节油竞技车H3总布置设计
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目录
第1章 绪论1
1.1 概述1
1.1.1 研究背景1
1.1.2研究的目的和意义1
1.1.3课题和现状2
第2章 节能竞技车总体设计方案确定5
2.1整车设计目标5
2.2驾驶室形式的选择6
2.3车架材料的选定7
2.4车架形式的选定8
2.5驱动形式的选择8
2.6转向形式的选择9
2.7 制动系统的选择11
2.8车轮型号与轮胎的选择11
2.9本章小结12
第3章 参数的收集和计算13
3.1 参数的影响13
3.2 设计参数的要求和目标13
3.3 参数的计算及思路14
3.3.1人机工程参数的计算14
3.3.2转弯特性相关参数计算17
3.3.3质心几何坐标的测量19
3.3.4抗侧翻性的计算21
3.4各总成的相关计算22
3.4.1制动总成的相关计算22
3.4.2发动机最大功率及其转速23
3.4.3发动机最大扭矩23
3.4.4变速器档位数传动比的选择23
3.5整车滚动阻力和空气阻力对节油能力的影响24
3.6本章小结26
第4章 基于UG的H3号车总体设计28
4.1 UG软件的产品介绍28
4.2 UG设计界面28
4.2.1设计流程29
4.2.2 参数的选择29
4.3 基于UG的各部件的设计31
4.3.1 主体尺寸的确定32
4.3.2 转向总成的设计34
4.3.3制动总成的设计36
4.3.4驱动部分的建模37
4.3.4车身部分的建模40
4.4 H3号车的总体装配41
4.5 H3号车的人机效应41
4.6本章小结45
第5章 基于ADAMS的运动校核46
5.1 ADAMS简介46
5.2运动校核的目标46
5.3运动校核的流程47
5.4校核完成后对转向的改良51
5.5本章小结52
结 论53
参考文献54
致谢56
第1章 绪 论
1.1 概述
由于世界范围内石油资源的短缺,节约使用石油产品,已成为人们的共识。目前,节油技术在汽车设计、制造以及使用方面已得到了广泛的应用,并朝着多元化的趋势发展。让人记忆犹新的1973年石油危机,曾触发石油价格上升4倍以上,从此汽车业开始了降低燃油消耗量的长期努力。到目前为止,节油技术在汽车设计、制造以及使用方面已得到了广泛的应用,并朝着多元化的趋势发展
1.1.1 研究背景
本田节能竞技大赛是将参赛团队设计制作的汽车在规定时间、规定路线下，行驶一定距离，并由此换算出一升油能够行驶的公里数，耗油量少则胜出的一项赛事。其中参加比赛的车辆均搭载由本田技研工业投资有限公司开发的Honda弯梁车的125cc化油器低油耗四冲程发动机。
Honda节能竞技大赛于1981年在日本创办，至今已有30年的历史。比赛要求参赛车辆使用统一的Honda低油耗汽油发动机，发动机以外的车架和车身等完全由各车队独自创作，每支参赛队带来的都是世界上独一无二的赛车。赛车在指定的赛道内跑完赛程，比赛谁消耗的燃油最少。由于有着极高的乐趣性和广泛的参与性，中国作为继日本泰国之后的第三个举办地，于2006年在上海举行了试行大赛，2007年11月11日，第1届Honda中国节能竞技大赛在上海国际赛车场圆满举行，2008年11月16日，第2届Honda中国节能竞技大赛在上海国际赛车场胜利举办。Honda节能竞技大赛的目的是通过比赛提高社会的节能和环保意识，参赛车队通过各项独创技术不断挖掘一升汽油的无限潜能，从中体会到节能的重要性。同时，比赛也为参赛者提供体验亲手制作赛车的乐趣的机会，提高实践能力。Honda创始人本田宗一郎曾说，节能竞技大赛的宗旨在于“让肩负着人类未来的年轻人通过思考和实践来体会
第2章 节能竞技车总体设计方案确定
2.1整车设计目标
