本科毕业设计论文-fsc赛车气动换挡系统开发

全套设计（图纸）加扣扣194535455PAGEPAGEI摘要本文以2014年FSC赛车为实际载体，满足中国大学生方程式赛车大赛规则为要求，以及对赛车快速换挡和提高比赛成绩的需要，提出了FSC赛车气动换挡系统的开发方案。HUAT-4号赛车的气动换挡，利用CATIA软件对赛车气动换挡执行机构及手动离合机构的三维虚拟设计及装配，再根据建好的是三维模型对执行机构及离合机构在赛车模型上进行空寂布置，选择最佳的设计来提高赛车的空间布置合理性和轻量化。利用MATLAB/Simulink模块对气动换挡操作系统进行简易的虚拟仿真，验证该系统的稳定性。这项研究对于今后的车队队员更深一步的设计非常有指导性的意义。关键词：FSC赛车；三维虚拟设计；气动换挡；虚拟仿真

AbstractThisarticleisbasedonthe2014FSCracingtotheactualcarrier，accordingtotherulesofChinaautomobileformulacompetitionrequirements,aswellastheneedsoftherapidshiftinordertoimprovetheperformanceforthecar,ithaveputtedforwarddevelopmentplanoftheFSCracingpneumaticshiftingsystem.Onthebasisofthe2014car,usingCATIAsoftwarewhichitis3Dvirtualdesignfortheracing’spneumaticshiftingandmanualclutch,undertheconditionofmeettherulestochoosethebestdesigntoimprovethecar'sspacelayout.Atthesametime,wecarriedonthedesignoftheactuator,meetingthestrengthrequirementandasfaraspossiblebelightweight.UsingtheMATLAB/Simulinkmodulewhichcarriedoutthesimplevirtualsimulationofthepneumaticshiftsystem,andithasverifiedthestabilityofthesystem.Thestudyisalsoveryinstructivesignificancefortheracingteam’sdesigninthefuture.Keywords:FSCRacing;3DVirtualDesign;PneumaticShiftingSystem;VirtualSimulation

目录TOC\o"1-3"\h\u20409摘要 I26774Abstract II199701概述 1143051.1赛事背景 1279831.2国内外现状及发展趋势 3285641.2.1国外发展现状及发展趋势 3199781.2.2国内发展现状及发展趋势 4235601.3课题的目的和意义 5272241.4课题的主要工作内容 6146542电控气动换挡概述 8140752.1换挡系统的基本组成 8139872.1.1气动换挡系统的组成部分 9257262.1.2气动换挡系统的工作原理 10200052.1.3执行机构的设计准则 1126812.2换挡系统主要元器件的选型 12125012.2.1高压气瓶选型 1356732.2.2换挡气缸选型 15239732.2.3换挡电磁阀选型 17242532.2.4电控装置的选型 18232982.3本章小结 1953733气动换挡系统机构的建模与装配 2147003.1CATIA软件介绍 21126013.2气动换挡系统零件建模 2212483.3气动换挡系统装配 27229483.4本章小结 2927854气动换挡机构的空间布置设计 30195834.1发动机的介绍 3071214.2换挡机构设计方案一 33299014.3换挡机构设计方案二 35191234.4离合机构的布置 36177594.5本章小结 38172645MATLAB/Simulik虚拟仿真 3954925.1MATLAB软件介绍 39141925.2气动换挡系统的仿真设计 39213275.3本章小结 41236576结论与展望 错误！未定义书签。175086.1结论 错误！未定义书签。302806.2不足及展望 错误！未定义书签。2065致谢 错误！未定义书签。28047参考文献 错误！未定义书签。1概述1.1赛事背景中国大学生方程式汽车大赛FormulaStudentChina（简称“中国FSC”）是一项由普通高等院校汽车工程或与汽车相关专业的在校本科大学生和研究生组队参加的汽车设计与制造比赛。此赛事被誉为“汽车工程师的摇篮”。各参赛车队按照赛事规则和赛车制造标准手册，在一年的时间内自行设计及制造出一辆在加速、制动、操控稳定性等方面具有优异表现的小型单座方程式赛车，能够成功完成三个静态和5个动态项目的全部或部分赛事环节的比赛。中国FSC是一项非盈利的社会公益性事业。项目的运营和发展结合优秀普通高等院校试验资源、整车和零部件制造商资源，获得了政府部门和社会各界的大力支持以及品牌企业的资助。社会各界对项目投入的人力支持和资金赞助全部用于赛事组织、赛事推广和为参赛学生设立赛事奖金，同时赛事有着许多汽车工程师为比赛当志愿者。中国FSC一直坚持着“中国创造擎动未来”的远大抱负，以中国汽车的工程教育和汽车产业化的基础，吸收及借鉴其他国家SAE（如：FSG德国赛、FSJ日本赛等）赛事的设计及制造经验，打造一个中国特色的未来汽车产业领导者和工程师培养及学术交流的活动，并将此活动发展成为一个与国际青年汽车工程师的交流平台。