新型節(jié)能車結構設計【Honda節(jié)能汽車發(fā)動機創(chuàng)新含9張CAD圖帶外文翻譯】
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I新型節(jié)能車結構設計摘要本次課程設計圍繞這節(jié)能為目的展開，眾所周知，能源的消耗已經(jīng)成為當今社會最頭疼的問題之一，并且石油能源又是一種不可再生的能源之一，石油的保有量對國家的戰(zhàn)略意義有著不可磨滅的影響。這篇論文以“Honda 節(jié)能競賽大賽”為背景，制作出適合比賽，并達到節(jié)油的目的的車。以“挑戰(zhàn)一升、環(huán)保一生”的主題，其目的是為了提升大學生對節(jié)能和環(huán)保的意識，并在比賽過程中學習到汽車節(jié)能技術，并作出創(chuàng)新，用自己的力量對環(huán)境做出貢獻。在我們設計車的過程中，先用 solidworks 軟件對車輛做出整體設計，并用CAD 對零件繪圖加工，通過 simulation 做受力分析，同時使用 procal、ecocal 等電子然后噴射裝置對發(fā)動機的燃油噴射量、點火角等參數(shù)進行調整，并設計最合理的轉向結構，同時對發(fā)動機內部進行改造，切除不需要的部分，使車身質量盡可能輕。最后制作一個外置離合器，以達到滑行使更節(jié)油的目的。關鍵詞：Honda、節(jié)能車、發(fā)動機、離合器、益科電子燃油噴射裝置IIABSTACTThe design of this course is centered around this purpose of energy conservation. As we all know, the consumption of energy has become one of the most troublesome problems in today’s society, and petroleum energy is also one of the non-renewable energy sources. The strategic importance of petroleum’s possession to the country Has an indelible influence.This paper uses the "Honda Energy Contest Competition" as a background to create a car that is suitable for racing and achieves fuel-saving goals. The theme of "Challenge one litre, environmental protection for a lifetime" aims to promote college students' awareness of energy conservation and environmental protection, learn the energy-saving technologies of automobiles during the competition, and make innovations to contribute to the environment with their own strength. In the process of designing the vehicle, we first used solidworks software to make an overall design of the vehicle, and used CAD to draw the parts, perform force analysis through simulation, and use procal, ecocal, and other electronic injection devices to inject fuel to the engine. The ignition angle and other parameters are adjusted, and the most reasonable steering structure is designed. At the same time, the interior of the engine is modified to remove unnecessary parts so as to make the body mass as light as possible. Finally, an external clutch is made to achieve the purpose of achieving greater fuel economy.Keyword：Honda、Energy saving vehicle、engine、clutch、EcoEFII目錄摘要 .............................................................................................................................................IABSTACT..................................................................................................................................II1 緒論 ..........................................................................................................................................11.1 國內外發(fā)展現(xiàn)狀 ...........................................................................................................11.2 相關賽事介紹 ...............................................................................................................11.3 總體設計方案 ...............................................................................................................12 電噴系統(tǒng)設計 ..........................................................................................................................22.1 電噴系統(tǒng)簡介 ...............................................................................................................22.2 電噴系統(tǒng)安裝步驟 .......................................................................................................32.3 ECU 線束安裝 ..............................................................................................................42.4 曲軸位置傳感器 ...........................................................................................................42.5 CDI 點火系統(tǒng) ...............................................................................................................52.6 ProCAL 發(fā)動機電噴系統(tǒng)軟件的標定和調試 ............................................................62.7 發(fā)動機壓縮比改造 .....................................................................................................103 傳動系統(tǒng)設計 ........................................................................................................................113.1 常規(guī)傳動分析 .............................................................................................................113.2 離合器支撐部件設計 .................................................................................................123.3 傳動比設計 .................................................................................................................163.4 離合器控制機構設計 .................................................................................................204 車架設計 ................................................................................................................................234.1 車架材料選擇 .............................................................................................................234.2 車架尺寸設計 .............................................................................................................235 操作系統(tǒng)設計 ........................................................................................................................255.1 轉向梯形設計 .............................................................................................................255.2 轉向手把設計 .............................................................................................................255.3 操縱按鈕設計 .............................................................................................................255.4 油門離合混控機構設計 .............................................................................................266 試車效果分析 .......................................................................................................................266.1 離合效果 ............................................................................................................................266.2 電子燃油噴射裝置效果分析 ............................................................................................26II6.3 剎車效果分析 .....................................................................................................................276.4 油耗分析 .............................................................................................................................27參考文獻 ...................................................................................................................................28附錄 1........................................................................................................................................30附錄 A 后軸有限元分析 .................................................................................................30附錄 B 后軸圖紙（舊） .................................................................................................30附錄 C 發(fā)動機外觀圖紙 .................................................................................................30附錄 D 后軸圖紙（新） .................................................................................................30外文文獻翻譯 ...........................................................................................................................31致謝 ...........................................................................................................................................37新 型 節(jié) 能 車 結 構 設 計11 緒論1.1國內外發(fā)展現(xiàn)狀國家相關部門于 2016 年公布的《綠色能源車輛展望》一文中曾提出，延續(xù)到 2020年之前汽油發(fā)動機的平均油耗需要下降到 6.9L / 100KM，并且在 2020 年之前更需減至5L / 100KM。國外的汽車節(jié)能性能相對于國內還是處于領先，國內需要先向國外學習最新的技術，并在其中尋找突破，得到創(chuàng)新。