裝配圖大學(xué)生方程式賽車設(shè)計(jì)（總體設(shè)計(jì)）（有cad圖+三維圖）,裝配,大學(xué)生,方程式賽車,設(shè)計(jì),總體,整體,cad,三維
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）
題目 大學(xué)生方程式賽車設(shè)計(jì)（總體設(shè)計(jì)）
2013年 5 月 30日
大學(xué)生方程式賽車設(shè)計(jì)（總體設(shè)計(jì)）
摘 要
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)為期兩個(gè)多月，進(jìn)行了方程式賽車的總體設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)中，主要運(yùn)用了對(duì)比分析的方法，各項(xiàng)參數(shù)通過優(yōu)化設(shè)計(jì)和UG、MATLAB等進(jìn)行優(yōu)化。
初期階段，我們根據(jù)2012年大學(xué)生方程式汽車大賽規(guī)則確定了賽車整體布置方案，并進(jìn)行論證與分析，初步確定賽車主要參數(shù)。通過計(jì)算與對(duì)比，確定發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)，初選傳動(dòng)系最大傳動(dòng)比、最小傳動(dòng)比。
中期階段，我們?cè)O(shè)計(jì)中使用UG7.0三維軟件對(duì)各個(gè)零部件總成進(jìn)行建模和整體裝配，并進(jìn)行懸架、轉(zhuǎn)向的運(yùn)動(dòng)干涉分析。利用發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力特性曲線特點(diǎn)，用MATLAB軟件繪制出賽車驅(qū)動(dòng)力-行駛阻力平衡圖、加速度曲線圖等，并詳細(xì)計(jì)算賽車燃油經(jīng)濟(jì)性。
最后階段，利用UG7.5進(jìn)行導(dǎo)出賽車總體布置二維工程圖，并制成總體參數(shù)表，并將第三代賽車與第二代賽車進(jìn)行對(duì)比分析。對(duì)于考慮到的實(shí)際生產(chǎn)中可能發(fā)生變化的懸架、車架和轉(zhuǎn)向部件，預(yù)留方案。
通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，了解和掌握了對(duì)汽車進(jìn)行總體設(shè)計(jì)的步驟和方法，鞏固了本專業(yè)的所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，增強(qiáng)了搜集資料、整合資料的能力，這些將為我畢業(yè)以后從事汽車設(shè)計(jì)工作打下良好的基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞：FSAE，總體參數(shù)，參數(shù)確定，總布置,賽車動(dòng)力性,燃油經(jīng)濟(jì)性
III
FORMULE SAE (OVERALL DESIGN)
ABSTRACT
For two months, My graduation design is the overall design of the formula racing. we used the contrast analysis method mainly in the design, through optimizing the parameters optimization design and optimization of UG MATLAB, etc.
Initial stage, we according to 2012 auto contest rules determine college equation overall layout of the car, and the demonstration and analysis, the main parameter is determined primarily racing. Through calculation and comparison, sure engine type, primaries drivetrain maximum transmission ratio, minimum transmission.
The intermediate stage, we design UG7.0 3d software used in various parts of assembly for modeling and whole assembly, and suspension, steering movement interference analysis. Use of engine power characteristic curve characteristic, MATLAB software mapped drive car driving forces - resistance balance figure, acceleration curve, and etc, and detailed calculation racing fuel economy.
The final stages UG7.5 are derived by car, general layout, and two-dimensional engineering graphics overall parameter table, and made the third generation and the second generation racing cars are compared and analyzed. For considering the actual production of may change suspension, frame and steering parts, obligate scheme.
Through the graduation design, I understand and master the overall design of car of the steps and method, the professional knowledge of professional knowledge, enhance the data collection and integration of information, these ability after my graduation will be engaged in car design lay a good foundation for the job.
KEY WORDS: FSAE, general parameters, parameter identification, general arrangement,the car power, fuel economy
特殊符號(hào)
ma 汽車總質(zhì)量
V 最高車速
L 軸距
B1 前輪距
B2 后輪距
R 最小轉(zhuǎn)彎半徑
hg 滿載時(shí)質(zhì)心高度
hgˊ 空載時(shí)質(zhì)心高度
D 輪胎直徑
B 輪胎寬度
P 輪胎氣壓
A 汽車迎風(fēng)面積
F 滾動(dòng)阻力系數(shù)
空氣阻力系數(shù)
驅(qū)動(dòng)橋主減速比
變速器傳動(dòng)比
汽車行駛使的空氣阻力
變速器Ⅰ擋傳動(dòng)比
車輪與路面的附著力
汽車總質(zhì)量
汽車行駛速度
發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率
發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩
為克服滾動(dòng)阻力所消耗的功率
輪胎與路面的附著系數(shù)
目 錄
第一章 FSAE賽車概述 1
§1.1 FSAE賽車起源 1
§1.2 FSAE賽車現(xiàn)狀 2
§1.2.1 國際賽車概述 2
§1.2.2 國內(nèi)及我校賽車概述 2
§1.3 FSAE 總體設(shè)計(jì)概述 3
§1.3.1 汽車設(shè)計(jì)的方法及過程 3
§1.3.2 FSAE賽車的技術(shù)要求 4
§1.3.3 我校第三代賽車設(shè)計(jì)目標(biāo) 4
§1.3.4 FSAE賽事意義 5
第二章 FSAE賽車總體設(shè)計(jì) 7
§2.1 總體設(shè)計(jì)目標(biāo) 7
§2.2 賽車目標(biāo)參數(shù)的初步確定 8
§2.2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)選擇 9
