【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 圖 圖 結(jié) 構(gòu) 圖 阿卡曼式結(jié)構(gòu)圖 13 考慮到轉(zhuǎn)向的方便性以及駕駛員在小半徑彎道下有足夠的駕駛空間， 2021我校 鋒帆 車(chē)隊(duì)仍舊采用梯形轉(zhuǎn)向方式 如圖 所示 。 車(chē)身材料 縱觀(guān)往屆大賽，在倡導(dǎo)節(jié)能環(huán)保的大前提下，車(chē)身可謂形式各樣，有竹子車(chē)身、布車(chē)身 、紙質(zhì)車(chē)身、玻璃鋼材料車(chē)身、碳纖維車(chē)身、鋁制車(chē)身等，如圖 。 考慮到車(chē)身材料對(duì)于空氣阻力的影響， 和經(jīng)費(fèi)的問(wèn)題 2021 我校 “ 鋒帆 ” 車(chē)隊(duì)經(jīng)過(guò)探討決定采用車(chē) 身 全包的 鋁 車(chē)身結(jié)構(gòu)。 圖 各種材料的車(chē) 身 14 第三章 節(jié)能車(chē)油耗分析研究 節(jié)能賽車(chē)的比賽除了要自主的設(shè)計(jì)及制作節(jié)能車(chē)以外，還需要考慮各種因素對(duì)比賽成績(jī) —— 油耗的影響。因?yàn)槁鋵?shí)到根本上還是為了通過(guò)這個(gè)比賽展示各個(gè)學(xué)校學(xué)生的綜合能力及學(xué)生的綜合素質(zhì)，但是從本質(zhì)看、還得用實(shí)際結(jié)果證明一切，還需要用理論分析來(lái)考量節(jié)能賽車(chē)的各個(gè)影響因素。從而有針對(duì)性地進(jìn)行研究分析，得到更為 合理的布局及整車(chē)的配置。 傳動(dòng)效率為常數(shù)時(shí)的節(jié)能車(chē)油耗分析 車(chē)輛運(yùn)行的能量來(lái)源是由消耗石油做功求得的，它是行駛阻力與駛過(guò)位移的乘積，并需要考慮到總的機(jī)械效率。下面將要計(jì)算帶有內(nèi)燃機(jī)的汽車(chē)燃油消耗。 為了突出本質(zhì)，我們做簡(jiǎn)化分析研究，假定在整個(gè)特性場(chǎng)內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)和特性轉(zhuǎn)換裝置的效率是常數(shù)。先考慮勻速行駛的情況，再考慮變速行駛的情況。 驅(qū)動(dòng)輪上的功 WR是由功率 PR 在時(shí)間間隔 T 內(nèi)的積分求得 由于單軸驅(qū)動(dòng)時(shí)候，如果假定 ，即忽略了驅(qū)動(dòng)滑的情況，靜止空氣中的速度 v，牽引力 z ，則有 如果低熱值 的單位取為 J /l ，內(nèi)燃機(jī)平均效率為 發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪到車(chē)輪的平均效率（即整個(gè)特性轉(zhuǎn)換裝置的效率）為 ；則功 WR（單位為 J ）和燃料消耗量 B （單位為 l）之間的關(guān)系式為 驅(qū)動(dòng)的基本方程 其中 FR滾動(dòng)阻力，空氣阻力 F L， FSt上坡阻力， FB加速阻力把式（ ）到（ ）聯(lián)立，并把燃料消耗量 B 被駛過(guò)的路程 L除，則可求得燃料消耗（常用單位為 l /100km）為 15 先考慮勻速行駛，有 = =常數(shù)， v=0， FB=0 加速阻力 ?？傻玫揭粋€(gè)簡(jiǎn)單關(guān)系式子 這就表明，只要發(fā)動(dòng)機(jī)和特性轉(zhuǎn)換裝置的效率高，而同時(shí)滾動(dòng)阻力，空氣阻力和上坡阻力小，那么然后消耗是很低的，阻力低就意味著車(chē)重 G ，輪胎滾動(dòng)阻力系數(shù) ，空氣阻力系數(shù) 以及橫截面積 A 都應(yīng)該小。只是最重要的一些要求。 在非勻速行駛時(shí)，由式 ，考慮到加速和減速，平路行駛的關(guān)系式為 把積分式展開(kāi)： 第一個(gè)積分等于平均行駛速 乘以時(shí)間 T 。第二個(gè)積分，如果有v(t=0)=v(t=T)，而且減速時(shí)能量能完全回儲(chǔ)，那么應(yīng)該為零。