中国FSC赛事致力于为汽车专业人才的培养和选拔提供了一个很好的交流平台，通过赛车设计、营销报告、制造成本与分析、直线加速、8字绕环、高速避障、耐久性测试和燃油经济性8项静态和动态比赛的评比，提高学生们的设计、制造、成本控制、商业营销、协调与沟通等五方面的综合能力，全面提升汽车专业大学生的综合素质，为中国汽车产业的发展进行长期的人才储备，促进中国汽车工业从“制造大国”向“产业强国”的战略方针迈进。东风HUAT赛车队秉承大赛提高学生们的设计、制造、成本控制、商业营销、沟通与协调以及学习汽车专业知识等方面的综合能力，全面提升汽车专业学生的综合素质的宗旨，广泛吸纳全校各学院的优秀人才。通过这几年指导老师和队长及副队长们对车队的管理工作及取得了成效，得到了全校和院里所有老师及学生的认可、赞同。车队在上届学长们的精心总结与耐心指导下，进一步加强了管理，制定了详细的管理条例和工作制度，部门机构更加完善，分工明确，建立了严格的人才选拨制度和赛车设计开发流程。车队现有底盘部、车身部、项目管理部、试验部动力总成部和技术开发部六个部门（如图1.1）。车队骨干全部为我校的在校本专科学生，学生设计出来零部件或系统，经过多次与专业指导教师团队一起讨论、验证，直到到方案通过，再到后续的加工、装配，最后诞生了HUAT-4号赛车。在2012年的FSC大赛中，HUAT-2号赛车力压群雄，荣获了成本第一名、直线加速第二名、营销第六名、总分排名第一名的好成绩。2013年FSC大赛中，HUAT-3号车荣获了“8字绕环”第二名、直线加速第一名、总分第五名的好成绩。2014年FSJ大赛荣获了全日本第18名、CAE分析三等奖的好成绩，在FSC大赛中由于静态成绩优异，荣获一辆进口CBR500赛车摩托车、“直线加速”第三名、总分全国第四名的好成绩。大赛到如今已经举办了五届，而东风HUAT车队已经参加了四届，为了进一步提升赛车的整体性能，同时研发出赛事中的前言技术，东风HUAT车队针对于今年的比赛对每一部门分别进行了总结分析，相比今年湖南大学车队，他们的赛车利用计算机选择恰当的换挡时机而代替了驾驶员的经验换挡，在直线加速上有更快捷更方便的换挡系统，使得他们“直线加速”获得第一名。本文就是致力于对东风HUAT-4号赛车电控气动换挡系统的开发，希望打造一辆高技术、高含量的小型赛车。图1.1东风HUAT车队组织结构图1.2国内外现状及发展趋势在国外，大学生方程式赛车比赛已经举办了三十多年，从最初的机械零部件的拼装、顺利的完赛，到如今的智能化控制系统，国外大部分车队在这方面已经相当成熟。如德国“慕尼黑工业大学”车队对于电控换挡技术已经相当成熟，在2011年获得德国FSAE大赛冠军。而国内今年已经举办了第五届，但是有少数高校在满足基本的结构性能后，现在已经做了电动控制方面的研究，如2014年全国总冠军湖南大学车队设计研发出了气动换挡系统，在换挡速度上明显优越于机械换挡，相信随着赛事的发展，中国各大高校的赛车车队都会加大对电控方面的研究。1.2.1国外发展现状及发展趋势国外的赛事起源于1979年，第一届FSAE比赛在美国的波斯顿举行，在参赛的13只队伍中有11只队伍成功完赛。当时的比赛规则是设计及制作出一台5马力的木制赛车。SAE方程式（FormulaSAE）系列赛将挑战本科生和研究生团队构思、设计与制造小型具有越野性能的方程式赛车的能力。参赛车队一般花费8个月左右的时间设计、制造、装配和调试赛车。与来自全球的高等院校的赛车队进行竞技赛，该赛事给了赛车队展示自己团队创造和工程能力的平台。如今在德国、美国、日本等国家每年都有超过100支车队参加比赛，这项比赛已经成为全球汽车类院校普遍重视及参与的比赛，参赛车队队员在设计、制造赛车以及最终的动静态比赛中体验到了汽车从设计、制造到总装的诸多环节，车队学习职业赛车队的运营模式，这使得参赛的队员提前接触了汽车工业。一个国家FSAE的比赛水平往往能反映该国家汽车工业的发展水平，世界上很多著名的汽车及汽车零部件生产厂商都特别关注这项比赛，他们致力于培养全球汽车工业发展的新生力量，赞助或部分赞助参加比赛的学校和对参加比赛的车队学生给予必要的技术指导，通过这种方式建立双方良好的合作关系，以便从中筛选、吸纳杰出的汽车人才，同时受赞助及技术指导的车队如果在比赛中成绩优异，也会帮助汽车或汽车零部件厂商很好的宣传他们的产品。例如奔驰汽车公司赞助的斯图加特赛车队，在2014年德国赛获得电车第二名，保时捷赞助的KIT车队在中国比赛中，虽然发动机出现故障，但是高速避障的成绩是相当不错的，德国赛也获得了全国第二名。赞助商和车队互相合作，实现了双赢，都取得了不错的成绩。国外经过这么多年的比赛，对于从机械换挡系统到电控换挡系统技术的研究已经相当成熟，通过东风HUAT车队连续两年参加国外赛获得的经验，可以说，国外的绝大部分车队已经掌握了电控气动换挡系统或电控电子换挡系统的核心技术。例如，去年来中国参加比赛的KIT车队，电控换挡已经研究相当成熟，换挡和离合都集成在方向盘上。相比这些，中国FSAE比赛在技术方面跟国外还有很大的差距，尤其在高端技术方面，国内车队的经验相当欠缺。1.2.2国内发展现状及发展趋势在国内，汽车工业发展的整体水平依然落后于国外的汽车工业强国。FSAE赛事直到2010年才被引进到国内，第一届有来自全国16个省市的20支赛车队参加了这项比赛，由于比赛的开展迅速被各大汽车及汽车相关专业的院校重视，前几届比赛场地的上海赛车场的规模已经不能满足赛事的发展与扩大。经过汽车工业协会大赛组委会与襄阳市人民政府合作投建方程式梦想赛车场，决定2012年以后大学生方程式赛车大赛在襄阳赛车场举办。到今年赛事已经举办了第五届，2014年报名参赛的队伍已经超过100支，而最后按抽选循序选择了80支车队参加了比赛。2012年之后，由于国家能源问题的提出，全国汽车行业在大范围的推行电动汽车的发展，大赛组委会为了推动电动赛车的发展，电车车队也被列入参赛队伍当中。2012年上海比赛中，第一辆电车加入了比赛，德国斯图加特车队的电车在赛场上驰骋，操纵性能相当稳定，在动态赛中刷新了中国车队所有比赛项目成绩的最高纪录。因此，大赛组委会决定在2012年之后的比赛中，增加电动赛车比赛的项目，油电赛车均可报名参加比赛。