§2.2.2 輪胎的選擇 10
§2.2.3 傳動(dòng)系最小傳動(dòng)比的確定 11
§2.2.4 傳動(dòng)系最大傳動(dòng)比的確定 11
§2.3 賽車發(fā)動(dòng)機(jī)選型 12
§2.4 賽車主要設(shè)計(jì)參數(shù)的確定 13
§2.4.1 尺寸參數(shù) 13
§2.4.2 質(zhì)量參數(shù) 14
§2.4.3 性能參數(shù) 15
§2.5 賽車各系統(tǒng)設(shè)計(jì) 17
§2.5.1 懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì) 18
§2.5.2 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì) 19
§2.5.3 制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 19
§2.5.4 電器系統(tǒng)設(shè)計(jì) 21
§2.5.5 車身設(shè)計(jì) 23
§2.5.6 車架設(shè)計(jì) 23
第三章 賽車動(dòng)力性與燃油經(jīng)濟(jì)性 25
§3.1 賽車的動(dòng)力性 25
§3.1.1 動(dòng)力性的評(píng)價(jià)指標(biāo) 25
§3.1.2驅(qū)動(dòng)力—行駛阻力圖 25
§3.1.3 汽車的加速能力 28
§3.1.4 動(dòng)力特性圖 29
§3.1.5 功率平衡 31
§3.2 燃油經(jīng)濟(jì)性 32
第四章 賽車總體布置 33
§4.1 整車布置的基準(zhǔn)線（面）-零線的確定 34
§4.2 各部件的布置 35
§4.3 總體設(shè)計(jì)參數(shù)表 38
第五章 結(jié) 論 40
參考文獻(xiàn) 41
致 謝 42
V
第一章 FSAE賽車概述
Formula SAE 賽事1980年在美國舉辦第一次比賽以來，現(xiàn)在已經(jīng)成為汽車工程學(xué)會(huì)的學(xué)生成員舉辦的一項(xiàng)國際賽事，其目的是設(shè)計(jì)、制造一輛小型的高性能方程式賽車，并使用這輛自行設(shè)計(jì)和制造的賽車參加比賽。
出于此項(xiàng)比賽的宗旨是讓學(xué)生針對(duì)業(yè)余高速穿障的車手開發(fā)制造一個(gè)原型車，該原行車應(yīng)該具備有可小批量生產(chǎn)的能力，并且原型車的造價(jià)要低于25,000 美元。這項(xiàng)競(jìng)賽包含有3 個(gè)最主要的基本元素，分別是：工程設(shè)計(jì)、成本控制以及靜態(tài)評(píng)估、單獨(dú)的動(dòng)態(tài)性能測(cè)試、高性能的耐久性測(cè)試。
Formula SAE 賽事的主要參與者通常都是來自高校的學(xué)生組成的車隊(duì)?，F(xiàn)在在美國、歐洲和澳大利亞每年都會(huì)舉辦Formula SAE 比賽。Formula SAE 向年輕的工程師們提供了一個(gè)參與有意義的綜合項(xiàng)目的機(jī)會(huì)。由參與的學(xué)生負(fù)責(zé)管理整個(gè)項(xiàng)目，包括時(shí)間節(jié)點(diǎn)的安排，做預(yù)算以及成本控制、設(shè)計(jì)、采購設(shè)備、材料、部件以及制造和測(cè)試。
§1.1 FSAE賽車起源
第一屆SAE Mini Baja比賽于1976 年舉辦，并且迅速成為一個(gè)地區(qū)性的年度比賽。比賽由三個(gè)評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)組成，即靜態(tài)比賽：設(shè)計(jì)、成本、陳述；接著是各自的性能競(jìng)賽2項(xiàng)目。 Mini Baja比賽重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了底盤的設(shè)計(jì)，因?yàn)槊總€(gè)隊(duì)伍都使用一個(gè)8匹馬力的引擎。在過去的20 多年里，SAE Mini Baja 的成功超乎了每個(gè)人的預(yù)期。
在SAE Mini Baja 的成功獲得各界認(rèn)同的同時(shí)，SAE 聯(lián)合美國三大汽車公司開始推廣一項(xiàng)技術(shù)水平更高的工程類學(xué)生競(jìng)賽，這就是Formula SAE。Formula SAE 相比SAE Mini Baja 有著許多進(jìn)步和發(fā)展，引擎的限制也已經(jīng)大大放寬，允許參賽車隊(duì)使用610cc以下的發(fā)動(dòng)機(jī)，這極大地提升了賽車的性能表現(xiàn)。
在發(fā)達(dá)國家，很多高校已經(jīng)從事Formula SAE 超過20 年時(shí)間，擁有大量資金和試驗(yàn)基礎(chǔ)的情況下，他們的作品已經(jīng)基本達(dá)到了專業(yè)水平，最高時(shí)速可達(dá)到甚至超過200km/h，0 到100km/h 加速時(shí)間一般都在4.5s 以內(nèi)。
從原先在SAE Mini Baja 比賽中的8hp 發(fā)動(dòng)機(jī)到現(xiàn)今Formula SAE 中已經(jīng)超過100hp 的大功率發(fā)動(dòng)機(jī)，F(xiàn)ormula SAE 在多方面都取得了驚人的成績(jī)，并且該項(xiàng)比賽一直保持了發(fā)展的態(tài)勢(shì)。
§1.2 FSAE賽車現(xiàn)狀
§1.2.1 國際賽車概況
從2010年開始，大學(xué)生SAE方程式賽車比賽在美國、英國、澳洲、日本、意大利、德國、巴西、敘利亞等國家，不但深受汽車行業(yè)者矚目，而且廣受工程學(xué)生的歡迎。在美國每年吸引將近140支來自世界各地的隊(duì)伍參加比賽；日本2006年前才開始舉辦，馬上風(fēng)靡了50余所大學(xué)參與；在歐洲也有70隊(duì)以上的學(xué)校每年相互競(jìng)技。全世界已有數(shù)百隊(duì)大學(xué)生車隊(duì)，每年打造一輛新車互較高下。
截止2012年，F(xiàn)ormula SAE系列賽包括以下,15個(gè)比賽：
1. 美國 密歇根 ，F(xiàn)ormula SAE，由SAE舉辦；2. 美國 加利福尼亞 ，F(xiàn)ormula SAE West，由SAE舉辦；3. 美國 弗吉尼亞 ，F(xiàn)ormula SAE VIR，由SAE協(xié)辦；4. 澳大利亞 ，F(xiàn)ormula SAE Australasia，由 澳洲 SAE舉辦；5. 巴西 ，F(xiàn)ormula SAE Brasil，由巴西SAE舉辦；6. 意大利 ，F(xiàn)ormula SAE Italy，ATA舉辦；7. 英國 ，F(xiàn)ormula Student，由SAE舉辦；8. 德國 ，F(xiàn)ormula Student Germany9. 日本 ，F(xiàn)ormula SAE Japan；10. 匈牙利 ；11. 奧地利 ；12. 西班牙 ；13. 泰國 ；14. 印度 ；15. 中國 ，F(xiàn)ormula Student China。
§1.2.2 國內(nèi)及我校賽車概述
國內(nèi)湖南大學(xué)、廈門理工大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、上海交通大學(xué)等高校最早涉足FSAE比賽，2010年，中國上海舉辦中國第一屆中國大學(xué)生方程式汽車大賽，國內(nèi)清華大學(xué)、湖南大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)等紛紛投入FSAE賽車設(shè)計(jì)，掀起中國FSAE新的時(shí)代。2011年，第二屆中國大學(xué)生方程式汽車大賽，參賽車隊(duì)增加到37所高校，其中包括德國慕尼黑車隊(duì)。2012年，第三屆賽事，參賽院校達(dá)到了四十余所院校。
我校河洛風(fēng)賽車隊(duì)在學(xué)校、學(xué)院的大力支持、指導(dǎo)老師不辭勞苦的指導(dǎo)以及河洛風(fēng)隊(duì)員的努力下，歷時(shí)6個(gè)月，最終打造出河南省第一輛大學(xué)生方程式賽車。在第一屆大學(xué)生方程式汽車大賽中，河洛風(fēng)16號(hào)賽車憑借絢麗的車身外觀以及優(yōu)異的綜合性能取得綠色環(huán)保大獎(jiǎng)、最佳外觀設(shè)計(jì)獎(jiǎng)、最佳安全性大獎(jiǎng)、最佳賽場(chǎng)表現(xiàn)獎(jiǎng)、年度綜合獎(jiǎng)、最佳車隊(duì)網(wǎng)站獎(jiǎng)、最佳車隊(duì)新聞宣傳獎(jiǎng)等七項(xiàng)大獎(jiǎng)。而我校第二代賽車27號(hào)更是再添燃油經(jīng)濟(jì)性第三名、精神文明獎(jiǎng)、參與并順利完賽獎(jiǎng)三項(xiàng)大獎(jiǎng)。
