本田節(jié)能車傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)【三維SW】【含11張cad圖紙+文檔全套資料】
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北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文
畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告(論文)
報(bào)告(論文)題目： 本田節(jié)能小車傳動(dòng)
系統(tǒng)設(shè)計(jì)
作者所在系部： 機(jī)電工程學(xué)院
作者所在專業(yè)： 車輛工程
作者所在班級(jí)： B13142
作 者 姓 名 ： 張林
作 者 學(xué) 號(hào) ： 201322323
指導(dǎo)教師姓名： 何濤
完 成 時(shí) 間 ： 2017年5月24 日
北華航天工業(yè)學(xué)院教務(wù)處制
摘 要
進(jìn)入21世紀(jì)以來，中國汽車工業(yè)進(jìn)入快速發(fā)展期，國人對(duì)于汽車的需求量急速上升，中國正式進(jìn)入汽車工業(yè)文明時(shí)代。但是由于石油資源的日益減少，燃油價(jià)格水漲船高，人們的出行成本也在逐漸增加，加上有機(jī)化合物的燃燒產(chǎn)生的有害物質(zhì)對(duì)地球的污染，所以人們需要能夠更加節(jié)約能源的汽車。
2007年HONDA節(jié)能競(jìng)技大賽進(jìn)入中國，這是一個(gè)倡導(dǎo)節(jié)能減排的專業(yè)性賽事。參賽團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)制作的汽車在規(guī)定時(shí)間、規(guī)定路線下，行駛一定距離，并由此換算出一升油能夠行駛的公里數(shù)，耗油量少則勝出的一項(xiàng)賽事。其中參加比賽的車輛均搭載由本田技研工業(yè)投資有限公司開發(fā)的Honda彎梁車的125化油器低油耗四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)。
本文建立在對(duì)本田發(fā)動(dòng)機(jī)性能進(jìn)行分析，計(jì)算出合適的傳動(dòng)比，設(shè)計(jì)帶傳動(dòng)系統(tǒng)、離合器、變速器等關(guān)鍵零部件，并對(duì)以上設(shè)計(jì)進(jìn)行校核，以達(dá)到成功提高燃油經(jīng)濟(jì)性。
關(guān)鍵詞：節(jié)能小車 傳動(dòng)系統(tǒng) 本田發(fā)動(dòng)機(jī)
Abstract
Since the 21st century, China have gotten into the rapid development of automobile industry. The demand of people for car grew rapidly. China officially enters the automobile industrial civilization era. But due to the dwindling oil resources, fuel prices rising, people's travel costs are also gradually increase. Because of the organic compounds produced by burning pollution of harmful substances on the earth, so people need more energy-efficient cars.
2007 HONDA energy-saving competition contest to enter China, which is a promotion of energy-saving emission reduction professional event. Participating team design of the car in the specified time, the provisions of the route, driving a certain distance, and thus converted out of a liter of oil can drive the number of kilometers, fuel consumption is less to win a race. The vehicles participating in the competition are equipped with a low fuel consumption four-stroke engine for the 125 carburetor developed by Honda Technology Industrial Co., Ltd..
This article based on the Honda engine performance analysis, the race under the resistance analysis of the car to calculate the appropriate transmission ratio, design chain Transmission system, clutch, drive shaft and other key components, and the above design to check to achieve the success of improving fuel economy.
Key words: energy-saving car; The transmission system; Honda engine;
I
目 錄
摘 要 I
Abstract II
第1章緒論 1
1.1選題的背景及意義 1
1.1.1選題背景 1
1.1.2選題的意義及目的 2
1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2
1.2.1國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 2
1.2.2 國外研究現(xiàn)狀 4
1.3 本文研究的主要內(nèi)容及研究思路 6
