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本科畢業(yè)論文(設(shè)計)開題報告
論 文 題 目：本田節(jié)能競技賽車傳動及轉(zhuǎn)向系設(shè)計學(xué) 院 ： 機 械 工 程 學(xué) 院
專 業(yè) 、班 級：
畢業(yè)論文（設(shè)計）開題報告要求
開題報告既是規(guī)范本科生畢業(yè)論文工作的重要環(huán)節(jié)，又是完成高質(zhì)量畢業(yè)論文
（設(shè)計）的有效保證。為了使這項工作規(guī)范化和制度化，特制定本要求。一、選題依據(jù)
1. 論文（設(shè)計）題目及研究領(lǐng)域；
2. 論文（設(shè)計）工作的理論意義和應(yīng)用價值；
3. 目前研究的概況和發(fā)展趨勢。二、論文（設(shè)計）研究的內(nèi)容1.重點解決的問題；
2. 擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計思路）；
3. 本論文（設(shè)計）預(yù)期取得的成果。三、論文（設(shè)計）工作安排
1. 擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計參數(shù)）；
2. 論文（設(shè)計）進(jìn)度計劃。四、文獻(xiàn)查閱及文獻(xiàn)綜述
學(xué)生應(yīng)根據(jù)所在學(xué)院及指導(dǎo)教師的要求閱讀一定量的文獻(xiàn)資料，并在此基礎(chǔ)上通過分析、研究、綜合，形成文獻(xiàn)綜述。必要時應(yīng)在調(diào)研、實驗或?qū)嵙?xí)的基礎(chǔ)上遞交相關(guān)的報告。綜述或報告作為開題報告的一部分附在后面，要求思路清晰，文理通順， 較全面地反映出本課題的研究背景或前期工作基礎(chǔ)。
五、其他要求
1. 開題報告應(yīng)在畢業(yè)論文（設(shè)計）工作開始后的前四周內(nèi)完成；
2. 開題報告必須經(jīng)學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會審查通過；
3. 開題報告不合格或沒有做開題報告的學(xué)生，須重做或補做合格后，方能繼續(xù)論文（設(shè)計）工作，否則不允許參加答辯；
4. 開題報告通過后，原則上不允許更換論文題目或指導(dǎo)教師；
5. 開題報告的內(nèi)容，要求打印并裝訂成冊（部分專業(yè)可根據(jù)需要手寫在統(tǒng)一紙張上，但封面需按統(tǒng)一格式打?。?。
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一、選題依據(jù)1、研究領(lǐng)域
車輛工程-競技車傳動及轉(zhuǎn)向設(shè)計
2、論文（設(shè)計）工作的理論意義和應(yīng)用價值
節(jié)能競技賽車與普通汽車的結(jié)構(gòu)布局相似,由發(fā)動機、底盤和車身三大部分組成。發(fā)動機的改造無疑是各賽車隊攻關(guān)的重點,也是節(jié)能減排技術(shù)發(fā)展的主導(dǎo)性方向底盤的設(shè)計關(guān)鍵在于減小摩擦損失和提高機械傳動的效率車身設(shè)計的重點在于外形美觀、輕重量和較低的空氣阻力系數(shù)。
本田節(jié)能競技大賽適時迎合了時代提高社會節(jié)能和環(huán)保意識的要求,激發(fā)各參賽車隊通過各項獨創(chuàng)技術(shù)不斷挖掘一升汽油的無限潛能,使其從中體會到節(jié)能重要性的同時,提高參賽者的思考和實踐能力,更為將來汽車節(jié)能方面的實際應(yīng)用帶來了無限新的可能。
3、目前研究的概況和發(fā)展趨勢
動力傳動系統(tǒng)即發(fā)動機一變速器一驅(qū)動橋一驅(qū)動輪系統(tǒng),它是汽車重要組成部分。選擇動力傳動系統(tǒng)參數(shù)的方法有兩種：一種是整車主要參數(shù)和傳動系參數(shù)含輪胎確定后,選擇合適的發(fā)動機；另一種是整車參數(shù)和發(fā)動機確定后,選擇合適的傳動系。能與發(fā)動機合理匹配的傳動系可以使發(fā)動機經(jīng)常在其理想工作區(qū)附近工作。這樣不僅可以減少燃油消耗,減輕發(fā)動機磨損,提高發(fā)動機的使用壽命,而且可以取得良好的排放效果。
