FSC赛车气动换挡系统开发Word文档格式.docx
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虚拟仿真
Abstract
Thisarticleisbasedonthe2014FSCracingtotheactualcarrier,accordingtotherulesofChinaautomobileformulacompetitionrequirements,aswellastheneedsoftherapidshiftinordertoimprovetheperformanceforthecar,ithaveputtedforwarddevelopmentplanoftheFSCracingpneumaticshiftingsystem.Onthebasisofthe2014car,usingCATIAsoftwarewhichitis3Dvirtualdesignfortheracing’spneumaticshiftingandmanualclutch,undertheconditionofmeettherulestochoosethebestdesigntoimprovethecar'
sspacelayout.Atthesametime,wecarriedonthedesignoftheactuator,meetingthestrengthrequirementandasfaraspossiblebelightweight.UsingtheMATLAB/Simulinkmodulewhichcarriedoutthesimplevirtualsimulationofthepneumaticshiftsystem,andithasverifiedthestabilityofthesystem.Thestudyisalsoveryinstructivesignificancefortheracingteam’sdesigninthefuture.
Keywords:
FSCRacing;
3DVirtualDesign;
PneumaticShiftingSystem;
VirtualSimulation
目录
摘要I
AbstractII
1概述1
1.1赛事背景1
1.2国内外现状及发展趋势3
1.2.1国外发展现状及发展趋势3
1.2.2国内发展现状及发展趋势4
1.3课题的目的和意义5
1.4课题的主要工作内容6
2电控气动换挡概述8
2.1换挡系统的基本组成8
2.1.1气动换挡系统的组成部分9
2.1.2气动换挡系统的工作原理10
2.1.3执行机构的设计准则11
2.2换挡系统主要元器件的选型12
2.2.1高压气瓶选型13
2.2.2换挡气缸选型15
2.2.3换挡电磁阀选型17
2.2.4电控装置的选型18
2.3本章小结19
3气动换挡系统机构的建模与装配21
3.1CATIA软件介绍21
3.2气动换挡系统零件建模22
3.3气动换挡系统装配27
3.4本章小结29
4气动换挡机构的空间布置设计30
4.1发动机的介绍30
4.2换挡机构设计方案一33
4.3换挡机构设计方案二35
4.4离合机构的布置36
4.5本章小结38
5MATLAB/Simulik虚拟仿真39
5.1MATLAB软件介绍39
5.2气动换挡系统的仿真设计39
5.3本章小结41
6结论与展望错误!
未定义书签。
6.1结论错误!
6.2不足及展望错误!
致谢错误!
参考文献错误!
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
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