第2章本田節(jié)能車總體設(shè)計(jì)方案確定 7
2.1總體布置形式的確定 7
2.1.1前一輪后兩輪 7
2.1.2前兩輪后兩輪 8
2.1.3前兩輪后一輪 8
2.2 驅(qū)動(dòng)方案 9
2.2.1軸傳動(dòng)如圖 9
2.2.2 鏈傳動(dòng) 9
2.2.3 同步帶傳動(dòng) 10
第3章 本田節(jié)能車油耗分析研究 11
3.1 傳動(dòng)效率為常數(shù)時(shí)的本田節(jié)能車油耗分析 11
3.2 影響燃油經(jīng)濟(jì)性的因素 13
第4章 本田節(jié)能車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的研究 15
4.1 離合器工作狀態(tài)的確定 15
4.2 牙嵌離合器的控制與操縱 16
4.3 帶傳動(dòng)傳動(dòng)比的確定 17
4.4 確定同步帶傳動(dòng)各零件 18
致 謝 20
參考文獻(xiàn) 21
第1章緒論
1.1選題的背景及意義
1.1.1選題背景
本田節(jié)能競(jìng)技大賽是將參賽團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)制作的汽車在規(guī)定時(shí)間、規(guī)定路線下,行駛一定距離,并由此換算出一升油能夠行駛的公里數(shù),耗油量少則勝出的一項(xiàng)賽事。其中要求參加比賽的車輛均搭載由五羊本田提供的125CC化油器四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)。
Honda節(jié)能競(jìng)技大賽于1981年在日本創(chuàng)辦,至今已有35年的歷史。比賽要求參賽車輛使用統(tǒng)一的Honda低油耗汽油發(fā)動(dòng)機(jī),發(fā)動(dòng)機(jī)以外的車架和車身等完全由各車隊(duì)獨(dú)自創(chuàng)作,每支參賽隊(duì)帶來的都是世界上獨(dú)一無二的賽車。賽車在指定的賽道內(nèi)跑完賽程,比賽誰消耗的燃油最少。由于有著極高的樂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(xué)等的學(xué)校代表隊(duì)、企業(yè)代表隊(duì),以及來自社會(huì)上的共約500支車隊(duì),創(chuàng)作出具有新穎構(gòu)思和創(chuàng)意的賽車參加比賽。在迄今為止的33屆比賽中創(chuàng)下的最高記錄為3779.638km/L相當(dāng)于北京到重慶的直線往返距離還要多。同時(shí),這項(xiàng)比賽也逐漸向海外擴(kuò)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,上海同濟(jì)大學(xué)也從2000年開始制作賽車去日本參賽。
中國作為繼日本泰國之后的第三個(gè)舉辦地,于2006年在上海舉行了試行大賽,2007年11月11日,第1屆Honda中國節(jié)能競(jìng)技大賽在上海國際賽車場(chǎng)圓滿舉行,2008年11月16日,第2屆Honda中國節(jié)能競(jìng)技大賽在上海國際賽車場(chǎng)勝利舉辦。常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院2013年首次參加到這項(xiàng)賽事中來,在2013年第7屆Honda中國節(jié)能競(jìng)技大賽中,常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院鋒帆號(hào)跑出了81.551km/L的成績(jī)。
Honda節(jié)能競(jìng)技大賽的目的是通過比賽提高社會(huì)的節(jié)能和環(huán)保意識(shí),參賽車隊(duì)通過各項(xiàng)獨(dú)創(chuàng)技術(shù)不斷挖掘一升汽油的無限潛能,從中體會(huì)到節(jié)能的重要性。同時(shí),比賽也為參賽者提供體驗(yàn)親手制作賽車的樂趣的機(jī)會(huì),提高實(shí)踐能力。Honda創(chuàng)始人本田宗一郎曾說：“節(jié)能競(jìng)技大賽的宗旨在于，讓肩負(fù)著人類未來的年輕人通過思考和實(shí)踐來體會(huì)如何更有效地利用資源,如何把我們生存的這個(gè)星球更完好地傳遞給下一代?！?
節(jié)能、環(huán)保是Honda一直致力解決的重要課題之一。在產(chǎn)品領(lǐng)域,Honda通過燃料電池、混合動(dòng)力、生物乙醇彈性燃料、清潔柴油等先進(jìn)的節(jié)能、環(huán)保型產(chǎn)品時(shí)刻走在行業(yè)的前列。在生產(chǎn)領(lǐng)域,Honda在全球推行“綠色工廠”體系,制定獨(dú)自的企業(yè)目標(biāo),努力降低產(chǎn)品生產(chǎn)環(huán)節(jié)的能源消耗和污染物以及溫室氣體CO:的排放。此外,Honda還積極開展植樹造林等社會(huì)活動(dòng)。節(jié)能競(jìng)技大賽作為節(jié)能環(huán)保領(lǐng)域的社會(huì)活動(dòng)之一今后將繼續(xù)在中國舉辦,Honda希望通過這項(xiàng)賽事,為社會(huì)節(jié)能、環(huán)保意識(shí)的提高做出貢獻(xiàn)。
1.1.2選題的意義及目的
自2004年起,中國超越了日本成為僅次于美國的世界第二大石油消耗國。2006年,中國對(duì)進(jìn)口石油的依賴增至年需求總量的47%,2006年中國的原油凈進(jìn)口量為13884萬噸。而在1990年一2003年的13年里,中國汽車保有量年均增長(zhǎng)率達(dá)到12%,汽車燃油消耗在中國石油消耗中所占的比例日益增大。2004年,中國每一輛汽車的年均耗油是2.1噸,中國進(jìn)口的原油有30%被汽車消耗,而這一比例在今后將升至50%。從尾氣排放方面,汽車排出的廢氣已成為城市空氣的首要污染源。據(jù)國家環(huán)保總局測(cè)算,2005年中國汽車排放污染在城市大氣污染中所占比例高達(dá)79%。因此,汽車既是耗油大戶,又是排放廢氣的大戶,抓好了汽車的節(jié)能減排,就是抓住了重點(diǎn)。