在實際設(shè)計中,要想通過轉(zhuǎn)向機構(gòu)使所有車輪在每一個轉(zhuǎn)向角度都能繞同一個瞬心轉(zhuǎn)動是無法實現(xiàn)的。通常的做法是依靠經(jīng)驗公式來設(shè)計。在研究中,則采用優(yōu)化算法,建立目標(biāo)函數(shù),求解出最優(yōu)值。眾多的優(yōu)化研究方法都認(rèn)為,對于特定轉(zhuǎn)向機構(gòu),可以將整個系統(tǒng)拆分成幾個小系統(tǒng)來考慮,即每一個轉(zhuǎn)向橋均可由一個轉(zhuǎn)向梯形機構(gòu)來保證左右轉(zhuǎn)向輪按轉(zhuǎn)向規(guī)律偏轉(zhuǎn),而兩前橋之間的運動協(xié)調(diào)關(guān)系則需要根據(jù)具體情況設(shè)計搖臂機構(gòu)來加以保證,通常研究者認(rèn)為,梯形機構(gòu)是無須進(jìn)行優(yōu)化的,左右車輪的關(guān)系完全可以由獨立設(shè)計的梯形機構(gòu)來實現(xiàn)。主要影響多軸轉(zhuǎn)向特性的是搖臂機構(gòu)。因此大多數(shù)轉(zhuǎn)向機構(gòu)的研究將搖臂機構(gòu)作為優(yōu)化設(shè)計研究的重點,并根據(jù)優(yōu)化理論編寫了許多有效的計算軟件。
在未來，節(jié)能競技車的發(fā)展從結(jié)構(gòu)上來說，必然是減小汽車在行駛過程中的自身消耗,通過以下途徑可以來實現(xiàn)：減少行駛阻力,通過改進(jìn)車身造型、改善車身結(jié)構(gòu)來減少空氣阻力通過改進(jìn)輪胎結(jié)構(gòu)減少滾動阻力；底盤輕量化,采用新型輕質(zhì)材料,通過可靠性設(shè)計技術(shù)使整車輕量化,使各總成部件、附件緊湊；提高驅(qū)動效率,采用自動或無級變速系統(tǒng),減少軸承和齒輪的摩擦損失,提高傳動系統(tǒng)的傳動效率。
二、論文（設(shè)計）研究的內(nèi)容1.重點解決的問題
完成轉(zhuǎn)向、傳動、剎車系統(tǒng)、離合器的設(shè)計與計算。 2.擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計思路）
（1） 通過查閱各種資料，了解本設(shè)計的意義、研究概況和發(fā)展趨勢；
（2） 對轉(zhuǎn)向系、傳動系、剎車系統(tǒng)、離合器進(jìn)行設(shè)計
（3） 運用 CATIA 對傳動系、轉(zhuǎn)向系、剎車系統(tǒng)、離合器的各關(guān)鍵部件進(jìn)行三維設(shè)計；
（4） 通過改進(jìn)后的參數(shù)得出結(jié)論； 3.本論文（設(shè)計）預(yù)期取得的成果
通過對競技車轉(zhuǎn)向及傳動系的學(xué)習(xí)了解深入，加深對汽車轉(zhuǎn)向及傳動系的優(yōu)化意識，設(shè)計出更節(jié)能更安全的競技車。
（1） 完成 10000 字左右的畢業(yè)論文；
（2） 完成 3000 字左右的外文文獻(xiàn)翻譯；
（3） 使用 CATIA 建模和三維設(shè)計；
（4） 繪制 3 張 A0 圖紙。
三、論文（設(shè)計）工作安排
1. 擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計參數(shù)）；
車輛必須為 3 輪以上（包括 3 輪），要求其結(jié)構(gòu)無論在停止時還是行駛都為 3 輪 以上（包
括 3 輪）結(jié)構(gòu)且能自行站立，全高 1.8m 以下，軸距 1.0 米以上，全長 3.5 米以下，輪距 0.5 米以上，全寬 1.7 米以下，排氣管副泵超出車身后面及側(cè)面 10cm 以上，剎車配線等結(jié)構(gòu)需要從車內(nèi)穿過，以免與地面接觸造成摩擦。
2. 論文（設(shè)計）進(jìn)度計劃
第 1 周：理解設(shè)計任務(wù)
第 2 周：查閱相關(guān)文獻(xiàn)，英文文獻(xiàn)不少于 5 篇
第 3 周：閱讀文獻(xiàn)，撰寫開題報告
第 4 周：進(jìn)行開題報告答辯。完成外文資料的翻譯。第 5~6 周：轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計
第 7~9 周：驅(qū)動傳動系統(tǒng)設(shè)計
第 10 周：離合器設(shè)計準(zhǔn)備 4 月 10 日-14 日之間的中期檢查，要求有 ppt.