從中國大學(xué)生方程式賽車的主流設(shè)計(jì)來看，比賽中，發(fā)動(dòng)機(jī)大部分都采用HONDA CBR600，排量為600CC，功率為75ps/11500rpm，扭矩為5.4kgf/7000rpm，輪胎普遍采用13inch，車重集中在220kg居多，九成車隊(duì)采用鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)，摩擦片式差速器和托森差速器為多數(shù)車隊(duì)所用。材料方面，鋁合金、鈦鎂合金、玻璃纖維較為普遍。而碳纖維雖然造價(jià)很貴，但是仍被部分車隊(duì)采用，慕尼黑車隊(duì)除了車身采用碳纖維之外，譬如懸架、座椅、方向盤等幾乎車上大部分主要部件均采用性能卓越的碳纖維材質(zhì)。高科技方面如行車記錄儀、行車電腦、ECU等更是比比皆是。對(duì)此，此次賽車設(shè)計(jì)將在此基礎(chǔ)上進(jìn)行重新設(shè)計(jì)、反復(fù)求證以備戰(zhàn)第四屆中國大學(xué)生方程式汽車大賽。
本課題就是在第二代賽車的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出更加優(yōu)異的第三代賽車，來參加第四屆中國大學(xué)生方程式汽車大賽。
§1.3 FSAE賽車總體設(shè)計(jì)概述
§1.3.1 汽車設(shè)計(jì)的方法及過程
汽車設(shè)計(jì)尤其是對(duì)賽車的設(shè)計(jì)，是根據(jù)賽車的使用要求而提出的整車參數(shù)與性能指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算的，顯然，那只能從宏觀入手，即從整車的總體設(shè)計(jì)開始，然后通過總體設(shè)計(jì)的分析與計(jì)算，將整車參數(shù)和性能指標(biāo)分解為有關(guān)總成的參數(shù)和功能后，再進(jìn)行總成和部件設(shè)計(jì)，進(jìn)而進(jìn)行零件甚至某一更細(xì)微的局部設(shè)計(jì)與研究。
汽車設(shè)計(jì)過程一般分為：（1） 調(diào)查與初始決策；（2） 總體方案設(shè)計(jì)；（3） 繪制總布置草圖；（4） 車身造型設(shè)計(jì)及繪制車身布置圖；（5） 編寫設(shè)計(jì)任務(wù)書 ； （6） 汽車的總布置設(shè)計(jì)；（7） 總成設(shè)計(jì)；（8） 試制、試驗(yàn)、定型。
§1.3.2 FSAE賽車的技術(shù)要求
A. 賽車式樣
賽車必須車輪外露和座艙敞開（方程式賽車式樣），并且四個(gè)車輪不能在一條直線上。
B. 車身
除了駕駛艙必須開口以外，從賽車最前端到主防滾架（或者防火墻）的這段空間里，不允許車身有其他的開口。允許在前懸架的零件處有微小的開口。
C . 軸距
賽車的軸距必須至少為1525mm（60 英寸）。軸距是指在車輪指向正前方時(shí)同側(cè)兩車輪的接地面中心點(diǎn)之間的距離。
D. 輪距
賽車較小的輪距（前輪或后輪）必須不小于較大輪距的75%。
E. 可視性
技術(shù)檢查表格上的所有條目必須在不借助工具（比如內(nèi)窺鏡或是鏡子）的情況下清楚地呈現(xiàn)給技術(shù)檢查官。呈示時(shí)可以通過拆卸或移動(dòng)車身板件來實(shí)現(xiàn)。
§1.3.3 我校第三代賽車設(shè)計(jì)目標(biāo)
本次賽車（第三代賽車）設(shè)計(jì)與第二代賽車設(shè)計(jì)將從三個(gè)方面入手：
首先，降低整車質(zhì)量。
1、減小整車尺寸。在總體布置設(shè)計(jì)上保證整車結(jié)構(gòu)的緊湊性。
2、優(yōu)化各個(gè)系統(tǒng)部件。使用計(jì)算機(jī)有限元等分析方法對(duì)各個(gè)零部件經(jīng)行優(yōu)化，達(dá)到在保證強(qiáng)度、剛度的同時(shí)減輕其質(zhì)量。
3、使用高強(qiáng)度輕質(zhì)合金材料或者碳纖維等。
其次，提高賽車整體性能。
1、懸架系統(tǒng)。（1）充分利用阻尼可調(diào)性減震器、前后橫向穩(wěn)定桿等元件使整車發(fā)揮最大的振動(dòng)衰減能力及其制動(dòng)或加速時(shí)車身的穩(wěn)定性等，減少車身縱傾；（2）充分發(fā)揮不等長(zhǎng)雙橫臂獨(dú)立懸架的可調(diào)性，保證能夠迅速、快捷地調(diào)節(jié)輪距、主銷內(nèi)傾角等定位參數(shù)；（3）在設(shè)計(jì)的同時(shí)要充分考慮到在實(shí)際加工、制造、安裝過程中出現(xiàn)的定位、夾具等工藝因素。
2、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。（1）在保證座艙空間的前提下，合理地選擇轉(zhuǎn)向方案，合理布置轉(zhuǎn)向梯形；（2）在沒有各種助力機(jī)構(gòu)的前提下，提高其操縱輕便性；（3）轉(zhuǎn)向器與轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的球頭處有消除因摩擦而產(chǎn)生間隙的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)；（4）進(jìn)行運(yùn)動(dòng)校核（主要是與懸架機(jī)構(gòu)）檢查運(yùn)動(dòng)干涉情況。
3、制動(dòng)系統(tǒng)。（1）在浮動(dòng)鉗盤式制動(dòng)器基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化，提高制動(dòng)效能、工作可靠性等；（2）優(yōu)化制動(dòng)器各零部件，如制動(dòng)盤大小、厚度，雙制動(dòng)泵大小的選擇，管路布置等。
4、傳動(dòng)系統(tǒng)。（1）選擇適當(dāng)?shù)闹鳒p速比，以保證汽車在給定條件下具有最佳的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性；（2）驅(qū)動(dòng)橋橋殼尺寸要小，質(zhì)量要輕，同時(shí)留好足夠的離地間隙，以滿足通過性要求；（3）提高傳動(dòng)系在各種載荷、轉(zhuǎn)速工況下的傳動(dòng)效率；（4）保證傳動(dòng)件工作平穩(wěn)，噪音小；（5）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工工藝性好，制造容易，維修調(diào)整方便。
5、造型。（1）保證空氣動(dòng)力學(xué)要求的前提下，使賽車更加美觀，側(cè)翼要考慮賽車的冷卻系統(tǒng)；（2）車身造型與實(shí)際加工出現(xiàn)的各種工藝問題等解決 ，如模具的制造、車身渲染的色調(diào)與實(shí)際能加工出來的效果的區(qū)別。
發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。發(fā)動(dòng)機(jī)懸置形式、進(jìn)氣系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、電路系統(tǒng)的合理布置和創(chuàng)新設(shè)計(jì)。
最后，嚴(yán)格按比賽規(guī)則要求來設(shè)計(jì)與檢查。
1、設(shè)計(jì)方面。所有設(shè)計(jì)均要在滿足規(guī)則條件下進(jìn)行，在過程中不斷比對(duì)規(guī)則。
2、技術(shù)檢查。用靜態(tài)技術(shù)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)反饋到賽車設(shè)計(jì)中，如油、水泄漏問題，主要體現(xiàn)在制動(dòng)、冷卻等系統(tǒng)，連接件要使用各種標(biāo)準(zhǔn)件，如盡量不用扎帶等。
§1.3.4 FSAE賽事意義
目前，中國汽車工業(yè)已處于大國地位，但還不是強(qiáng)國。從制造業(yè)大國邁向產(chǎn)業(yè)強(qiáng)國已成為中國汽車人的首要目標(biāo)，而人才的培養(yǎng)是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)強(qiáng)國目標(biāo)的基礎(chǔ)保障之一。