汽車節(jié)能減排的重要性不言而喻,考慮到當(dāng)前我國的汽車節(jié)能技術(shù)發(fā)展的實(shí)際情況,除了要積極推進(jìn)以混合動(dòng)力、燃料電池、先進(jìn)柴油、醇類汽車等為代表的新能源汽車技術(shù)的發(fā)展外,另一個(gè)推進(jìn)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(xiàn)階段汽車行業(yè)技術(shù)現(xiàn)狀,并適合大量在用汽車的高性能節(jié)能產(chǎn)品。
1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
1.2.1國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀
我國正式對(duì)節(jié)能汽車的研制始于1981年，當(dāng)時(shí)全球?qū)﹄妱?dòng)汽車的宣傳和需求并不強(qiáng)烈，對(duì)電動(dòng)汽車的研究也相當(dāng)零散，投入很少。近年來，我國電動(dòng)汽車的研究、開發(fā)進(jìn)入了有組織。有領(lǐng)導(dǎo)的全面發(fā)展階段，國家在電動(dòng)汽車研制開發(fā)方面也采取了積極有效的宏觀引導(dǎo)措施。
我國高度重視節(jié)能汽車技術(shù)的發(fā)展?！笆濉逼陂g，啟動(dòng)了“863”計(jì)劃電動(dòng)汽車重大科技專項(xiàng)，確立了“三縱三橫”（三縱：混合動(dòng)力汽車、純電動(dòng)汽車、燃料電池汽車；三橫：電池、電動(dòng)機(jī)、電控）的研究布局，取得了一大批電動(dòng)汽車技術(shù)創(chuàng)新成果?！笆晃濉币詠恚袊岢觥肮?jié)能和新能源汽車”戰(zhàn)略，政府高度關(guān)注新能源汽車的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。
2006-2007年，中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)取得了重大的發(fā)展，中國自助研制的純電動(dòng)、混合動(dòng)力和燃料電池三類新能源汽車整車產(chǎn)品相繼問世。2008年7月11日，科技部和北京市舉行了奧運(yùn)新能源汽車示范運(yùn)行交車儀式。交車儀式上，各類車型共計(jì)595輛交付使用，為官員、運(yùn)動(dòng)員、教練員、媒體記者以及社會(huì)觀眾等提供服務(wù)。2010年上海世博會(huì)期間，也有超過1000輛新能源汽車在世博場(chǎng)館和周邊運(yùn)行。
合肥工業(yè)大學(xué)張海寧首先基于整車基本參數(shù)，分析了動(dòng)力性要求，確定電機(jī)的選型。然后傳統(tǒng)純電動(dòng)汽車傳動(dòng)系統(tǒng)的布置形式，用兩檔變速器代替了固定速比減速器，設(shè)計(jì)了一種新的傳動(dòng)布置方案，在最后根據(jù)整車的動(dòng)力性指標(biāo)對(duì)傳動(dòng)系速比上限和下限進(jìn)行了分析計(jì)算。
大連交通大學(xué)李律鳴在FMPMG的理論分析基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種永磁廠條只是永磁齒輪代替?zhèn)鹘y(tǒng)變速箱的新型傳動(dòng)系統(tǒng)，運(yùn)用汽車相關(guān)知識(shí)進(jìn)行了傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，參考國內(nèi)外最新純電動(dòng)汽車參數(shù)配置，提出了模型參數(shù)設(shè)計(jì)過程，利用Ansoft有限元仿真軟件建立模型，并進(jìn)行靜態(tài)和動(dòng)態(tài)仿真。利用Ansoft逐一分析了FMPMG各結(jié)構(gòu)參數(shù)和轉(zhuǎn)矩的關(guān)系，針對(duì)所設(shè)計(jì)方案進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化。
姬芬竹等人考慮到電動(dòng)機(jī)低速恒扭矩和高速恒功率的特性，分析了電動(dòng)汽車的傳動(dòng)比與檔位確定原則，同時(shí)提出了采用固定速比的電動(dòng)汽車傳動(dòng)方案，通過重新設(shè)計(jì)并優(yōu)化分配固定速比和主減速器速比，從而獲得更好的電動(dòng)汽車動(dòng)力性能。王峰等人提出了雙電機(jī)行星齒輪系電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)裝置，省去了離合器，增加了車輛變速范圍，減輕了汽車質(zhì)量和提高汽車動(dòng)力性。對(duì)其電機(jī)和傳動(dòng)裝置的參數(shù)進(jìn)行合理選擇和匹配計(jì)算，在Matlab/Simulink環(huán)境下進(jìn)行了整車動(dòng)力性能的仿真，對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。
重慶大學(xué)陳宗波提出了雙驅(qū)電動(dòng)汽車，對(duì)雙驅(qū)電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)匹配與仿真研究。根據(jù)幾種工作模式以及一些參數(shù)確定原則，最終確定兩個(gè)電機(jī)的參數(shù)。通過對(duì)傳動(dòng)系速比進(jìn)行優(yōu)化，使電動(dòng)汽車常態(tài)工況運(yùn)行的速度區(qū)域落在電動(dòng)汽車的高效區(qū)所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，同時(shí)證明了經(jīng)過改變速比，可以使電動(dòng)機(jī)的工作點(diǎn)移向電動(dòng)機(jī)經(jīng)常工作的最佳效率區(qū)域內(nèi)，合理的傳動(dòng)系速比可以改善整車的經(jīng)濟(jì)性。長(zhǎng)安大學(xué)張珍提出了主電機(jī)輔以輪轂電動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式。論文中分三種運(yùn)行工況對(duì)該傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了分析，第一種是正常工況，只有主電機(jī)工作；第二種工況是大負(fù)荷超負(fù)荷工況，主電機(jī)跟輔助電機(jī)同時(shí)工作，保護(hù)主電機(jī)，提高傳動(dòng)系統(tǒng)的效率；第三種工況是制動(dòng)和下坡工況，主電機(jī)和輔助電機(jī)作為發(fā)電機(jī)同時(shí)工作，進(jìn)行能量回收。這種主電機(jī)和輪邊電機(jī)的有機(jī)結(jié)合，充分提高驅(qū)動(dòng)效率的同時(shí)極大地提高了能量回收率。
