方程式賽車制動系統(tǒng)設計與實驗分析開題報告,方程式賽車,制動,系統(tǒng),設計,實驗,試驗,分析,開題,報告,講演,呈文 關于《方程式賽車制動系統(tǒng)設計與實驗分析》的開題報告 引言： 汽車是現(xiàn)在交通工具中用的最多、最普遍、最方便的交通工具。隨著國內汽車市場的迅速發(fā)展，汽車的保有量快速增長，汽車安全問題也成為人們關注的焦點，而其中制動系統(tǒng)則是有關于汽車安全的最重要的系統(tǒng)之一。同時對于賽車而言，制動系統(tǒng)更是決定成績好壞的重要系統(tǒng)之一。根據FSAE賽車的需求，設計一套高效能的制動系統(tǒng)，使賽車在比賽中在盡可能短的距離內有足夠的制動力制動減速，擁有優(yōu)秀的性能表現(xiàn)。 一． 課題背景： Formula SAE，是由各國SAE，即汽車工程師協(xié)會舉辦的面向在讀或畢業(yè)7個月以內的本科生或研究生舉辦的一項學生方程式賽車比賽，要求在一年的時間內制造出一輛在加速、剎車、操控性方面有優(yōu)異的表現(xiàn)并且足夠穩(wěn)定耐久，能夠成功完成規(guī)則中列舉的所有項目業(yè)余休閑賽車。自1981年創(chuàng)辦以來，F(xiàn)SAE已發(fā)展成為每年由7個國家舉辦的9場賽事所組成，并有數百支來自全球頂級高校的車隊參與的青年工程師盛會。 FSAE方程式（Formula SAE）系列賽源于1978年。第一次比賽于1979年在美國波斯頓舉行，13支隊伍中有11支完賽。當時的規(guī)則是制作一臺5馬力的木制賽車。SAE方程式（Formula SAE）系列賽將挑戰(zhàn)本科生、研究生團隊構思、設計與制造小型具有越野性能的方程式賽車的能力。為給車隊最大的設計彈性和自我表達創(chuàng)意和想象力的空間，在整車設計方面將會限制很少。賽前車隊通常用8至12個月組的時間設計、建造、測試和準備賽車。在與來自世界各地的大學代表隊的比較中，賽事給了車隊證明和展示其創(chuàng)造力和工程技術能力的機會。 制動系統(tǒng)——基本要求： 賽車必須安裝有制動系統(tǒng)。制動系統(tǒng)必須作用于所有四個車輪上，并且通過單一的控制機構控制。 制動系統(tǒng)必須有兩套獨立的液壓制動回路，當某一條回路系統(tǒng)泄漏或失效時，另一條回路還可以至少保證有兩個車輪可以維持有效的制動力。每個液壓制動回路必須有其專用的儲液罐（可以使用獨立的儲液罐，也可以使用廠家生產的內部被分隔開的儲液罐）。安裝有限滑式差速器的車橋，其兩個車輪可以使用單個制動器制動。 制動系統(tǒng)必須在后述的測試中，能夠抱死所有四個車輪。禁止使用線控制動。禁止使用沒有保護的塑料制動管路。 制動系統(tǒng)必須被碎片護罩保護，以防傳動系失效或小碰撞引起的碎片破壞制動系統(tǒng)。從側面看，安裝在賽車簧上部分上的制動系統(tǒng)的任何部分都不可以低于車架或者單體殼的下表面。 制動踏板必須設計能承受2000N 的力而不損壞制動系統(tǒng)和踏板機構。需要通過賽會任何裁判在正常坐姿下施加在最大踩踏力在踏板上進行檢測。 制動踏板必須由鋁合金，鋼或者鈦加工而成。 賽車的制動系統(tǒng)將被進行動態(tài)測試，測試時，賽車將首先在制動檢查官規(guī)定的直道上加速，在直道末端，賽車必須制動至靜止，并要求四輪抱死且不跑偏。 賽車必須裝有制動踏板超行程開關。當制動系統(tǒng)失效時引起制動踏板的行程超出正常范圍時，該開關必須能夠使發(fā)動機熄火。該開關必須能夠切斷點火系統(tǒng)和噴油系統(tǒng)的電源。重復的作用該開關不能恢復上述系統(tǒng)的電源。并且該開關不能被車手重置。該開關必須為模擬電路元器件，不能通過可編程邏輯控制器、ECU，或有相似功能的數字控制器來替代。 制動燈必須為紅色，至少15 瓦（或等同于15 瓦），且從后方清晰可見。如果使用了LED（發(fā)光二極管）制動燈，則必須在非常強的日光下也清晰可見。制動燈的安裝高度必須在車輪中心線和車手肩膀高度之間，且接近賽車中心線。 二． 課題研究意義： 本文課題來自于近年來國內開始舉辦的一項在國際上具有悠久歷史賽車設計大賽—大學生方程式設計大賽。2010年FSAE進入中國，由各高等院校汽車工程或與汽車相關專業(yè)的在校學生組隊參加。FSAE要求各參賽隊按照賽事規(guī)則和賽車制造標準，自行設計和制造方程式類型的小型單人座賽車，并攜該車參加全部或部分賽事環(huán)節(jié)。比賽過程中，參賽隊不僅要闡述設計理念，還要由評審裁判對該車進行若干項性能測試項目，賽車制動性是檢測的重中之重，其性能的高低直接影響賽事過程的安全性。同時本課題的研究旨在熟悉賽車的制動系設計環(huán)節(jié)，發(fā)揮自主創(chuàng)新設計能力。同時了解賽車制動系與普通民用車的制動系的區(qū)別及性能上的差異。并且在參與實際制作過程中熟悉各種各樣加工設備的使用操作方法，增強實踐動手能力。