大學(xué)生方程式賽車活動(dòng)將以院校為單位組織學(xué)生參與，賽事組織的目的主要有：一是重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)、制造能力、成本控制能力和團(tuán)隊(duì)溝通協(xié)作能力，使學(xué)生能夠盡快適應(yīng)企業(yè)需求，為企業(yè)挑選優(yōu)秀適用人才提供平臺(tái)；二是通過活動(dòng)創(chuàng)造學(xué)術(shù)競(jìng)爭(zhēng)氛圍，為院校間提供交流平臺(tái)，進(jìn)而推動(dòng)學(xué)科建設(shè)的提升；大賽在提高和檢驗(yàn)汽車行業(yè)院校學(xué)生的綜合素質(zhì)，為汽車工業(yè)健康、快速和可持續(xù)發(fā)展積蓄人才,增進(jìn)產(chǎn)、學(xué)、研三方的交流與互動(dòng)合作等方面具有十分廣泛的意義。
毫無疑問，對(duì)于對(duì)汽車的了解僅限于書本和個(gè)人駕乘體驗(yàn)的大學(xué)生而言，組成一個(gè)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)一輛純粹而高性能的賽車并將它制造出來，是一段極具挑戰(zhàn)，同時(shí)也受益頗豐的過程。在天馬行空的幻想、大腦一片空白的開始、興奮的初步設(shè)計(jì)、激烈的爭(zhēng)執(zhí)、毫無方向的采購和加工、無可奈何的妥協(xié)、令人抓狂的一次次返工、絞盡腦汁的解決難題之后，參與者能獲得的不僅僅是CATIA UG ANSYS以及焊接、定位、機(jī)加工技能,更有汽車工程師的基本素養(yǎng)和豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。與此同時(shí)，管理和運(yùn)營整個(gè)團(tuán)隊(duì)讓未來的企業(yè)管理者接受了一次難度十足的鍛煉。FSAE賽事也給了汽車廠商發(fā)現(xiàn)優(yōu)秀人才和創(chuàng)意想法的機(jī)會(huì)。
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第二章 FSAE賽車總體設(shè)計(jì)
§2.1 總體設(shè)計(jì)目標(biāo)
總體設(shè)計(jì)目的是制造一輛安全可靠、各方面性能均衡、有良好駕駛特性、調(diào)整方便并且足夠快的賽車。
可靠性可以確保測(cè)試階段的順利進(jìn)行，同時(shí)可以保證完成在競(jìng)賽中的所有比賽項(xiàng)目?？烧{(diào)整的特性可以讓賽車適應(yīng)不同的駕駛環(huán)境和不同的駕駛員。一輛平衡和駕駛特性良好的賽車會(huì)讓車手更有信心，這能有效提高所有動(dòng)態(tài)項(xiàng)目中最快圈速，這對(duì)經(jīng)驗(yàn)不足的新車手特別重要。賽車要讓車手在任何行駛狀態(tài)下都能有清晰的路感，這可以使駕駛變得容易和高效。
整車布局為方程式賽車典型的開放式中置后驅(qū)布局。
其基本結(jié)構(gòu)主要包含以下系統(tǒng)：
（1）車架及車身
主要包括車輛的承載部分、防滾架和外殼以及蒙皮。主要部件包括：各種踏板、變速桿（換檔桿）及相關(guān)連接線、桁架、車身材料、車身附件、底板、定風(fēng)翼、各種安裝基座、連接緊固件等。
（2）動(dòng)力總成和傳動(dòng)系統(tǒng)
主要部件包括：發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器、變速箱、進(jìn)/排氣歧管、消音器、空氣濾清器、渦輪/機(jī)械泵增壓器、化油器/節(jié)氣門體、發(fā)動(dòng)機(jī)座、機(jī)油濾清器、火花塞、燃油噴射系統(tǒng)、燃油箱、燃油泵、燃油濾清器、燃油管路、散熱器、冷卻液管路、散熱器風(fēng)扇、軟管夾、機(jī)油冷卻器、傳動(dòng)鏈/帶、點(diǎn)火線圈/高壓錢、驅(qū)動(dòng)軸、差速器基座、鏈輪/皮帶輪、差速器軸承、差速器、萬向節(jié)、保護(hù)罩、連接緊固件等。
（3）懸架系統(tǒng)
主要部件包括：減震器、彈簧、懸架機(jī)械系統(tǒng)、拉/挺桿、桿端球頭、前/后A 臂或同等結(jié)構(gòu)、前/后支柱、直角杠桿/換向機(jī)構(gòu)、連接緊固件等。
（4）制動(dòng)系統(tǒng)
主要部件包括：制動(dòng)管線、制動(dòng)塊、卡鉗、液壓缸/泵、制動(dòng)盤、平衡桿、比例閥、連接緊固件等。
（5）轉(zhuǎn)向系統(tǒng)
主要部件包括：轉(zhuǎn)向齒條/齒輪、轉(zhuǎn)向節(jié)、主銷、方向盤、轉(zhuǎn)向橫拉桿、方向盤快速釋放機(jī)構(gòu)，連接緊固件等。
（6）車輪
主要部件包括：輪輞、帶耳螺母、輪胎、氣門嘴、車輪平衡塊、輪轂軸承、前/后輪轂、車輪安裝螺栓、連接緊固件等。
（7）儀表、配線和附件
主要部件包括：轉(zhuǎn)速表、ECM/發(fā)動(dòng)機(jī)電子系統(tǒng)、車載計(jì)算機(jī)、束線/接口、機(jī)油壓力表、儀表板、熄火鎖止開關(guān)、保險(xiǎn)絲、剎車燈、啟動(dòng)機(jī)電磁開關(guān)、指示燈、蓄電池、繼電器、啟動(dòng)開關(guān)、水溫表、連接緊固件等。
（8）其他
主要部件包括：座椅、車載滅火系統(tǒng)、安全帶、車架/車身涂裝、防火隔板、后視鏡、安全護(hù)罩、頭枕/約束保護(hù)等。
§2.2 賽車目標(biāo)參數(shù)的初步確定
經(jīng)過對(duì)第二代賽車分析及其在比賽中反饋的種種信息，初定第三代賽車主要參數(shù)。具體參數(shù)如下：
表2-1 賽車主要參數(shù)初選
長(zhǎng)
2600mm
寬
1400mm
高
1100mm
前輪距
1200mm
后輪距
1150mm
最高車速
150km/h
整備質(zhì)量
240kg
軸距
1600mm
軸荷分配
50:50
離地間隙
50mm
§2.2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)選擇
1、發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率
根據(jù)做設(shè)計(jì)汽車應(yīng)達(dá)到的最高車速（Km/h），用下式估算發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率（發(fā)動(dòng)機(jī)功率滾動(dòng)阻力功率+空氣阻力功率）
（2-1）
式中：——發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率（Kw)
——傳動(dòng)系效率（變速器、傳動(dòng)軸、萬向節(jié)、主減速器），
W——汽車總重量（N)，初選
——滾動(dòng)阻力系數(shù)，=0.012
——最高車速，初選=150Km/h
——空氣阻力系數(shù)，賽車一般取0.2--0.4，初選=0.35
——汽車正面投影面積（），取前輪距B1總高H，
得，
分析：可能取值偏大，若取0.25，則
2、發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩及其轉(zhuǎn)速確定
用下式計(jì)算確定
（2-2）
式中，為最大轉(zhuǎn)矩（）
為轉(zhuǎn)矩適應(yīng)系數(shù)，標(biāo)志著當(dāng)行駛阻力增加到發(fā)動(dòng)機(jī)外特性曲線自動(dòng)增加轉(zhuǎn)矩的能力。初選=1.05。
為最大功率對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速，乘用車汽油機(jī)一般在3000-7000r/min，作為賽車，最大功率轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)高于乘用車，初選=7000r/min。
得
3、發(fā)動(dòng)機(jī)適應(yīng)性系數(shù)
發(fā)動(dòng)機(jī)適應(yīng)性系數(shù)，表示發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速適應(yīng)行駛工況的程度，值越大，說明發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速適應(yīng)性越好。