1.2.2 國外研究現(xiàn)狀
2008年以來，以美國、歐盟、日本為代表的國家和地區(qū)相繼發(fā)布實(shí)施了新的電動(dòng)汽車發(fā)展戰(zhàn)略，更加明確了產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向，進(jìn)一步加大了研發(fā)投入與政府扶持力度。日本，以產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力為第一目標(biāo)，全面發(fā)展混合動(dòng)力、純電動(dòng)、燃料電池三種電動(dòng)汽車，研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化均走在世界前列。美國，以能源安全為主要目標(biāo)，強(qiáng)調(diào)插電式電動(dòng)汽車發(fā)展。歐盟，以二氧化碳排放法規(guī)為主要驅(qū)動(dòng)力，重視發(fā)展純電動(dòng)汽車。
世界上第一輛電動(dòng)汽車是在1834年的美國誕生。美國在新能源汽車技術(shù)研發(fā)和政策上一直走在世界前列。2012年汽車產(chǎn)業(yè)報(bào)告，美國新能源汽車銷售總量居世界首位。美國電動(dòng)汽車聯(lián)盟提出的電動(dòng)汽車發(fā)展目標(biāo)和行動(dòng)計(jì)劃，目標(biāo)希望到2018年全美初步形成良好的電動(dòng)汽車生態(tài)網(wǎng)絡(luò)。
2012年日本新能源汽車銷量位居世界第二。日本新能源汽車產(chǎn)業(yè)化成果在全球范圍內(nèi)是最好的。以豐田普銳斯為代表的日本混合動(dòng)力汽車，在世界低污染汽車開發(fā)銷售領(lǐng)域已經(jīng)占據(jù)了領(lǐng)頭地位。豐田和本田汽車公司已成為當(dāng)今世界燃料電池汽車市場(chǎng)上的重要企業(yè)。為推廣新能源汽車以及環(huán)保汽車，日本從2009年4月1日起實(shí)施“綠色稅制”，他的適用對(duì)象包括純電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車、清潔柴油汽車、天然氣汽車以及獲得認(rèn)定的低排放且燃油消耗量低的車輛。
法國是石油資源缺少的國家，汽油昂貴，油價(jià)約為美國的四倍，每年從國外進(jìn)口大量的石油。在政府積極發(fā)展新能源汽車政策的帶動(dòng)下，各個(gè)汽車廠商也紛紛加大投資力度，雷諾-日產(chǎn)聯(lián)盟、標(biāo)致-雪鐵龍和日本三菱汽車公司合作，相繼推出了多款環(huán)保電動(dòng)汽車。
德國在新能源汽車方面也做出了重要貢獻(xiàn)。寶馬也是氫動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)車型研究的先行者。在2009年德國政府批準(zhǔn)的500億歐元的經(jīng)濟(jì)刺激計(jì)劃中，很大一部分資金用于電動(dòng)汽車研發(fā)、“電動(dòng)汽車充電站”網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和可再生能源的開發(fā)。
21世紀(jì)以來，國外各大汽車廠商紛紛制訂了新的新能源汽車發(fā)展規(guī)劃。在這個(gè)“新能源環(huán)保競(jìng)技場(chǎng)”上，包括通用、奔馳、大眾、寶馬、日產(chǎn)、本田、豐田、克萊斯勒、福特等先行者，更是爭(zhēng)先恐后的扮演了新能源汽車開發(fā)的主角。
本田公司推出了百分之百純電力驅(qū)動(dòng)汽車，包括在1997年推出的EV+電動(dòng)汽車和2009年推出的FCX Clarity燃料電池汽車。奔著減少二氧化碳排放和提高代替能源使用效率的目標(biāo)，本田公司利用在電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和能源管理技術(shù)方面的專業(yè)知識(shí)，設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)的小型電動(dòng)汽車的電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有卓越的能源轉(zhuǎn)換效率和極佳的動(dòng)態(tài)性能。
2013年，本田公司為電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)了一套新的動(dòng)力系統(tǒng)。為了獲得比原有的電動(dòng)汽車更好的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，這個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)兼具有高功率和低損耗的特點(diǎn)，具備世界上最先進(jìn)的能源轉(zhuǎn)化效率和比同類電動(dòng)汽車更卓越的動(dòng)態(tài)性能。為了實(shí)現(xiàn)高的能源轉(zhuǎn)換效率，這種動(dòng)力系統(tǒng)還配備了新開發(fā)的電動(dòng)伺服制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)同控制；為了實(shí)現(xiàn)高動(dòng)態(tài)性能，電動(dòng)馬達(dá)裝配了新形狀的轉(zhuǎn)子，動(dòng)力控制單元也裝配了具有高導(dǎo)熱散熱性能的部件。因?yàn)榕鋫淞巳夭⑿心K組和一個(gè)制冷系統(tǒng)，電池系統(tǒng)雖結(jié)構(gòu)緊湊，但支持大功率輸出。這個(gè)創(chuàng)新的動(dòng)力系統(tǒng)帶來了優(yōu)良的結(jié)果，汽車一次行駛里程數(shù)可以達(dá)到82英里，能源轉(zhuǎn)化力達(dá)到世界先進(jìn)水平29千瓦時(shí)/100英里，同時(shí)，它的加速性能相當(dāng)于2.0排量的汽車的性能。
