FSAE電動(dòng)賽車整車布置及性能分析【獨(dú)家課程畢業(yè)設(shè)計(jì)含三維2張CAD圖紙帶任務(wù)書+開題報(bào)告+中期報(bào)告+外文翻譯】

FSAE電動(dòng)賽車整車布置及性能分析

摘要: 大學(xué)生電動(dòng)方程式賽車是在傳統(tǒng)燃油大學(xué)生方程式賽車的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其絕大多數(shù)零部件都與燃油車相似，如賽車的車架、制動(dòng)、傳動(dòng)以及懸架等，其主要差別在于動(dòng)力系統(tǒng)和電子控制系統(tǒng)。

本文以FSAE大學(xué)生電動(dòng)方程式賽車整車布置及性能分析為研究對(duì)象，主要進(jìn)行以下研究：

1）通過研究大學(xué)生方程式汽車大賽賽事相關(guān)規(guī)則以及賽車制造標(biāo)準(zhǔn)要求，掌握電動(dòng)賽車總體布置方案；

2）查閱國內(nèi)外相關(guān)參考文獻(xiàn)，從而為整車布置以及整車參數(shù)設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)；

3）首先從車架結(jié)構(gòu)以及車架所使用的材料進(jìn)行選擇說明，通過結(jié)構(gòu)與材料之間的對(duì)比，分別選擇合適結(jié)構(gòu)和材料來設(shè)計(jì)車架，建立電動(dòng)賽車車架的三維模型；

4）對(duì)懸架采用的類型與部件的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行討論說明，然后對(duì)懸架特性參數(shù)進(jìn)行計(jì)算說明，確定懸架的硬點(diǎn)位置，最后對(duì)懸架系統(tǒng)的零部件結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而確定賽車懸架系統(tǒng)；

5）首先確定制動(dòng)系統(tǒng)采用的方案，選擇制動(dòng)器的形式與液壓分路系統(tǒng)；然后對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)的主要參數(shù)與盤式制動(dòng)器的相關(guān)尺寸進(jìn)行相關(guān)計(jì)算；最后對(duì)整套制動(dòng)系統(tǒng)的液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，包括前后輪制動(dòng)卡鉗的尺寸以及前后輪制動(dòng)主缸尺寸的大小。       

由于電機(jī)是驅(qū)動(dòng)電動(dòng)賽車的唯一動(dòng)力源，所以它的選擇尤為重要，關(guān)系到整個(gè)汽車的動(dòng)力性和操縱穩(wěn)定性。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，往往會(huì)因?yàn)楦鞣N情況導(dǎo)致實(shí)際轉(zhuǎn)矩和理論轉(zhuǎn)矩出現(xiàn)誤差，本文選用永磁無刷直流電機(jī)來當(dāng)作電動(dòng)賽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。根據(jù)方程式汽車大賽規(guī)則，F(xiàn)SAE賽車的車架設(shè)計(jì)內(nèi)容包括車架的結(jié)構(gòu)布置、車架材料的選擇、車架的內(nèi)部空間布置設(shè)計(jì)并且設(shè)計(jì)要符合人機(jī)工程。FSAE賽車車架采用桁架式車架結(jié)構(gòu)，選擇了四種厚度不同的的30CrMo鋼材，最大限度地縮小賽車的整車重量，使得車架的整體性能得到提高。結(jié)合國內(nèi)外車隊(duì)相關(guān)懸架優(yōu)秀設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，本文選擇了推桿不等長雙橫臂懸掛。主要因素有：推桿不等長雙橫臂懸掛，加工方便，裝配精度高，符合學(xué)生的技術(shù)水平；重心較高的問題，由于采用了鋁合金部件和碳纖維材料，可以有效解決；賽

車通過傳動(dòng)形式的對(duì)比，選擇鏈傳動(dòng)作為本次設(shè)計(jì)的傳動(dòng)形式。本文選用浮鉗盤式為這次設(shè)計(jì)的布置形式，選擇前后的雙回路液壓制動(dòng)回路作為我們的液壓分路系統(tǒng)布置形式，考慮到制動(dòng)的加速度比較大，造成的前后制動(dòng)力變化范圍比較大，也會(huì)方便我們?cè)诟傎愡^程根據(jù)不同的項(xiàng)目及時(shí)調(diào)整前輪及后輪的制動(dòng)力分配。要求較高的可維修性，快速調(diào)節(jié)，良好的操控穩(wěn)定性，推桿不等長雙橫臂懸掛均滿足。通過本文研究分析，有利于為電動(dòng)賽車的整車布置設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)方程式賽車；整車布置；性能分析；驅(qū)動(dòng)電機(jī)

FSAE Electric Car Vehicle Layout and Performance Analysis

Abstract: The electric formula of college students is developed on the basis of the conventional fuel formula racing car, and most of its parts are similar to the fuel vehicles, such as car frame, braking, transmission and suspension, and the main difference lies in the power system and the electronic control system. 

   2 Check the relevant references at home and abroad to provide the theoretical basis for the layout of the vehicle and the design of the whole vehicle parameters; 3 Firstly, from the frame structure and the material used in the frame, the choice of the structure and materials, the comparison between the appropriate structure and materials to design the frame, the establishment of a three-dimensional model of electric racing car frame; 4 discuss the type of suspension and the design parameters of the part, and then calculate the suspension characteristic parameters, determine the position of the suspension, and finally design the parts structure of the suspension system, so as to determine the car suspension system; 5 first determine the braking system adopts the scheme, select the form of brake and hydraulic tap system; then the main parameters of braking system and the related dimensions of disc brakes are calculated; Finally, the hydraulic drive mechanism of the whole brake system is designed and calculated, including the size of front and rear brake caliper and the size of the main cylinder of the rear wheel brake. 