第三個(gè)積分可以改寫(xiě)，取 假定 對(duì) 成對(duì)稱(chēng)分布，則有 ， ，而有 式中為 標(biāo)準(zhǔn)差， 為方差，把它帶入速度表達(dá)式。這樣由式（ ）可得到 16 可見(jiàn)，盡管在制動(dòng)時(shí)能量回儲(chǔ)，但由于空氣阻力和速度的關(guān)系是非線(xiàn)性的，但是速度的變化越大，燃料消耗增加就會(huì)越多。 因?yàn)楸荣愡^(guò)程中的比的是節(jié)能，所以說(shuō)設(shè)計(jì)上都是比較輕便的結(jié)構(gòu)，加入回儲(chǔ)備設(shè)備勢(shì)必增加整車(chē)重量并且使賽車(chē)結(jié)構(gòu)變得更為復(fù)雜。為了簡(jiǎn)化分析，這里不考慮能量回儲(chǔ)備對(duì)油耗的影響（即假定減速是能量完全回儲(chǔ)）。 影響燃油經(jīng)濟(jì)性的因素 從上面的分析結(jié)果可以看出來(lái)，主要有三組因素影響汽車(chē)燃油消耗：發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)和外部阻力因素。其中，發(fā)動(dòng) 機(jī)是最大的影響要素，但賽車(chē)所用發(fā)動(dòng)機(jī)由賽事主辦方給定，因而本文主要討論的是影響油耗的外部因素。 （ 1）發(fā)動(dòng)機(jī) 發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性的影響因素主要有壓縮比、燃油供給、功率利用率等。發(fā)動(dòng)機(jī)中的熱損失與機(jī)械損耗占燃油化學(xué)能中的 65%左右，顯然，發(fā)動(dòng)機(jī)是對(duì)汽車(chē)燃油經(jīng)濟(jì)性最有影響的部。 （ 2）傳動(dòng)系 汽車(chē)傳動(dòng)系對(duì)燃油消耗的影響，取決于傳動(dòng)效率、變速器檔數(shù)與傳動(dòng)比。 傳動(dòng)效率越高，則損失于傳動(dòng)系的能量愈少，因而燃油經(jīng)濟(jì)性也愈好，變速器的檔位與傳動(dòng)比對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性也有影響。隨著變速器檔位的增加，增加了選用合適檔位使發(fā)動(dòng)機(jī)處于經(jīng)濟(jì)工作狀況的機(jī)會(huì)，從而保證汽車(chē)的經(jīng)濟(jì)性愈好。 （ 3） 外部阻力因素 1） 整車(chē)質(zhì)量 汽車(chē)總質(zhì)量為整備質(zhì)量與裝載質(zhì)量之和，整備質(zhì)量為汽車(chē)經(jīng)整備后再完備狀態(tài)下的自身質(zhì)量，即指汽車(chē)在加滿(mǎn)燃料、潤(rùn)滑油、工作油液（如制動(dòng)液等）及發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液并裝備（隨車(chē)工具及備胎等）齊全后但未載人、載貨時(shí)的總質(zhì)量。裝載質(zhì)量為最大貨運(yùn)質(zhì)量與最大客運(yùn)質(zhì)量之和。汽車(chē)總質(zhì)量影響到汽車(chē)的滾動(dòng)阻力、坡度阻力、慣性阻力和加速阻力，因此對(duì)汽車(chē)的燃油經(jīng)濟(jì)性影響最大。因此，在汽車(chē)上廣泛采用輕質(zhì)材料，減輕汽車(chē)自重，是提高汽車(chē)燃油經(jīng)濟(jì)性 的一個(gè)重要 17 方向。 2） 氣阻力 汽車(chē)的外觀(guān)主要有在高速行駛時(shí)的影響力上的燃油經(jīng)濟(jì)性，空氣阻力，因此，流線(xiàn)型的車(chē)身，降低了空氣阻力系數(shù)，可以提高燃油經(jīng)濟(jì)性。 為克服空氣阻力而消耗的發(fā)動(dòng)機(jī)功率與汽車(chē)行駛速度的立方成正比，汽車(chē)速度不高時(shí)，空氣阻力對(duì)汽車(chē)的燃油消耗影響不大，因此在城區(qū)，由于行駛車(chē)速低，對(duì)油耗影響較小。