第 14 周：整理設(shè)計資料。撰寫設(shè)計說明書。
第 15 周：總結(jié)設(shè)計準(zhǔn)備答辯
四、需要閱讀的參考文獻(xiàn)
[1]張建雄. 汽車轉(zhuǎn)向系的工作原理及故障分析[J]. 民營科技,2015,11:45-46. [2]馮帆,劉優(yōu). 汽車轉(zhuǎn)向系硬點布置[J]. 科技風(fēng),2016,08:175-177.
[3] 趙寶平, 劉曉雪, 鄧飛虎. 電子助力轉(zhuǎn)向系及四輪轉(zhuǎn)向系淺析( 一)[J]. 汽車維修與保養(yǎng),2016,08:103-105.
[4] 趙國才. 汽車節(jié)能技術(shù)路徑分析[J]. 西南師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2014,12:117-121. [5]徐青龍,禚寶國,林歡,王偉. 基于 MATLAB 的汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向特性分析[J]. 科技信息,2014,04:54-55.
[6]莫易敏,田蜜. 微型汽車傳動系統(tǒng)功率損失建模計算[J]. 機械傳動,2013,02:47-49. [7]殷文芬. 汽車傳動系統(tǒng)參數(shù)的優(yōu)化選擇[J]. 時代農(nóng)機,2016,02:32-34.
[8]于勝武. 汽車傳動系統(tǒng)構(gòu)造與工作原理分析[J]. 產(chǎn)業(yè)與科技論壇,2012,23:51-52. [9]王曉林,于士軍. 輕型載貨汽車離合器的設(shè)計[J]. 工程塑料應(yīng)用,2016,03:53-55.
[10] 薛殿倫,李笛,鐘鑫,劉愷. 不同車輛載荷的 AMT 車輛起步過程離合器控制[J]. 機械傳動,2013,10:126-128+144.
[11] Investigation of Energy Efficient Power Coupling Steering System for Dual Motors Drive High Speed Tracked Vehicle. December 2016,Volume 104,Issue 3,pp372–377. [12]Rabiatuladawiyah Abu Hanifah,Siti Fauziah Toha.Power reduction optimization with swarm based technique in electric power assist steering system.May 2016,Volume 102,Issue 4,pp 444–452.
[13]Vivan Govender,Steffen Müller.Modelling and Position Control of an Electric Power Steering System.june 2016,Volume 49, Issue 11, pp312–318.
[14]R. Uma Maheswari,R. Umamaheswari.Trends in non-stationary signal processing techniques applied to vibration analysis of wind turbine drive train.15 February 2017,Volume 85,Issue 6,pp296–311.
[15]Mohsen Rahimi.Drive train dynamics assessment and speed controller design in variable speed wind turbines.April 2016,Volume 89, Issue 5,pp16–29.