Since the motor is the only power source for driving electric racing, its choice is particularly important, and it relates to the power and stability of the vehicle. Practical application, often because of a variety of circumstances leading to the actual torque and theoretical torque error, this article selects the Permanent Magnet brushless DC motor to be used as the driving motor driving system of electric racing car. According to Formula Car contest rules, the frame design of FSAE racing includes the structure arrangement of the frame, the choice of frame material, the interior design of the frame and the design to conform to the man-machine project. FSAE Racing Frame adopts truss frame structure, selects four kinds of 30CrMo steel of different thickness, minimizes the weight of the car, and improves the overall performance of the frame. Combining with the excellent design experience of the domestic and foreign fleet related suspension, this paper chooses the double wishbone suspension with unequal length. The main factors are: the unequal length double transverse arm hanging, processing convenience, high precision assembly, in line with the students ' technical level; The high center of gravity problem, because of the use of aluminum alloy parts and carbon fiber materials, can be effectively solved; the car is the transmission form of the design, select Chain drive. This paper selects the float clamp disc type for this design arrangement form, select the double-loop hydraulic brake circuit as our hydraulic shunt system layout form, considering that the acceleration of braking is relatively large, resulting in the change range of the dynamic system, it will also facilitate the process of the competition in accordance with different projects in time to adjust the front wheel and rear wheel braking force distribution. Requirements of high maintainability, rapid adjustment, good control stability, the rod unequal long double-wishbone suspension are satisfied. Through the research and analysis, it is advantageous to provide the theoretical basis for the whole vehicle layout design of the electric racing car.

Keywords: Electric equation racing car; motor vehicle layout, performance analysis;

目錄

摘要 I

Abstract III

1  緒論 1

1.1  引言 1

1.2  國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1

1.2.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 1

1.2.2 國外研究現(xiàn)狀 1

1.3 本文研究內(nèi)容 2

1.3.1 汽車懸架系統(tǒng)的作用 2

1.4 本章小結(jié) 2

2.FSAE電動(dòng)賽車總體設(shè)計(jì) 4

2.1 電動(dòng)賽車結(jié)構(gòu)布置 4

2.1.1 電動(dòng)賽車結(jié)構(gòu)布置 4

2.1.2 電動(dòng)賽車車架 5

2.1.3 電動(dòng)賽車懸架系統(tǒng) 5

2.1.4 電動(dòng)賽車傳動(dòng)、制動(dòng)系統(tǒng) 5

2.2 整車參數(shù)設(shè)計(jì) 5

2.3 本章小結(jié) 7

3.賽車車架設(shè)計(jì) 8

3.1 車架結(jié)構(gòu)選擇 8

3.2 車架材料選擇 8

3.3 車架三維模型建立 9

3.4 本章小結(jié) 9

4.賽車懸架設(shè)計(jì) 10

4.1 懸架類型與設(shè)計(jì)參數(shù)確定 10

4.2 設(shè)計(jì)計(jì)算 11

4.3 懸架硬點(diǎn)確定 16

4.4 懸架零部件設(shè)計(jì) 17

4.4.1 立柱設(shè)計(jì) 17

4.4.2 搖臂設(shè)計(jì) 18

4.4.3 叉臂總成設(shè)計(jì) 19

4.4.4 吊耳設(shè)計(jì) 19

4.4.5輪輻設(shè)計(jì) 20

4.5 本章小結(jié) 21

5.賽車制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 22

5.1 制動(dòng)系統(tǒng)方案確定 22

5.1.1 制動(dòng)器形式選擇 22

5.1.2 液壓分路系統(tǒng)選擇 22

5.2 制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算 23

5.2.1 制動(dòng)系統(tǒng)主要參數(shù)設(shè)置 23

5.2.2 盤式制動(dòng)器相關(guān)計(jì)算 29

5.3 液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 30

5.3.1 前后輪制動(dòng)卡鉗尺寸確定 30

5.3.2 前后輪制動(dòng)主缸尺寸確定 32

5.4 本章小結(jié) 33

6.賽車傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 34

6.1 傳動(dòng)比計(jì)算 34

6.2 傳動(dòng)形式選擇 35

6.3 主要零件設(shè)計(jì)計(jì)算 35

6.4 本章小結(jié) 37

7.總結(jié)與展望 38

7.1 總結(jié) 38

7.2 展望 38

參 考 文 獻(xiàn) 39

致  謝 40

【詳情如下】【需要咨詢購買全套設(shè)計(jì)請(qǐng)加QQ1459919609】

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FSAE電動(dòng)賽車整車布置及性能分析中期報(bào)告.doc

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FSAE電動(dòng)賽車整車布置及性能分析開題報(bào)告.doc