采用值大的發(fā)動(dòng)機(jī)可以減少換擋次數(shù)，減輕賽車手疲勞，減少傳動(dòng)系的磨損和降低油耗。
通常，汽油機(jī)取1.2~1.4，柴油機(jī)取1.2~2.6。
§2.2.2 輪胎的選擇
1、輪胎的作用與影響
輪胎與車輪用來支撐汽車，承受汽車重力，在車橋（軸）與地面之間傳力，駕駛?cè)藛T經(jīng)操縱轉(zhuǎn)向輪可實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車運(yùn)動(dòng)方向的控制。
輪胎與車輪對(duì)汽車的許多重要性能，包括動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、通過性、操縱穩(wěn)定性、制動(dòng)性及行駛安全性和汽車的承載能力都有影響。因此，選擇輪胎是很重要的工作。
2、賽車輪胎與民用車輪胎區(qū)別
民用車的車胎講究的是耐用性和可以全天候使用，不管冬天還是夏天，刮風(fēng)還是下雨都可以正常使用，而且壽命非常長(zhǎng)，可達(dá)3萬公里或者更長(zhǎng)。而賽車的輪胎，往往只能在特定的條件下使用，輪胎的溫度對(duì)摩擦力影響非常大，下雨天有下雨天專用的輪胎，干地有干地專用輪胎，而這些輪胎的壽命一般都只有幾十公里到幾百公里。賽車輪胎的橡膠會(huì)在達(dá)到工作溫度的時(shí)候變成半融化狀態(tài)，摩擦系數(shù)可以達(dá)到1.4，就像輪子上涂了膠水一樣把車粘在地上，不容易出現(xiàn)打滑，剎車距離也比民用輪胎短非常多。由此才可以將賽車的性能發(fā)揮到極致。而民用輪胎的摩擦系數(shù)通常都在1.0以下，如果裝在賽車上使用，不僅重量非常重，而且極易出現(xiàn)打滑的現(xiàn)象，對(duì)賽車來說將是一種災(zāi)難。
3、輪胎的選用
國外的FSAE基本上都使用以下幾個(gè)公司的輪胎：Hoosier，Goodyear和Michelin（日本車隊(duì)大多使用Bridgestone，但在歐美比賽中非常少見），這些輪胎均為小尺寸的低溫光頭熱熔胎（雨胎有花紋）。
當(dāng)比賽中遇到下雨的天氣時(shí)，車隊(duì)會(huì)換上雨胎，雨胎的質(zhì)地非常軟，可以在低溫下仍然產(chǎn)生高摩擦力并且很好地排水，但是在干燥的路面上極易磨損，而且抓地力非常小。輪胎的更換在任何賽車中都是看點(diǎn)，F(xiàn)SAE也同樣如此。所以各車隊(duì)不僅應(yīng)該選擇一套好的干胎，同樣需要選擇一套好的雨胎。在平時(shí)的測(cè)試中也應(yīng)該多收集一些數(shù)據(jù)，以便在比賽發(fā)生天氣突變的情況下仍然使賽車性能最佳化。
輪胎初定Hoosier雨胎，型號(hào)為180/530 R13,半徑247mm。
輪輞初定為自制13x8 鋁合金輪輞。
§2.2.3 傳動(dòng)系最小傳動(dòng)比的確定
初選傳動(dòng)比
（2-3）
設(shè)五擋為直接擋，則=1，則傳動(dòng)系的最小傳動(dòng)比等于主減速比。 式中，為驅(qū)動(dòng)輪的滾動(dòng)半徑，；
為變速器最高檔傳動(dòng)比，=1.0；
為發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速，=13000rpm；
得，=（8.51~10.66），但是與實(shí)際不是很符合，我們根據(jù)去年經(jīng)驗(yàn)，我們初選=2.6。
§2.2.4 傳動(dòng)系最大傳動(dòng)比的確定
傳動(dòng)系最大傳動(dòng)比為變速器I擋傳動(dòng)比與主減速比的乘積。
根據(jù)汽車行駛方程式
（2-4）
即 （2-5）
（驅(qū)動(dòng)力=滾動(dòng)阻力+空氣阻力+坡度阻力+加速阻力）
（1） 汽車爬坡時(shí)車速不高，空氣阻力與加速阻力可忽略，最大驅(qū)動(dòng)力用來克服輪胎與地面的滾動(dòng)阻力與坡度阻力。
故 （2-6）
式中：G—作用在汽車上的重力，，—汽車質(zhì)量，—重力加速度，=2352N；
—發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，=65.954N.m；
—主減速器傳動(dòng)比，=9；
—傳動(dòng)系效率。對(duì)于雙曲面主減速器，當(dāng)≤6時(shí)，取=90%， ?6時(shí)，=85%。本賽車初選9.0，故=85%。所以 =×=85%×96%=81.6%；
—車輪半徑，=0.247m；
—滾動(dòng)阻力系數(shù)，良好瀝青或混凝土路面，取0.01-0.018，初選=0.015；
—爬坡度。賽車主要行駛于平直路面，對(duì)爬坡能力幾乎沒有要求，但是考慮到賽場(chǎng)條件與平時(shí)實(shí)際訓(xùn)練，初選=16.7°。
所以=0.387
（2） 根據(jù)驅(qū)動(dòng)車輪與路面附著條件
·φ （2-7）
式中，φ為道路附著系數(shù)，在瀝青混凝土干路面，φ=0.7~0.8，取φ=0.8
≤=1.01
與實(shí)際情況向結(jié)合，我們選變速器=3.5。
§2.3 賽車發(fā)動(dòng)機(jī)選型
第二代賽車采用的是嘉陵摩托車的JH600發(fā)動(dòng)機(jī)，但其動(dòng)力小，轉(zhuǎn)速相對(duì)低等不足，對(duì)于第三代賽車，決定在符合大賽規(guī)則的前提下選用大功率發(fā)動(dòng)機(jī)，經(jīng)過一番對(duì)比和選擇，我們最終選擇CBR600發(fā)動(dòng)機(jī)，是一款本田公路賽摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)。
CBR600發(fā)動(dòng)機(jī)與JH600發(fā)動(dòng)機(jī)相比，具有高轉(zhuǎn)速、大功率、大扭矩的特點(diǎn)，將為第三代賽車提供更加強(qiáng)大的動(dòng)力輸出，同時(shí)，電噴的應(yīng)用將使賽車在擁有強(qiáng)大動(dòng)力的同時(shí)，還將具性有良好的燃油經(jīng)濟(jì)，雖然其成本嬌貴，但是仍有很多優(yōu)點(diǎn)讓設(shè)計(jì)者選擇它。
主要參數(shù)如下：
表2-2 JH600和CBR600發(fā)動(dòng)機(jī)主要參數(shù)對(duì)比
JH600
CBR600
型式
單缸，四沖程，電噴
四缸，四沖程，電噴
排量
600cc
600cc
壓縮比
10.2:1
12.0:1
最大凈功率
30kw/6500rpm
55kw/13000rpm
最大扭矩
51/5500rpm
70/11000rpm
§2.4 賽車主要設(shè)計(jì)參數(shù)的確定
§2.4.1 尺寸參數(shù)
汽車的主要尺寸參數(shù)包括外廓尺寸、軸距、輪距、前懸、后懸等。
1、外廓尺寸
汽車的長(zhǎng)、寬、高稱為汽車的外廓尺寸。對(duì)于賽車而言，賽車長(zhǎng)度尺寸小些，賽車的整備質(zhì)量相應(yīng)減少，這對(duì)提高比功率、比轉(zhuǎn)矩和燃油經(jīng)濟(jì)性有利?？傞L(zhǎng)等于軸距、前懸和后懸之和。它與軸距有下述關(guān)系：=L/C，式中C為比例系數(shù)，其值在0.52-0.66之間，發(fā)動(dòng)機(jī)后置后輪驅(qū)動(dòng)汽車的C值約為0.52-0.56。
賽車寬度由賽車手與車身造型決定，同時(shí)也應(yīng)保證布置下發(fā)動(dòng)機(jī)、車架、懸架、轉(zhuǎn)向系和車輪等。乘用車總寬Ba與車輛總長(zhǎng)之間有下述近似關(guān)系：Ba=(La/3)+(195±60)mm，對(duì)于賽車而言具有參考意義。
影響賽車總高的因素有軸間底部離地高、地板及下步零件高和主環(huán)高度h等。
2、軸距L
軸距L對(duì)整備質(zhì)量、汽車總長(zhǎng)、汽車最小轉(zhuǎn)彎半徑、傳動(dòng)軸長(zhǎng)度、縱向通過半徑等有影響。當(dāng)軸距短時(shí)，上述指標(biāo)減小。此外，軸距還對(duì)軸荷分配、傳動(dòng)軸夾角有影響。軸距過短時(shí)車廂長(zhǎng)度不足或后懸過長(zhǎng)：上坡或制動(dòng)時(shí)軸荷轉(zhuǎn)移過大使制動(dòng)性和操縱穩(wěn)定性變壞；縱向角振動(dòng)增大平順性下降；傳動(dòng)軸夾角增大。
對(duì)于賽車而言，賽車更強(qiáng)調(diào)機(jī)動(dòng)性，因此軸距應(yīng)適當(dāng)?shù)娜《桃恍?011年大賽規(guī)則規(guī)定賽車軸距不得小于1525mm。
3、前輪距B1和后輪距B2
