中国巴哈大赛赛车动力匹配设计

中国巴哈大赛动力匹配设计
摘要：此次毕业设计是要对赛车进行动力匹配设计及优化，并指出了研究的目的和意义。

首先在详细了解2017年中国汽车工程学会巴哈大赛规则后，确定了赛车发动机的选型原则。

其次通过讨论，确定了巴哈赛车发动机的主要参数，进而完成了后期的计算，并运用caita三维制图软件结合参数进行3D图的绘制。

最后在老师的指导下，协同小组成员制作一辆巴哈赛车。

关键词：巴哈，设计及优化，选型，主要参数，赛车制作
Chassis design of Baja SAE China racing car
Abstract：The graduation design is to design and optimize the dynamic matching of the car, and pointed out the purpose and significance of the study. First in a detailed understanding of the 2017 China Automotive Engineering Society Baja rules, to determine the principle of selection of the car engine. Secondly, through the discussion, the main parameters of the Baja Racing engine are determined, and the later calculation is completed. The 3D drawing of the graph is carried out by using caita three-dimensional drawing software. Finally, under the guidance of the teacher, the collaboration team members to produce a Baha car.
Keywords：Baja; Chassis design and optimization; Selection；Main parameter; Racing production
目录
摘要............................................................................................................................................错误！未定义书签。

Abstract....................................................................................................................................错误！未定义书签。

目录 (Ⅲ)
1 绪论 (1)
1.1 Baja赛车起源 (1)
1.2 Baja赛车国内外研究状况 (1)
1.3 Baja赛车项目意义 (2)
2发动机机总体组成 (3)
2.1 发动机结构形式简介 (3)
2.2发动机的工作原理 (5)
3 发动机的匹配 (9)
3.1 发动机的匹配 (9)
3.1.1 匹配的定义 (9)
3.1.2 发动机匹配的应用场合 (9)
3.2 发动机的机械匹配技术 (9)
3.2.1 发动机和变速器的选型和匹配 (9)
3.2.2 设计与分析 (9)
3.3发动机控制系统和其运用技术 (10)
3.3.1发动机管理系统 (10)
3.3.2 发动机管理系统开发技术 (10)
3.4 发动机的标定技术 (10)
3.4.1 发动机标定 (10)
3.4.2 发动机标定软件 (10)
3.4.3 发动机标定设备 (10)
3.4.4发动机标定试验 (10)
3.5 发动机的选购 (10)
3.5.1 赛车发动机的选择原则 (10)
3.5.2 百利通发动机的资料 (11)
4 变速器的结构设计 (13)
4.1 变速器的功用 (13)
4.2 变速器的组成 (13)
4.3 变速器的分类 (13)
4.4变速器的优化 (15)
4.4.1传动系最小传动比的确定 (16)
4.4.2 传动系最大传动比的确定 (16)
5结论 (18)
参考文献 (19)
致谢 (20)
1 绪论
中国汽车工程学会(汽车)的巴哈(BSC比赛)由中国汽车工程学会(汽车)主办,由大学、职业院校和有关专业的越野车团队设计、制造和测试。