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電動(dòng)方程式賽車總布置圖.dwg

電動(dòng)機(jī).dwg

車架三維圖

I 摘要 : 大學(xué)生電動(dòng)方程式賽車是在傳統(tǒng)燃油大學(xué)生方程式賽車的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其絕大多數(shù)零部件都與燃油車相似，如賽車的車架、制動(dòng)、傳動(dòng)以及懸架等，其主要差別在于動(dòng)力系統(tǒng)和電子控制系統(tǒng)。 本文以 學(xué)生電動(dòng)方程式賽車整車布置及性能分析為研究對(duì)象，主要進(jìn)行以下研究： 1）通過研究大學(xué)生方程式汽車大賽賽事相關(guān)規(guī)則以及賽車制造標(biāo)準(zhǔn)要求，掌握電動(dòng)賽車總體布置方案； 2）查閱國內(nèi)外相關(guān)參考文獻(xiàn)，從而為整車布置以及整車參數(shù)設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)； 3）首先從車架結(jié)構(gòu)以及車架所使用的材料進(jìn)行選擇說明，通過結(jié)構(gòu)與材料之間的對(duì)比，分別選擇合適結(jié)構(gòu)和材料來設(shè)計(jì)車架，建立電動(dòng)賽車車架的三維模型； 4）對(duì)懸架采用的類型與部件的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行討論說明，然后對(duì)懸架特性參數(shù)進(jìn)行計(jì)算說明，確定懸架的硬點(diǎn)位置，最后對(duì)懸架系統(tǒng)的零部件結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而確定賽車懸架系統(tǒng)； 5）首先確定制動(dòng)系統(tǒng)采用的方案，選擇制動(dòng) 器的形式與液壓分路系統(tǒng)；然后對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)的主要參數(shù)與盤式制動(dòng)器的相關(guān)尺寸進(jìn)行相關(guān)計(jì)算；最后對(duì)整套制動(dòng)系統(tǒng)的液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，包括前后輪制動(dòng)卡鉗的尺寸以及前后輪制動(dòng)主缸尺寸的大小。 由于電機(jī)是驅(qū)動(dòng)電動(dòng)賽車的唯一動(dòng)力源，所以它的選擇尤為重要，關(guān)系到整個(gè)汽車的動(dòng)力性和操縱穩(wěn)定性。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，往往會(huì)因?yàn)楦鞣N情況導(dǎo)致實(shí)際轉(zhuǎn)矩和理論轉(zhuǎn)矩出現(xiàn)誤差，本文選用永磁無刷直流電機(jī)來當(dāng)作電動(dòng)賽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。根據(jù)方程式汽車大賽規(guī)則， 車的車架設(shè)計(jì)內(nèi)容包括車架的結(jié)構(gòu)布置、車架材料的選擇、車架的內(nèi)部空 間布置設(shè)計(jì)并且設(shè)計(jì)要符合人機(jī)工程。 車車架采用桁架式車架結(jié)構(gòu)，選擇了四種厚度不同的的 30材，最大限度地縮小賽車的整車重量，使得車架的整體性能得到提高。結(jié)合國內(nèi)外車隊(duì)相關(guān)懸架優(yōu)秀設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，本文選擇了推桿不等長雙橫臂懸掛。主要因素有：推桿不等長雙橫臂懸掛，加工方便，裝配精度高，符合學(xué)生的技術(shù)水平；重心較高的問題，由于采用了鋁合金部件和碳纖維材料，可以有效解決；賽 通過傳動(dòng)形式的對(duì)比，選擇鏈傳動(dòng)作為本次設(shè)計(jì)的傳動(dòng)形式。本文選用浮鉗盤式為這次設(shè)計(jì)的布置形式，選擇前后的雙回路液壓制動(dòng)回路作為我們的 液壓分路系統(tǒng)布置形式，考慮到制動(dòng)的加速度比較大，造成的前后制動(dòng)力變化范圍比較大，也會(huì)方便我們?cè)诟傎愡^程根據(jù)不同的項(xiàng)目及時(shí)調(diào)整前輪及后輪的制動(dòng)力分配。要求較高的可維修性，快速調(diào)節(jié)，良好的操控穩(wěn)定性，推桿不等長雙橫臂懸掛均滿足。通過本文研究分析，有利于為電動(dòng)賽車的整車布置設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)。 關(guān)鍵詞： 電動(dòng)方程式賽車；整車布置；性能分析；驅(qū)動(dòng)電機(jī) of is on of of to as in 2 at to of of 3 in of to of a of 4 of of of of so as to 5 of of of of is of of of is is it to of of a of to C to be as of ar of of of to to 0of of of of in of of of be is of as of is in of it of in in to of it is to of V 目錄 摘 要 ............................................................................................................................................. I .................................................................................................................................. 緒論 ...................................................................................................................................... 1 引言 ................................................................................................................................... 1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ............................................................................................................... 1 內(nèi)研究現(xiàn)狀 .................................................................................................................. 1 外研究現(xiàn)狀 .................................................................................................................. 1 文研究內(nèi)容 ..................................................................................................................... 