但是，當(dāng)超過(guò) 50 公里每小時(shí)的速度，空氣阻力對(duì)車(chē)輛的燃料經(jīng)濟(jì)性的影響逐漸減少，那么減少空氣阻力主要是通過(guò)汽車(chē)的空氣阻力系數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，汽車(chē)制造廠(chǎng)通過(guò)正常的風(fēng)洞試驗(yàn)研究使汽車(chē)外形接近最優(yōu)化。 3） 動(dòng)阻力 國(guó)外的實(shí)驗(yàn)研究表明：當(dāng)滾動(dòng)阻力減小 1N 時(shí)，燃油消耗量減少 ，或估算為 f 每減少 10 時(shí)，可節(jié)省燃油達(dá) %～ %。 參照上述的分析資料。在設(shè)計(jì)賽車(chē)的過(guò)程中：由于發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)特征對(duì)復(fù)雜，故使用拆除減重能減輕的重量有限；由于比賽中的發(fā)動(dòng)機(jī)拆除了變速箱，采用直接傳動(dòng)，因此傳動(dòng)系統(tǒng)不做深刻討論，那么節(jié)能賽車(chē)的節(jié)油性關(guān)鍵點(diǎn)就集中在了三個(gè)外部阻力因素上。在節(jié)能車(chē)的設(shè)計(jì)中，如果不考慮發(fā)動(dòng)機(jī)及車(chē)手的重量的話(huà)，影響質(zhì)量最主要的因素便是車(chē)架了；對(duì)于滾動(dòng)阻力，在車(chē)速不高的情況下，影響其最大的因素是其整車(chē)質(zhì)量。那么將三個(gè)外部因素集中起來(lái)考慮的話(huà)，節(jié)能車(chē)的節(jié)油特性研究的重點(diǎn)主要就放在了車(chē)架輕量化及降低空氣阻力這兩個(gè)方面的。 18 第四章節(jié) 能車(chē)節(jié)能設(shè)計(jì) 節(jié)能車(chē)車(chē)架節(jié)能設(shè)計(jì) 首先從結(jié)構(gòu)上講，到三輪結(jié)構(gòu)省卻了后輪懸掛系統(tǒng)，節(jié)省了連桿，減震器，后車(chē)架等等的結(jié)構(gòu)質(zhì)量，減輕了車(chē)重，再者四輪結(jié)構(gòu)外加車(chē)體為中置后驅(qū)，對(duì)于動(dòng)力傳輸而言，省略了差速器，傳動(dòng)半軸等部件的質(zhì)量和對(duì)動(dòng)力的損耗，外加節(jié)能賽車(chē)對(duì)于動(dòng)力，操控?zé)o太多要求，大都采用自行車(chē)的多速后撥式變速器，從而最大限度的降低傳動(dòng)系統(tǒng)對(duì)于動(dòng)了的損耗。當(dāng)然，三個(gè)輪子的，在輪胎規(guī)格一致的情況下，滾動(dòng)阻力一定比四輪的要小。從空氣動(dòng)力學(xué)上看，四輪結(jié)構(gòu)所造就的投影展舷比是典型的高阻力翼型，遠(yuǎn)不如三輪結(jié)構(gòu)造就的水 滴形來(lái)的合理。 車(chē)架設(shè)計(jì)條件 （ 1） 大賽對(duì)車(chē)架設(shè)計(jì)規(guī)則 參賽車(chē)輛必須為 3 輪以上（包括 3 輪），要求其結(jié)構(gòu)無(wú)論在停止還是行駛時(shí)都為 3輪以上（包括 3 輪）結(jié)構(gòu)且能自行站立 。 圖 示意圖 ? 全高 ?????????????????? 以下 ? 軸距 ?????????????????? 以下 ? 全長(zhǎng) ?????????????????? 以下 ? 輪距 ?????????????????? 以下 ? 全寬 ?????????????????? 以下 ? 管不能超出車(chē)身后面以及側(cè) 面 10cm 以上。 19 ? 剎車(chē)裝配線(xiàn)等結(jié)構(gòu)需要從車(chē)內(nèi)穿過(guò)，以免與地面接觸造成摩擦 。 （ 2）關(guān)于安全性 為提高安全性， 車(chē)架必須具有一定的強(qiáng)度，能夠?qū)④?chē)輛其他部件牢固的安裝在合理的位置。 為了降低節(jié)能車(chē)的整備質(zhì)量，車(chē)架在保證強(qiáng)度、剛度的前提下要盡量輕量化?？紤]到比賽路面平整度很好， 運(yùn)行速度平穩(wěn)， 從而省去了懸架部分。