改變汽車輪距B會(huì)影響賽車總寬、總質(zhì)量、側(cè)傾剛度、側(cè)傾剛度、最小轉(zhuǎn)彎直徑等因素發(fā)生變化。增加倫軍則賽車寬度隨之增加，并有利于增加側(cè)傾剛度，汽車橫向穩(wěn)定性好；但是汽車的總寬和總質(zhì)量及最小轉(zhuǎn)彎直徑等增加，并導(dǎo)致汽車的比功率、比轉(zhuǎn)矩指標(biāo)下降，機(jī)動(dòng)性變壞。
乘用車總寬不得超過2.5米，輪距不宜過大。在選定的后輪距B1范圍內(nèi)，應(yīng)能布置下發(fā)動(dòng)機(jī)、懸架和輪胎；前輪距要保證有足夠的轉(zhuǎn)向空間，同時(shí)轉(zhuǎn)向桿系與車架、車輪之間有足夠的運(yùn)動(dòng)間隙。
4、前懸LF和后懸LR
前懸尺寸LF對(duì)汽車通過性、碰撞安全性、駕駛員視野及其汽車造型等均有影響。增加前懸尺寸，減小了汽車的接近角，使通過性減低，并使賽車手視野變壞。后懸尺寸LR同樣影響汽車通過性，并取決于軸距和軸荷分配的要求。
5、尺寸參數(shù)的初步確定
經(jīng)過計(jì)算與分析，尺寸參數(shù)初定如表2-1：
表2-1 尺寸參數(shù)初定
長(zhǎng)
寬
高
軸距
前輪距
后輪距
前懸
后懸
2600mm
1500mm
1100mm
1600mm
1200mm
1150mm
639.5mm
260.5mm
§2.4.2 質(zhì)量參數(shù)
汽車的質(zhì)量參數(shù)包括整車整備質(zhì)量m0、載質(zhì)量、質(zhì)量系數(shù)、汽車總質(zhì)量ma、軸荷分配等。
1、整車整備質(zhì)量m0
整車整備質(zhì)量是指車上帶有全部裝備（包括隨車工具、備胎等），加滿燃料、水，但沒有裝貨和載人時(shí)的整車質(zhì)量。整車整備質(zhì)量對(duì)汽車的制造成本和燃油經(jīng)濟(jì)性有影響。
整車整備質(zhì)量在設(shè)計(jì)階段需估算確定。在日常工作中，搜集大量同類型汽車各總成、部件和整車的有關(guān)質(zhì)量數(shù)據(jù)，結(jié)合目標(biāo)車輛設(shè)計(jì)的特點(diǎn)、工藝水平等初步估算各總成、部件的質(zhì)量，再累計(jì)構(gòu)成整車整備質(zhì)量。
2、載質(zhì)量
對(duì)于賽車而言，載質(zhì)量主要指的是賽車手質(zhì)量及其車手裝備質(zhì)量。載質(zhì)量越輕，賽車總質(zhì)量相對(duì)越輕。
根據(jù)目前已購的賽手裝備，如賽手服、手套、頭盔、賽手鞋等，共計(jì)5kg，因此，同等駕駛水平下，賽車手質(zhì)量越輕，就越能發(fā)揮出賽車的優(yōu)良性能。
3、質(zhì)量系數(shù)
質(zhì)量系數(shù)是指汽車載質(zhì)量與整車整備質(zhì)量的比值，即=me/m0.該系數(shù)反映了汽車的設(shè)計(jì)水平和工藝水平，值越大，說明該汽車的結(jié)構(gòu)和制造工藝越先進(jìn)。
4、汽車總質(zhì)量ma
汽車總質(zhì)量ma是指裝備齊全，并按規(guī)定裝滿客、貨時(shí)的整車質(zhì)量。對(duì)于第二代賽車而言，賽車的總質(zhì)量ma等于整備質(zhì)量m0、載質(zhì)量me兩大部分組成，即ma=m0+me。
5、軸荷分配
汽車的軸荷分配是指汽車正在空載或滿載靜止?fàn)顟B(tài)下，各車軸對(duì)支撐平面的垂直載荷，也可以用占空載或滿載總質(zhì)量的百分比來表示。
軸荷分配對(duì)輪胎壽命和汽車的許多使用性能如牽引性、通過性、操縱性、制動(dòng)性等有影響，它主要受汽車的驅(qū)動(dòng)形式、發(fā)動(dòng)機(jī)的位置、汽車結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、車頭形式和使用條件決定。
6、質(zhì)量參數(shù)的初步確定
經(jīng)過計(jì)算與分析，尺寸參數(shù)初定如表2-2：
表2-2 軸荷分配表
整車整備質(zhì)量
裝載質(zhì)量
總質(zhì)量
軸荷分配空載
軸荷分配滿載
240kg
65kg
305kg
前86后154
前154后161
§2.4.3 性能參數(shù)
汽車的性能參數(shù)主要包括動(dòng)力性參數(shù)、燃油經(jīng)濟(jì)性參數(shù)、汽車最小轉(zhuǎn)彎半徑、通過性參數(shù)、操縱穩(wěn)定性參數(shù)、制動(dòng)性參數(shù)、舒適性。
1、動(dòng)力性參數(shù)
汽車動(dòng)力性參數(shù)主要包括最高車速、加速時(shí)間t和、最大爬坡度（對(duì)于賽車可以不考慮）、比功率和比轉(zhuǎn)矩等。
（1） 最高車速
最高車速是指汽車滿載是在水平良好的路面（混凝土或?yàn)r青）所能達(dá)到的最高行駛速度。
（2） 加速時(shí)間t
汽車在平直的良好路面上，從原地起步開始以最大加速度加速到一定車速所用的時(shí)間，稱為加速時(shí)間。對(duì)于最高車速大于100km/h的汽車，加速時(shí)間常用加速到100km/h所需的時(shí)間來評(píng)價(jià)。
在比賽中，賽車的加速能力將直接決定動(dòng)態(tài)項(xiàng)目直線加速項(xiàng)目（賽車從靜止加速通過一段75米得平直路面）的成績(jī)。
2、燃油經(jīng)濟(jì)性參數(shù)
汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性用汽車在水平的水泥或?yàn)r青路面上，以經(jīng)濟(jì)車速或多工況滿載行駛百公里的燃油消耗量（L/100km）來評(píng)價(jià)。該值越小，燃油經(jīng)濟(jì)性越好。
3、汽車最小轉(zhuǎn)彎半徑
轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)至極限位置時(shí)，汽車前外轉(zhuǎn)向輪輪轍中心在支撐平面上的軌跡圓的直徑，稱為汽車最小轉(zhuǎn)彎直徑。用來描述汽車轉(zhuǎn)向機(jī)動(dòng)性，是汽車轉(zhuǎn)向能力和轉(zhuǎn)向安全性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。
對(duì)于賽車而言，影響汽車的因素有汽車轉(zhuǎn)向輪最大轉(zhuǎn)角、汽車軸距、輪距等。轉(zhuǎn)向輪最大轉(zhuǎn)角越大，軸距越短，輪距越小，汽車的最小轉(zhuǎn)彎半徑越小。對(duì)機(jī)動(dòng)性要求高的汽車，應(yīng)取小些。
4、通過性幾何參數(shù)
總體設(shè)計(jì)要確定的通過性幾何參數(shù)有：最小離地間隙，接近角，離去角，縱向通過半徑等。
5、操縱穩(wěn)定性參數(shù)
汽車操縱穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)參數(shù)較多，與總體設(shè)計(jì)有關(guān)并能作為設(shè)計(jì)指標(biāo)的有：
（1）轉(zhuǎn)向特性參數(shù) 為了保證良好的操縱穩(wěn)定性，汽車應(yīng)具有一定程度的轉(zhuǎn)向不足。通常用汽車以0.4°的向心加速度沿定圓轉(zhuǎn)向時(shí)，前、后輪側(cè)偏角之差作為評(píng)價(jià)參數(shù)，此參數(shù)在1°—3°為宜。
（2）車身側(cè)傾角 汽車以0.4°的向心加速度沿定圓等速行駛時(shí)，車身側(cè)傾角控制在3°以內(nèi)較好，最大不允許超過7°。
（3）制動(dòng)前俯角 為了不影響乘坐舒適性，要求汽車以0.4g的減速度制動(dòng)時(shí)，車身前俯角不大于1.5°。
6、制動(dòng)性參數(shù)
汽車制動(dòng)性是指汽車在制動(dòng)時(shí)，能盡可能短的距離內(nèi)保持方向穩(wěn)定，下長(zhǎng)坡時(shí)能維持較低的安全車速并在一定坡度上長(zhǎng)期駐車的能力。目前常用制動(dòng)距離、平均制動(dòng)減速度和行車制動(dòng)的踏板力及應(yīng)急制動(dòng)時(shí)的操縱力來評(píng)價(jià)制動(dòng)效能。
7、性能參數(shù)的初步確定
經(jīng)過計(jì)算與分析，參數(shù)初定如表2-3：
表2-3 性能參數(shù)
最高時(shí)速
150km/h
加速時(shí)間（100m）
11s
比功率
24kw
比轉(zhuǎn)矩
38.8N/M
最小離地間隙
50
接近角
3.17
離去角
90
轉(zhuǎn)向特性參數(shù)
1.35
車身側(cè)傾角
3
制動(dòng)前俯角
1.3
制動(dòng)距離St
60m
平均制動(dòng)減速度j
3.5s