目前國際的汽車最新形式，混合動力汽車是國內外汽車生產廠家競爭最為激烈的項目，同時國內要求在 20 年內完全使用電動汽車代替?zhèn)鹘y(tǒng)的汽油車，就目前的發(fā)展形式而言，中國很有希望，也很有決心做到這一點。1.2相關賽事介紹截止目前，Honda 節(jié)能技巧大賽在中國已經(jīng)成功舉辦 11 次了，起初有本田公司創(chuàng)始人本田一郎先生舉辦，目的是為全球的大氣變暖做出貢獻。在日本舉辦時每年都會有五百多支隊伍參賽。直到 2007 年首次在中國舉辦，每年也會超過兩百支隊伍加入到其中，同時每年的成績都會有可人的突破。比賽的動力是由本田公司提供一個 WH-125CC 的發(fā)動機，每支參賽隊伍通過自己的設計車身、車架、轉向等結構達到最佳的節(jié)能效果。WH125-6 發(fā)動機，是現(xiàn)如今國內外摩托車發(fā)動機的典型代表，它的內部有兩個離合器，五檔變速箱。如今許多發(fā)動機都與其原理相同。眾所周知，石油是不可再生的能源，現(xiàn)在汽車的能源絕大部分依然是使用汽油，所以節(jié)能將是未來各國重大的課題。1.3總體設計方案1.3.1 發(fā)動機改造1) 不破壞發(fā)動機潤滑系統(tǒng)的條件下，對發(fā)動機進行最深度的輕量化；2) 參考最經(jīng)濟轉速的前提下，保留一個檔位駕駛；3) 在確保活塞頂部工作不與氣缸蓋相干涉，增強發(fā)動機做功功率，減少能源損耗；4) 發(fā)動機內部工作模式由化油器更改為 EFI 模式；新 型 節(jié) 能 車 結 構 設 計25) EFI 的油量單位時間的供給量、隨著曲軸位置信號變化的打火角度、發(fā)動機啟動時的打火角度、發(fā)動機待機時的油量損耗指標、待機及不同時間段的的數(shù)據(jù)調整；6）設計臺架，對傳動系統(tǒng)的參數(shù)進行計算校核。1.3.2 傳動系統(tǒng)設計1) 實現(xiàn)車子非發(fā)動機提供動力時的狀態(tài)中由于發(fā)動機做負功，增設發(fā)動機與驅動輪的動力分割裝置2) 發(fā)動機與驅動輪的動力分割裝置的非工作區(qū)間段距離設計3) 加大后軸直徑，提高抗沖擊能力，增加花鍵的設計；4) 設計齒輪齒條機構幫助撥叉控制外置離合器的脫開和嚙合。1.3.3 車架設計1) 車架的材料成本是考慮的主要因素之一，在保證強度和剛度的同時還需要考慮價格因素；2) ，車架的尺寸大小在滿足放置發(fā)動機、駕駛員乘坐、操作性、空間布局等因素的前提下盡可能??；3) 車架的整體結構也需要考慮，在盡可能減少用料的同時，保證車架的整體強度；4) 在必要的位置加裝減震系統(tǒng)，保證車架整體的穩(wěn)定性。1.3.4 操作系統(tǒng)設計1） 駕駛員操作的方便性、安全性、可靠性是首先需要考慮的；2） 剎車系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，能夠提高必要的減速效果，設計兩套剎車系統(tǒng)，緊急情況保證車手安全的和駕駛過程中盡可能少減少動能的特殊剎車系統(tǒng)；3） 離合、油門統(tǒng)一操作控制系統(tǒng)；4） 方向控制機構方案、轉向操作機構設計、四連桿轉向機構設計。新 型 節(jié) 能 車 結 構 設 計32 EFI系統(tǒng)設計2.1 EFI系統(tǒng)概述EFI 系統(tǒng)是被使用在由于賽事而進行改造的燃油發(fā)動機，為了更好的滿足對燃油噴射系統(tǒng)的改進，不需要做大幅度的調整，可以通過人為改進電噴系統(tǒng)的靈敏度以及對點火裝置的位置修正或者對其化油器輸送燃油的效率就行提高便可以完成這一設計。對于小排量的汽油驅動汽車，通過駐車怠速數(shù)據(jù)的檢測，便可以通過優(yōu)化軟件，將之前默認的數(shù)據(jù)微小的調整，以便更好的提高電噴系統(tǒng)的工作效率。另外，供油系統(tǒng)應處于工作表面溫度較低的位置，目的是保證能夠正常持續(xù)穩(wěn)定的輸送汽油。本系統(tǒng)具有以下特性：1）可以根據(jù)個人使用習慣自行改變運行基礎數(shù)據(jù)2）比傳統(tǒng)更良好的點燃汽油混合氣體3）駐車時停止燃油輸送4）由于精確的點火檢測，可以提高發(fā)動機工作性能5）可以根據(jù)車自身的運行數(shù)據(jù)狀況自行調整基礎參數(shù)6）在冬天可以照常啟動，不存在啟動困難7）控制系統(tǒng)控制噴油量配件：1）接線若干，用于連接控制系統(tǒng)，傳感器以及發(fā)動機執(zhí)行器的連接。2）燃油控制器，目的是控制燃油以一定的量輸送到發(fā)送機缸體腔內，然后高效率運行。3）各個傳感器及相關部件，包括節(jié)氣門口的溫度檢測，壓強檢測，排放物濃度，燃油不充分燃燒濃度等。4）改造后的燃油部分配件，包括節(jié)氣門控制器，氣門頂柱，彈簧等。5）汽油凈化裝置，包括沉淀微小殘渣與排氣二次利用裝置。6）發(fā)動機主軸轉速傳感器，目的是判斷當前的發(fā)動機工作狀況。2.2電噴系統(tǒng)安裝步驟新 型 節(jié) 能 車 結 構 設 計41)安裝新設計的霧化器配件2)安裝相關傳感器，包括溫度，壓力，排放物濃度等傳感3)安裝新設計的燃油供給系統(tǒng)4）安裝燃油控制系統(tǒng)5）安裝火花塞等點火系統(tǒng)，包括電啟動與機械啟動6）安裝升壓模塊7）將所有油管和線路分別進行分類布置，線路之間互不干涉8）接入整車保險模塊9）將市面常見的 12v 鉛酸車用電池進入整車總電源，負極搭鐵，正極接升壓模塊10）開啟鑰匙鎖，檢測電路系統(tǒng)是否無故障11）進行電啟動點火測試，如果沒有油路問題則證明安裝完成，如有問題，則立馬關閉鑰匙開關，同時切斷電路系統(tǒng)總電源 2.3 ECU線束安裝圖 2.3.1表 2.3.1新 型 節(jié) 能 車 結 構 設 計52.4曲軸位置傳感器CKP——曲軸位置傳感器曲軸位置傳感器能夠幫助測量裝置在曲軸旋轉時記錄下每個做功沖程的氣缸運行數(shù)據(jù)，包括曲軸正常工作時的轉速，進而可以將檢測信號傳輸?shù)诫娐房刂葡到y(tǒng)及時對運行狀況進行調整，使發(fā)動機始終能夠在控制系統(tǒng)的作用下保持高效率運行。