各机构的汽车设计和生产比赛。

每个车队使用相同的模型引擎设计和制造一个单一的座椅,发动机套件,后驾驶小型越野车根据赛车规则和赛车制作标准。

该事情开始在美国流行,是当代大学生方程式汽车比赛的起步,适用于高等院校学生的参加。

动竞争包括各种比赛项目，包括技术观点，赛车设计，成本和生产，营销等。

力项目包括牵引试验、控制试验、爬坡试验、耐久性试验等。

1.1 Baja赛车起源
巴哈是西班牙语汽车。

巴哈来自于于1976年南卡罗来纳州大学,是大学生方程式汽车比赛的开端。

中国汽车工程学院于2015年初将平衡计分卡事件引入中国,根据当地条件调整竞争规则。

事件后,该事件受到了所有高校的热烈欢迎。

第一届中国汽车工程学会巴赫比赛于2015年8月29日在山东省潍坊市。

比赛已经成功,成为世界第六个举办巴赫大赛的国家。

比赛的比赛小组达到了33个队,最终登记了29个队的登记。

然后在各方面的支持下,在各机构的广泛参与下,在第一次后,2016年中国汽车工程学会巴赫大赛于十月十八日至21日在湖北省襄阳梦想举行。

目前,有巴哈教事件:美国、墨西哥、加拿大、南非、巴西、印度、韩国等。

1.2 Baja赛车国内外研究状况
起源于别的国家较早，在1976年已经举办，经验相对比较丰富。

基于数据选择有着大量的实践经验，包括但不限于合理选择轴距、重量、轮辋和轮胎的合理选择，erf1 2310合适的解决。

各部门的车辆和轻微的改善。

近年来，国外的设计团队情况来看在（60～64厘米，轴距长达160厘米，152.4）选择距离地面12至16英寸（30～40cm），300到450磅的整备重量（150.5到225.6公斤），轮胎的选择20到28cm的距离的橡胶胎。

长时间实践，经济实力强大，在CVT变速箱制造时，别的国家不一样。

广泛采用四速无级变速器，最高速度为35英里/小时，通过底盘测功机的扭矩和转速，通过有限元分析CVT变速箱的轻微改善。

比赛开始，所有的球队在下，在不同的层次。

最重要的是高等职业教育的学生，对外包的工作，设计的主要依靠。

在但基本实现了传动系统的布置、传动系统的改进、制动系统的优化布置。

目前车架的设计主体主要集中在稳定性、安全性、加固性较多、轻量化改善不足、重量过大。

动力匹配方面的技术积累不足，多次出现参赛车辆动态测试中因故障无法完成比赛。

事件规则自由化后，而且在设计、加工的舰队，一个比较高的水平，更大的投资。

1.3 Baja赛车项目意义
我国的巴哈大赛起步较晚,尚处于起步阶段,国内参与竞争的是高职院校,本科院校参与较少,相关信息相对匮乏。

因此,本课题组的课题研究对我校下一代赛车的研究开发具有一定的现实意义,为今后参与巴哈赛的参与奠定了一定的理论和实践基础。

同时,学生对汽车运动项目的兴趣和学习兴趣,深入了解汽车结构设计、制造、装配、维修、营销等专业知识和技能,提高我们的团队协作能力。

2 发动机机总体组成
2.1发动机结构形式简介
图2.1发动机构造
图2.2发动机油底壳构造
图2.3机油泵图
图2.4气缸
曲轴设置为主轴与连杆之间的间隔,主轴用于支撑曲轴,连杆轴通过滑动轴承与连杆连曲轴连杆和连杆，安装曲轴时,需要轴向间隙以避免工作过程中的轴向移动[1]。

连杆的一端连接到连杆轴,另一端连接到活塞(滑动轴承连接)[2]。

活塞头靠近石油压线的连杆部分,远离巴里耶气体的连杆部分,用于分离活塞两侧的油气。

定时齿轮带动桃形轴转动，桃形轴的偏心轮处于不同的相位，对应于曲轴运动的相位，活塞由活塞杆推动。

发动机由静止状态过渡到另一方面的工作臂，阀体和阀回位弹簧，使阀门打开进口或出口，气缸，活塞在弹簧的手臂，阀门关闭。

完成必要的设备启动一个过程，称为发动机的起动系统。

润滑系统中运动部件的功能是运输量的清洁润滑油，摩擦表面，实现液体摩擦，减少阻力，减少机械磨损。

对部分表面的冷却和清洗。

其中活塞的润滑方式为溅油润滑汽油机燃通常的润滑油路，油泵，油和一些阀门等。

润滑系统是至关重要的，以确保发动机正常运转。

系统的功能是提供的材料根据发动机的要求，配制一定数量和浓度的混合气在气缸内燃烧，废气从气缸排出后到大气中去；功能的柴油机燃料供给系是在柴油机缸内空气、混合气形成和燃烧的燃烧室，燃烧后的废气。