行車制動(dòng)的踏板力
9.8
應(yīng)急制動(dòng)操縱力
600N
§2.5 賽車各系統(tǒng)設(shè)計(jì)
FSAE賽車區(qū)別于民用車，和專業(yè)的F1、F3等專業(yè)賽車也是有一定區(qū)別，它具有自己獨(dú)特的技術(shù)特點(diǎn)，故而吸引無數(shù)大學(xué)瘋狂的投入FSAE賽車的設(shè)計(jì)。由于我國FSAE賽車設(shè)計(jì)起步較晚，從2010年開始以第一屆中國大學(xué)生方程式汽車大賽為契機(jī)，國內(nèi)高校紛紛投入這項(xiàng)賽事。
我校第二代賽車采用國內(nèi)外FSAE普遍應(yīng)用的發(fā)動(dòng)機(jī)中置后驅(qū)的布置方式，各個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)如表2-4：
表2-4 第二代賽車各系統(tǒng)設(shè)計(jì)
發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)
CBR600，四缸，四沖程，電噴
排量
600cc
最大功率
55kw/13000rpm
最大扭矩
70N.m/11000rpm
車架
33kg，4130鋼，鋼管桁架式
懸架
不等長(zhǎng)雙橫臂獨(dú)立懸架
轉(zhuǎn)向
齒輪齒條轉(zhuǎn)向機(jī)
制動(dòng)
串聯(lián)雙腔制動(dòng)總泵控制的Ⅱ型雙回路液壓盤式制動(dòng)
輪胎輪輞
輪胎：Hoosier 180/75 R13，輪輞：自制 13×8
車身
碳纖維
§2.5.1 懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)
懸架總成是汽車的一個(gè)重要組成部分，它的功用是把路面作用于車輪上的垂直反力、縱向反力和側(cè)向反力以及這些反力所造成的力矩傳遞到車架上，以保證汽車的正常行駛。
懸架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是根據(jù)大學(xué)生方程式汽車大賽的比賽規(guī)則及賽車設(shè)計(jì)具體參數(shù)要求，參考各種賽車懸架資料，分析各種懸架類型的優(yōu)缺點(diǎn)，并最終確定適合賽車運(yùn)動(dòng)的懸架形式---不等長(zhǎng)雙橫臂式螺旋彈簧獨(dú)立懸架。
1、FSAE賽車懸架系統(tǒng)
第三代賽車采用當(dāng)今廣泛應(yīng)用于方程式賽車的雙橫臂獨(dú)立懸架（double-wishbone）。獨(dú)立懸架有多種結(jié)構(gòu)形式，如雙橫臂式，燭式，麥弗遜式等?；诜匠淌劫愜嚨奶攸c(diǎn)選用雙橫臂式獨(dú)立懸架，不等長(zhǎng)雙橫臂式獨(dú)立懸架的設(shè)計(jì)自由度大，懸架控制臂的長(zhǎng)度可自行設(shè)定，有較小的非簧載質(zhì)量，可使賽車具有良好的轉(zhuǎn)彎性能、直線行駛性能。由于賽車采用較大的彈性剛度，雙橫臂懸架運(yùn)動(dòng)空間不足的特點(diǎn)也不會(huì)造成很大影響。綜合而論，這種裝置基本性能優(yōu)于其他形式的懸架裝置。
2、FSAE賽車懸架系統(tǒng)的特殊性
該系統(tǒng)采用將彈性元件內(nèi)置于車身外殼中的形式，這樣可以降低高速行駛中的風(fēng)阻，避免了避震彈簧上的橫向力影響，減小了由于橫向力而造成的車身振動(dòng)，并且減小了懸架運(yùn)動(dòng)部分的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。將彈簧與阻尼元件隱藏在車身中，利用推拉桿和搖臂盤的組合，達(dá)到外置式懸架同樣的效果。真實(shí)比賽中，由于天氣、溫度、賽道形式等因素，需要通過不同的懸架參數(shù)設(shè)定來確保賽車的表現(xiàn)，通過獨(dú)特的機(jī)構(gòu)，可以方便地改變懸架參數(shù)，達(dá)到比賽需要。
§2.5.2 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)
賽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是關(guān)系到賽車性能的主要系統(tǒng)，它是用來保持或者改變賽車行駛方向的機(jī)構(gòu)，在賽車行駛時(shí)，保證各轉(zhuǎn)向輪之間有協(xié)調(diào)的轉(zhuǎn)角關(guān)系。
1. 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)方案的確定
第二代賽車的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)向梯形前置，轉(zhuǎn)向拉桿橫置，轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)為齒輪齒條。
由于在轉(zhuǎn)向節(jié)臂、橫拉桿以及齒條機(jī)構(gòu)的連接必然存在微小的間隙，如果將轉(zhuǎn)向梯形后置將會(huì)帶來的結(jié)果是在車輛入彎時(shí)由于整個(gè)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)將受到來自轉(zhuǎn)向輪的力，此作用力會(huì)壓縮連接部件之間的間隙，導(dǎo)致稍微增加轉(zhuǎn)向角度，造成微小的轉(zhuǎn)向過度感，不利于在彎中的操控性。同理，如果將整個(gè)轉(zhuǎn)向梯形前置，被壓縮的間隙造成的效果剛好和轉(zhuǎn)向梯形后置時(shí)相反，會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)向角度的稍微減少，造成微小的轉(zhuǎn)向不足。轉(zhuǎn)向不足對(duì)車手來說是一種穩(wěn)定的可控工況。所以樣車選擇了轉(zhuǎn)向梯形前置的布置方案。
齒輪齒條轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，質(zhì)量輕，成本低，工作可靠。非常符合Formula SAE 賽車的需要。
§2.5.3 制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
使行駛中的汽車減速甚至停車，使下坡行駛的汽車的速度保持穩(wěn)定，以及使已經(jīng)停駛的汽車保持不動(dòng)，這些作用統(tǒng)稱為汽車制動(dòng)。
1、制動(dòng)器方案的確定
汽車制動(dòng)器幾乎均為機(jī)械摩擦式的，即利用旋轉(zhuǎn)元件與固定元件兩工作表面間的摩擦產(chǎn)生力矩使汽車減速或停車。摩擦式制動(dòng)器按其旋轉(zhuǎn)元件的形狀分為鼓式和盤式兩大類。按摩擦副中的固定元件的結(jié)構(gòu)來分，盤式制動(dòng)器分為鉗盤式和全盤式制動(dòng)器兩大類。其中鉗盤式有以下三種：固定鉗式、滑動(dòng)鉗式和擺動(dòng)鉗式。
根據(jù)大學(xué)生方程式賽車賽事規(guī)則，賽車制動(dòng)系統(tǒng)配備的制動(dòng)系統(tǒng)必須有兩套獨(dú)立的液壓回路，以防系統(tǒng)泄露或失效時(shí)，至少在兩輪上還保持有有效地制動(dòng)力。而盤式制動(dòng)器的優(yōu)點(diǎn)就是易于構(gòu)成多回路制動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，使系統(tǒng)有較好的可靠性與安全性，以保證汽車在任何車速下各車輪都均勻一致的平穩(wěn)制動(dòng)。結(jié)合賽事規(guī)則和賽車具體情況，第二代賽車采用盤式制動(dòng)器。
2、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)方案確定
制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)將來自駕駛員或其他力源的力傳給制動(dòng)器，使之產(chǎn)生制動(dòng)力矩。根據(jù)制動(dòng)力源的不同，制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)一般可分為簡(jiǎn)單制動(dòng)、動(dòng)力制動(dòng)和伺服制動(dòng)三大類。而力的傳遞方式又有機(jī)械式，液壓式，氣壓式和氣壓-液壓式的區(qū)別。液壓式簡(jiǎn)單制動(dòng)系（通常簡(jiǎn)稱為液壓制動(dòng)系）用于行車制動(dòng)裝置。液壓制動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是：作用滯后時(shí)間短(0.1～0.3s)，工作壓力高(可達(dá)10～12MPa)，輪缸尺寸小，可布置在制動(dòng)器內(nèi)部作為制動(dòng)蹄張開機(jī)構(gòu)或制動(dòng)塊壓緊機(jī)構(gòu)，使之結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、質(zhì)量小、造價(jià)低；機(jī)械效率高。故第二代賽車中采用液壓式的動(dòng)力制動(dòng)系統(tǒng)來作為制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的方案。