由于国内高等院校对于强电的研究都不够成熟，且对大学生来说危险性太大，暂时提出了“纯电动方程式大赛暂不对专科院校开放”的要求。到2014年，FSC赛事已经有60多支油车、20多支电车报名参赛。国内从2006年起就有高校开始组建FSAE车队，例如湖南大学、厦门理工大学、上海交通大学、同济大学从2007年到2009年就参加了4场在美国西部赛事和日本赛事，在国外曾获得了多个单项奖及新秀奖，他们的开创车队也带动了中国FSAE赛事的发展。例如，上海交大于2006年开始组建FSAE车队，2008年参加美国FormulaSAEWest赛事，获得了新秀奖第三名；湖南大学于2006年开始组建FSAE车队，2007、2008年连续两届参加美国FormulaSAEWest赛事，2007年荣获新秀车队奖，2008年荣获最低噪音奖；厦门理工学院于2009年参加美国FormulaSAEWest赛事，名列第23名。同济大学于2007年开始组建FSAE车队，2009年赴日本参加FormulaSAEJapan（简称FSJ赛事，荣获营销报告奖和新秀车队三等奖。国内赛事的发展仅短短的五年，就有很多车队的赛车有了突破性的进展，我校第一年比赛被别人称为“农民造车”的车队，在2012年所有队员共同努力下获得了全国总冠军。经过这几年的机械系统发展，大部分高校的底盘结构设计技术基本上已经成熟。例如，东风HUAT车队2012年到2014年的发展，车队底盘方面的系统都设计得比较成熟，轻量化设计也相当极限，而且在2014年赛车加上了空气动力学套件，进一步提升了整车的性能，但是2014年比赛中，湖南大学换挡系统更改为电控气动换挡系统，在“直线加速”项目中占据换挡优势，获得直线加速第一名。根据FSC赛事的逐步成熟，对于中国汽车工业的发展是相当有利的，相信未来的不久，FSC赛事会迅速崛起，将汽车行业前言的、高端的技术应用在FSC赛车上。1.3课题的目的和意义电控气动换挡系统属于汽车自动控制技术领域，将繁琐的操作系统换成机电一体控制，保证了换挡的轻便、快捷。本课题基于对湖北汽车工业学院大学生方程式4号赛车的技术上对气动换挡系统的开发。因为赛车与乘用车相比性能方面要求相对差异比较大，从实际FSAE赛事中对赛车性能的角度出发，在同等条件下的赛车，一种用气动换挡系统，另一种用机械换挡系统，比赛“直线加速”项目可相差0.3秒左右，在耐久比赛中差异性更是明显。对于2014年赛车来说，机械换挡系统的布置比较困难。由于赛车布置形式为中置后驱，换挡拉杆会比较长，这样对于拉杆的刚度影响很大，据去年比赛期间车手对于换挡的反馈，比赛时换挡不够迅速，拉杆变形比较大，而且有时较难换挡。根据这一问题，也就引出了本文研究的主要方向，对于电控气动换挡系统的理论研究，改变其换挡方式，彻底解决去年车手对于换挡提出的问题。赛车采用该气动换挡系统，有许多优点：缩小了驾驶舱空间。不需要在驾驶舱左手边布置机械换挡手柄，同时也节约了机械换挡系统的材料成本。换挡操作轻便，执行迅速。气动换挡系统的操作是方向盘下面的拨片，通过拨动拨片提供电信号给ECU，ECU通过获得的电信号做出执行操作，即换挡。在这个过程中，时间非常迅速，这对于赛车比赛的过程中是相当有优势的。压缩空气容易获得。在赛车上装有小型气瓶，通过外部高压气筒给气瓶打气，来源很方便，也节约了成本。系统质量轻，而且寿命长。相比机械换挡，气动换挡操作及寿命更加长久，而且轻量化方面相比机械换挡要优越。换挡系统稳定。去年赛车的换挡杆比较软，由于换挡杆较细，传力较长，杆的挠度比较大，有时候会导致换挡失效，使得机械换挡不够稳定。而气动换挡不会出现这个问题。1.4课题的主要工作内容根据2014年比赛成绩及跟湖南大学赛车队的差距，气动换挡系统对于“直线加速”项目可以减少0.5秒左右的时间，在“高速避障”项目和“耐久性测试”都有极大的优势，同时气动换挡相对于电子换挡系统来说程序设计也相对简单些，在轻量化上比机械换挡也要优越一些。基于这个要求，我们决定今年开始开发HUAT-4号赛车的气动换挡系统。本文主要是从执行机构的设计及布置和控制策略方面着手研究。本文的主要工作包括以下几个方面：研究气动换挡的组成；研究气动换挡的工作原理；确定气动换挡系统执行机构的设计准则；确定气动换挡主要元件的选型；设计气动换挡系统的执行机构及布置形式；设计离合操纵机构及布置形式；气动换挡系统MATLAB/Simulink仿真；研究系统装配及调试的事项；

2电控气动换挡概述电控气动换挡系统在商用车上使用得较为普遍，但是乘用车用到的很少。由于气动换挡对于布置紧凑的乘用车来说比较安装比较困难，而且乘用车的布置形式几乎都是前置前驱，变速箱的布置就在驾驶舱附近，直接使用机械换挡更为方便，但由于驾驶员对于乘用车驾驶要求不断的提高，现在乘用车基本上使用的是线控换挡。但是商用车的布置形式一般为前置后驱，而驾驶舱离变速箱距离较远，选择线控换挡的成本又比较高而且对于技术的要求比较高，而气动换挡系统对于商用车来说是最好的选择。东风HUAT-4号赛车的布置形式为中置后驱，对于机械换挡的拉杆会比较长，而且换挡执行机构的布置也比较困难，电控气动换挡系统对于许多车队来说是一个比较好的选择，成本较低也解决了换挡系统布置困难的问题，但是对于车队技术人员来说是一个大的挑战。2.1换挡系统的基本组成电控气动换挡系统是以导线中的电信号为传递手段、以压缩的空气为动力源的电控气动系统，东风HUAT-4号赛车的变速箱采用齿轮换挡，由于发动机为赛车摩托车发动机，换挡只有加档和减档两种执行状态。该系统采用了用一根导线代替了变速器与换挡操纵杆之间的机械连接,从而满足了赛车的布置紧凑的同时也提高了换挡的快捷稳定，这种安装方式不仅简化了机械换挡系统的机构设计,同时也节省了驾驶舱的驾驶空间，可以更加容易的通过车架驾驶舱规则的检查。对于一般客车或者轿车，换挡系统分为选档和换挡两个部分，一个负责选择档位，另外一个负责加档和减档操作。而对于大学生方程式赛车来说，规则要求发动机排量不能草果610cc，所以几乎所有学校选择的发动机都是大排量摩托车发动机，其变速箱与发动机是一体，而且比轿车和客车的操作都简单，例如本田CBR600RR发动机，换挡操作为：向前是升档，向后是降档，没有复杂的选档过程。