由Ford和GE公司聯(lián)合開發(fā)的ETX轎車，把兩檔變速器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和差速器設(shè)計(jì)成一個(gè)整體。德國的達(dá)姆施塔特技術(shù)大學(xué)把高速感應(yīng)電機(jī)和兩檔變速器組成的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，證明了該系統(tǒng)可以極大改善純電動(dòng)汽車的性能。
英國桑德蘭大學(xué)通過仿真模擬對(duì)比了安裝兩檔變速器和固定速比減速器的純電動(dòng)汽車，表明安裝了兩檔變速器的純電動(dòng)汽車不僅可以減少能量消耗，還可以減少整個(gè)驅(qū)動(dòng)鏈的尺寸和重量。美國印第安納波利斯大學(xué)針對(duì)一款5檔手動(dòng)變速器的純電動(dòng)公交車，研究了在換檔過程中的電機(jī)控制問題，該方案適合直接耦合集成動(dòng)力系統(tǒng)的電動(dòng)汽車。
韓國漢陽大學(xué)的Wootaik Lee等人研究表明：合理地選擇電動(dòng)汽車的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的零部件及其有關(guān)參數(shù)，使其達(dá)到最優(yōu)匹配，將對(duì)整車性能產(chǎn)生較大影響。
法國西布列塔尼大學(xué)A.haddoun等人通過建模與仿真分析，比較了三種不同控制策略在計(jì)算整車動(dòng)力性的條件下對(duì)純電動(dòng)汽車能耗經(jīng)濟(jì)性的影響，結(jié)果表明，基于空間矢量建模的直接轉(zhuǎn)矩控制策略具有最好的控制效果。日本橫濱大學(xué)的Kawamura主要針對(duì)動(dòng)力電機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性進(jìn)行了研究，著重論述了電動(dòng)汽車用動(dòng)力電機(jī)的啟動(dòng)特性和過載特性。英國謝菲爾德大學(xué)M.J.West對(duì)比分析了多能源控制總成的設(shè)計(jì)方法，并對(duì)混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)進(jìn)行深入分析，提出了混合動(dòng)力汽車的能量管理方法。
德國瓦爾塔汽車工業(yè)公司的Eberhard Meissner等對(duì)未來電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)的能量管理和電池監(jiān)測(cè)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了預(yù)測(cè)，將能量管理定義為能量回饋、能量流動(dòng)、能量存儲(chǔ)和能量消耗的綜合控制，同時(shí)給出了能量管理、電池管理和電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)之間的層次關(guān)系，將電池管理和電池監(jiān)測(cè)歸結(jié)于能量管理的范疇，延長(zhǎng)了電池的使用壽命。
美國田納西大學(xué)Chiasson.J分析了電動(dòng)汽車用各類型動(dòng)力電池的充放電特性，提出了一種新的SOC估算方法，并建立SOC計(jì)算模型。通用汽車公司設(shè)計(jì)的EVI電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)除了對(duì)單體電池電壓、充放電電流進(jìn)行檢測(cè)，還具有六路溫度檢測(cè)、高壓保險(xiǎn)絲熔斷保護(hù)、高壓回流式繼電器、電量顯示和低壓報(bào)警等功能。美國伊利諾伊大學(xué)的Sanghun Choi等提出了基于RCC的能量回收最大化的再生制動(dòng)控制方法，采用該方法回收的制動(dòng)能量比傳統(tǒng)再生制動(dòng)控制方法提高了20%。德克薩斯A&M大學(xué)的Yimin Gao等提出三種制動(dòng)力分配控制策略，即：并聯(lián)再生制動(dòng)控制策略、理想再生制動(dòng)控制策略和最大能量回收控制策略，并對(duì)所提出的再生制動(dòng)控制策略進(jìn)行了仿真分析。
1.3 本文研究的主要內(nèi)容及研究思路
論文主要是對(duì)本田125發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)能小車的傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，要求提升燃油經(jīng)濟(jì)性，主要內(nèi)容是：分析現(xiàn)有的節(jié)能車輛，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，借鑒現(xiàn)有的參數(shù)，并計(jì)算得出所需數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)零部件及總成，完成整套系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
第2章本田節(jié)能車總體設(shè)計(jì)方案確定
2.1總體布置形式的確定
在本田節(jié)能車總體布置形式的確定中應(yīng)該充分考慮到本田節(jié)能車制作的簡(jiǎn)易性、行駛穩(wěn)定性和行駛阻力的大小。根據(jù)節(jié)能競(jìng)技大賽的比賽規(guī)則,參賽車輛的車輪必須為3輪以上(包括3輪),并且要求其結(jié)構(gòu)必須滿足無論在競(jìng)技車輛停止時(shí)還是行駛時(shí)都能自行站立的條件,這樣便有以下幾種總體布置方案以供選擇。
2.1.1前一輪后兩輪