2 車懸架系統(tǒng)的作用 ...................................................................................................... 2 章小結(jié) ............................................................................................................................. 2 動(dòng)賽車總體設(shè)計(jì) ...................................................................................................... 3 動(dòng)賽車結(jié)構(gòu)布置 ............................................................................................................. 3 動(dòng)賽車結(jié)構(gòu)布置 .......................................................................................................... 3 動(dòng)賽車車架 .................................................................................................................. 3 動(dòng)賽車懸架系統(tǒng) .......................................................................................................... 4 動(dòng)賽車傳動(dòng)、制動(dòng)系統(tǒng) .............................................................................................. 4 車參數(shù)設(shè)計(jì) ..................................................................................................................... 4 章小結(jié) ............................................................................................................................. 6 ......................................................................................................................... 6 架結(jié)構(gòu)選擇 ..................................................................................................................... 6 架材料選擇 ..................................................................................................................... 6 架三維模型建立 ............................................................................................................. 7 章小結(jié) ............................................................................................................................. 8 ......................................................................................................................... 8 架類型與設(shè)計(jì)參數(shù)確定 ................................................................................................. 8 計(jì)計(jì)算 ........................................................................................................................... 10 架硬點(diǎn)確定 ................................................................................................................... 14 架零部件設(shè)計(jì) ............................................................................................................... 15 柱設(shè)計(jì) ........................................................................................................................ 15 臂設(shè)計(jì) ........................................................................................................................ 16 臂總成設(shè)計(jì) ................................................................................................................ 17 耳設(shè)計(jì) ........................................................................................................................ 17 輻設(shè)計(jì) ......................................................................................................................... 18 章小結(jié) ........................................................................................................................... 19 ............................................................................................................... 