2.1.1气动换挡系统的组成部分电控气动换挡主要由以下几个模块组成：气源。气源是气动换挡系统的动力源泉，对于大学生方程式赛车来说，气源的多少决定了赛车换挡的次数。就赛事的赛车而言，气源有两种方案可以选择：方案一是通过在赛车上增加一个小的高压气泵，可以源源不断的提供高压气体；方案二就是在赛车上放置一个较大点的高压气瓶，每次通过高压气筒打气，可以维持一部分时间的换挡，需要重复给气瓶打气。东风HUAT-4号赛车采用高压气瓶的方案，对于第一种方案，高压气泵需要外接电源，而HUAT-4号赛车在发动机点火系统、电气系统、散热系统等都需要用到外接电源，外接高压气泵对赛车来说压力比较大，赛车的稳定性会明显下降。其次，赛车接入气泵以后，对于高压气体的储存及恒压监控方面也比较困难。所以东风HUAT-4号赛车采用的跟其他车队一样，选择用高压气瓶来作为气源驱动，高压气瓶通过高压气筒打入高压气体，对于每个比赛项目来说，换挡次数足够。控制元件—电磁阀、ECU。电子控制单元，即ECU是收集信号及发出换挡命令信号的控制中枢。东风HUAT-4号赛车采用拨片操作，在拨动拨片或者按钮后，传感器发出脉冲信号到ECU，CEU根据传感器信号、赛车车速以及赛车档位综合分析，确定赛车是否需要增加档位或者降低档位，如果可以执行，ECU将信号发给电磁阀，电磁阀通过控制阀门的“开—关”控制换挡气缸的执行，实现换挡操作，在换挡以后，ECU接收反馈信号，并判断换挡是否成功，同时对数码管进行实时的档位显示。HUAT-4号赛车选择的电磁阀为台湾亚德客气动器生产及供货公司销售的两位五通电磁阀。执行单元—换挡气缸。换挡气缸是气动换挡的执行元件，在电磁阀接收信号后打开阀门，高压管道被导通，高压气体直接作用于气缸内的活塞，推动活塞做功，从而推动换挡杆换挡。东风HUAT-4号赛车选择的气缸为台湾亚德客气动器生产及供货公司销售的双作用气缸，该气缸向右推动活塞为增加档位，向左推动活塞为降低档位，如图2.1所示。图2.1换挡双作用气缸示意图恒压阀。恒压阀的功能是保证出气口气体（FSAE赛车一般为高压空气，由高压气动打入）压强稳定在一个恒定的值，以便于气缸能顺利的工作。若没有恒压阀，气瓶在开始时气压比较高，作用于气缸和执行操作时，容易因推力太大以至于部分零部件变形甚至损坏，使得赛车在赛场上有出现危险的可能性。同时无恒压阀的气瓶对气体流失也比较快，不利于高压气体的储存。2.1.2气动换挡系统的工作原理该赛车气动换挡系统的控制框图如图2.2所示。根据框图可知，车手想要执行换挡操作时，首先要拉动离合杆使得离合器处于完全分离的状态，离合器传感器会将产生的离合信号转换为电信号发送到赛车的ECU主控制单元，此时ECU还会收到来自方向盘下方的拨片传感器发出的换挡信号。这些信号最终由主控制单元ECU处理、分析，最后判断赛车是否可以换挡。如果可以换挡，主控制单元ECU将控制两位五通电磁阀，使压缩的高压空气进入气缸中推动气缸活塞的移动，从而执行换挡操作。换挡气缸的活塞杆一端与换挡支架相连，换挡支架连接着发动机的换挡操作杆。当高压气体推动活塞做功时，推力可以直接传递到发动机的换挡操作杆上，即可完成换挡操作。完成换挡的过程中,主控单元ECU会随时接收来自换挡气缸及车速的反馈信号,这些信号用于反馈气缸活塞的相对位置以及换挡操作是否完成,主控单元ECU将通过这些信号判断气动换挡系统是否正常运行。换挡结束后,主控单元ECU会控制二位五通电磁阀及时关闭。由于加档和减档的工作原理完全相同，只是双作用气缸在活塞两端都有高压管路，所以换挡气缸可以实现“推—拉”两个状态，从而很方便的实现了换挡的加档和减档操作。同时，违反换挡操作不予执行，保护变速箱及驾驶员的安全。例如，赛车已经降到1档或已经加档到6档，再去降档或者升档，气动换挡系统的气动控制单元ECU将不对此操作。车手车手换挡拨片换挡拨片离合传感器档位显示ECU离合传感器档位显示ECU电磁阀气瓶电磁阀电磁阀气瓶电磁阀双作用换挡气缸双作用换挡气缸减档减档加档加档图2.2气动换挡系统控制框图2.1.3执行机构的设计准则将机构的整个工艺过程所需的动作或功能分解成一系列基本动作和功能，并确定完成这些动作或功能所需的执行构件数目和各执行构件的运动规律后，即可根据功能的要求，选择或设计合适的机构来实现这些动作。执行机构设计的优劣将直接影响到机构的工作质、使用效果和结构的策简程度。它是机械系统方案设计中极其重要的一环，也是一项极具创造性的工作。在进行执行机构型式设计时，要遵循一定的准则：满足执行构件所需的工艺动作和运动要求，折运动形式、运动规律或运动轨迹方面的要求，是执行机构设计时首先要考虑的最基本因素。同时，在机构满足的运动规律或运动轨迹方面的条件后，应选择其中最优化的运动规律或运动轨迹来作为执行机构的运动规律。尽最简化和缩短运动链，选择较简单的机构。机构设计应尽量采用构件数和运动副最少的机构。这样可以降低制造的费用，减轻机械重量；有利于减少运动副摩擦带来的功率损耗，提高机械效率，有利于减小运动链的累计误差，从而可提高传动精度和工作可靠性，有利于提高机械系统的刚性。所以在进行执行机构结构设计时，有时宁可采用具有较小设计误差但结构简单的近似机构，而不采用理论。选用较为合适的运动副的形式。运动副在机构传递过程中起到了重要的作用，它直接影响了该机构的传递形式、传递效率以及使用寿命等。一般来说，转动副容易设计和制造，容易保证零部件运动副之间的配合精度，且效率很高。与转动副相比，移动副配合精度条件很难达到，效率低且易发生变形或跳动，因此，它一般只于作的直线移动的场合。尽量减小机构的尺寸。在一般工作要求的前提下，应追求机械结构紧凑、尺寸小、质量轻、无运动死角等条件。例如，东风HUAT-4号赛车的执行机构设计，应该注重轻量化这项重要指标，那对于执行机构的设计，不仅仅是选择强度高、质量轻的材料，还要有紧凑，而且执行机构运动合理，结构简单等优点。选择合适的动力源。在进行执行机构结构设计时，应充分考虑工作要求、生产条件和动力源情况。选择合适的动力源，有利于简化机构和改善机械性能。