這種布置形式類似于在日常生活中見到的三輪車,在設(shè)計(jì)制作過程中,可以利用現(xiàn)成的自行車部件加以改裝來實(shí)現(xiàn),從而減低了制作難度,節(jié)省了制作時(shí)間,而且駕駛構(gòu)造也比較簡(jiǎn)單。但是這種方案的行駛穩(wěn)定性較差,尤其是轉(zhuǎn)向行駛穩(wěn)定性不好,在車速較快時(shí)轉(zhuǎn)向容易翻車,這將大大降低本田節(jié)能車的行駛安全性。考慮到節(jié)能競(jìng)技大賽必須由一名車手駕駛進(jìn)行比賽,而且由于比賽規(guī)則中對(duì)行駛速度有一定明確要求(平均時(shí)速不得低于25km/h),因此放棄該方案。前一輪后兩輪的具體布置形式如圖2.1所示。
圖2.1前一輪后兩輪的布置形式
2.1.2前兩輪后兩輪
此種布置形式與生活中常見的四輪轎車相似,其優(yōu)點(diǎn)為有較好的行駛穩(wěn)定性,但是在以節(jié)能為主要目的的競(jìng)技大賽中,這種布置方案的缺點(diǎn)卻很多。首先,由于其四輪著地,相比三輪車來說接地面積大,這無疑就提高了車輛在行駛過程中的行駛阻力，前兩輪后兩輪具體布置形式如圖2.2所示。
圖2.2前兩輪后兩輪的布置形式
2.1.3前兩輪后一輪
這種布置行駛在以往的節(jié)能競(jìng)技大賽中應(yīng)用最為廣泛，其優(yōu)點(diǎn)為在保證較小的行駛阻力的前提條件下，能夠很好的保證行駛的穩(wěn)定性，從而提高了本田節(jié)能車的安全性。
圖2.3前兩輪后一輪的布置形式
綜合上述幾種結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，在節(jié)能為主的前提條件下，又要同時(shí)保證良好的操穩(wěn)性和行駛安全性，因此，確定本田節(jié)能車的車輪布置形式為前兩輪后一輪的布置形式。
2.2 驅(qū)動(dòng)方案
節(jié)能大賽使用的是五羊本田提供的125ml 單缸四沖程汽油機(jī)。該機(jī)最大功率6.6kw，最低燃油消耗率367g/千瓦時(shí)。壓縮比9.0：1，采用電啟動(dòng)、化油器供油、兩氣門、鏈條正時(shí)，潤(rùn)滑方式為曲軸飛濺式。傳動(dòng)方式主要有以下幾種：
2.2.1軸傳動(dòng)如圖
軸傳動(dòng)是利用發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸直接連接后輪軸，該方式傳動(dòng)效率高，但使整車的重心偏離了車體中心線，降低了穩(wěn)定性。圖2.4軸傳動(dòng)
2.2.2 鏈傳動(dòng)
節(jié)能小車發(fā)動(dòng)機(jī)不要求輸出那么大的扭矩，且為了減少發(fā)動(dòng)機(jī)的重量對(duì)其進(jìn)行了切除，改變了原有的機(jī)械式離合器，故啟動(dòng)時(shí)鏈傳動(dòng)沖擊力比較大，對(duì)后軸傳動(dòng)部件有很大的沖擊力。防止脫鏈要保重很高的嚙合度。增加了加工難度。
圖2.5鏈條傳動(dòng)
2.2.3 同步帶傳動(dòng)
相比而言，同步帶可以緩和沖擊，吸收震動(dòng)，且傳動(dòng)效率也比較高。
圖2.6同步帶傳動(dòng)
綜合以上傳動(dòng)方式:同步帶傳動(dòng)具有帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)。同步帶傳動(dòng)由于帶與帶輪是靠齒帶嚙合傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，故帶與帶輪之間無相對(duì)滑動(dòng)，能保證準(zhǔn)確的傳動(dòng)比。同步帶通常以鋼絲繩或玻璃纖維繩為抗拉體，氯丁橡膠或聚氨酯為基體，這種帶薄而且輕，故可用于較高速度。傳動(dòng)時(shí)的線速度可達(dá)50m/s，傳動(dòng)比可達(dá)10，效率可達(dá)98%。傳動(dòng)噪聲比帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)小，耐磨性好，不需油潤(rùn)滑，壽命比摩擦帶長(zhǎng)。因此我們選擇齒帶傳動(dòng).
第3章 本田節(jié)能車油耗分析研究
節(jié)能車除了要自主的設(shè)計(jì)及制作本田節(jié)能車以外，還需要考慮各種因素--油耗的影響。從本質(zhì)看、要用實(shí)際結(jié)果證明一切，還需要用理論分析來考量節(jié)能賽車的各個(gè)影響因素。從而有針對(duì)性地進(jìn)行研究分析，得到更為合理的布局及整車的配置。
3.1 傳動(dòng)效率為常數(shù)時(shí)的本田節(jié)能車油耗分析
車輛運(yùn)行的能量來源是由消耗石油做功求得的，它是行駛阻力與駛過位移的乘積，并需要考慮到總的機(jī)械效率。下面將要計(jì)算帶有內(nèi)燃機(jī)的汽車燃油消耗。
3.1
為了突出本質(zhì)，我們做簡(jiǎn)化分析研究，假定在整個(gè)特性場(chǎng)內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)和特性轉(zhuǎn)換裝置的效率是常數(shù)。先考慮勻速行駛的情況，再考慮變速行駛的情況。 驅(qū)動(dòng)輪上的功WR是由功率PR 在時(shí)間間隔T 內(nèi)的積分求得
3.2
由于單軸驅(qū)動(dòng)時(shí)候，如果假定 r / R ? 1，即忽略了驅(qū)動(dòng)滑的情況，靜止空氣中的速度v，牽引力z ，則有
3.3
如果低熱值的單位取為 J /l ，內(nèi)燃機(jī)平均效率為發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪到車輪的平均效率（即整個(gè)特性轉(zhuǎn)換裝置的效率）為；則功WR（單位為 J ）和燃料消耗量 B （單位為l）之間的關(guān)系式為
3.4
驅(qū)動(dòng)的基本方程
其中FR滾動(dòng)阻力，空氣阻力F L，F(xiàn)St上坡阻力，F(xiàn)B加速阻力把式（3.1）到（3.3）聯(lián)立，并把燃料消耗量B 被駛過的路程L除，則可求得燃料消耗（常用單位為 l /100km）為
3.6
3.5
先考慮勻速行駛，有 v == L /T==常數(shù)， v=0，F(xiàn)B=0加速阻力 ?？傻玫揭粋€(gè)簡(jiǎn)單關(guān)系式子
這就表明，只要發(fā)動(dòng)機(jī)和特性轉(zhuǎn)換裝置的效率高，而同時(shí)滾動(dòng)阻力，空氣阻力和上坡阻力小，那么然后消耗是很低的，阻力低就意味著車重G ，輪胎滾動(dòng)阻力系數(shù)，空氣阻力系數(shù)以及橫截面積 A 都應(yīng)該小。只是最重要的一些要求。
