节能赛车电气系统设计开题报告

开题报告文献综述11课题研究背景111选题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。其中要求参加比赛的车辆均搭载由五羊本田提供的125CC化油器四冲程发动机，压缩比（）921、怠速转数1400100R/MIN、额定功率/相应转速662/7750KW/R/MIN、最大功率/相应转速735/7750KW/R/MIN、最大功率/相应转速735/7750KW/R/MIN、最大扭矩/相应转速1000/6000NM/R/MIN、最大扭矩/相应转速1000/6000NM/R/MIN、点火方式CDI电容二极管点火1。HONDA节能竞技大赛于1981年在日本创办,至今已有35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,在日本,每年都有来自初中、高中和大学等的学校代表队、企业代表队,以及来自社会上的共约500支车队,创作出具有新颖构思和创意的赛车参加比赛。在迄今为止的36届比赛中创下的最高记录为3779638KM/L相当于北京到重庆的直线往返距离还要多。同时,这项比赛也逐渐向海外扩展,泰国、巴基斯坦、俄罗斯、韩国等的参赛者相继参加了日本的比赛,上海同济大学也从2000年开始制作赛车去日本参赛。23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。常州机电职业技术学院2013年首次参加到这项赛事中来,在2013年第7届HONDA中国节能竞技大赛中,常州机电职业技术学院锋帆号跑出了81551KM/L的成绩4。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5。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如何更有效地利用资源,如何把我们生存的这个星球更完好地传递给下一代6。”节能、环保是HONDA一直致力解决的重要课题之一。在产品领域,HONDA通过燃料电池、混合动力、生物乙醇弹性燃料、清洁柴油等先进的节能、环保型产品时刻走在行业的前列。在生产领域,HONDA在全球推行“绿色工厂”体系,制定独自的企业目标,努力降低产品生产环节的能源消耗和污染物以及温室气体CO的排放。此外,HONDA还积极开展植树造林等社会活动。节能竞技大赛作为节能环保领域的社会活动之一今后将继续在中国举办,HONDA希望通过这项赛事,为社会节能、环保意识的提高做出贡献78。12课题研究的意义自2004年起,中国超越了日本成为仅次于美国的世界第二大石油消耗国。2006年,中国对进口石油的依赖增至年需求总量的47,2006年中国的原油净进口量为13884万吨。而在1990年一2003年的13年里,中国汽车保有量年均增长率达到12,汽车燃油消耗在中国石油消耗中所占的比例日益增大9。2004年,中国每一辆汽车的年均耗油是21吨,中国进口的原油有30被汽车消耗,而这一比例在今后将升至50。从尾气排放方面,汽车排出的废气已成为城市空气的首要污染源。据国家环保总局测算,2005年中国汽车排放污染在城市大气污染中所占比例高达7910。因此,汽车既是耗油大户,又是排放废气的大户,抓好了汽车的节能减排,就是抓住了重点。汽车节能减排的重要性不言而喻,考虑到当前我国的汽车节能技术发展的实际情况,除了要积极推进以混合动力、燃料电池、先进柴油、醇类汽车等为代表的新能源汽车技术的发展外,另一个推进汽车节能减排工作的措施就是大力研究开发适合我国现阶段汽车行业技术现状,并适合大量在用汽车的高性能节能产品1011。节能竞技赛车与普通汽车的结构布局相似,由发动机、底盘和车身三大部分组成。发动机的改造无疑是各赛车队攻关的重点,也是节能减排技术发展的主导性方向底盘的设计关键在于减小摩擦损失和提高机械传动的效率车身设计的重点在于外形美观、轻重量和较低的空气阻力系数12。本田节能竞技大赛适时迎合了时代提高社会节能和环保意识的要求,激发各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,使其从中体会到节能重要性的同时,提高参赛者的思考和实践能力,更为将来汽车节能方面的实际应用带来了无限新的可能1314。本文选题的目的就是在本田节能竞技大赛的背景与第十一届参赛节能竞技车的基础下,研发一款节能竞技车15。