附：文獻(xiàn)綜述
文獻(xiàn)綜述
本田節(jié)能競技大賽是將參賽團隊設(shè)計制作的汽車在規(guī)定時間、規(guī)定路線下,行駛一定距離,并由此換算出一升油能夠行駛的公里數(shù),耗油量少則勝出的一項賽事。其中參加比賽的車輛均搭載由本田技研工業(yè)投資有限公司開發(fā)的彎梁車的125cc 化油器低油耗四沖程發(fā)動機，Honda 節(jié)能競技大賽于1981 年在日本創(chuàng)辦,至今已有35 年的歷史。比賽要求參賽車輛使用統(tǒng)一的 Honda 低油耗汽油發(fā)動機,發(fā)動機以外的車架和車身等完全由各車隊獨自創(chuàng)作,每支參賽隊帶來的都是世界上獨一無二的賽車。賽車在指定的賽道內(nèi)跑完賽程,比賽誰消耗的燃油最少。由于有著極高的樂趣性和廣泛的參與性, 在日本,每年都有來自初中、高中和大學(xué)等的學(xué)校代表隊、企業(yè)代表隊,以及來自社會上的共約 500 支車隊,創(chuàng)作出具有新穎構(gòu)思和創(chuàng)意的賽車參加比賽。在迄今為止的 35 屆比賽中創(chuàng)下的最高記錄為 3435.325 Km / L ,相當(dāng)于北京到重慶的直線往返距離。同時,這項比賽也逐漸向海外擴展,泰國、巴基斯坦、俄羅斯、韓國等的參賽者相繼參加了日本的比賽,上海同濟大學(xué)也從 2000 年開始制作賽車去日本參賽，節(jié)能競技賽車與普通汽車的結(jié)構(gòu)布局相似,由發(fā)動機、底盤和車身三大部分組成。發(fā)動機的改造無疑是各賽車隊攻關(guān)的重點,也是節(jié)能減排技術(shù)發(fā)展的主導(dǎo)性方向底盤的設(shè)計關(guān)鍵在于減小摩擦損失和提高機械傳動的效率車身設(shè)計的重點在于外形美觀、輕重量和較低的空氣阻力系數(shù)。
汽車動力性與燃油經(jīng)濟性的好壞,在很大程度上取決于發(fā)動機的性能和傳動系型式及參數(shù)的選擇[8],即取決于汽車動力傳動系統(tǒng)合理匹配的程度。動力傳動系統(tǒng)即發(fā)動機一變速器一驅(qū)動橋一驅(qū)動輪系統(tǒng),它是汽車重要組成部分。選擇動力傳動系統(tǒng)參數(shù)的方法有兩種：一種是整車主要參數(shù)和傳動系參數(shù)含輪胎確定后,選擇合適的發(fā)動機； 另一種是整車參數(shù)和發(fā)動機確定后,選擇合適的傳動系。能與發(fā)動機合理匹配的傳動系可以使發(fā)動機經(jīng)常在其理想工作區(qū)附近工作。這樣不僅可以減少燃油消耗,減輕發(fā)動機磨損,提高發(fā)動機的使用壽命,而且可以取得良好的排放效果。
早在 80 年代初期,國外就對汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行了探索,提出了多種行之有效的設(shè)計方法。早期的設(shè)計方法以平面投影設(shè)計方法為主,因為缺乏直接在空間中建立機構(gòu)的運動方程的數(shù)學(xué)理論,所以通常將空間問題轉(zhuǎn)化為平面問題來解決。通過這種方法不僅可以簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu),同時也可以建立便于實現(xiàn)數(shù)值計算的系統(tǒng)模型。在實際設(shè)計中,要想通過轉(zhuǎn)向機構(gòu)使所有車輪在每一個轉(zhuǎn)向角度都能繞同一個瞬心轉(zhuǎn)動是無法實現(xiàn)的。通常的做法是依靠經(jīng)驗公式來設(shè)計。在研究中,則采用優(yōu)化算法,建立目標(biāo)函數(shù),求解出最優(yōu)值。