量产车的新车型在设计之初需要明确设计目标。主要是根据市场调研和设计要求结合公司的人员的技术水平提出对某型号车的设计原则和设计目标其中包括目标成本、通用性、载客量适用范围等等。其中总体设计工作应满足如下要求：
（1）汽车的各项性能、成本等，要求达到企业在商品设计计划中所确定的目标。
（2）严格遵守和贯彻有关法规、标准中的规定，注意不要侵犯专利。
（3）尽最大贯彻三化即标准化、系列化、通用化。
（4）进行有关的运动校核，保证正确的运动并避免运动干涉。
（5）拆装与维修方便。
由于是参加节能竞技大赛，所以设计目标有很大的不同。根据参赛的要求首先要保证大赛要求的设计。本次比赛由本田公司承办，大赛委员会对整车参数的设计有如下的要求如下表：
表总体尺寸表
全高 1.8以下排气管 超出车身10cm以上
轴距 1.0以上全长 3.5以下
轮距 0.5以上倒视镜可以看到车尾其面积小于 40
全宽 2.5以下座椅 要求臀部和地面之间有隔板
同时本田公司对其提供的发动机也有如下的要求：
（1）同时要求搭载HONGDA wh125-6市售风影发动机
（2）化油器部分要求一小时自然吸油一升，不能有增压装置
（3）油路要保证透明且油路系统不能有电磁阀
（4）曲轴部分只能加工不能更换
根据大赛要求和参赛目标制定如下设计目标:
表2.2目标尺寸表
性能目标：一升97号汽油1000公里。
整车质量：50kg以下
整车长度：3200mm以下
整车宽度：500mm以上
搭载人员：一人且体重不超过50kg
整车高度：控制在650mm以下
视野要求：保证驾驶员有九十度教的视野范围，可以看到800mm的物体。
照明设备：无（比赛时）
刹车部分：两套独立刹车系统
安全性： 保证发生事故时驾驶员可以独自从驾驶室出入，驾驶员和发动机之间需要有一个隔热装置
2.2驾驶室形式的选择
本节对节油车车的总体形式的选择进行了概括性的论述，对各形式的优缺点进行了简单的评估并从中选择最适合的方案进行更进一步的论证。节能车的形式跟普通汽车的形式有很大差别的，因为其生产的目的是节油也就是说可以在设计上牺牲掉部分动力性、安全性、舒适性、和操纵性。经过对以往比赛的调查研究和通过理论分析可以大体上把整车的形式分为如下几种形式。四轮行驶两轮驱动、三轮行驶一轮驱动、三轮行驶两轮驱动、两轮行驶两轮辅助的形式。当然发动机也有前置和后置两种情况与其组合。下面对比一下各个布置的优缺点。
前两轮后两轮不论是前两轮驱动还是后两轮驱动都无法回避转弯时两轮的速度差的问题，也就是说需要设计一个非常小的差速器且满足摩托车发动机经过变速后输出的转矩。首先需要设计一个差速器和半轴还要最大限度的降低传动效率的损失，第二点还要找到可以加工的单位如果找不到的话，还要自行加工且精度要求越高越好。即便做了下来它的传动效率损失和三轮相比也是非常大的而且四轮车的行驶和转弯时的阻力也是较三轮车大的。也就是说除了稳定性好之外是没有其它优点的。
前一轮后两轮这种布置形式在其他队伍中是有才用的而且也取得了很好的成绩的如简图所示。它具有如下的优点（1）转向轻便（2）因为和正向三轮车有很多相似的地方所以构件采购容易加工上也比较方便。（3）不需要加工车车轮定位结构如内倾、外倾、前束、后倾等。缺点（1）行驶稳定性不好在高速下容易翻车。（2）转弯时前轴受径向力力比较大，如要采用这种形式需要对前轮进行加固工艺上比较困难。（3）如果是发动机前置整车高度会上升且驾驶员视线难以保证，且需要差速器等机构。（4）如果是后轮驱动会遇到与前两轮驱动一样的问题。（5）运用空气动力学相关知识分析较优秀的风阻系数模型应该是仿水滴形这样前一轮的布置方式很难达到。
第3章 参数的收集和计算
3.1 参数的影响
H3号车的总布置主要参数包括整车的长、宽、高、离地间隙、轴距、轮距以及车架的最长最宽尺寸。以及发动机的额定功率，变速器的最大最大最小传动比等等。在设计之初可以确定几个设计硬点，其他尺寸在保证设计硬点的基础上可以有所变化。硬点尺寸直接关系到整车的性能。整车的主要尺寸对整车的性能有如下影响：