根據(jù)各部分尺寸要求，得出節(jié)能車(chē)整車(chē)參數(shù)基本如表 。 表 節(jié)能車(chē)整車(chē)參數(shù) 項(xiàng)目 參數(shù) 總長(zhǎng) 2345mm 總寬 700mm 總高 480mm 軸距 2530mm 前輪距 672mm 最小離地間隙 整備質(zhì)量 55kg 根據(jù)參賽車(chē)輛布局，將車(chē)架分為三大主要部分：駕駛艙、發(fā)動(dòng)機(jī)艙、傳動(dòng)艙。依據(jù)車(chē)手駕駛空間、改造后發(fā)動(dòng)機(jī)基本尺寸、傳動(dòng)系尺寸得出車(chē)架的基本參數(shù)如表 所示。 表 車(chē)架三艙尺寸 項(xiàng)目 長(zhǎng) mm 寬 mm 前高 mm 后高 mm 駕駛艙 1035 400 230 320 發(fā)動(dòng)機(jī)艙 300 310 370 350 傳動(dòng)艙 570 250 350 335 20 車(chē)架的概念設(shè)計(jì) 在車(chē)架整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之初，首先要進(jìn)行的是概念設(shè)計(jì)。之前對(duì)車(chē)架已經(jīng) 有了一個(gè)空間的布局。 接下來(lái) 就是一個(gè)整體的把握，特別是對(duì)整體的一個(gè)造型設(shè)計(jì)，此時(shí)可以是簡(jiǎn)單的手繪或者草圖，勾勒出車(chē)架的概念圖。 車(chē)架的單元，即車(chē)架的橫截面形狀，這個(gè)形狀影響到車(chē)架的剛度，強(qiáng)度等要求，同時(shí)也對(duì)車(chē) 架的總質(zhì)量有著很大的影響，直接制約著車(chē)架的輕量化要求。 參照往屆參賽車(chē)輛， 初步制定的是車(chē)架的底面梁的橫截面是 30*50mm， 厚 2mm的回字形框架，豎起梁為 25*25mm 厚 2mm 的回字形框架。 設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu) 工程 圖如圖 考 慮到轉(zhuǎn)向直銷(xiāo)后傾為了保證輪子的自動(dòng)回正能力，在設(shè)計(jì)安裝前輪 的兩個(gè)直臂時(shí)，將其與車(chē)架下面橫梁法線(xiàn)方向傾斜，這樣在安裝車(chē)輪后確保了主銷(xiāo)的后圖 車(chē)架 概念圖 圖 車(chē)架 結(jié)構(gòu)工程圖 21 傾角，將安裝轉(zhuǎn)向把手的中間直臂向前傾斜，降低高度，從而達(dá)到降低車(chē)身高度，達(dá)到 降低整車(chē)高度的 設(shè)計(jì)要求。 關(guān)于車(chē)架材料的選擇 車(chē)架載荷工況的確定及受力分析 節(jié)能競(jìng)技車(chē)車(chē)架是主要的承載部件，在工作中不僅要支承節(jié)能競(jìng)技車(chē)上各部件如車(chē)身自重、蓄電瓶和駕駛員的重量等靜態(tài)載荷，還要承受發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)的動(dòng)載荷以及地面通過(guò)減震裝置傳來(lái)的支反力、張緊緩沖力等的作用，在加速牽引和制動(dòng)時(shí)，還要受到慣性力的作用，可見(jiàn)車(chē)架在保證節(jié)能競(jìng)技車(chē)整機(jī)使 用可靠性方面起著十分重要的作用。 車(chē)架載荷工況的確定 由于節(jié)能競(jìng)技車(chē)為競(jìng)技車(chē)輛的特殊性，路況單一且路面質(zhì)量良好，因此在分析過(guò)程中忽略動(dòng)載工況，僅對(duì)靜載工況進(jìn)行一定的剛度分析。 實(shí)車(chē)靜載即車(chē)架承受由車(chē)架自身質(zhì)量和外加質(zhì)量產(chǎn)生的載荷，外加質(zhì)量包括乘車(chē)人員和底盤(pán)各總成及能蓄電池等質(zhì)量。由于駕駛員以半躺的形式駕駛車(chē)輛，如圖 ，而且座椅靠背與車(chē)架連接可近似看作是點(diǎn)接觸，故發(fā)動(dòng)機(jī)以及駕駛員一部分重量在座椅支撐點(diǎn)處以集中載荷的形