眾多的優(yōu)化研究方法都認(rèn)為,對于特定轉(zhuǎn)向機構(gòu),可以將整個系統(tǒng)拆分成幾個小系統(tǒng)來考慮,即每一個轉(zhuǎn)向橋均可由一個轉(zhuǎn)向梯形機構(gòu)來保證左右轉(zhuǎn)向輪按轉(zhuǎn)向規(guī)律偏轉(zhuǎn),而轉(zhuǎn)向橋零部件之間的運動協(xié)調(diào)關(guān)系則需要根據(jù)具體情況設(shè)計搖臂機構(gòu)來加以保證,通常研究者認(rèn)為,梯形機構(gòu)是無須進(jìn)行優(yōu)化的,左右車輪的關(guān)系完全可以由獨立設(shè)計的梯形機構(gòu)來實現(xiàn)。主要影響多軸轉(zhuǎn)向特性的是搖臂機構(gòu),因此。大多數(shù)轉(zhuǎn)向機構(gòu)的研究將搖臂機構(gòu)作為優(yōu)化設(shè)計研究的重點,并根據(jù)優(yōu)化理論編寫了許多有效的計算軟件。
在國內(nèi)，隨著計算機性能的不斷提高,出現(xiàn)了許多用于工程計算的專用軟件,為工程技術(shù)人員的研究工作帶來了方便,減少了工程開發(fā)中自己編程的麻煩同時也使得許多優(yōu)秀的數(shù)學(xué)理論得到了推廣應(yīng)用。在眾多計算軟件中,MATLAB[5]是應(yīng)用最為廣泛的數(shù)值計算軟件之一。MATLAB 原是矩陣實驗室 20 年 80 代用來提供 LINPACK 和軟件包EISPACK 的接口程序,采用 FORTRIN 語言編寫的。20 世紀(jì) 90 年代,MATLAB 己經(jīng)成為國際控制界公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)計算軟件,而且在國際上 30 多個數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中,MATLAB 在數(shù)值計算方面獨占鰲頭。
汽車傳動系這方面的研究國外開展得比較早,1972 年,美國通用汽車公司首先開發(fā)了汽車動力性和燃油經(jīng)濟性的通用預(yù)測程序 GPSIM 系統(tǒng)[15],該系統(tǒng)可以模擬汽車在任何形式工況下的瞬時油耗、累計油耗、行駛時間和距離,預(yù)測汽車設(shè)計參數(shù)如重量、傳動系傳動比、空氣阻力系數(shù)等的變化對汽車性能的影響。電子計算機的應(yīng)用和測試手段的提高,使通過模擬計算與實驗相結(jié)合的方法來研究汽車動力傳動系統(tǒng)匹配問題成為可能。目前,國外各大汽車公司在這方面作了大量的研究工作,并開發(fā)了各自的模擬程序,除美國通用汽車公司的 GPSIM 外,還有福特汽車公司的 TOEFP、美國康明斯公司的 VMS,日本日產(chǎn)汽車公司的 CSVFEP,德國奔馳汽車公司的 TRASCO 等。這些程序的使用在樣車制造前就能準(zhǔn)確的對汽車動力性燃料經(jīng)濟性進(jìn)行預(yù)測,并可以根據(jù)幾種傳動系速比的變化引起整車性能的變化,找到這種變化間的關(guān)系,形成“最佳動力性、燃料經(jīng)濟性曲線”,從而找到能與所選發(fā)動機合理匹配的傳動系,節(jié)省了大量的試驗費用, 大大縮短了設(shè)計周期一。我國在這方面研究起步較晚,進(jìn)入年代后,吉林工業(yè)大學(xué)、清華大學(xué)、長春汽車研究所等單位開展了一些工作,取得了一些成果。如吉林大學(xué)的《載貨汽車燃料經(jīng)濟性的計算機模擬》,清華大學(xué)的《動力性燃料經(jīng)濟性的計算機模擬程序》,長安大學(xué)的《汽車動力性燃料經(jīng)濟性模擬與主減速器速比優(yōu)化的研究》,長春汽車研究所的《汽車動力性燃料經(jīng)濟性模擬程序及動力系統(tǒng)合理匹配的研究》等。目前, 國內(nèi)主要圍繞以下幾個方面開展工作的：（1）汽車動力傳動系數(shù)學(xué)模型的研究；（2） 按給定工況模式的模擬研究；（3）按實際道路條件隨機模擬的研究；（4）模擬程序的應(yīng)用研究。