当有气、液源时，常采用液压和气动机构。这样既可以简化机构的结构，省去许多电动机、传动机构或转换运动的机构，又有利于操作、调节速度和减振。对于东风HUAT-4号赛车，执行机构的动力源就是高压气瓶里面的高压空气。由于高压空气较容易获得。2.2换挡系统主要元器件的选型对于气动换挡系统的零部件来说，在满足执行命令的操作同时，也需要零部件有较高的寿命、质量要轻等特点。现在市场上对于气动执行机构的种类特别多，而且在国内商用车和客车这块儿对该技术的应用已经比较成熟，商用车上气瓶的布置也比较方便，而且商用车发动机动力足，可以增加一个气泵，就可以对气动换挡系统的高压气瓶自充气；还有一块儿慢慢兴起的就是中国大学生方程式赛车和专业F1赛车，对于赛车来说，动力性和操作方便性非常重要，这决定了竞技比赛最终的成绩，所以在换挡这块儿几乎都在向电控气动换挡方向发展。例如，2014年中国大学生方程式赛车大赛中，就有6所高校使用气动换挡而代替机械换挡，湖大使用气动换挡在“直线加速”项目中获得第一名。2.2.1高压气瓶选型气源作为整个气动换挡系统的动力装置，完全决定了赛车换挡的次数。根据理想气体的本构方程P*V=N*R*T，气源储存气体的容量在体积一定的情况下压力越高储存的越多，因此高压气瓶是一个不错的选择。接下来我们可以计算气罐的容积，以市场上比较常见的高压气罐为例，其最高耐压一般为30MPa，即300bar的压力，而实际使用的高压气瓶最高耐压一般不低于20MPa，因此以下计算取最低的耐压值20MPa为初始气瓶压力。单次换挡气缸耗气量（Z1=P*V）Z1=30mm²·π/4·30mm/2·10·101000Pa=10.71J其中，Z1为换挡气缸的耗气量。公式为气源输出的10bar压力的气体将本来体积为0的气室推至体积为V所消耗的气体的量，其量纲明显并不是体积。另外极其还要注意的是，每次换挡除了气缸需要消耗气体，恒压阀至气缸之间的气管一样要消耗部分气体（减压阀至分流管路之间的气管不消耗气体），因此气管的直径应该在满足电磁阀实际通径的前提下尽量短而细。以250mm长，内径6mm的气管计算:Z2=5mm²·π/4·250mm·10·101000Pa=4.96J其中Z2为气管的耗气量。Z2相对于Z1并不是可以忽略的数值，因此这是极容易产生错误的。另外上式中的10是一个理想值，实际应该是介于9与10之间的一个常数，因为在电磁阀换向之前气管里本身已经有1bar的气体，其压强的变化量为9bar。但是又考虑到气管以及其他部位的变形以及在气体做功的过程中一些其他情况，最终在计算的时候选取了常数为10。定义Z=Z1+Z2=15.67J为换挡常数。已知气瓶压力P为20MPa，体积L,假设换挡1000次。计算气瓶的体积至少为多少:L·P=ZxaL>0.7835L其中，L为气瓶的体积；Z为换挡常数；a为换挡次数；P为气瓶压力。也就是说，要保证能换挡1000次至少要0.7835升的气瓶，且起始压力应为21MPa（也要考虑到高压气瓶内的气体在低于1MPa时，实际减压阀输出的压力已经低于10bar，换挡气缸已经不能称为正常工作了）。其中还要考虑整个系统的气密性，时间越长其气密性就会逐渐下降，这块儿损失的气体就越不容忽略。再加上如果在工作中有离合气缸的工作（根据实际情况看是否需要气动离合或者还是机械式离合）。但是具体的计算方法与上文基本一致，无外乎改变换挡常数。东风HUAT-4号赛车最初选择用耐压强度为25-30MPa的铝瓶，如图4所示。但是在使用时发现，装满高压空气后的气瓶重量在1kg以上，这样对于赛车的负重又增加了，最后综合决定选择耐压强度同等的碳纤维气瓶，在质量上能减轻一半，这个对于赛车轻量化和燃油经济性都是比较优越的。图2.3换挡气瓶2.2.2换挡气缸选型换挡气缸是气动换挡系统必要的执行元件，最重要的问题是气缸的选择。气缸的工作力的大小来源于两个参数，一个是缸径一个是工作压力。因为对于赛车来讲，小型气缸的优势非常明显，首先是重量轻，其次是好布置、易拆装。因此工作压力的提高很重要，工作压力的提高意味着缸径的减小。市场上常见的气动执行机构的工作压力一般为[-1bar,+10bar]。因此最终选用工作压力值为10bar的气缸（一般情况下，这样的换挡气缸在实验测试的实际耐压值往往能达到15bar）。采集变速箱档杆和离合器推杆的实际工作力矩和力。离合器推杆力约为35KG（350N），发动机的换挡扭矩T约为15N·m，换挡杆的摆臂长度L为50mm,换挡杆的换挡角度大约在3~5°之间（此数据为简易的测量计采集得到的粗略数据，若需要比较精确的数据，应根据不同发动机及实际状况重新对数据进行精细采集）。换挡气缸半径R：1/4*ΠR²·P·L=T=15N·mR≈4.371mm其中，P为气瓶压力；L为换挡杆的摆臂长度；T为发动机的换挡扭矩；R为换挡气缸的半径。最终选择缸径为25mm的换挡双作用气缸，总行程为50mm。也就是说单向行程为25mm。参考国内其他车队对于换挡气缸品牌的参考，最后选择购买台湾一家气动零部件生产公司亚德客公司，型号为：MAL20x50,换挡气缸实物如下图2.4所示。不建议使用扭转气缸，因为扭转气缸的重量和体积更大。图2.4换挡气缸2.2.3换挡电磁阀选型换挡电磁阀是气动换挡系统的控制部分。一般市场上所用到的电磁阀根据其功能可以分为两位两通、两位三通（如图2.5）、三位五通（如图2.6）共三种。本赛车采用三位五通的电磁阀，与双作用气动执行机构（换挡气缸）或者两个单作用气动执行机构配套使用。东风HUAT-4号赛车选择的气缸为双作用气缸，电磁阀选择购买台湾一家气动零部件生产公司亚德客公司的两位五通电磁阀，为了和双作用气缸匹配。型号为：4V130E-06。三位是指有三种中央功能的选择，五通是指五个通道气孔，其中一个与气源相连接，两个通道分别与双作用气缸的两个进气端口相连（加档操作和减档操作）或者两个单作用气缸的两个进气口，另外两个孔分别是两个排气口，用来安装两个消音器。该电磁阀的工作原理图如下图2.7所示，P为进气口，A（B）为进气口，R(S)为排气口，A、B两个口连接气缸，R、S两个口连接消音器。