3、液壓回路方案確定
為了提高制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作可靠性，保證行車安全，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用了兩套獨(dú)立的系統(tǒng)，即應(yīng)是雙回路系統(tǒng)。
雙軸汽車的液壓式制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的雙回路系統(tǒng)有多種形式，其中常見的有五種，分別是II、X、HI、LL、HH型。如下圖2-1；
圖2-1 液壓回路系統(tǒng)的形式
II型管路的布置較為簡(jiǎn)單，可與傳統(tǒng)的但輪缸盤式制動(dòng)器配合使用，成本較低，目前在各類汽車特別是商用車上用得最廣泛對(duì)于這種形式，若后制動(dòng)回路失效，則一旦前輪抱死即極易喪失轉(zhuǎn)彎制動(dòng)能力。
X型的結(jié)構(gòu)也很簡(jiǎn)單，一回路失效時(shí)仍能保持50%的制動(dòng)效能，并且制動(dòng)力的分配系數(shù)和同步附著系數(shù)沒有變化，保證了制動(dòng)時(shí)與整車負(fù)荷的適應(yīng)性。此時(shí)前，后各有一側(cè)車輪有制動(dòng)作用，使制動(dòng)力不對(duì)稱，導(dǎo)致前輪將朝制動(dòng)起作用車輪的一側(cè)繞主銷轉(zhuǎn)動(dòng)，使汽車失去方向穩(wěn)定性。因此，采用這種分路方案的汽車，其主銷偏移距應(yīng)取負(fù)值（至20mm），這樣，不平衡的制動(dòng)力使車輪反向轉(zhuǎn)動(dòng)，改善了汽車的方向穩(wěn)定性，多用于中、小型轎車。
HI、LL、HH型的結(jié)構(gòu)均較II型、X型復(fù)雜。LL型和HH型在任意回路失效時(shí)，前、后制動(dòng)力比值均與正常情況相同，剩余總制動(dòng)力可達(dá)正常值的50%左右。HI型單用一軸半回路時(shí)剩余制動(dòng)力較大，但此時(shí)與LL型一樣，緊急制動(dòng)情況下后輪很容易先抱死。
綜合上述情況，第二代賽車選用II型回路系統(tǒng)。
4、制動(dòng)主缸形式的選擇
圖2-2 串聯(lián)雙腔制動(dòng)主缸內(nèi)部結(jié)構(gòu)
現(xiàn)代汽車制動(dòng)主缸的形式有單腔和串聯(lián)雙腔制動(dòng)主缸，根據(jù)大賽要求，每個(gè)液壓回路必須有其專屬的儲(chǔ)油罐，因此初步確定采用串聯(lián)雙腔形式的制動(dòng)主缸，但考慮賽車的總體布局和空間問題，不排除采用并聯(lián)單腔制動(dòng)主缸的可能。
制動(dòng)主缸由灰鑄鐵制造，也可以采用低碳鋼冷擠成形；活塞可有灰鑄鐵、鋁合金或中碳鋼制造。
§2.5.4 電器系統(tǒng)設(shè)計(jì)
電器與電子設(shè)備是方程式賽車的重要組成部分，其性能的好壞會(huì)直接影響到賽車的經(jīng)濟(jì)性、可靠性與安全性。電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在保證安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)上盡量使線路簡(jiǎn)單，容易制造。
1、電氣系統(tǒng)總體方案
參考CBR600的整車電路原理圖進(jìn)行整車電路的設(shè)計(jì)，點(diǎn)火系統(tǒng)要能產(chǎn)生足夠高的次級(jí)電壓，且點(diǎn)火電壓能隨發(fā)動(dòng)機(jī)的工況而改變；要有足夠的點(diǎn)火能量保證跳火后能夠確?？扇蓟旌蠚庋杆偃紵稽c(diǎn)火時(shí)刻要適當(dāng)，在發(fā)動(dòng)機(jī)不同的工況下能夠調(diào)節(jié)點(diǎn)火提前角確?？扇蓟旌蠚獾娜紵皶r(shí)、完全；起動(dòng)部分起動(dòng)機(jī)能夠提供足夠的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，使發(fā)動(dòng)機(jī)能夠可靠且快速的起動(dòng)；儀表的設(shè)計(jì)要保證儀表顯示準(zhǔn)確，在駕駛艙內(nèi)可以看的清楚。
根據(jù)以上的要求，點(diǎn)火系統(tǒng)采用電子點(diǎn)火可以改善傳統(tǒng)點(diǎn)火系統(tǒng)的不足，傳統(tǒng)點(diǎn)火系的不足有：工作可靠性差，次級(jí)電壓不穩(wěn)定，點(diǎn)火能量低，對(duì)火花塞積碳敏感且對(duì)無線電干擾大。啟動(dòng)系統(tǒng)采用有輔助繼電器的起動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，儀表設(shè)有檔位顯示和時(shí)速表，檔位的顯示采用二極管直接照明，時(shí)速表采用電子式指針?biāo)俣缺恚^機(jī)械式時(shí)速表工作更可靠。
2、電氣系統(tǒng)線束的總體布置方案
本次方程式賽車的電氣系統(tǒng)的線路較簡(jiǎn)單，所以采用一個(gè)主線束，布置方案根據(jù)整車的接線圖和電器總成進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)整車電氣原理圖、線束專用件清單進(jìn)行設(shè)計(jì)，完整正確的體現(xiàn)整車電氣系統(tǒng)的功能，根據(jù)原理圖分配用電設(shè)備的電源類型、保險(xiǎn)絲容量、搭鐵位置。根據(jù)線束所處的工作環(huán)境及在汽車內(nèi)的空間布置合理選擇電線的保護(hù)層和固定方式。
電氣系統(tǒng)的整體布置不僅影響到整車電氣系統(tǒng)工作的可靠性，對(duì)線束的的長(zhǎng)度、重量也有影響。此次方程式賽車的線束整體布置方案如圖2-3所示。線束沿鋼管布置，便于固定。
圖2-3 線束整體布置方案示意圖
該布置的優(yōu)點(diǎn)在于線束便于固定，散熱風(fēng)扇在車身的導(dǎo)風(fēng)口后方，有助于水箱的冷卻。整流器位于外側(cè)，也有利于散熱。另外線束的長(zhǎng)度也比較短。
§2.5.5 車身設(shè)計(jì)
大學(xué)生方程式賽車傳承了F1賽車車身低矮、車身短、行駛穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)，低矮和流線型的車身使賽車在快速行駛過程中，可以增加輪胎與地面的附著力，減小空氣阻力，提高賽車的操作穩(wěn)定性。
第二代賽車采用的是玻璃鋼車身，覆蓋位置為車頭和駕駛艙。
車身的制作過程是制作泡沫塑料模型－敷設(shè)玻璃纖維布并涂刷樹脂－固化－脫模－表面處理－噴漆。首先根據(jù)車架外形設(shè)計(jì)車身外形，并制作泡沫塑料模型。采用整塊的泡沫塑料加工成形。由于泡沫塑料非常容易加工，可以采用純手工制作。在制作完成之后需要用砂紙將表面打磨光滑。采用泡沫塑料制作模型最大的好處在于成本低，加工方便。成本僅為一般的玻璃鋼木模和石膏模幾十甚至上百分之一，同時(shí)可以使用簡(jiǎn)單的工具手工操作，完全不受加工條件的限制。
把泡沫塑料模型作為一個(gè)陽模，在其外表上涂抹一層樹脂，開始敷設(shè)玻璃纖維布。一共需要敷設(shè)5 層以獲得所需要的強(qiáng)度。在樹脂充分固化之后，將泡沫塑料模型從固化的玻璃鋼殼中取出。由于樹脂會(huì)將外殼和泡沫塑料牢固地粘結(jié)在一起，所以取出的過程對(duì)泡沫塑料模型來說是破壞性的。脫模后，對(duì)車殼的內(nèi)表面進(jìn)行打磨處理，除去粘連的泡沫塑料，根據(jù)具體的安裝位置，在其他部件如懸架的安裝點(diǎn)，開孔后，便可將車殼安裝到車架上。對(duì)車殼進(jìn)行表面處理，首先使用原子灰作為膩?zhàn)訉④嚉け砻嫣?/div>
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