19 動(dòng)系統(tǒng)方案確定 ........................................................................................................... 19 動(dòng)器形式選擇 ............................................................................................................ 19 壓分路系統(tǒng)選擇 ........................................................................................................ 20 動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算 ........................................................................................................... 21 制動(dòng)系統(tǒng)主要參數(shù)設(shè)置 ................................................................................................ 21 式制動(dòng)器相 關(guān)計(jì)算 .................................................................................................... 27 壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 ................................................................................................... 28 后輪制動(dòng)卡鉗尺寸確定 ............................................................................................ 28 后輪制動(dòng)主缸尺寸確定 ............................................................................................ 29 章小結(jié) ........................................................................................................................... 30 ............................................................................................................... 31 動(dòng)比計(jì)算 ....................................................................................................................... 31 動(dòng)形式選擇 ................................................................................................................... 32 要零件設(shè)計(jì)計(jì)算 ........................................................................................................... 32 章小結(jié) ........................................................................................................................... 34 ........................................................................................................................... 35 結(jié) ................................................................................................................................... 35 望 ................................................................................................................................... 35 參 考 文 獻(xiàn) ............................................................................................................................ 35 致 謝 ...................................................................................................................................... 37 1 1 緒論 引言 汽車在中國發(fā)展已經(jīng)十分迅速。由以前的汽車鮮見到現(xiàn)在的汽車走進(jìn)家家戶戶，中國汽車人在汽車中國制造方面已經(jīng)做出了偉大突破，但是中國并非汽車產(chǎn)業(yè)強(qiáng)國，而現(xiàn)如今汽車人的目標(biāo)便是將飛速發(fā)展的中國汽車工業(yè)的發(fā)展方向轉(zhuǎn)變?yōu)槠囇邪l(fā)及獨(dú)立生產(chǎn) ,由此對(duì)人才需求便由原先的設(shè)備工藝人才變?yōu)樵O(shè)計(jì)研發(fā)相關(guān)的高端人才。而大學(xué)生方程式對(duì)在校大學(xué)生而言便是一個(gè)機(jī)遇以及挑戰(zhàn)，學(xué)生在這里的發(fā)展由初入時(shí)的興奮及熱血，開始過程的艱辛，為車隊(duì)籌措資金，初入社會(huì)與贊助商溝通談判，工作過程中對(duì)設(shè)計(jì)的一絲不茍，對(duì)精細(xì)的執(zhí)著追求以及對(duì)實(shí)際的妥協(xié)以及最終能看 著自己最愛的車子在賽場上馳騁時(shí)的詮釋，這一切對(duì)大學(xué)生之后的發(fā)展研究以及工作經(jīng)歷都有著非同凡響的影響，學(xué)生們的自學(xué)能力及應(yīng)對(duì)解決問題的能力有著極大的進(jìn)步，而這也正是求職過程中你的精彩之處。大學(xué)生方程式比賽以充分發(fā)掘?qū)W生們的自由學(xué)習(xí)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、合作創(chuàng)新以及關(guān)鍵問題的解決、科研以及交流能力 [1]。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 內(nèi)研究現(xiàn)狀 我國汽車測試技術(shù)起步晚，發(fā)展慢 ,但是近些年我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，汽車工業(yè)開始蓬勃發(fā)展。