電噴系統(tǒng)可以檢測到多種信號：對本設計的點火系統(tǒng)，需要相關傳感器檢測出脈沖信號，具體如下：新 型 節(jié) 能 車 結 構 設 計62.5 CDI點火系統(tǒng)CDI——電容式點火系統(tǒng)相比較傳統(tǒng)的定圈式點火系統(tǒng)，當發(fā)動機工作時，點火系統(tǒng)會按提前設定好的工作參數(shù)進行工作，本設計的點火系統(tǒng)是動圈式感應信號觸發(fā)脈沖信號，相比較與傳統(tǒng)的點火系統(tǒng)，新設計的特點是能夠準確精確提供點火時間，因此點火脈沖是與曲軸旋轉的角度是相互重合的，通過曲軸的旋轉提供及時的工作信號。實際工作時，只需要將點火系統(tǒng)的接線與曲軸位置傳感器接線接在一起。圖 2.5.12.6 ProCAL發(fā)動機電噴系統(tǒng)軟件的標定和調試1) 簡介啟動電噴系統(tǒng)軟件，在電腦 USB 口接入檢測總線，則看到的界面為當下發(fā)動機的運行工況數(shù)據(jù)，為了讀數(shù)和比較起來的直觀特性，我們將看到的數(shù)據(jù)顯示和調配到我們常見的汽車內駕駛艙儀表盤顯示汽車運行數(shù)據(jù)的效果是一樣的，紅色的指針，綠色的數(shù)據(jù)顯示，一個界面可以檢測到 9 個運行工況數(shù)據(jù)。新 型 節(jié) 能 車 結 構 設 計7圖 2.6.12) 使用 ProCAL 軟件① 打開檢測完后的文件S 系列文件：這是可以在特定手機端運行的文件；A 系列文件：這是集所有發(fā)動機運行數(shù)據(jù)于一體的，只有相關軟件才可以讀取的文件；C 系列文件：這是自定義數(shù)據(jù)文件，可以根據(jù)用戶個人習慣進行調整的數(shù)據(jù)文件。圖 2.6.2② 聯(lián)機前通信配置點擊通信設置目錄，可以找到相關設置按鈕，點擊進行確認，具體如下圖：新 型 節(jié) 能 車 結 構 設 計8圖 2.6.3③ 選擇數(shù)據(jù)傳輸方式所有可以使用的模式如下圖，由于 USB3.0 可以串行通信，可以快速傳送數(shù)據(jù)，因此這里選擇此種數(shù)據(jù)傳輸方式。圖 2.6.4④ 連接發(fā)動機與測試軟件通過正確的連接燃油控制系統(tǒng)與測試軟件，實時檢測顯示器檢測到的數(shù)據(jù)。務必注意異常數(shù)據(jù)。⑤ 建立通信通訊連接完成過后，軟件將會將需要改變的數(shù)據(jù)和電子控制單元當中的存檔的數(shù)據(jù)進行比對，其工作原理是將電子控制單元中已經(jīng)有的數(shù)據(jù)上傳至計算機中，將計算機中已經(jīng)存在的數(shù)據(jù)進行比較，若是兩組數(shù)據(jù)不一致，將會有警告窗口出現(xiàn)，這時，可以根據(jù)自己的實際需求將電子控制單元中的數(shù)據(jù)保存為新的數(shù)據(jù)。圖 2.6.5若是在軟件中的數(shù)據(jù)和電子控制單元中的數(shù)據(jù)是一致的話，系統(tǒng)將會自動運行，新 型 節(jié) 能 車 結 構 設 計9并將數(shù)據(jù)保存。圖 2.6.61) data 的錄制和回放① 數(shù)據(jù)的錄入在軟件的菜單中，進入 Start Measuring 界面后，選擇 Run，將其目錄展現(xiàn)出來后選擇 Start Recording，系統(tǒng)將會開始將數(shù)據(jù)進行錄入，便于記錄和查看。圖 2.6.7② 停止錄制數(shù)據(jù)同樣的在軟件的菜單中，進入 Start Measuring 界面后，選擇 Run，將其目錄展現(xiàn)出來后選擇 Stop Measuring，系統(tǒng)會停止數(shù)據(jù)的錄入。系統(tǒng)在運行的時候采用的是時間軸和變量采集的方式，也就是隨時間的改新 型 節(jié) 能 車 結 構 設 計10變，參數(shù)也會隨著改變，所呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)可以保存為三種格式，分別是syn、20ms、 100ms，之后將數(shù)據(jù)保存在需要的文件中即可。③ 數(shù)據(jù)回放分析在數(shù)據(jù)的錄入完成之后，可以將錄入的數(shù)據(jù)進行播放，在軟件的菜單中，進入 Start Measuring 界面后，選擇 Run，將其目錄展現(xiàn)出來后選擇 Play，系統(tǒng)將會播放之前保存過的數(shù)據(jù)，便于記錄和查看。圖 2.6.1如圖 2.6.1 為設計的電子燃油噴射裝置的臺架2.7發(fā)動機壓縮比改造壓縮比作為內燃機發(fā)動機的一個關鍵性工作指標，影響著缸筒使用壽命，發(fā)動機熱效率，如果發(fā)動機壓縮比過低，則會造成燃油不能夠充分燃燒，造成能量轉化能力較差，直接體現(xiàn)就是裝有該發(fā)動機的機車實際經(jīng)濟性和實用性較差。如果壓縮比過大，則需要渦輪增壓技術滿足這一條件，相對來說，會增加額外的配套設施的成本，對于使用經(jīng)濟性有待考量。另外，作為發(fā)動機的工作燃料，汽油由于存在辛烷這個特殊的化學成分，會影響汽油在發(fā)動機曲軸在做工時活塞在腔內的震動，從常規(guī)經(jīng)驗來看應當使用辛烷含量越多的燃油。