参考文献1第11届HONDA中国节能竞技大赛规则大赛主办方20172余志生汽车理论M机械工业出版社200933王望予汽车设计M机械工业出版社201624李胜琴王若平张文会现代汽车设计方案M机械工业出版社200735王志明太阳能电动三轮车车架结构性能仿真分析及优化研究D浙江大学硕士学位论文200616马讯，盛勇生车架刚度及模态的有限元分析与优化J客车技术与研究第26卷第4期20047鲁直维汽车电子控制基础M清华大学出版社201578曹家喆汽车电子控制基础M机械工业出版社,20099陈立平,张云清,任卫群,覃刚机械系统动力学分析及ADAMS应用教程M北京清华大学出版社,2005110范成建,熊光明,周明飞虚拟样机软件MSCADAMS应用与提高M北京机械工业出版社,2006911郑凯,胡仁喜,陈鹿民ADAMS2005机械设计高级应用实例M北京机械工业出版社,2006112刘齐茂汽车车架的结构优化设计J机械设计与制造20054第四期13王玉艳,孙丽萍,王晓伟,基于ANSYS的客车车体轻量化技术及其应用,大连交通大学学报J,20076第28卷第214CHESKIDOV,ACONSTANTIN,PFRIEDLANDER,SSHVYDKOY,R,ENERGYCONSERVATIONANDONSAGERSCONJECTUREFORTHEEULEREQUATIONSJ,INSTITUTEOFPHYSICSPUBLISHING,VOLUME21,NUMBER6,JUNE2007,PP123312522015羊拯民汽车车身设计M机械工业出版社2008开题报告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）1研究解决的问题通过对中国节能竞技大赛规则的理解，使用HONDA125CC化油器低油耗四冲程发动机，限用1L汽油行驶更远的距离，要想跑出更远的距离。对于发动机，点火系统的改进是提升其性能的重要手段。原赛车在原型机基础上增大压缩比，因此原有点火系统已不适用于该发动机。需要重新设计开发新的点火控制系统，使之适合高压缩比发动机。2研究方案在汽车上，微机控制的点火系统已经使用较为广泛。其特点是将点火提前角的机械调节方式改变为电子控制方式，能使发动机获得最佳的燃烧，提高了发动机的动力性、经济性，减少了排放污染。点火控制一般包括点火提前角控制、通电时间（闭合角）控制和爆震控制。本课题不涉及爆震控制，只需进行点火提前角和通电时间控制。对于点火提前角和通电时间的控制，主要参数为发动机转速，通过原机的磁电式转速传感器获得。同时根据不同转速下的要求，由单片机为主体的电子控制单元来计算合适的点火提前角，然后控制点火执行器对火花塞施加高电压使之点火。3具体改进方案由点火系统分析可知，基于单片机的点火系统设计分为两个方面，硬件设计和软件设计。硬件设计包含了外部信号的采集、单片机控制电路以及点执行机构。软件设计包含了利用外部采集的信号进行计算，得到适合该转速下的点火提前角和闭合角，并将计算后的数据输出给点火执行机构进行点火燃烧。31硬件设计借鉴汽车用微机控制的点火系统的基本原理，硬件构成主要由传感器、电子控制单元、点火执行器三部分组成。传感器的作用是将发动机的运转情况参数传递给单片机，为单片机做出计算提供原始依据。电子控制单元接收由传感器传递来的发动机运行参数，通过内部程序作出判断，得出最佳的点火提前角和该转速下的闭合角。点火执行机构根单片机传递来的闭合角信号闭合开关，等待初级线圈电流增长到需要的值之后，由单片机控制断开初级线圈，在次级线圈中感应出高压点，输送给火花塞跳火，点燃发动机内部可燃混合气。点火系统框图如图1所示。图1点火系统的组成基于以上要求，传感器采用原机磁电式转速传感器，电子控制单元采用工作可靠并且具有一定计算处理能力和速度的AT89S52单片机，点火执行机构采用原有的点火驱动模块，加大点火线圈次级线圈匝数以提高次级电压，并将火花塞更换为NGK铂金火花塞，使点火能量更集中，使用寿命更长。32软件设计发动机转速信号通过模数转换模块送入到单片机中，单片机接收该转速信号后对发动机转速进行判断，从单片机数据表列中选择对应的点火提前角，并根据转速对初级线圈闭合角进行判断，使初级线圈提前闭合，同时以磁感应式转速传感器信号发生时刻为初始时刻，进行计时，当发动机转动到相应角度时，发出点火信号驱动点火模块控制初级线圈断电，从而使次级线圈感应产生高电压，击穿火花塞电极之间的间隙，产生火花，点燃可燃混合气。因此程序算法框图如图2所示。图2点火系统程序框图系统中的数据通过建立发动机模型进行计算，作为初始数据，通过实验得到发动机最佳点火提前角数据。4系统测试将该系统安装于赛车发动机上进行负荷特性实验，因该赛车工作转速范围小于4000R/MIN，因此实验中发动机转速小于该转速。以发动机3000R/MIN时为例，获得最佳点火提前角为30CA，如图3所示。可以看出发动机功率较低的情况下，油耗率和原机几乎持平，但随着发动机功率的上升，油耗率逐渐比原机要低，说明此时获得的最佳点火提前角在油耗率方面优于原机。图3发动机转速为3000R/MIN