經(jīng)濟(jì)建設(shè)和汽車工業(yè)的蓬勃發(fā)展對(duì)汽車性能測試方法的發(fā)展提供了一個(gè)廣闊的力量 ,大部分的 研究人員進(jìn)行了一項(xiàng)研究測試方法 ,也進(jìn)行了許多基礎(chǔ)研究工作 ,如車身骨架有限元分析、道路譜、載荷譜、車輛地面力學(xué)、轉(zhuǎn)向穩(wěn)定、隨機(jī)數(shù)據(jù)處理、可靠性研究等基礎(chǔ)設(shè)施的測試等，除了要積極引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備 ,我們的國家也學(xué)習(xí)和創(chuàng)造了一個(gè)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的檢測設(shè)備和儀器 ,建立了大型現(xiàn)代化防滑墊 ,為中國汽車產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展提供了強(qiáng)有力的實(shí)驗(yàn)手段和可靠的理論依據(jù)。 外研究現(xiàn)狀 1990 年 初，汽車測試學(xué)習(xí) 開始起步 。隨著電子控制技術(shù)的不斷發(fā)展與改進(jìn)。今天，汽車測試已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)部門，并從車輛試驗(yàn)場測試研究中心發(fā)展到總成和零部件等的各種各樣的測試技術(shù)。大部分的汽車公司都獨(dú)立開發(fā)了測試軟件程序，這些應(yīng)用程序不僅可以在汽車制造業(yè)相對(duì)準(zhǔn)確預(yù)測汽車動(dòng)力性能和燃油經(jīng)濟(jì)性，也可以形 2 成“燃油經(jīng)濟(jì)性曲線”。奧地利公司的實(shí)驗(yàn)室配備了相應(yīng)的傳動(dòng)系試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行耐久性試驗(yàn)。更成熟的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是日本公司驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)和測功器，分別與四輪驅(qū)動(dòng)位移的方法后，前體，驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)，測試當(dāng)前的傳動(dòng)方式和傳輸系統(tǒng)的性能，從而為客戶提供動(dòng)力傳動(dòng)系 統(tǒng)耐久性、動(dòng)力學(xué)、振動(dòng)和噪聲優(yōu)化設(shè)計(jì)。美國公司的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)虛擬引擎而不是一個(gè)真正的引擎，在高動(dòng)態(tài)情況如牽引力控制系統(tǒng)操作測試驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和組件的力標(biāo)本，標(biāo)本的電子控制信息，系統(tǒng)將使用實(shí)時(shí)仿真提供了一個(gè)真實(shí)的環(huán)境 [2、 3]。 文研究內(nèi)容 車懸架系統(tǒng)的作用 本文以 動(dòng)賽車整車布置及性能分析為研究目標(biāo)，主要從以下方面對(duì)電動(dòng)賽車進(jìn)行了研究： 1）通過研究大學(xué)生方程式汽車大賽賽事相關(guān)規(guī)則以及賽車制造標(biāo)準(zhǔn)要求，掌握電動(dòng)賽車總體布置方案； 2）查閱國內(nèi)外相關(guān)參考文獻(xiàn)，從而為整車布置以及整車 參數(shù)設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)； 3）首先從車架結(jié)構(gòu)以及車架所使用的材料進(jìn)行選擇說明，通過結(jié)構(gòu)與材料之間的對(duì)比，分別選擇合適結(jié)構(gòu)和材料來設(shè)計(jì)車架，建立電動(dòng)賽車車架的三維模型； 4）對(duì)懸架采用的類型與部件的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行討論說明，然后對(duì)懸架特性參數(shù)進(jìn)行計(jì)算說明，確定懸架的硬點(diǎn)位置，最后對(duì)懸架系統(tǒng)的零部件結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而確定賽車懸架系統(tǒng)； 5）首先確定制動(dòng)系統(tǒng)采用的方案，選擇制動(dòng)器的形式與液壓分路系統(tǒng)；然后對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)的主要參數(shù)與盤式制動(dòng)器的相關(guān)尺寸進(jìn)行相關(guān)計(jì)算；最后對(duì)整套制動(dòng)系統(tǒng)的液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，包括前后輪制動(dòng) 卡鉗的尺寸以及前后輪制動(dòng)主缸尺寸的大小； 6）通過上述說明研究，對(duì)賽車的操縱穩(wěn)定性能進(jìn)行分析研究。 7）對(duì)本文所研究的內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)。 章小結(jié) 本章首先介紹了 動(dòng)賽車設(shè)計(jì)大賽發(fā)展的背景，接著介紹了汽車發(fā)展的國內(nèi)外現(xiàn)狀，最后提出以 動(dòng)賽車整車布置及性能分析為研究目標(biāo)，敘述了本文所進(jìn)行的研究內(nèi)容。 3 動(dòng)賽車總體設(shè)計(jì) 動(dòng)賽車結(jié)構(gòu)布置 大學(xué)生電動(dòng)方程式賽車是在傳統(tǒng)燃油大學(xué)生方程式賽車的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其絕大多數(shù)零部件都與燃油車相似，如賽車的車架、制動(dòng)、 傳動(dòng)以及 懸架等，其主要差別在于動(dòng)力系統(tǒng)和電子控制系統(tǒng)。 動(dòng)賽車結(jié)構(gòu)布置 電機(jī)是驅(qū)動(dòng)電動(dòng)賽車的唯一動(dòng)力源，所以它的選擇尤為重要，關(guān)系到整個(gè)汽車的動(dòng)力性和操縱穩(wěn)定性。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，往往會(huì)因?yàn)楦鞣N情況導(dǎo)致實(shí)際轉(zhuǎn)矩和理論轉(zhuǎn)矩出現(xiàn)誤差，因此需要某一種控制策略來對(duì)電機(jī)的響應(yīng)進(jìn)行糾正。 下面介紹幾種電機(jī)的特點(diǎn)： 有刷電機(jī)最早被投入使用，它的優(yōu)點(diǎn)很明顯：調(diào)試性能好，技術(shù)成熟，但是也存在明顯的不足：會(huì)有很大的能量損耗，需要定時(shí)的維護(hù)更換清理，而且有著致命的散熱困難。 交流感應(yīng)電機(jī)結(jié)構(gòu)上定子與轉(zhuǎn)子都靠硅鋼片疊壓，定子與定子 之間沒有滑環(huán)、換向器，所以沒有復(fù)雜的構(gòu)造、耐久性長、可靠性高等特點(diǎn)。但它自身也是容易放熱，損耗極大。調(diào)速性能差，低功率因數(shù)對(duì)應(yīng)的使得輸入功率因數(shù)也變低，所以會(huì)要求大量的變頻變壓裝置。 