在制作過程中發(fā)現(xiàn)設計中的缺陷不足，進行改進改善，調整。在后期整車調試中更加能幫助了解如何才能調試出一輛性能更為優(yōu)秀的賽車。 三．課題研究方向 制動系統(tǒng)是汽車上用以使外界（主要是路面）在汽車某些部分（主要是車輪）施加一定的力，從而對其進行一定程度的強制制動的一系列專門裝置。制動系統(tǒng)作用是：使行駛中的汽車按照駕駛員的要求進行強制減速甚至停車；使已停駛的汽車在各種道路條件下（包括在坡道上）穩(wěn)定駐車；使下坡行駛的汽車速度保持穩(wěn)定。對汽車起制動作用的只能是作用在汽車上且方向與汽車行駛方向相反的外力，而這些外力的大小都是隨機的、不可控制的，因此汽車上必須裝設一系列專門裝置以實現(xiàn)上述功能。 為了保證汽車行使安全，發(fā)揮高速行使的能力，制動系必須滿足下列要求 1．制動效能好。評價汽車制動效能的指標有：制動距離、制動減速度、制動時間 2．操縱輕便，制動時的方向穩(wěn)定性好。制動時，前后車輪制動力分配合理，左右車輪上的制動力應基本相等，以免汽車制動時發(fā)生跑偏和側滑。 3．制動平順性好。制動時應柔和、平穩(wěn)；解除時應迅速、徹底。 4．散熱性好，調整方便。這要求制動蹄摩擦片抗高溫能力強，潮濕后恢復能力快，磨損后間隙能夠調整，并能夠防塵、防油。 5．帶掛車時，能使掛車先于主車產生制動，后于主車解除制動；掛車自行脫掛時能自行進行制動。 為了保證汽車安全行駛，提高汽車的平均行駛車速，以提高運輸生產率，在各種汽車上都設有專用制動機構。這樣的一系列專門裝置即稱為制動系統(tǒng)。 汽車制動系統(tǒng)功用 1）保證汽車行駛中能按駕駛員要求減速停車 2）保證車輛可靠停放 四．本課題主要工作內容： （1）熟悉中國大學生方程式的賽事規(guī)則，尤其是對制動系統(tǒng)的要求，根據FSAE 賽車的需要，設計一套高效能的制動系統(tǒng)，能保證在賽車的試驗與安檢中對制動系統(tǒng)的基本需求，并使賽車在比賽中能夠擁有良好的制動性能使其在盡可能短的距離內減速、制動，在彎道中能有優(yōu)秀的性能表現(xiàn)，以保證賽車與賽手的安全。 （2）在設計中，當賽車所使用的輪胎型號及性能確定后，根據整車的參數選擇合適的摩擦片材料，主缸、卡鉗、比例閥等零部件型號尺寸，對關鍵部件進行設計與有限元分析，取得其關鍵性能數據。 （3）在賽車試驗中，采集汽車的制動性能數據，并對數據進行分析，以此指導制動系統(tǒng)的改進。 五．本課題方案及設計 （1）查找文獻，根據方程式賽事規(guī)則及汽車制動系統(tǒng)原理，設計一套制動系統(tǒng)。 （2）熟悉和掌握FSAE 賽車制動系統(tǒng)的結構及設計方法、制造工藝和材料選擇，完成各關鍵零部件的設計，計算，建模和分析； （3）熟悉和掌握3D軟件的使用，并設計制動系統(tǒng)的三維模型； （4）熟悉和掌握有限元軟件，對制動系統(tǒng)關鍵部件進行有限元分析； （5）對賽車制動系統(tǒng)進行實車裝配與試驗，對試驗數據進行分析。 （6）撰寫并完成論文及其相關文件。 六．主要參考資料（外文資料至少一篇） [1] 趙迎生.汽車聯(lián)合制動系統(tǒng)制動力分配系數優(yōu)化[J].農業(yè)機械學報.2009. [2] 林慕義.全動力液壓制動系統(tǒng)的動態(tài)模擬與實驗[J].北京科技大學學報.2007. [3] 余志生.汽車理論(第四版)[M].機械工業(yè)出版社.2007. [4] 李理光.中國大學生方程式汽車大賽規(guī)則[M].中國汽車工程協(xié)會.2013. [5]王望予.汽車設計.機械工業(yè)出版社.2006. [6]王國權.汽車設計課程設計指導書.機械工業(yè)出版社.2010. [7]蔣京等.盤式制動器重復制動溫度計算[J].汽車工程, 1996,18（3）：139 168-174. [8]周凡華等.盤式制動器15次循環(huán)制動溫度計算[J].汽車工程,2001，23（6）：411-413 418. [9]張豫南.汽車防抱死制動系統(tǒng)(ABS)結構原理與維修[M].北京:中國物資出版社,1996. [10]汽車制動系統(tǒng)結構性能和試驗方法.GB12676-1999. [11]機動車運行安全技術條件.GB7258-1987. [12] Jeffrey Rehkopf. Automotive brake systems[M].Pearson Prentice Hall.2008. [13] Weidong Xiang. Automobile Brake-by-Wire Control System Design and Analysis [J]. Vehicular Technology.2008. [14][美]L.魯道夫.汽車制動系統(tǒng)的分析設計.張蔚林,陳名智譯[M].北京:機械工業(yè)出版社,1995. [15]劉惟信．汽車制動系的結構分析與設計計算[M].北京:清華大學出版社,2004. 7