下面為常見標號的汽油標號與對應的壓縮比：新 型 節(jié) 能 車 結 構 設 計11表 2.7由表可知，我們在使用中應該使用 93#號以上的汽油，減少對發(fā)動機的損傷。而我們使用的 WH125-6 發(fā)動機相關的參數(shù)如圖 2.7 所示：圖 2.7由壓縮比可知，當氣缸內的活塞從下止點運行到上止點時，缸筒內的汽油混合氣的體積為： 1-壓 縮 比氣 缸 排 量壓 縮 后 容 積 ?即 ml6.5-9l8.24壓 縮 后 的 容 積最后為了在原來設計的基礎上提高缸筒的經(jīng)濟性和合理性性，我們用加工中心的工藝對缸筒就行適當改進，包括去掉多余的，增加需要加強缸筒強度需要加強的地方。新 型 節(jié) 能 車 結 構 設 計12這樣最終的壓縮比為：9.46最終缸徑： 52m新 型 節(jié) 能 車 結 構 設 計133 傳動系統(tǒng)設計3.1常規(guī)傳動分析圖 3.1.1新 型 節(jié) 能 車 結 構 設 計14圖 3.1.2通過對發(fā)動機內部進行了改裝，首先將腳踏式打火的啟動部件拆除，啟動電機不變，并將檔位齒輪處的圓柱形凸輪、除二檔的齒輪外其他齒輪、手動離合器摩擦片摘除，同時用焊接的方式將手動離合器中的軸和手動離合器外部連接，達到動力傳送的目的。3.2離合器支撐部件設計3.2.1 后軸設計圖 3.2.3新 型 節(jié) 能 車 結 構 設 計151) 軸距與徑向尺寸查手冊和計算后分別選取 21 和 10：安裝具有自定心作用的滾動軸承；2) 21~矩形多路鍵槽：作為從動鏈輪與軸之間的動力傳輸，增設連接法蘭使用矩形多路鍵槽，便于鏈輪軸向快速定位；3) 軸距與徑向尺寸查手冊和計算后分別選取 10 和 15：輪轂法蘭體承重潤滑結構；4) 軸距與徑向尺寸查手冊和計算后分別選取 60 和 165) 軸距與徑向尺寸查手冊和計算后分別選取 10 和 15：輪轂法蘭體承重潤滑結構；6) 右側矩形多路鍵槽：外部使用的發(fā)動機與鏈輪動力分割裝置； 7) 長度 21 直徑 10：安裝具有自定心作用的滾動軸承新 型 節(jié) 能 車 結 構 設 計163.2.2 軸承選擇61902 軸承（輪轂法蘭體承重潤滑結構）：軸承的選取依據(jù)尺寸要求和所處環(huán)境，首先，這是連接在車輪法蘭盤上，能夠與大氣相接觸，轉速不高，根據(jù)防灰等級與加工后有無加設降低其摩擦系數(shù)的油狀液體來分有以下幾類：1) 裸露式軸承：裸露式軸承被廣泛應用在較為潔凈的場所，不需加設潤滑；2) 一級噪音型軸承：一側帶有防塵蓋，沒有油脂；圖 3.2.43) 二級噪音型軸承：有防塵蓋，有油脂；4) 二級噪音-有護蓋型軸承：有橡膠材質防塵蓋，有油脂；5) 具有止動作用型軸承：軸承的外側面設有制動機構。? KP000 立式調心球軸承軸承座圖 3.2.5新 型 節(jié) 能 車 結 構 設 計173.2.3 鋸齒形牙嵌式離合器設計1) 牙嵌式離合器的分類：圖 3.2.62) 選擇發(fā)動機動力分割離合器鋸齒離合器大都時成套使用，需要咬合時具有所需指定的傳遞精度及一定的扭矩要求，兩側離合工作在同一根鋼材棒料上，牙型共軛，齒形嚙合角度相同。優(yōu)點是：具有極強的吸合能力，在由于排斥力的作用下，反作用力帶來切向扭矩，在鋸齒上的所設斜面互相摩擦，由于斥力，離合沿著軸向分開。動力分離裝置的大致安裝結構見圖 3.2.3.1，利用慢絲電火花機床加工出帶有花鍵的法蘭盤與離合器電焊成型。離合器參數(shù)：牙型角：60 度齒數(shù)：18 個花鍵槽：14x11x 3新 型 節(jié) 能 車 結 構 設 計18圖 3.2.7圖 3.2.8裝配方式如圖 3.2.3.2 所示，離合器上方防止盤式制動器，并使用六個 M5 的高強度螺釘進行連接，最后連接在花鼓上方。新 型 節(jié) 能 車 結 構 設 計193.3傳動比設計3.3.1 原裝傳動比表 3.2.4.1更利于比賽成績的平均速度需要控制在二十五邁左右，根據(jù)經(jīng)驗滑行的啟動速度設定為二十五邁，以及加速啟動速度需要控制在十五邁，和發(fā)動機最經(jīng)濟的轉速區(qū)間的控制，根據(jù)以上數(shù)據(jù)，發(fā)動機二檔時的參數(shù)： 表 3.2.4.2新 型 節(jié) 能 車 結 構 設 計20在為改裝原廠發(fā)動機變速箱時，根據(jù)多次實際測試，我們的發(fā)動機在二擋情況下會有一個最經(jīng)濟的轉速值，因此我們采用二檔傳動。并且當汽車在起步時需要較大的發(fā)動機扭矩，所以二檔可以滿足需求。3.3.2 主鏈輪選擇發(fā)動機原裝鏈輪為十四個齒，八號 A 型，加裝超越離合器，特性如下：其工作原理和機械中的滑行輪類似。 圖 3.3.2.1降低油耗，減少有害氣體的排放。 可以防止出現(xiàn)爆缸事故，提高安全指數(shù)。當車體發(fā)動機無法啟動或者需要推動時，可以節(jié)省力氣。 不僅如此，還能使摩托車低速氣動，快速離合，減小阻力，加速度高。3.2.3 從動鏈輪選擇新 型 節(jié) 能 車 結 構 設 計21圖 3.3.13.4離合器控制機構設計3.4.1 撥叉的設計圖 3.4.1撥叉是利用線切割機對 2.5mm 鋼板進行切割，然后采用焊接的方式焊接而成。新 型 節(jié) 能 車 結 構 設 計223.4.2 設計結構——齒條齒輪圖 3.4.2.1如圖 3.4.2.1 所示，剎車器上安裝動力脫開裝置，再將剎車片固定在法蘭上，并在鋼軸上套入另一側的脫開離合器，脫開離合器上有焊接的法蘭盤，通過自制的撥叉撥動，撥叉和脫開離合器的法蘭盤為點接觸，嚙合是靠脫開離合器外側的強力磁鐵，與花鍵軸外側的另一個強力磁鐵互斥產生的強大斥力從而嚙合，如此可以減少摩擦，達到省油的目的。