開關(guān)磁阻電機(jī)是一種新興的電機(jī)，結(jié)構(gòu)上，轉(zhuǎn)子沒有繞組，定子集中繞組，所以結(jié)構(gòu)簡單，維修方便，電損耗也少，但是磁極端部會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的磁飽和、磁極的邊緣效應(yīng)這些都讓它的控制變得復(fù)雜多變。 永磁無刷電機(jī)沒有電刷，是一種高性能的直流電機(jī)，轉(zhuǎn)子是永磁體，不需要再添加電樞繞組進(jìn)行勵(lì)磁，這樣使得電機(jī)沒有勵(lì)磁損耗。也因?yàn)闆]有電刷、等相關(guān)裝置，使得沒有了換向火花，同時(shí)壽命高、啟動(dòng)性好、結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行速度高、轉(zhuǎn)矩大、噪聲小等優(yōu)勢?；谝陨显?，選用永磁無刷直流電機(jī)來當(dāng)作電動(dòng)賽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī) [4]。 動(dòng)賽車車架 根據(jù)方程式汽車大賽規(guī)則， 車的車架設(shè)計(jì)內(nèi)容包括車架的結(jié)構(gòu)布置、車架材料的選擇、車架的內(nèi)部空間布置設(shè)計(jì)并且設(shè)計(jì)要符合人機(jī)工程。 車車架采用 4 桁架式車架結(jié)構(gòu)，選擇了四種厚度不同的 30材，最大限度地縮小賽車的整車重量，使得車架的整體性能得到提高。 動(dòng)賽車懸架系統(tǒng) 結(jié)合國內(nèi)外車隊(duì)相關(guān)懸架優(yōu)秀設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，本文選擇了推桿不等長雙橫臂懸掛。主要因素有：推桿不等長雙橫臂懸掛，加工方便，裝配精度高，符合學(xué)生的技術(shù)水平；重心較高的問題，由于采用了鋁合金部件和碳纖維材料，可以有效解決；賽車要求較高的可維修性，快速調(diào)節(jié)，良好的操控穩(wěn)定性，推桿不等長雙橫臂懸掛均滿足。 動(dòng)賽車傳動(dòng)、制動(dòng)系統(tǒng) 通過傳動(dòng)形式的對(duì)比，選擇鏈傳動(dòng)作為本次設(shè)計(jì)的傳動(dòng)形式。本文選用浮鉗盤式為這次設(shè)計(jì)的布置形式，選擇前后的雙回路液壓制動(dòng)回路作為我們的液壓分路系統(tǒng)布置形式，考慮到制動(dòng)的加速度比較大，造成的前 后制動(dòng)力變化范圍比較大，也會(huì)方便我們?cè)诟傎愡^程根據(jù)不同的項(xiàng)目及時(shí)調(diào)整前輪及后輪的制動(dòng)力分配 [5、 6]。 車參數(shù)設(shè)計(jì) (1) 尺寸參數(shù)和質(zhì)量參數(shù)選?。? 首輛賽車的設(shè)計(jì)首先要考慮的是賽車的設(shè)計(jì)硬點(diǎn)，包括賽車的軸距、輪距等基本尺寸，賽車的整車質(zhì)量和軸荷分配等參數(shù)，為各個(gè)總成小組提供最初的設(shè)計(jì)參數(shù)。賽車的主要尺寸質(zhì)量參數(shù)如表 示。 表 車主要尺寸質(zhì)量參數(shù) 整車參數(shù) 數(shù)值 整車參數(shù) 數(shù)值 5 軸距 ( 1580 前輪距 ( 1230 后輪距 ( 1200 重力（ N） 3136 長 ( 2800 車重（ 車手） 320 寬 ( 1250 前后軸荷分配 55： 45 高 ( 1350 最小離地間隙（ 50 1) 軸距選擇： 根據(jù)大學(xué)生方程式汽車大賽的要求 ，賽車有至少 1525軸距。賽車的軸距大，整車質(zhì)量大，在輕量化這一原則的指導(dǎo)下，以及賽車要求機(jī)動(dòng)靈活，成本低，在分析其他賽車的軸距后，綜合考慮， 動(dòng) 賽車的軸距定為 1580 2) 輪距的選擇： 賽規(guī)則規(guī)定， 輪距的選擇應(yīng)該控制在百分之七十五的范圍內(nèi) 。 車輪之間的距離長 ，懸架的側(cè)傾角 就會(huì)變大 ， 車輛的穩(wěn)定性也會(huì)變好 ， 車內(nèi)的空間也會(huì)得到提升 。輪距必須與汽車的總寬相適應(yīng)。 采用 前輪距 的 時(shí) 候 應(yīng) 該 布置車架、前懸以及 前輪， 使 前輪 具 有足夠的 旋轉(zhuǎn)間隙 ， 并保證 轉(zhuǎn)向桿系 和 車架、車輪 它們 有 充足 的 空間去運(yùn)轉(zhuǎn) 。綜合考慮，賽車前輪距定為 1230輪距定為 1200 3) 質(zhì)量參數(shù)：為了減輕賽車的重量，賽車的部分零部件選用鋁合金材料，車架材料選用 4130 鋼管，參考國內(nèi)外賽車的質(zhì)量參數(shù)，設(shè)定整備質(zhì)量為 250 4）軸荷分配：后 輪 驅(qū) 動(dòng)的 賽車， 它的設(shè)計(jì)是 軸荷 在后邊 ， 所有的動(dòng)力也都集中在驅(qū)動(dòng)軸上 ， 后輪承擔(dān)幾乎所有的動(dòng)力 ， 這樣會(huì)使后驅(qū)車的動(dòng)力性會(huì)強(qiáng) 。在確定高速賽車的軸荷分配時(shí)，還應(yīng)考慮操縱穩(wěn)定性的需要。理論分析認(rèn)為，汽車質(zhì)心的位置及其與汽車中性轉(zhuǎn)向點(diǎn)的距離，對(duì)汽車的穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)特性有決定性的影響。 所以車輛的 軸荷 設(shè)置 為前軸 百分之五十五 ，后軸 后軸百分之四十五 。 (2) 賽車整車性能參數(shù) 為了讓賽車在比賽中表現(xiàn)出色，對(duì)賽車的性能參數(shù)選取相當(dāng)重要，通過賽車的主要性能參數(shù)的設(shè)定，為賽車的各總成選型提供參考。 1) 動(dòng)力性參數(shù)： 中國大學(xué)生方程式汽車大賽的 比賽 場地有基本上都是以彎路構(gòu)成的 ， 倘若車輛的瞬時(shí)速度過快 ， 是不適應(yīng)這個(gè)比賽的 ， 所以設(shè)計(jì)一輛操控性好的賽車才能滿足比賽的需求 ， 而 永磁無刷直流電機(jī) 就是最好的選擇 。 2) 機(jī)動(dòng)性參數(shù)：最小轉(zhuǎn)彎半徑 決定了 調(diào)頭的能力。 根據(jù) 比賽要求 ， 以及多方面的考慮將最小轉(zhuǎn)彎的半徑設(shè)置成四米 。 6 3) 操縱穩(wěn)定性參 數(shù)：賽車的操作穩(wěn)定性包括很多參數(shù)，一般包括轉(zhuǎn)向盤階躍輸入下的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)、回正性、轉(zhuǎn)向半徑、轉(zhuǎn)向輕便性、直線行駛性能、極限行駛能力等等。方程式賽車考察的是賽車在極限行駛下的穩(wěn)定性，眾所周知，賽車前進(jìn)的動(dòng)力來自于地面對(duì)輪胎的摩擦力，決定賽車加速性能好壞的因素只有驅(qū)動(dòng)力的反作用力的大小。賽車的穩(wěn)定性取決于懸架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 4) 平順性參數(shù)：偏頻 與 懸架的 柔度和 汽車的 操控性與 平順性 有很大的關(guān)系 ，偏頻越小 ， 懸架的調(diào)節(jié)度就越高 ， 就可以適應(yīng)不同的路面狀況 ，； 如果 偏頻 越大 ，懸架 的調(diào)節(jié)度就越小 ， 但是車輛會(huì)更加的穩(wěn)。 5) 制動(dòng)性 參數(shù)：賽車在進(jìn)行制動(dòng)測試時(shí)，賽車將首先在規(guī)則規(guī)定的直道上加速，在直道末端，賽車必須制動(dòng)至靜止，并要求四輪抱死且不超出規(guī)則要求的賽道范圍 [7、 8]。 