冷却系统的作用是吸收部分热量加热时间的一部分，以确保在最适当的方式离开，发动机的温度条件下工作。

在汽油发动机中，气缸内的可燃混合气是*电火花点燃的，为此在汽油机的气缸头，蜡烛排列延伸到内部燃烧室。

在时间的火花塞电极之间产生火花的全部设备称为点火系通常由蓄电池，点火开关，发电机，分销商，点火线圈和火花塞，等等。

2.2 发动机的工作原理
（1）吸气冲程-第一。

根据曲柄运动的状况，曲轴运动，连杆带动活塞从上而下转动。

开口打开，出口关闭，由于活塞里面面积增大了气体压力减小了汽油与空气的混合气进入气缸内，当活塞到达气缸下面时，进气门关闭，吸气冲程完了。

这个冲程是靠外力做功完成的（图2.5）。

图2.5
（2）压缩周期-第二。

接着运动，使活塞向上，和排气阀关掉，混合气体被压缩，压力和温度是提高了打击力完成工作（图2.6）。

图2.6
（3）第三冲程-第三。

不停运动手柄，使活塞往下活动，进口和出口均关掉。

据指出，混合物是由火花点燃产生剧烈燃烧。

燃气温度高，压力非常大。

能量运动促使活塞向下做功，并和连杆使曲轴同飞轮（仪器未装设）同步加速运动。

此刻是发动机确实在
做功，这个阶段也叫做功冲程（图2.7）。

图 2.7
（4）排气冲程──第四。

不停摇动手柄，使活塞又向上运动，进口关掉，出口门启用，气缸内排除污染气体。

当活塞到达上面时候，出口关掉。

这个冲程也是靠外力做功
完成的（图2.8）。

图2.8
4．结论该周期是四冲程循环汽油不停，以保证工作。

每个活塞的往复循环，在两周内两次，和飞轮的旋转轴。

3 发动机的匹配
3.1 发动机的匹配
3.1.1 匹配的定义
在设计过程中，不同类型的发动机和变速器的合理选择，合理的协议通过计算和实验来确定该车的整体功能如何，最终选择一个充满活力的经济，和其他方面的优秀赛车。

3.1.2 发动机匹配的应用场合
发动机的主要项目有：发展一个新的发展模式的过程中，新的推进系统；其次，一个新的取代旧型号的发动机。

3.2 发动机的机械匹配技术
3.2.1 发动机和变速器的选型和匹配
1）设计计算
根据汽车的实际功能要求对发动机进行匹配，确认发动机变速器的型式及参数，2种方法：
（1）仿真计算
在汽车设计和基于模型的参数，如进口发动机和变速箱的一些要求，最后确定的周期驱动汽车，其动力性、经济性和制动性能。

快速计算，可以考虑车辆的行驶性能，影响最明显的参数。

（2）参数优化
我们将汽车的动力、经济、制动等功能视为Y、发动机功率、传动比为X函数，设定一定的要求，寻求最佳组合。

2）发动机和变速器的布置
在完成发动机设计和计算的基础上，初步确定各参数的计算方案和汽车，由CAD，干扰，和必要的修正，确定最终的位置，下一步。

3）发动机附件系统的开发
发动机系统由进排气系统、燃油供应系统、冷却减温系统、动力转向系统等组成。

3.2.2 设计与分析
1）CAD设计
在现我们的生活过程中，能够使用CAD系统来制造汽车和局部的数字模型。

2）CAE分析
主要是发动机CAE分析，噪声，振动，支持计算流体力学，热力学分析。

3.3 发动机控制系统和其运用技术
3.3.1 发动机管理系统
管理控制系统是一个喷气发动机，排放控制，电子点火，启动，防盗，和诊断系统等集成电路。

随着电子控制技术的发展，EMS的要求，严格的法律和发展创新的定义，可以灵活控制，从而获得更好的工作条件。

3.3.2 发动机管理系统开发技术
发展一个发动机管理系统，涉及计算机技术、自动控制系统和引擎的集成，技术和其他领域是一个非常复杂的系统。

3.4 发动机的标定技术
3.4.1 发动机标定
发动机在不同的工作环境，通过修改参数，以达到最佳的状态参数，获取证据，主要是一个软件工具，发动机标定和校准设备。

3.4.2 发动机标定软件
从测试数据采集引擎传感器，专业处理将失去其ECU进入汽车，现在有一个校准软件优化技术的基础上测试，它可以优化，缩短时间，减少试验次数，降低成本。

3.4.3 发动机标定设备
在发动机做实验的过程中，发动机标准准硬件能够将速度、温度、压力、标定数据测量到ECU。

3.4.4发动机标定试验
发动机台架标准试车辆标定实验目的：汽车污染物排放控制标定、高原环境下的汽车驾驶环境标定、标定、系统标定及汽车零部件冷环境故障诊断系统验证。

