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開 題 報 告文 獻 綜 述1.1 課題研究背景隨著我國經濟的快速發(fā)展，在中國工業(yè)化進程不斷推進的同時，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現夢想和挑戰(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隊協作精神。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。[1]Honda 節(jié)能競技大賽是一項以注重能源，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，通過設計車架、車身、傳動、制動等系統來挑戰(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)造和相互交流的機會。學生自我學習、完成車輛的整體設計、制作、性能調試等工作。通過實際動手的經歷,制作賽車的參與者在創(chuàng)新的平臺上,把學到的知識轉化為實踐,而且也享受了整個過程的樂趣。 [2][3]一些高校的參賽車隊表示,在中國類似開放給大專院校的比賽似乎很少,學生們十分需要這樣的比賽機會。而通過大賽連續(xù)三年的舉辦,參賽車隊不僅在輕量化、空氣阻力和節(jié)油等環(huán)保技術上有所突破,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)境保護問題已經漸漸受到人們越來越多的關注。世界石油儲備量的急劇減少及原油價格的不斷上漲預示了節(jié)能是當代汽車發(fā)展的必然趨勢。 [5]2007 年首屆中國本田節(jié)能競技大賽為設計背景，設計研發(fā)一款節(jié)能競技車。整個設計過程在滿足競賽要求的基礎上，以降低整車機構復雜度從而降低整車整備質量，減小整車阻力為主要指導思想，分別對節(jié)能競技車的動力系統、轉向系統、行駛系統等整車各系統進行了合理的方案選定和參數匹配。 [7]Auto CAD 和 CATIA 等 CAD 設計軟件對所設計車輛進行了整體設計和三維數字化建模。利用 ANSYS 軟件對所設計車架進行有限元分析，確定車架結構的合理性以及架制作材料。利用 ADAMS 軟件對轉向系統進行了運動學仿真，對轉向梯形機構的參數進行了合理匹配。通過大量的實車試驗驗證了整個設計方案的可行性，并在試驗過程中對各系統參數進行了進一步的調試，得出更為合理有效的系統參數和競賽方案。 [6]Honda 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)能技術的發(fā)展。比賽要求參賽車輛使用統一的 Honda 低油耗汽油發(fā)動機，發(fā)動機以外的車架和車身等完全由各車隊獨自創(chuàng)作，每支參賽隊帶來的都是世界上獨一無二的賽車。賽車在指定的賽道內跑完賽程，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、高中和大學等的學校代表隊、企業(yè)代表隊，以及來自社會上的共約 500 支車隊，創(chuàng)作出具有新穎構思和創(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，相當于北京到重慶的直線往返距離。同時，這項比賽也逐漸向海外擴展，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。 [7][8]Honda 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，參賽車隊通過各項獨創(chuàng)技術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親手制作賽車的樂趣的機會，提高實踐能力。 [8]1.2 課題研究的意義能源是世界人類社會經濟發(fā)展的重要物質基礎，是生產力發(fā)展的主要動力源泉。世界經濟發(fā)展充分表明：能源的增長速度與 GNP 同步增長，呈正相關。戰(zhàn)后 50～70 年代世界資本主義經濟大發(fā)展與充足的廉價能源供給，特別是石油供給密切相關。為此，能源供給引起世界的普遍關注。能源是人類社會發(fā)展的重要基礎資源。但由于世界能源資源產地與能源消費中心相距較遠，特別是隨著世界經濟的發(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)保已是關乎車企命運的核心問題。Honda 環(huán)?；顒邮且罁?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一搭載 Honda 低油耗汽油 4 沖程發(fā)動機，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發(fā)揮想象獨立創(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，參賽車隊通過各自獨創(chuàng)技術不斷深挖 1 升汽油的無限潛能，深刻體會創(chuàng)新技術在節(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,我國對燃油的消費需求以驚人的快速度增長,有很大一部分依賴進口。一方面,我國汽車節(jié)油技術的應用有限,燃油的使用效率普遍不高,汽車百公里耗油約比發(fā)達國家高 20%。汽車節(jié)能減排的重要性不言而喻,考慮到當前我國的汽車節(jié)能技術發(fā)展的實際情況,除了要積極推進以混合動力、燃料電池、先進柴油、醇類汽車等為代表的新能源汽車技術的發(fā)展外,另一個推進汽車節(jié)能減排工作的措施就是大力研究開發(fā)適合我國現階段汽車行業(yè)技術現狀,并適合大量在用汽車的高性能節(jié)能產品。 [11]傳統汽車上的行車制動系統和駐車制動系統雖然制動效能較好，但是結構復雜，體積較大不便安裝，所以節(jié)能車的制動系統大多仿照自行車剎車系統設計。自行車剎車系統常見的有懸臂剎、鉗剎、V 剎和碟剎等。