图2.5二位三通电磁阀图2.6三位五通电磁阀图2.7三位五通电磁阀工作原理图2.2.4电控装置的选型除了最基本的气动执行元件，电控装置也在某种程度上决定了换挡的速度和稳定性。换挡时间分为两部分，一部分称之为是响应时间，包括车手决定换挡，按下换挡拨片或按钮，脉冲信号转换为电信号传递至控制单元ECU，控制单元ECU输出信号控制电磁阀，电磁阀响应后励磁并接通气路，整个气路气压的上升。第二部分称之为动作时间，是实际气缸推动换挡杆以及将换挡杆拉回原始位置（或者换挡杆由于回弹力自动回到原始位置）。这两部分有一个明显的分界线，那就是发动机的输出动力是否被切断。第一部分预备时间，如果很长，那么车手会认为这辆赛车给他的感觉是它的反应不是那么迅速，有比较明显滞后的感觉。这对于一个优秀的车手发挥他的驾驶技术是十分不利的，例如，车手本来已经准备好降档提速，但是由于赛车明显的换挡滞后，错过了车手认为的最好时机。第二部分动作时间过程中，发动机的输出动力被暂时切断，其时间的长短给车手的感觉就是时强时弱的顿挫感。优秀的换挡机构应该保证换挡时间足够短，让车手感受到的冲击尽量的小。这主要不是为了考虑赛车的舒适性，而是为了保证赛车动力的持续输出。从缩短响应时间的角度来看，运用更好的电控单元ECU，如高主频的单片机，或者直接使用行车电脑等等都是不错的选择。另外如果电磁阀的电压与蓄电池的电压不一样，就要面临使用继电器的问题(应该尽量使用电压与蓄电池电压相同的电磁阀，以避免此类问题，但是由于库存以及供货期问题有时与蓄电池电压不同的继电器的使用在所难免)。继电器应该选用响应快的。市售继电器响应时间由0.5ms~20ms不等，虽然20ms本身并不多，但是相对于整个系统都是毫秒级的情况来讲其影响还是不小的。另外电磁阀分为先导式以及直通式电磁阀，直通式往往比先导式反应时间要短。电磁阀通电后需要时间来励磁并且切换气路，这里的时间一般在5ms~75ms之间，最好能选择5ms这个量级的电磁阀缩短响应时间。再来分析一下动作时间。这个部分主要是换挡杆的转动以及回位的时间。一个比较容易忽略的问题就是电磁阀的实际通径。一般在购买电磁阀的时候厂家会给予许多数据信息，其中有其实际通径。也就是电磁阀全开时气路的最大直径。无论你使用多粗的气管，都要被电磁阀的通气能力所限制，因此电磁阀的选择贯穿了整个响应时间以及动作时间，是气动换挡系统中的重点。另外选用缸径稍大的气动执行机构会占些便宜。但是也要考虑到增重、难布置以及随之而来的耗气量的升高。换挡杆推到换挡位之后，其回位可以通过自身的回位弹簧来完成，但是为让其更快的回到原位恢复赛车动力，在程序设计时也可以给活塞一个回位推力。2.3本章小结本章着重研究了气动换挡系统几个主要气动元件的选型，根据FSAE赛事对车队所要达到的竞技要求和轻量化要求，合理化选择赛车气动换挡系统几个元件的参数，根据粗略测得本田CBR600RR发动机的基本换挡力矩和离合拉线拉力等参数，通过简单的计算得出换挡气缸缸径的选择，同时也对电控单元ECU的换挡操作时间做了较为仔细的分析，从而决定出最终东风HUAT-4号赛车气动换挡系统的零部件购买方案。表2.1气动换挡系统零部件购买方案气动元件型号选型理由采购的公司高压气瓶0.5L碳纤高压气瓶采用耐压为20~30MPa的碳纤高压气瓶，质量比普通铝制气瓶轻一倍，实现轻量化；0.5L气瓶大约换挡400次，对于项目比赛足够。天海工业有限公司换挡气缸迷你型铝合金气缸MAL25x50-U通过测试可知换挡力矩约15N·m,根据计算可得，气缸缸径大于5mm即可；换挡有加减档，选择双作用气缸在机构布置上简单方便。台湾亚德客公司换挡电磁阀4V130E-06采用三位五通的电磁阀，与双作用气动执行机构（换挡气缸）配合使用；台湾亚德客公司消音器BSL01减小或消除在换挡电磁阀打开时高压气体冲击发出的噪音。台湾亚德客公司恒压阀SDR100M51保证气瓶出来的高压气体的压强保持恒定，避免造成换挡气缸的损坏。台湾亚德客公司

3气动换挡系统机构的建模与装配3.1CATIA软件介绍CATIA是法国DassaultSystem公司的CAD/CAE/CAM一体化软件，广泛应用于航空航天、汽车制造、造船、机械制造、电子\电器、消费品行业，它的集成解决方案几乎覆盖所有的产品设计与制造领域，其特有的DMU电子样机模块功能及混合建模技术更是推动着企业竞争力和生产力的提高。CATIA软件提供方便的解决方案，迎合所有工业领域的大、中、小型企业需要。CATIA软件源于航空航天业，但其强大的功能以得到各行业的认可，在欧洲汽车业，已成为事实上的标准。CATIA软件的著名用户包括波音飞机公司、克莱斯勒汽车公司、宝马汽车公司、奔驰汽车公司等一大批知名企业。其用户群体在世界制造业中具有举足轻重的地位。CATIA软件的主要模块包括：零件设计PDG模块、装配设计ASD模块、创成式外形设计GSD模块、自由曲面设计FSS模块、DMU运动机构KIN模块等。下面详细的介绍这几个模块。零件设计PDG模块。该模块提供了三维机械零件设计的强大的设计工具。应用“智能实体”设计思想，广泛地使用混合建模、智能尺寸、关联特征和灵活的布尔运算等方法，允许工程师结合多种设计方法：可以在设计中或完成以后出现不合理的数据，可随时进行参数化数据修改；可以在装配设计环境下进行草图设计和零件设计；该软件支持零件的多实体操作，可以轻易的修改、管理零件，例如，进行产品设计的后期修改操作。同时，该模块的模型树层次分明，设计人员可以对整个模型树进行管理操作，以加快设计更改。装配设计ASD模块。在该模块中，设计师们采用自顶向下（Top-down）或自底向上（Bottom-up）的设计方法管理大型父子关系的装配结构，可真正意义上的实现零件装配设计的并行工程。通过使用移动工具或罗盘工具，设计人员就能将零件拖动到距离装配较近的位置，便于装配约束；选择装配中的爆炸命令，可以检测装配系统是否装配完成，还能检测装配间隙及干涉性问题；通过重复命令，可以使相同的零件重复应用，无需再次导入。ASD提供的这些高效的工作方式，使得装配设计者可以大幅减少设计时间和提高设计质量。