实验项目包括：实际气体效率标定、空燃比标定、点火正时标定和基本发动机热标定。

3.5 发动机的选购
3.5.1 赛车发动机的选择原则
赛车发动机的选择要根据比赛规则的要求和赛道特点而决定。

baja比赛中发动机的选择统一由赛事主委会指定，BSC2017使用美国百利通公司发动机。

赛车能承担一名身高1.8米、体重200斤的车手。

3.5.2 百利通发动机的资料
一、发动机的要求和限制
为了向赛事提供统一的动力性能基础，所有赛车均必须使用相同的发动机：一台四冲程、风冷、排量为305cc的百力通巴哈发动机。

只有百力通提供的巴哈发动机是BSC 2017 赛事唯一可接受的，允许2015、2016年百力通提供的发动机参加2017年比赛。

所需的发动机应保持出厂状态。

提示：组委会不允许根据制造商的维修手册调整发动机，因为它是改装。

表3.1发动机规格图
表3.2发动机检修参数图
这个发动机的最大速度必须要求为3700rpm或还小。

裁判员将随时检查州长。

并且还出现了小时变速器实增加发动机转速的动作，整体要马上失去比赛资格，结果已被清除为0。

提示：赛事允许的发动机最高转速设置是：3800rpm。

调速器应该保护完整不能随意放置，调速器中间必须有人看管，不要让灰尘进入。

发动机油箱支架可作为调速器的有效保护。

要是装油的箱子被在远的地方控制了，必须需要安置将漏出来的的调节速度的机器覆盖。

能使用百力通公司部件遮住的东西具有相同特性的其它部件。

图3.1百利通发动机
4 变速器的结构设计
汽车有了许许多多的配置，这个时代我们都要求体验更高的舒适度与安全度。

现在人们对发动机性能要求更高，所以，人民大部人使用活塞内燃机。

在汽车的性能要求更加有标准，动力性也要求非常大，发动机的配置高了燃油也更加实用多了，为了促使发动机额定功率增大而少有经济曲轴转速范围，即有时情况很小。

没有使发动机适合有利的工作条件时，可以更加艰难的行驶条件，让汽车的动力和车的加油时的马力在无穷的的范围内改变，是汽车有了变速的能力，应该在汽车里面安装了变速器。

4.1 变速器的功用
（1）实现汽车改变速度，改变传动比：增强了汽车的加速能力，不断简单的使用状况,如开始、超车、过大的坡度等,使发动机的适应更加的便捷。

（2）在汽车的行驶条件不变的情况,汽车可以倒退。

（3）在不挂挡的时候,使汽车不能前行,以使汽车不会停下来,怠速,还可以使换挡还不会熄火。

4.2 变速器的组成：变速传动机构和操纵机构[3]
图4.1自动变速箱
4.3 变速器的分类
图4.2变速器种类
图4.3变速器构造
图4.4 E-CVT变速箱
图4.5 CVT变速箱4.4 变速器的优化
比赛它的设定目的旨在检测巴哈汽车所能够到达的困难的目标。

因此，赛车必须能在极其恶劣的路况下适应。

因此动力系统完全满足在加油，牵引，灵活性，和时间较久项目。

变速系统的目的 是有一个大约速度30千米每小时，汽车扭为290磅英尺，还是容易控制便于驾驶的机构。

赛车还继续使用10马力的发动机，也会考虑无级变速器和差速器。

差速器将发动机油箱支架可作为调速器的有效保护被连接到发动机油箱支架可作为调速器的有效保护。

系统采用的是节流阀拉索和气体面板来控制发动机的节流阀。

4.4.1 传动系最小传动比的确定
初选传动比
gh
p
r 0Uamax n r 72.40~77.30i i ⨯
=）（ （4.1）
设三挡为动力档，则5g i =1，则发动机的转速必会很小且会低于传动系统的值 式中，r r 为驱动轮的滚动半径，.5m m 260R r r =≈；
h g i 为变速器最高档传动比，h g i =1.0；
p n 为发动机最大功率对应转速，p n =13000rpm ；
得，0i =（8.51~10.66），但是与实际不是很符合，我们根据去年经验，我们初选0i =2.6。

4.4.2 传动系最大传动比的确定
动力系统的最大值是汽车的最小档即1档和汽车的倒挡其乘积。

根据汽车行驶方程式
dt
du
m Gi u A C Gf r
i i T a D T
g δη+++
=20emax 15.21 （4.2） 即j i w f t F F F F F +++= （4.3）
（1）汽车爬坡时车速不高，空气阻力与加速阻力可忽略，最大驱动力用来克服轮胎与地面的滚动阻力与坡度阻力。