如圖 3.4.2.2：圖 3.4.2.2新 型 節(jié) 能 車 結 構 設 計23具有直線運動的撥動機構，我們使用了日本 IKO 微型滑軌，如圖 3.4.2.4 所示：圖 3.4.2.4直線型齒輪和撥動機構同樣通過焊接連接，這樣可以使撥叉只存在線性運動，并在把手上連接繞線輪帶動齒條即可使撥叉形成前后固定行程的往復運動。圖 3.4.2.5如圖 3.4.2.5 所示，離合器實體圖，右上方的彈簧作為復位彈簧的效果，離合器右側的即是撥動機構和直線型齒條。新 型 節(jié) 能 車 結 構 設 計244 車架設計4.1車體結構材料車體結構材料，鍍鋅方管是我們選用的關鍵材料，優(yōu)點在于價格低，焊接方便，最終用了 4 根做完整車，但是該材料的缺點顯而易見，首先是材料偏重，其次強度也并不符合要求，在車手上車后，車體明顯下垂。但是勉強可以達到實驗車的要求了。在做成品車的時候，我們會選用鋁合金管作為車架材料，首先鋁合金材料比鍍鋅材料輕很多，其次強度也會提高很多。同時也存在缺點，在焊接的時候并不能使用常見的電焊，需要用氬弧焊焊接，同時焊接時間也比較長。4.2車體結構設計第一次設計車架比其他參賽車輛稍長是因為，首先考慮進氣歧管的加工原因導致過長，導致發(fā)動機上方要預留的空間過大，并且座椅需要前移，同時我們的車手選擇了一位男生，相對于其他車隊選擇女生需要更多的空間。但是優(yōu)點是車體稍長轉向時更穩(wěn)阻力也會相對較小。車體的最大尺寸為長 2360mm、寬 725mm、高 400mm。圖 4.2.1新 型 節(jié) 能 車 結 構 設 計25圖 4.2.2圖 4.2.3 為發(fā)動機安裝結構圖。圖 4.2.3圖 4.2.4 為 EFI、點火模塊、油泵電子開關、電子整流裝置。圖 4.2.4新 型 節(jié) 能 車 結 構 設 計26LMBDCO????cot-0t5 人機交互設計5.1四連桿機構設計車子在行駛過程中的轉彎時，驅動輪相對于地面呈現(xiàn)靜止狀態(tài)，當車子在轉不同半徑的彎道時，轉向中心也會不同，這樣就需要調整兩個側輪間的角度，只有達到最佳的角度，才能最大的減小能量損失。這個只是理想狀態(tài)下的模型，但是在實際運動狀態(tài)下，乃至方程式賽車也無法達到這一標準，智能盡量減小這種摩擦，利用MATLAB 可以分析出轉向梯形四個連桿的最佳長短，得出最優(yōu)解，即可得到最佳的省油方案，可以計算出最佳的梯形結構，但考慮到加工條件的限制，焊接時熱變形會相對加重，并且這種誤差無法避免，我們選擇用三角形法幫助解決設計問題。5.1.1 整體式轉向梯形機構理論分析車輛在轉向行駛時，受彈性輪胎側扁角的影響，所有車輪不是繞位于后周延長線上的點動，而是繞位于前軸和后軸之間的汽車內測的某一點滾動。此點位置與前輪和后輪的側扁角大小有關。由于影響輪胎側扁角的因素很多，且難以精確確定，所以以下都是在忽略車輪側扁角影響條件下分析有關兩軸汽車的轉向問題。此時，兩轉向輪軸線的延長線交在后軸延長線上。轉向梯形的作用是在汽車轉向時保證全部車輪繞同一個瞬時轉向中心行駛，使在不同圓周上運動的車輪，作無滑動的轉向要求（5-1 ） 射外側轉角 α 為自變量，內測轉向角 β 可以表示為 α 的函數(shù)，即轉向艾克曼曲線（5-2） 式中，M/L 為轉向特性參數(shù)；M 為兩轉向主銷的軸線延長線與地面交點之間的距離；L 為汽車的軸距。注意到，在實際轉向梯形機構中，當外側車輪實際轉角為 α 時，通過轉向梯形所能得到的內測轉向輪實際轉角 β 如圖 5.1.1。）（）（ ??? tan1arctncotartn0 ????LL新 型 節(jié) 能 車 結 構 設 計270msin2b???MNNCE）（）（ ??? ??01 cos-9sinsin））（（ ?01arci ）（ ??-9osm202????MNb2arcsin-210????????? ????????? ???????????02 2002020 sinm-i-Mi-marcsin-sinm-coarcsinM圖 5.1.1圖 5.1.1 中梯形 AEFB 為汽車直線行駛時的位置，而 AE1F1B 則為外側車輪轉過α 時的位置，內測車輪相應地轉過 β0 其中，γ0 為轉向梯形的布置角，即汽車在直線行駛時轉角梯形臂與車輛縱向平面之間的夾角；稱 γ0 的余角 90°-γ0 為梯形底角；m 為轉向形臂在水平面的投影長度，即轉向梯形的腰長； b 為轉向橫拉桿長度。為方便進行分析計算，在圖 5.1.1 中連接 E1B，同時過點 E1 作 AB 的垂線 E1C。由此可知(5-3)(5- 4)(5-5)由余弦定理有(5-6)又有 (5-7))sin()](9[cos-mb 1021022 ????????? mN整理 5-7，得出由轉向梯形決定的實際內側轉角 β 的表達式(5-8)將式 5-4~5-6 代入 5-8，即可計算出由轉向梯形決定的實際內側轉角 β 的具體公式為(5-9)新 型 節(jié) 能 車 結 構 設 計28???mx021，， ??T仔細觀察（5-9），注意到當汽車前輪距 M 一定時，實際內測轉角 β 主要與梯形臂長度 m 及轉向梯形布置角 γ0 有關。所以，在設計時一般可選取梯形臂長度 m 及轉向梯形布置角 γ0 這兩個參數(shù)作為設計變量進行優(yōu)化。5.1.2 整體式轉向梯形機構優(yōu)化分析5.1.2.1 設計變量設計變量為由于轉向梯形在機構學中實質上是一個雙搖臂四連桿機構，在運動時，必須考慮傳動角的變化。由機械原理可知，一般要求 θ≥40°，所以在轉向梯形優(yōu)化時，最小傳動角必須作為一個硬性的約束條件。5.2方向盤設計轉向機構大體有以下結構：方向盤式、握把式。