碟剎的剎車效果會強大很多，但其安裝裝配、維護保養(yǎng)時相對復雜、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、制動系統安裝位置以及賽場路面情況等影響因素，我們選擇質量較輕、結構簡單、便于裝卸的 V 型剎車和鉗式剎車（后輪） 。 [12]1.3 國內外現狀經過近 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)展到現在的碟剎。在國內和歐洲的自行車標準中對自行車的剎車性能有嚴格的要求，并針對剎車性能測試提出了道路試驗和試驗機試驗兩種測試方法。通過調查發(fā)現，國內生產和設計碟剎的廠家，在對產品進行測試時一般都會采用道路試驗的方法，但測試時并未按照歐洲標準中的要求進行。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。這種方法不僅隨機性大，而且在產品不成熟時直接進行道路測試，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，在車把手處運用很小的力，通過長力臂傳遞給剎車片很大的壓力，通過摩擦達到制動的目的。自行車的剎車系統按制動力的作用點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生巨大摩擦力來制動的剎車裝置，由于結構簡單，成本低廉，可靠性較好，常見于日常休閑代步車，缺點是重量大，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，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計兩套獨立的制動系統，一般來說，順利完成 比賽，基本上不會用到制動系統，但由于賽車的安全性能考慮，至少應能 通過車檢要求。由于備參賽隊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用。 [15]參考文獻[1]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[A].河南科技大學車輛與動力工程學院 2012[2]雷磊，節(jié)能競技車的研發(fā)與技術研究[D].西安：長安大學 2008[3]趙巖，節(jié)能競技車的研發(fā)與技術研究[D].西安：長安大學 2008[4]劉維信，汽車設計[M].清華大學出版社. 2001.7[5]Cheskidov, A.; Constantin, P.; Friedlander, S.; Shvydkoy, R., Energy conservation and Onsager's conjecture for the Euler equations[J], Institute of Physics Publishing, Volume 21, Number 6, June 2007 , pp. 1233-1252[6]余志生.汽車理論(第二版) [M] .北京:機械工業(yè)出版社,1990[7]鄧志黨，ATIA V5R15 機械設計高級應用實例[M].機械工業(yè)出版社.2006.6[8]Shim, Taehyun; Velusamy, Pradheep C., Suspension design and dynamic analysis of a lightweight vehicle, International Journal of Vehicle Design, Volume43, Numbers1-2, 4 February 2007[9]王望予.汽車設計（第三版）[M]. 北京:機械工業(yè)出版社,2003.1[10]龍馬工作室. Auto CAD2007 完全自學手冊(中文版) [M].人民郵電出版社.2007.2[11]Howard K Birnbaum.Fueling the Freedom Car[J].Materials Today,2005[12]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，2007[13]邊強, 王志明. 自行車制動性能測試平臺的研制[J]. 機電一體化，2009[14]陳夢群，自行車碟剎剎車檢測系統研發(fā)[D].杭州電子科技大學，2011[15]2013 年第七屆 Honda 中國節(jié)能競技大賽。開 題 報 告２．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我準備用電動自行車還有自行車上的一些實例來經行設計，因為它車輪采用的是和自行車一樣的車輪所以從這幾個方面來進行研究與設計。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雜工況,其時間歷程極短,期間各種運動參數發(fā)生急劇變化,并且極易受到外界環(huán)境和駕駛人員等多種因素綜合影響,表現出一定的隨機性和較差的重復性。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動控制技術的一個方面,車輛制動控制系統的發(fā)展主要是控制技術的發(fā)展。電動自行車的制動系統跟汽車類似,對于汽車和電動自行車的制動系統的研究也比較成熟。最原始的制動控制只是駕駛員操縱一組簡單的機械裝置向制動器施加作用力,這時的車輛的質量比較小,速度比較低,機械制動雖已滿足車輛制動的需要,但隨著汽車自質量的增加,助力裝置對機械制動器來說己顯得十分必要。傳統車輛在制動過程中,都是把動能轉化成制動裝置摩擦生成的熱能的方式來達到減速的目的,制動時的動能通過制動器摩擦轉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。在對一個系統進行分析或仿真之前,首先必須建立起理論模型,以便對其動態(tài)性能進行有效的分析和預測。這一方面是擴大控制范圍、增加控制功能,在對制動過程進行理論分析時,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碟剎兩種。普通碟式是指整個碟盤是實心的。通風盤式剎車是在盤面上鉆出許多圓形通風孔，或是在盤的端面上割出通風槽或預制出矩形的通風孔。通風盤式剎車利用風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那樣的高級電子設備。碟剎一般應用在價格較貴的自行車上。 開 題 報 告指導教師意見：指導教師： 年 月 日所在系審查意見：系主任： 年 月 日