创成式外形设计GSD模块。可根据基础线框与多个曲面特征组合，设计复杂的满足要求的车身曲面。它提供了一套涵盖面广泛的工具集，用以建立并修改参数化点、线、面等。它基于特征的设计方法，提供了高效、直观的设计环境，包括的智能化工具和定律（law）功能，允许用户对设计方法和技术规范进行捕捉并二次应用。自由曲面设计FSS模块。该模块提供了大量的点、线、面创建及修改工具。设计师们可以方便地修改、光顺和修剪绘制的曲线和曲面。借助于曲线曲面的曲率等检测工具、可以实时检查曲线曲面的质量。同时系统提供了一个可以自由匹配的模块，支持NURBS和Bezier曲线的绘制，因此设计师们可以直接修剪曲面，而且保持曲面的相关性。这样很大程度的提高了过去二维工程图到三维零件建模的设计效率。DMU运动机构KIN模块。通过在命令中直接给零件直接施加运动副或者通过装配约束转换而产生的运动副，对DMU电子样机进行机构运动的定义。通过机构运动的干涉性检查以及校核零件运动的过程中最小间隙来进行机构的运动分析。KIN模块可以生成运动轨迹，得出运动不确定性的轨迹曲线，也可以在运动中检测最小距离是否满足设计要求。该模块能够满足从汽车产品设计到汽车系统功能评估的各类工程设计人员的需要。3.2气动换挡系统零件建模通过对CATIA软件零件设计模块、装配设计模块、创成式设计模块及曲面设计模块的学习，基本熟练地掌握了软件的基本操作方法。通过对软件多个模块进行混合设计，更加精确的完成了气动换挡系统的零件测绘建模。用CATIA软件绘制气缸支架零件的过程如下：新建一个part模型，并命名为zhijia。如图3.1所示。图3.1创建零件点击图标，选择yz平面创建草图。如图3.2所示。图3.2创建草图退出草图，点击拉伸命令，设置拉伸长度为10mm，勾选镜像拉伸。如图3.2所示。图3.3凸台创建点击凹槽命令，绘制方形轮廓，约束尺寸，在凹槽命令中设计长度为8mm，勾选镜像范围，如图3.4所示。图3.4创建凹槽再次点击凹槽，绘制圆形轮廓，约束直径尺寸为30mm，在凹槽命令中设计长度为30mm，勾选镜像范围，如图3.5所示。这样就完成了简单支架的建模。图3.5创建孔气动换挡系统其它相关零部件建模如下：图3.6高压气瓶建模图3.7恒压阀建模图3.8换挡气缸缸体图3.9换挡气缸活塞杆图3.10换挡气缸螺母1图3.11换挡气缸螺母2图3.12三位五通电磁阀建模图3.13传力支架建模图3.14气管建模图3.15换挡杆支架建模图3.16消音器建模图3.17气管接头建模图3.18球销建模图3.19换挡头建模3.3气动换挡系统装配在CATIA软件中的装配设计ASD模块，通过导入之前绘制的实体零件，采用down-top的设计思想，先将部分零件装配成部件，再将部件装配成产品，积极递增，结构清晰。接下来详细说明换挡气缸的装配设计过程：新建一个product文件，如图3.18所示。图3.20新建Product文件选择命令，添加气动换挡气缸的零件到装配界面，如图3.19所示。图3.21气缸的零件导入见活塞杆与气缸缸体同轴相连，将螺母与活塞杆同轴相连，活塞与缸体一端距离50mm（测绘获得），将螺母1一个端面与气缸一端相合，设置螺母2距离杆端距离为23mm，即可装配好换的气缸部件。如图3.20所示。图3.22换挡气缸装配图气动换挡系统其它部件建模如下图所示。图3.23三位五通电磁阀装配图3.24执行机构零件装配图3.25气动换挡系统总装配3.4本章小结零件建模采用了零件设计、创成式设计和自由曲面设计三个模块，例如，电磁阀、换挡气缸的建模都是用零件模块，气管的建模运用了创成式和自由曲面模块。而且建模的方式采用测绘实体零件，然后根据尺寸建模，虽然在测量中存在很小的误差，但是对于总装来说，影响不大，可以忽略。装配设计思想采用down-top思想，将建模好的零件在装配设计模块中进行装配，根据静态时的状态进行装配，距离可以测绘出来，最终得到3.25图所示。

4气动换挡机构的空间布置设计4.1发动机的介绍汽车发动机是为汽车提供动力的发动机，是汽车的心脏，影响汽车的动力性、经济性和环保性。根据动力来源不同，汽车发动机可分为柴油发动机、汽油发动机、电动汽车电动机以及混合动力等[1]。常见的汽油机和柴油机都属于往复活塞式内燃机，是将燃料的化学能转化为活塞运动的机械能并对外输出动力。汽油机转速高，质量小，噪音小，起动容易，制造成本低；柴油机压缩比大，热效率高，经济性能和排放性能都比汽油机好。发动机是一辆汽车的心脏，对于FSAE赛事来说，为了追求速度的竞争，发动机是不可或缺的关键动力部件。发动机选择的好坏直接决定了动态赛的成绩排名。接下来就2014年中国大学生方程式赛车大赛中参加的车队来说，用四缸机的车队基本上都是使用本田CBR600RR、雅马哈YZF-R6、铃木GXS-R600、川崎ZX-R6这四款发动机。现在对比赛用的较多的四款发动机做一个对比，如表1所示。表4.1FSAE赛事发动机比较型式本田CBR600RR雅马哈YZF-R6铃木GXS-R600川崎ZX-R6发动机类型直列四缸四冲程DOHC（双顶置式凸轮轴）直列四缸四冲程DOHC（双顶置式凸轮轴）直列四缸四冲程DOHC（双顶置式凸轮轴）直列四缸四冲程DOHC（双顶置式凸轮轴）气缸67x42.5mm67x42.5mm67x42.5mm67x42.5mm排量599cc599cc599cc599cc功率（kw/rpm）65kw/10500rpm55kw/10500rpm55kw/8000rpm70kw/12250rpm扭距(N·m/rpm）70N·m/8500rpm60N·m/8500rpm80N·m/7000rpm59.8N·m/11750rpm压缩比12:112.5:112.4:113.3:1档位6档6档6档，常啮和6档特点中转速区域扭矩输出较好，高转速功率输出较低。压缩比相对较低，对油品的要求相对较低，适合增加废气涡轮增压改装。变速箱齿比比较绵密。高转速区域功率输出较高，中低转速扭矩输出相对较弱。变速箱齿比比较稀疏，与发动机本身的输出匹配并不是很好。双涡流的燃烧室，具有较大的峰值扭矩和较好的燃油经济性。变速箱赤壁比较均衡。