轴距L： 对整备质量、总长、最小转弯半径、纵向通过半径有影响， 还对轴荷分配有影响。过短时会使制动 、上坡、加速时轴荷转移过大，使汽车制动性和操纵性变坏，纵向角振动大。
轮距：对整车的整宽、总质量、侧倾刚度、最小转弯半径有关。轮距大有利于刚度上升，横向稳定性变好，但轮距不宜过大。
前悬：（因为本车为了节油尽可能的提高了整车的刚度所以取消了悬架机构，这样前悬就被用来定义前轴到整车最前端的部分。） 通过性、碰撞安全性、视野 范围、接近角等。
质量系数y轴荷分配：质量系数反映了汽车的设计工艺水平，轴荷分配对轮胎的磨损均匀和寿命相近，要保证驱动的符合，从动轴的负荷减小，有利提高通过性和减小滚动阻力。
3.2 设计参数的要求和目标
本次比赛有本田公司承办大赛委员会对整车参数的设计有的要求如表2.1所示：由于H3号车的结构保留了大部分的原有H2的结构设计，所以我们可以在原有尺寸上对其进行优化 。
H2号车的尺寸 、全高——0.75m、轴距——1.6m、全长——3.1m 、轮距——0.84m。
在确定尺寸前要明确优化的前提条件即如何优化，如果把总体设计分为两个指标即性能指标和节油指标则对明确整车的设计侧重点有很大的帮助。
完成比赛性能指标：
刹车制动性
（1）行驶稳定性：转弯特性：侧倾、侧偏、侧翻
（2）加速和起步时的平顺性
（3）故障率：驱动部分，制动部分
（4）车架：刚度和挠度
（5）车轴的强度
节油性能指标：
（1）车轮：左右车轮主销内倾角、前束、后倾的参数一致性。各轴载荷的平均分配。轮胎测偏刚度的确定。
（2）车架：轻量化
（3）车身：空气阻力系数Cd值、迎风面积、车身总体质量。
（4）发动机：最优传动比的选择、机体的轻量化、传动形式的选择。
（5）驾驶员：体重、身高、操纵能力。
结 论
通过本次毕业设计可以对节能车的设计有了深刻的了解，对相关知识也有了较全面的学习。可以说节能环保的技术是一项非常高端的技术，随着排放要求的提高，节能技术的先进性也不断的推高。
结论和突破
通过本次设计可以有以下几点结论；1.驱动传动部分油节能的重中之重，其充当着车辆节油能力的核心位置也是整车技术含量最高的地方。2.操纵部分也是相当重要的组成部分，因为大量的技术如果不用智能控制的话考驾驶员经验操纵节油水平很难保证。3.电控部分连接着操纵和驱动两大部分说其是最主要的也不为过。4.整车参数的控制是节油的基础，因为整车的重量、风阻系数、滚动阻力都深切的关系到消耗能量的高低不能不考虑。H3号节能车设计有以下几方面的优势。运用了专业软件辅助完成了几乎全部的设计并进行了虚拟的装配节省了大量的试制论证时间。通过测量和实验收集了较全面数据为整车的设计做了数据上的支持。整车的参数部分实现了动态的更改和参数化的设计，可以在原有的基础上进行某一部分的变更而不影响其他结构。缺点和不足本次设计还有很多欠缺和不足之处需要改进，如建模时间周期过长，软件模块儿运用的不够全面对很多命令都不是很明白，时间测量数据的误差有些高需要大量次数的测量才能有较满意的数据出现，还可以对建立的模型进行大量其他的仿真但是由于学习时间短无法掌握比较遗憾。待改进的部分对节油车总布置设计还有很多需要改进和加强的地方。设计部分，如果想对成绩有跳跃式的突破必须要有革新的设计运用到更加精密新技术。车身部分也可以以整体式车身，轻量化材料等来减轻重量降低风阻。而以上这些支持其成功的条件就是加工能力的提高，工艺性是设计目的的提高和保证，没有加工以上的设计就无法实现其性能也无法保证，因而需要找到代工点儿或者提高自身的加工硬件和工艺能力。我相信解决以上问题后H系列节能竞技车一定可以取得越来越有益的成绩。
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