方向盤式的轉向裝置對駕駛室的空間要求高，需要仿照方程式賽車脫開式才能使車手上下車，但是在需要用到線式傳輸信號控制點火計時等功能，不易分離，所以我們選擇握把式，占用空間小，可操控性強。握把上的控制原理：左控制端：剎車、點火按鍵右控制端：油門及離合、滅火按鍵為保護車手安全，在設計剎車系統(tǒng)時，設計兩種剎車方案，一套是在行駛時，為提供必要的減速，但不使車輛完全失去動力的特殊剎車體統(tǒng)，第二套為駐車制動或緊急制動系統(tǒng)，可以在緊急情況下抱死車胎。5.3操縱按鈕設計在行駛過程中，使駕駛員可以輕松控制車輛的啟停，在設計的時候設計了兩個開關，分別控制點火和熄火，因為發(fā)動機啟動時是使用起動電機帶動，并不需要很高的轉速，可以將發(fā)動機自帶的啟動繼電器拆除，只需要使用一個自動回位的開關控制點火即可，點火開關和熄火開關的分別控制可以令車手的可操作性更強。5.4油門離合混控機構設計新 型 節(jié) 能 車 結 構 設 計29為了使駕駛員更方便的操控車輛，我們設計一個可同時控制離合器嚙合和發(fā)動機加油的控制握把，當車輛要停車時，驅動輪又可以和發(fā)動機曲軸斷開聯(lián)系，這樣可以讓駕駛員操作更簡單，在滑行過程中又可以除去發(fā)動機內部的阻尼。外置離合器的控制是通過拉線使卷盤旋轉，撥叉內側頂在外置離合器外側法蘭盤上，同時齒條和撥叉上端連接通過把手拉線，控制卷盤下部的齒輪旋轉，達到控制離合嚙合脫開，并根據(jù)進氣量的多少控制節(jié)氣門的開度，這兩者可以通過同一根鋼絲拉線進行控制，通過一個微型滑塊將二者連接至一起，最后連接上駕駛者的把手上，進行控制。如圖 5.4.1 所示：圖 5.4.1新 型 節(jié) 能 車 結 構 設 計306 試車效果分析6.1 離合效果離合器閉合快捷，在分離的時候不干涉車輪的運行，車架的強度達到設計要求，發(fā)動機的轉速不同和離合器在開合時產生的相反方向的力會影響離合器的正常工作。6.2 電子燃油噴射裝置效果分析本次實驗過程中，電子燃油噴射裝置由于可以在很小的轉速區(qū)間范圍內調整空氣和燃油的比值，可以做到在發(fā)動機每次做工燃燒時，油氣混合物被充分消耗，達到排放的標準，同時由于完全燃燒，排氣管尾氣不會冒出藍色煙霧（燃燒不完全帶來的副作用）以及噪聲，在車輛無負載的時候，因為電子燃油噴射裝置的實時控制性，導致加速響應效果遠遠超過化油器，圍繞這個特點，可以更好的控制車輛的加速。6.3剎車效果分析因為在車輛的末尾，沒有形成閉合空間，在車輛的尾端部分造成了超靜定現(xiàn)象，從而引起了制動盤的震動，在車輛前進的過程中，由于制動盤和卡鉗之間出現(xiàn)碰撞和摩擦，使得前進的動能和慣性在此處被消耗，本次實驗雖然制動并不如人意，但在未來的實驗中會對車架進行改良，避免出現(xiàn)以上問題。6.4油耗分析本實驗車輛實驗場所選擇在大連大學的運動場，場中擁有標準的 400 米塑膠環(huán)形跑道，并設定 10 公里的測試里程，再經(jīng)過了 10 公里的運行之后，根據(jù)電子燃油噴射新 型 節(jié) 能 車 結 構 設 計31裝置的反饋，以及從實際油箱上測量來看，一共消耗了 93 號汽油共 98 毫升，計算為比賽成績的話，可以達到 102.5 公里每升，雖然較于前次實驗中的化油器和雙火花塞的改造，成績有所下降，但那是因為，電子燃油噴射裝置的調節(jié)僅僅在實驗臺上完成，實際的著車效果并沒有如實驗臺上那樣表現(xiàn)出來，實際著車中有各種各樣的影響因素，在之后的調教中，會更著重于實際著車調試。新 型 節(jié) 能 車 結 構 設 計327 結論本次設計的主要內容是，設計空間桁架式車架，盡可能減輕車身重量，并對發(fā)動機內部改造，最終目的都以節(jié)能為目標。在設計階段我們通過 CAD、SolidWorks 等制圖軟件對車子的整體結構進行設計，并且在制作階段親手制作，最后的試車階段也不斷調試參數(shù)。我們的這次設計主要有一下幾點內容：1）車身的輕量化2）發(fā)動機內部改造3）化油器改電噴4）轉向系統(tǒng)的設計新 型 節(jié) 能 車 結 構 設 計33參考文獻[1] 譚正平. 基于 FSC 賽車行駛工況的發(fā)動機匹配標定研究[D].西華大學,2014.[2] 涂鑫陽. 單缸摩托車發(fā)動機電噴控制策略研究[D].湖南大學,2014.[3] 吉立云. 單缸四沖程汽油機電噴系統(tǒng)的實驗與仿真研究[D].燕山大學,2011.[4] 王鑫,勾志彬,鄭思哲,閆世明. 節(jié)能車發(fā)動機性能的提升[J]. 湖北汽車工業(yè)學院學報,2011,02:75-77+80.[5] 陳慶平,孫培峰. 電噴摩托車中電磁干擾的防范措施[J]. 浙江水利水電?？茖W校學報,2002,03:62-63.[6] 彭浩. 電噴摩托車怠速控制策略的研究[D].華中科技大學,2012.[7] 劉德新,余小紅,王龍. 一種新型的摩托車數(shù)字點火系統(tǒng)——火花點火調試儀的設計與實驗研究[J]. 小型內燃機與摩托車,2007,04:17-20.[8] 池奕承. 關于 honda 中國節(jié)能競技大賽節(jié)能車的創(chuàng)新設計[J]. 科協(xié)論壇(下半月),2012,09:53-54.[9] 唐宇,王克強,劉傳菊,李國元. 基于 SCT89C52 單片機的無線超聲波霧化系統(tǒng)的設計[J]. 農機化研究,2012,09:146-149.[10] 童練達. 發(fā)動機扭振減震器的選擇[A]. 中國汽車工程學會.2013 中國汽車工程學會年會論文集[C].中國汽車工程學會:,2013:5.[11] 王桂群,崔戰(zhàn)國,王現(xiàn)武. 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