3.7
在非勻速行駛時(shí)，由式 3.5，考慮到加速和減速，平路行駛的關(guān)系式為
3.8
把積分式展開：
3.9
第一個(gè)積分等于平均行駛速乘以時(shí)間T 。第二個(gè)積分，如果有v(t=0)=v(t=T)，而且減速時(shí)能量能完全回儲(chǔ)，那么應(yīng)該為零。第三個(gè)積分可以改寫，取
3.10
假定對(duì)成對(duì)稱分布，則有，，而有
式中為標(biāo)準(zhǔn)差，為方差，把它帶入速度表達(dá)式。這樣由式（3.7）可得到
3.11
可見，盡管在制動(dòng)時(shí)能量回儲(chǔ)，但由于空氣阻力和速度的關(guān)系是非線性的，但是速度的變化越大，燃料消耗增加就會(huì)越多。
按照節(jié)能的宗旨,設(shè)計(jì)上都是比較輕便的結(jié)構(gòu)，加入回儲(chǔ)備設(shè)備勢(shì)必增加整車重量并且使小車結(jié)構(gòu)變得更為復(fù)雜。為了簡(jiǎn)化分析，這里不考慮能量回儲(chǔ)備對(duì)油耗的影響（即假定減速是能量完全回儲(chǔ)）。
3.2 影響燃油經(jīng)濟(jì)性的因素
從上面的分析結(jié)果可以看出來，主要有三組因素影響汽車燃油消耗：發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)和外部阻力因素。其中，發(fā)動(dòng)機(jī)是最大的影響要素，但賽車所用發(fā)動(dòng)機(jī)由賽事主辦方給定，因而本文主要討論的是影響油耗的外部因素。
（1）發(fā)動(dòng)機(jī)
發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性的影響因素主要有壓縮比、燃油供給、功率利用率等。發(fā)動(dòng)機(jī)中的熱損失與機(jī)械損耗占燃油化學(xué)能中的 65%左右，顯然，發(fā)動(dòng)機(jī)是對(duì)汽車燃油經(jīng)濟(jì)性最有影響的部。
（2）傳動(dòng)系
汽車傳動(dòng)系對(duì)燃油消耗的影響，取決于傳動(dòng)效率、變速器檔數(shù)與傳動(dòng)比。
傳動(dòng)效率越高，則損失于傳動(dòng)系的能量愈少，因而燃油經(jīng)濟(jì)性也愈好，變速器的檔位與傳動(dòng)比對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性也有影響。隨著變速器檔位的增加，增加了選用合適檔位使發(fā)動(dòng)機(jī)處于經(jīng)濟(jì)工作狀況的機(jī)會(huì)，從而保證汽車的經(jīng)濟(jì)性愈好。
外部阻力因素
(1）整車質(zhì)量
汽車總質(zhì)量為整備質(zhì)量與裝載質(zhì)量之和，整備質(zhì)量為汽車經(jīng)整備后再完備狀態(tài)下的自身質(zhì)量，即指汽車在加滿燃料、潤(rùn)滑油、工作油液（如制動(dòng)液等）及發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液并裝備（隨車工具及備胎等）齊全后但未載人、載貨時(shí)的總質(zhì)量。裝載質(zhì)量為最大貨運(yùn)質(zhì)量與最大客運(yùn)質(zhì)量之和。汽車總質(zhì)量影響到汽車的滾動(dòng)阻力、坡度阻力、慣性阻力和加速阻力，因此對(duì)汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性影響最大。因此，在汽車上廣泛采用輕質(zhì)材料，減輕汽車自重，是提高汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的一個(gè)重要方向。
(2）氣阻力
汽車的外觀主要有在高速行駛時(shí)的影響力上的燃油經(jīng)濟(jì)性，空氣阻力，因此，流線型的車身，降低了空氣阻力系數(shù)，可以提高燃油經(jīng)濟(jì)性。
為克服空氣阻力而消耗的發(fā)動(dòng)機(jī)功率與汽車行駛速度的立方成正比，汽車速度不高時(shí)，空氣阻力對(duì)汽車的燃油消耗影響不大，因此在城區(qū)，由于行駛車速低，對(duì)油耗影響較小。但是，當(dāng)超過 50 公里每小時(shí)的速度，空氣阻力對(duì)車輛的燃料經(jīng)濟(jì)性的影響逐漸減少，那么減少空氣阻力主要是通過汽車的空氣阻力系數(shù)來實(shí)現(xiàn)，汽車制造廠通過正常的風(fēng)洞試驗(yàn)研究使汽車外形接近最優(yōu)化。
(3）動(dòng)阻力
國外的實(shí)驗(yàn)研究表明：當(dāng)滾動(dòng)阻力減小 1N 時(shí)，燃油消耗量減少 0.01L/100km，或估算為 f 每減少 10 時(shí)，可節(jié)省燃油達(dá) 0.6%～1.2%。 參照上述的分析資料。節(jié)油性關(guān)鍵點(diǎn)就集中在了三個(gè)外部阻力因素上。在本田節(jié)能車的設(shè)計(jì)中，如果不考慮發(fā)動(dòng)機(jī)及車手的重量的話，影響質(zhì)量最主要的因素便是車架了；對(duì)于滾動(dòng)阻力，在車速不高的情況下，影響其最大的因素是其整車質(zhì)量。那么將三個(gè)外部因素集中起來考慮的話，本田節(jié)能車的節(jié)油特性研究的重點(diǎn)主要就放在了車架輕量化及降低空氣阻力這兩個(gè)方面的。
第4章 本田節(jié)能車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的研究
4.1 離合器工作狀態(tài)的確定
圖 4.2 離合器實(shí)物
a.加速結(jié)合 b.滑行分離
圖 4.1 離合器三維模型
a.加速結(jié)合 b.滑行分離
本田節(jié)能車在行駛過程中是以加速滑行然后再加速的行駛方法進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的。因此，要保證在滑行過程中盡可能降低機(jī)械運(yùn)動(dòng)的能量損耗，采取離合器的動(dòng)力結(jié)合方案。同時(shí)考慮到車輛在比賽過程中滑行的時(shí)間較加速時(shí)間更長(zhǎng)，因此采用離合器常分離的方案，即加速過程通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)使離合器結(jié)合，滑行時(shí)則處于自分離狀態(tài)。離合器結(jié)構(gòu)形式如圖 4.1 和圖 4.2 所示。