近些年來,國內(nèi)在對汽車動力性、燃料經(jīng)濟性模擬程序研究的基礎(chǔ)上,開始對發(fā)動機、傳動系的最優(yōu)匹配[7]進(jìn)行探討,主要內(nèi)容包括：（1）發(fā)動機給定,對傳動系速比進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計,依此進(jìn)行調(diào)整,達(dá)到改進(jìn)目的；（2）傳動系給定,優(yōu)選發(fā)動機。前者又包括以動力性為設(shè)計目標(biāo)、以燃料經(jīng)濟性為約束條件和以燃料經(jīng)濟性為設(shè)計目標(biāo)、以動力性為約束條件兩種方法。以動力性為設(shè)計目標(biāo)的方法一般取加速時間為動力性指標(biāo)以燃料經(jīng)濟性為設(shè)計目標(biāo)的方法,一般以六工況和某一車速下等速工況兩者加權(quán)油耗作為燃油經(jīng)濟性目標(biāo)。另外江蘇理工大學(xué)的何仁老師提出的以能量利用率為設(shè)計目標(biāo)的汽車動力性、燃油經(jīng)濟性優(yōu)化設(shè)計,這些研究和成果使我國在這個領(lǐng)域的研究水平提高到一個新的階段,也有力地推動了汽車節(jié)能工作。但這些研究往往是建立在犧牲汽車某一性能燃油經(jīng)濟性或動力性的前提下來提高另一個性能動力性或燃油經(jīng)濟性, 因此本文提出了汽車動力性和燃油經(jīng)濟性綜合優(yōu)化目標(biāo)函數(shù),通過加權(quán)的方法來達(dá)到不同側(cè)重點的優(yōu)化目的。本文基于這種思想編制的優(yōu)化軟件可以通過輸入不同的權(quán)值來達(dá)到不同重要度的優(yōu)化,如城市出租車更注重汽車的燃油經(jīng)濟性,而越野車則更注重汽車的動力性。
本田節(jié)能競技大賽適時迎合了時代提高社會節(jié)能和環(huán)保意識的要求,激發(fā)各參賽車隊通過各項獨創(chuàng)技術(shù)不斷挖掘一升汽油的無限潛能,使其從中體會到節(jié)能重要性的同時,提高參賽者的思考和實踐能力,更為將來汽車節(jié)能方面的實際應(yīng)用帶來了無限新的可能。提高汽車行駛效率主要是通過改善結(jié)構(gòu)來減小汽車在行駛過程中的自身消耗,可以通過以下途徑[4]來實現(xiàn)：減少行駛阻力,通過改進(jìn)車身造型、改善車身結(jié)構(gòu)來減少空氣阻力通過改進(jìn)輪胎結(jié)構(gòu)減少滾動阻力；底盤輕量化,采用新型輕質(zhì)材料,通過可靠性設(shè)計技術(shù)使整車輕量化,使各總成部件、附件緊湊；提高驅(qū)動效率,采用自動或無級變速系統(tǒng),減少軸承和齒輪的摩擦損失,提高傳動系統(tǒng)的傳動效率。
本次選題擬展開的工作是，首先根據(jù)大賽要求和發(fā)動機的各項參數(shù)對傳動系的各關(guān)鍵部件進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計，同時設(shè)計匹配發(fā)動機轉(zhuǎn)速和傳動系的離合器，然后在以往參賽賽車的基礎(chǔ)上對轉(zhuǎn)向系進(jìn)行各關(guān)鍵部件進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計，最后為保證安全設(shè)計可靠的剎車系統(tǒng).