故
ααηs i n c o s 0e m a x
G Gf r
i i T T g +≥ （4.4）
mg G ==25612N ；
m a x e T —发动机最大转矩，max e T =65.954N .m ； 0i —主减速器传动比，0i =9；
T η—传动系效率。

还有单次减速装置，当H ≤8时，取η=75%， 0i ›3时，
η=65%。

本赛车1g i 初选9.0，故η=85%。

所以 T η=η×T η=85%×96%=81.6%；
r —车轮半径，r =0.2605m ；
f —滚动阻力系数，良好沥青或混凝土路面，f 取0.01-0.018，初选f =0.015； α—爬坡度。

赛车主要行驶于平直路面，对爬坡能力几乎没有要求，但是考虑到赛场条件与平时实际训练，初选α=16.7°。

所以()T
tq g i T f Gr i ηαα01sin cos +≥=0.387 （2）根据驱动车轮与路面附着条件
≤r i i T T
g η01e m a x z2F ·
φ （4.5） 式中，φ为道路附着系数，在沥青混凝土干路面，φ=0.7~0.8，取φ=0.8
1g i ≤%
.681.0954.965.80605.202352⨯⨯⨯⨯=1.01 与实际情况向结合，我们选变速器1g i =3.5。

巴哈的比赛是许多大高校的大学生团队参加的国际性竞争，它有许多的旨在测试巴哈汽车极限的项目。

学生团体必须设计并制造一辆单座的越野车。

它必须能够穿越崎岖的地形像崎驱不平的路或者陡峭的山坡而且能在最大程度上保证驾驶员的安全。

来自于北亚利桑那大学由12名学生组成的团队，参与了在四月上旬在德克萨斯大学，埃尔帕索举办的比赛。

我们的团队一个人负责设计框架系统，一个人负责传动系统，一个人负责悬挂系统[4] 。

传动系统可以改变在加速，预期的牵引，机动性，和耐力等项目。

我们的最终的设计采用无级变速器（CVT ）和一个反转的差速器。

它可以有效的提供高扭矩和快速加速的同时保持耐久性。

5结论
这个项目的主要目标是设计和建造的巴哈车辆，满足客户需求以及利益相关者的要求和需要。

传动机构的主要目标是有一个最大速度30千米每小时，最大扭矩290磅英尺，且易于驾驶的机构。

团队决定使用无级变速器和差速器。

发动机是由SAE提供。

无级变速器使司机驾驶更加更加流畅。

差速器将被连接到反向能力的移动绳索。

节气门控制系统会采用节流阀拉索和气体面板来控制发动机的节流阀。

该传动系统的最终设计符合我们的目标和比赛的规则。

巴哈仍将使用百利通10马力的发动机与CVTech-AAB的无级变速器的连接。

无级变速器具有低传动比0.4:1和最高传动比3 ：1。

变速系统包括一个差速器，拨线以及一个变速箱。

DanaSpicer H-12 FNRdifferential provides the vehicl with a forwardration of13.25:1 and a reverse ratioof 14.36:1。

换档线再到变速器箱连接。

表5.1速度检测表
这张图表可以看出，大约在3400转，速度将约32英里，这是我们所希望的比赛中。

下表显示的最大扭矩可以在轮320磅英尺，达到了我们的目标。

参考文献
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[15] SAE International, “SAE Collegiate Design Series: 2014 Baja SAE Series Rules,”2014
致谢
在这次设计完成之后，四年紧张而又充实的大学生活就要圆满结束了。

大学的时光对我而言是一个充满了美好的回忆，在这四年中，我学会了许多的东西，我坚信通过这四年的洗礼，我在以后的生活和工作中可以走得更远更好!
首先，非常感谢我的毕业设计指导老师。

从论文的选题、提纲的议定、研究方法、篇章结构、理论指导、修改直至最后的各个环节都给予了我极大的支持和帮助[5]。

然后，在做设计的过程中，要感谢和我一起做毕业设计的同学。

同学之间的相互学习和相互帮助最终克服了重重困难，我才能顺利的完成此次毕业设计。

最后，所有的老师辛苦了。

在四年的生活中，是你们的用心教育才让我对专业的认识非常深刻，并最终完成我的大学四年求学生涯。

在此，对所有老师表达最由衷的感谢。