4.2 牙嵌離合器的控制與操縱
在起步時(shí)，點(diǎn)火加速，離合器嚙合，動(dòng)力通過鏈傳動(dòng)，從發(fā)動(dòng)機(jī)傳遞到鏈輪，在通過離合器傳遞到主動(dòng)軸，提速，當(dāng)達(dá)到45km/h，熄火，離合脫離，開始滑行，在速度低于20km/h,再通過撥叉是離合器嚙合，點(diǎn)火加速，速度達(dá)到45km/h在熄火滑行，如此循環(huán)往復(fù)，完成比賽。
下圖4.3為離合器組裝示意圖。
圖4.3牙嵌式離合器
目前主流的離合器的操縱方法：
（1） 手動(dòng)機(jī)械控制
通過拉鎖來控制離合器嚙合分開，完全不需要另外付出電能，節(jié)約能源，而且對(duì)于突發(fā)狀況可以人為及時(shí)控制，提高了可操控性，但是需要駕駛員一直用力握著，增加了操作的復(fù)雜性，而且與速度的配合不能達(dá)到精確。
（2） 電子控制
該控制系統(tǒng)主要由單片機(jī)，速度傳感器，撥叉，電磁鐵，彈簧，開關(guān)組成。車輪上安裝速度傳感器，由單片機(jī)下達(dá)指令，當(dāng)達(dá)到預(yù)設(shè)速度時(shí)，單片機(jī)讓電磁鐵接通電源，產(chǎn)生吸引力，讓撥叉將離合器分開，熄火滑行，當(dāng)達(dá)到預(yù)設(shè)最低速度時(shí)，電磁鐵斷電，彈簧使離合器嚙合，點(diǎn)火加速，并且設(shè)有總開關(guān)，用以人為控制。如圖4.4所示。
圖4.4 離合器控制系統(tǒng)
兩方案相比，第二種可更加科學(xué)化控制離合器，但是對(duì)于突發(fā)狀況，例如急彎，就不能應(yīng)對(duì)自如，而且增加了成本和設(shè)計(jì)難度。
所以可以在方案二的基礎(chǔ)上，加設(shè)方案一的操控裝置，當(dāng)啟用方案一的裝置時(shí)，斷開方案二的供電，這樣既能精確控制，也能應(yīng)對(duì)突發(fā)狀況。
4.3 帶傳動(dòng)傳動(dòng)比的確定
本田節(jié)能車發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)方式的特點(diǎn)，不能根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的最佳功率進(jìn)行帶傳動(dòng)比的計(jì)算，根據(jù)載荷經(jīng)驗(yàn)確定傳動(dòng)比i在6~8之間，初步計(jì)算取i=7.2后經(jīng)實(shí)車測(cè)試將傳動(dòng)比改小為i=6.3，具體對(duì)比如表4.5所示。
表4.5 傳動(dòng)比對(duì)照表
傳動(dòng)比對(duì)照
7.2
6.3
1
220.9
231.4
2
227.2
246
3
226.9
259.8
4
217.8
248.6
5
213.3
234.6
6
197.5
261
7
202.5
273.5
8
207.6
281.9
9
230.1
285.4
10
200.5
283.2
平均值
214.43
260.54
4.4 確定同步帶傳動(dòng)各零件
五羊本田125CC 摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在3000轉(zhuǎn)，速度應(yīng)該是60km/h由圖4.5我們選擇HTD-14M型同步帶,節(jié)距
圖4.5 HTD型（圓弧形齒）同步帶、輪選型圖
查表4.6知道小帶輪最小齒數(shù)為20,現(xiàn)在選取小帶輪齒數(shù)為66。
1小帶輪節(jié)圓直徑確定
=
表4.6 小帶輪最小齒數(shù)表
2大帶輪相關(guān)數(shù)據(jù)確定
由于系統(tǒng)傳動(dòng)比為，所以大帶輪相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)與小帶輪完全相同。齒數(shù)，節(jié)距
3帶速v的確定
n=v/r=0.33r/min
4初定周間間距
根據(jù)公式
得
現(xiàn)在選取軸間間距為600mm。
同步帶帶長(zhǎng)及其齒數(shù)確定
=()
=
=1733.39mm
5在這里，我們選用梯形帶。帶的尺寸如表4.7。
表4.7 同步帶尺寸
型號(hào)
節(jié)距
齒形角
齒根厚
齒高
齒根圓角半徑
齒頂圓半徑
H
12.7
40。
6.12
4.3
1.02
1.02
致 謝
通過這一階段的努力，我的畢業(yè)論文終于完成了，這意味著大學(xué)生活即將結(jié)束。在大學(xué)階段，我在學(xué)習(xí)上和思想上都受益非淺，這除了自身的努力外，與各位老師、同學(xué)和朋友的關(guān)心、支持和鼓勵(lì)是分不開的。在本論文的寫作過程中，我的導(dǎo)師何濤老師傾注了大量的心血，從選題到開題報(bào)告，從寫作提綱，到一遍又一遍地指出每稿中的具體問題，嚴(yán)格把關(guān)。在論文工作中，我也遇到了許多困難，一直得到何濤老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)，使我順利完成論文，何濤老師以其淵博的學(xué)識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、求實(shí)的工作作風(fēng)和他敏捷的思維給我留下了深刻的印象，我將終生難忘，再一次向他表示衷心的感謝，感謝他為學(xué)生營(yíng)造的濃郁學(xué)術(shù)氛圍，以及學(xué)習(xí)、生活上的無私幫助!值此論文完成之際，謹(jǐn)向何濤老師致以最崇高的謝意!
同時(shí)我還要感謝在我學(xué)習(xí)期間給我極大關(guān)心和支持的各位老師以及關(guān)心我的同學(xué)和朋友。寫作畢業(yè)論文是一次再系統(tǒng)學(xué)習(xí)的過程，畢業(yè)論文的完成，同樣也意味著新的學(xué)習(xí)生活的開始。我將銘記我曾是一名機(jī)電學(xué)子，在今后的工作中把機(jī)電的優(yōu)良傳統(tǒng)發(fā)揚(yáng)光大。
參考文獻(xiàn)
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