲标准中的要求进行。在用来测试的自行车上，并没有安装速度表，记录距离的装置等，对刹车性能的评判全凭测试人员的主观判断。这种方法不仅随机性大，而且在产品不成熟时直接进行道路测试，测试人员很容易发生摔伤等事故。 13刹车是一个简单的杠杆系统，在车把手处运用很小的力，通过长力臂传递给刹车片很大的压力，通过摩擦达到制动的目的。自行车的刹车系统按制动力的作用点不同大致可分为刹轮圈和刹车轴两种。刹轮圈主要是通过橡胶块给车轮边缘增加摩擦力，使车轮减速，达到刹车的目的。刹车轴与刹轮圈的刹车原理类似，是给车轮的轴一个阻碍力，达到减速的目的。不论哪种刹车方式，都是采用增大摩擦，减小速度的物理原理。 14抱刹：一种靠胶皮或钢弹簧片与花鼓上安装的摩擦装置产生巨大摩擦力来制动的刹车装置，由于结构简单，成本低廉，可靠性较好，常见于日常休闲代步车，缺点是重量大，怕水，制动时噪音大，寿命短。 14碟刹：一种比较新的制动方式，早期常用于摩托车上，具有制动效果好，防泥水等特点，是山地自行车爱好者热捧的配件。但由于重量重，此类刹车常见于山地车，休闲车等不过分要求车身重量的车型上。 14按照大赛的要求需要设计两套独立的制动系统，一般来说，顺利完成 比赛，基本上不会用到制动系统，但由于赛车的安全性能考虑，至少应能 通过车检要求。由于备参赛队的整车重量和牟轮的选择不同，对制动力的 要求也不相同，可选用自行牟或电动车的抱闸、鼓刹或碟刹等几种形式 其中自行车抱闸相对简单且实用。 15参考文献1池奕承, 关于 Honda 中国节能竞技大赛节能车的创新设计A.河南科技大学车辆与动力工程学院 20122雷磊，节能竞技车的研发与技术研究D.西安：长安大学 20083赵岩，节能竞技车的研发与技术研究D.西安：长安大学 20084刘维信，汽车设计M.清华大学出版社. 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.汽车理论(第二版) M .北京:机械工业出版社,19907邓志党，ATIA V5R15 机械设计高级应用实例M.机械工业出版社.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.汽车设计（第三版）M. 北京:机械工业出版社,2003.110龙马工作室. Auto CAD2007 完全自学手册(中文版) M.人民邮电出版社.2007.211Howard K Birnbaum.Fueling the Freedom CarJ.Materials Today,200512刘波，载重车辆桥总成制动性能在线检测的研究D.合肥：合肥工业大学，200713边强, 王志明. 自行车制动性能测试平台的研制J. 机电一体化，200914陈梦群，自行车碟刹刹车检测系统研发D.杭州电子科技大学，2011152013 年第七届 Honda 中国节能竞技大赛。开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：对于节能竞技车的制动系统我准备用电动自行车还有自行车上的一些实例来经行设计，因为它车轮采用的是和自行车一样的车轮所以从这几个方面来进行研究与设计。1.1 电动自行方面电动自行车制动过程是一个有多种因素综合作用的复杂工况,其时间历程极短,期间各种运动参数发生急剧变化,并且极易受到外界环境和驾驶人员等多种因素综合影响,表现出一定的随机性和较差的重复性。因此控制器决定了电动自行车的操控性能,控制器功能的提高、完善及合理发挥尤为重要。安全刹车问题是车体运动控制技术的一个方面,车辆制动控制系统的发展主要是控制技术的发展。电动自行车的制动系统跟汽车类似,对于汽车和电动自行车的制动系统的研究也比较成熟。最原始的制动控制只是驾驶员操纵一组简单的机械装置向制动器施加作用力,这时的车辆的质量比较小,速度比较低,机械制动虽已满足车辆制动的需要,但随着汽车自质量的增加,助力装置对机械制动器来说己显得十分必要。传统车辆在制动过程中,都是把动能转化成制动装置摩擦生成的热能的方式来达到减速的目的,制动时的动能通过制动器摩擦转换成热能的形式耗散掉,增加了车辆行驶过程中的能量损失,降低了车辆的能量利用率。目前电动自行车也都采用类似于电动自行车的制动装置,大量使用鼓刹、涨刹。在对一个系统进行分析或仿真之前,首先必须建立起理论模型,以便对其动态性能进行有效的分析和预测。这一方面是扩大控制范围、增加控制功能,在对制动过程进行理论分析时,必须忽略一些次要因素和做必要的简化另一方面是采用优化控制理论,实施伺服控制和高精度控制。1.2 自行车方面如果是用自行车的刹车我选择碟刹，碟刹全称碟式刹车又叫盘式刹车，按碟盘的不同，它分普通碟刹和通风碟刹两种。普通碟式是指整个碟盘是实心的。通风盘式刹车是在盘面上钻出许多圆形通风孔，或是在盘的端面上割出通风槽或预制出矩形的通风孔。通风盘式刹车利用风流作用其冷热效果要比普通盘式刹车更好。碟刹的主要优点是在高速刹车时能迅速制动，散热效果优于鼓式刹车，制动效能的恒定性好，便于安装像防抱死刹车系统那样的高级电子设备。碟刹一般应用在价格较贵的自行车上。 开 题 报 告指导教师意见：指导教师： 年 月 日所在系审查意见：系主任： 年 月 日