发动机压缩比比较高，限流之后也能保证发动机有较高的扭矩输出。但每年ZX-R6发动机的输出特性都有所不同。四款发动机的优点：本田CBR600RR：本田CBR600RR在中转速区域下具有良好的充气效率，这就使得本田CBR600RR虽然无法具备高转速区域下出众的功率，但是在中转速区域下具有较高的扭矩。同时，本田CBR600RR发动机在中国市场占有率比较高，相对来说，在国内比较容易买到，这也是部分学校选取该款发动机的原因。雅马哈YZF-R6：雅马哈YZF-R6发动机最大的特点无疑就是它惊人的转速和功率。对于2008款以后的雅马哈YZF-R6发动机，压缩比都达到了13:1，更重要的是该发动机还更换了钛合金气门，降低了气门运动的往复惯性力，有利于发动机的响应特性的提高。铃木GXS-R600：铃木GXS-R600的双涡流燃烧室是一个颇为新奇的设计，这种设计对于对该发动机具有较大的峰值扭矩是功不可没的，同时提高了燃油经济性。而且齿轮比介于本田CBR600RR和雅马哈YZF-R6之间，这也是许多学校选取该发动机的理由。川崎ZX-R6：这款发动机具有较高的压缩比，即使在大赛规则要求规定的安装20mm的进气限流阀的情况下，川崎ZX-R6发动机仍然具有较高的扭矩输出，每台发动机在标定后获得其特性曲线，对于许多车队来说也是一种很好的选择。四款发动机的缺点：本田CBR600RR：本田CBR600RR发动机在这四款发动机中压缩比是较低的，这将少许的降低对油品质量的需求。但是在另一方面加剧了限流阀带来的负面影响，越是充气效率低的情况下，发动机扭矩降低得越快。这对于车队设计进气系统的人员来说是一个相当大的挑战，而且进气系统设计的好坏直接影响了动态比赛的成绩。雅马哈YZF-R6：雅马哈YZF-R6发动机在小的方面有些瑕疵，这也可能是造成该发动机在中低转速区域下的扭矩不怎么理想的现象。同时雅马哈YZF-R6发动机的变速箱齿轮比较稀疏，这对于FSAE赛事中的“高速避障”项目和“耐久性测试”项目是相当不利的。同时，雅马哈YZF-R6发动机在国内市场占有比例很小，几乎在国内市场购买不到，但是在国外市场占有率相当高，若学校车队有充足的资金，可以考虑购买此款发动机。铃木GXS-R600：铃木GXS-R600发动机的峰值扭矩相当高，但是该发动机扭矩特性却没有什么改善，这使得中低转速下的扭矩特性没有太大的发挥，需要安装废气涡轮增压系统才能提高其性能。同时，铃木GXS-R600发动机在中国市场的占有率也是很少，几乎购买不到。川崎ZX-R6：川崎ZX-R6发动机每款发动机的输出特性都不一样，对于购买回来后的发动机，标定测试都是相当困难的，也不利于对一款发动机研究得比较深入来提高其性能。同时，川崎ZX-R6发动机在中国市场的占有率也是很少，几乎购买不到。对比分析这几款发动机，东风HUAT-4号赛车最后选择了购买本田CBR600RR发动机。其原因有两点：第一，本田CBR600RR发动机在国内市场占有率比较大，从购买渠道来说，相比其他几款发动机较容易购买。第二，本田CBR600RR发动机在中低转速区域下具有较高的扭矩，根据FSAE大赛的赛道情况（弯道居多），赛车除了在“直线加速”项目上需要高转速下的高扭矩，在“8字绕环”、“高速避障”、“耐久性测试”项目比赛中，赛车大部分情况都只是在使用2档和3档，跑完整个项目赛车几乎都是在用中低转速比赛，根据这个特点，我们最后决定了购买本田CBR600RR这款发动机。而且本田CBR600RR发动机换挡顺序为：1—N—2——3—4—5—6。为了简化气动换挡系统，我们选择气动推力保持为恒定的值，那么每次换挡都在1、2、3、4、5、6档中变档，而空挡是在1档和2档之间的半格，最终方案我们选择不用空挡，在赛车推动的时候，我们可以将手动拉线离合拉起来推动赛车行走。4.2换挡机构设计方案一换挡机构的设计时依据东风HUAT-4号赛车车架及发动机模型为依据，再根据换挡执行机构的设计准则，在CATIA软件中虚拟设计及装配，发动机上的换挡杆外接一个伸长支架，换挡气缸一端连接在固定支架上，另一端连接在传递支架上，将动力传递给换挡杆。整个气动结构是可以活动的，恰好与换挡杆的旋转方向一致。二位五通继电器可以固定在下图3.1钢管上，可以在钢管上安装一个固定托盘支架，下这样可以防止继电器在车架上发生旋转移动，同时可以防止车架的振动损坏继电器。在规则中对于气动换挡系统没有要求，所以气动换挡气瓶可以固定在车架主环斜撑上，用卡套固定即可。对于赛车尾舱布置，越紧凑越好，而且气动传递力的路径越短效率越高，机构设计越简单。基于这个思想，将换挡气缸一端的支架固定在车架固定发动机的吊耳上，整个布置不仅节省空间，而且整个传递执行力只需一个传递支架即可，这种设计方式满足设计要求，同时能达到轻量化的要求。图3.1气动换挡系统装配图但是该设计也有一定的缺点，对于单纯的气动换挡系统的操作没有问题，但是对整个赛车而言，该布置不是很合理。其一，由于换挡气缸所布置的空间在发动机散热水路经过的地方，若更改水路的布置，其困难更大，也增加了发动机组学生的压力；其二，换挡气缸距离发动机很近，在赛车耐久赛过程中，一辆赛车需在赛道上驾驶22公里，而且发动机中置散热效果本来就比较差，在比赛期间发动机温度会超过100摄氏度，这样一来，发动机对换挡气缸会进行加热，这降低换挡气缸的使用寿命，而且容易导致换挡气缸中的活塞因受热膨胀，也容易使气缸漏气甚至失效，也给车手的安全带来一定的隐患。图3.2气动换挡执行机构方案一a图3.3气动换挡执行机构方案一b4.3换挡机构设计方案二方案二相比方案一有所改进，但大致的思路比较一致，换挡气缸下边的支架与推杆上的传递支架除了尺寸有一定的更改，其他结构并没有太大的变化，但是从换挡系统的布置来说，方案二解决了方案一存在的很大的缺点，那就是换挡气缸距离发动机太近，容易使换挡气缸过热而导致活塞漏气或失效。根据布置形式，可以将支架直接焊接在车架底部钢管上，可以调整换挡杆上的摆臂长度来保证执行机构可以在换挡平面活动，这样在装配传递支架时，不会与换挡杆上的摆臂发生机械干涉（发生机械干涉对于变速箱的换挡杆以及传递支架