章小結(jié) 本章主要對(duì)賽車總體設(shè)計(jì)進(jìn)行了簡要介紹，首先對(duì)電動(dòng)賽車的各系統(tǒng)設(shè)計(jì)選型進(jìn)行了簡介，然后對(duì)本文研究對(duì)象的整車參數(shù)進(jìn)行了說明。 架結(jié)構(gòu)選擇 車架的布置形式大致有 1:一體式金屬車架； 2:一體式復(fù)合材料車架； 3：桁架式金屬車架。由于前兩種車架布置形式比較符合大規(guī)模生產(chǎn)，設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)問題需要對(duì)模型進(jìn)行調(diào)換，因此生產(chǎn)的成本大幅增加而且加工困難維修成本高，而且生產(chǎn)過程中往往需要很大的生產(chǎn)器械、生產(chǎn)工藝工序要求也隨之增高 [9]。方程式汽車大賽賽車設(shè)計(jì)應(yīng)綜合考慮車架的結(jié)構(gòu)，材料屬性、生產(chǎn)所需成本、生產(chǎn)難易程度、生產(chǎn)機(jī)械工序等因素，而桁架式金屬車架具有比較高的強(qiáng)度和剛度并且加工容易，所需生產(chǎn)器械要求稍低，加工成本較低，因此本次設(shè)計(jì)采用桁架式金屬車架。 架材料選擇 相比較其他材料，鋼材料具有良好的動(dòng)力性能，在加工過程中可以很好的維持其結(jié)構(gòu)性能，并且鋼材是日常生活中最常用的材料之一，價(jià)格低廉，便于購買，加工起來方便簡介，適合大學(xué)生方程式賽車的加工過程。參照大賽規(guī)則 。 材料選擇 如表 示： 表 見鋼材物理性能及焊接性能 7 材料名稱 屈服強(qiáng)度 /拉強(qiáng)度 /接性能 35 ≧ 205 加工過程中焊的過程中，一般不需要進(jìn)行預(yù)熱，焊后也不必采用其他處理進(jìn)行改善，性能優(yōu)良 45 ≧ 490 焊接性良好，不必預(yù)熱 3085 ≧ 985 在金屬元素在下限時(shí)，焊接性能優(yōu)秀，但接近上限時(shí)焊接性能中等，需要提前預(yù)熱。 因此決定此次設(shè)計(jì)的車架材料選用 4130 合金鋼（ 30其基本參數(shù)如下，彈性模量： 松比： 服強(qiáng)度： 785度極限： 985度為 7850 kg/ 架三維模型建立 根據(jù)方程式汽車大賽規(guī)則， 車的車架設(shè)計(jì)內(nèi)容包括車架的結(jié)構(gòu)布置、車架材料的選擇、車架的內(nèi)部空間布置設(shè)計(jì)并且設(shè)計(jì)要符合人機(jī)工程。 車車架采用桁架式車 架結(jié)構(gòu)，選擇了四種厚度不同的的 30材，最大限度地縮小賽車的整車重量，使得車架的整體性能得到提高。為充分體現(xiàn)人機(jī)工程原理，本次車架的設(shè)計(jì)主要用 件建模完成，結(jié)合實(shí)際的乘坐條件在軟件中進(jìn)行分析改進(jìn)，使設(shè)計(jì)符合乘坐和賽車其余構(gòu)件布置符合要求。車架 型如圖 示。 8 圖 模所得到的車架模型 章小結(jié) 本章主要介紹了電動(dòng)賽車車架設(shè)計(jì)流程，首先從車架結(jié)構(gòu)以及車架所使用的材料進(jìn)行選擇說明，通過結(jié)構(gòu)與材料之間的對(duì)比，分別選擇桁架式結(jié)構(gòu)和 4130 鋼管來設(shè)計(jì)車架，然后介紹了車架三維模型的建立。 架類型與設(shè)計(jì)參數(shù)確定 懸架的參數(shù)主要根據(jù)賽事規(guī)則和以往比賽積累的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行確定。 懸架把車架 和 車軸連成一個(gè)整體 。 傳遞動(dòng)力 ；控制車輪的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；緩和路面?zhèn)鬟f給車身的沖擊載荷，減小振動(dòng)；保證行駛得平順性和操控穩(wěn)定性。 懸架有獨(dú)立 式 懸掛 與 非獨(dú)立 式 懸掛 。 而 獨(dú)立式的 懸掛 有縱臂式和橫臂式和麥佛遜和其它的一些 。其 結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，制作成本較高。但是其舒適性和操縱穩(wěn)定性的優(yōu)點(diǎn)使其被大量應(yīng)用 [10]。 從世界范圍來看，比如 車、 車和 車選擇使用不等長雙橫臂懸架，有個(gè)別的車隊(duì)采用多連桿懸架或非獨(dú)立懸架，目前 各車隊(duì)主要采用不等長雙橫臂 9 懸掛。 不等長 雙橫臂懸掛的特性是 :雙橫臂懸架有上 A 臂、下 A 臂兩個(gè)橫臂，所以稱為雙橫臂式。由于上 A 臂與下 A 臂的長度和位置不同，并且以上 A 臂比下 A 臂短的設(shè)定居多。雙橫臂懸架能夠精確地的控制車輛在激烈駕駛中懸架各個(gè)參數(shù)的變化。另外由于雙橫臂懸架有兩個(gè) A 臂來承擔(dān)加速、制動(dòng)的轉(zhuǎn)矩，以及轉(zhuǎn)彎的側(cè)向力，所以剛度較好經(jīng)常用于以操縱性為目標(biāo)的跑車中。同時(shí)，也因?yàn)榱悴考唷⒔Y(jié)構(gòu)復(fù)雜、調(diào)試難度大，多用于賽車和高級(jí)轎車。 針對(duì)不等長雙橫臂懸掛的幾種形式 ，本文 做了如下對(duì)比 ： （ 1） 推桿不等長雙橫臂懸掛 優(yōu)點(diǎn) ： 懸架運(yùn)動(dòng)響應(yīng)迅速 ； 加工定位精確 ； 調(diào)試方 便快捷 。 缺 點(diǎn) ： 避震器 、 吊耳 、 搖臂布置于前環(huán)前部的車架上 ， 影響車手視野 ， 增加了風(fēng)阻 ，車身構(gòu)型復(fù)雜 ， 重心偏高 。 （ 2） 拉桿不等長雙橫臂懸掛 優(yōu)點(diǎn) ：避震器、吊耳、搖臂布置于懸架桿周圍，重心低，占用空間小；良好的操控穩(wěn)定性；車身流線型好。 缺點(diǎn) ： 結(jié)構(gòu)過于緊湊 ， 維修操作空間小 ， 調(diào)試?yán)щy ； 裝配定位精度較低 。 （ 3） 無推拉桿不等長雙橫臂懸掛 優(yōu)點(diǎn) ： 結(jié)構(gòu)簡單 ， 零件數(shù)量少 ， 加工費(fèi)用低 ， 質(zhì)量輕 ；裝配定位精度高；避震外露易于調(diào)節(jié)。 缺點(diǎn) ： 對(duì)避震器的剛度 、 調(diào)節(jié)長度要求較高 ； 懸架跳動(dòng)行程受到避震器的制約 。 通過以上的分析對(duì)比，結(jié)合 國內(nèi)外車隊(duì)相關(guān)懸架優(yōu)秀設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，本文選擇了推桿不等長雙橫臂懸掛。主要因素有：推桿不等長雙橫臂懸掛，加工方便，裝配精度高，符合學(xué)生的技術(shù)水平；重心較高的問題，由于采用了鋁合金部件和碳纖維材料，可以有效解決；賽車要求較高的可維修性，快速調(diào)節(jié)，良好的操控穩(wěn)定性，推桿不等長雙橫臂懸掛均滿足。 整車參數(shù)選擇 ，根據(jù)大學(xué)生方程式賽車規(guī)則要求如下：軸距≧ 1525輪距≧75%大輪距，跳動(dòng)行程≧ 定參數(shù) 如下 ： 軸距 1580輪距 1230輪距 1200 10 側(cè)傾外傾變化率 d /d =心高 h=300點(diǎn)頭η d= 0% 抗后蹲η s= 0% 主銷后傾角 前輪 3° 后 輪 4° 主銷內(nèi)傾角 前輪 4° 后輪 0° 前束 前輪 后輪 0° 前機(jī)械拖距 前磨胎半徑 前側(cè)傾中心高 Z =30計(jì)計(jì)算 （ 1） 整車剛度確定 ： M（ 車 ） =300m （ 彈 ） =240心到前軸的水平距離： a=心到后軸的水平距離： b=心到側(cè)傾軸線的距離： H=傾外傾變化率： d /d =動(dòng)力分配系數(shù)： β=動(dòng)力分配系數(shù)： β =0（后輪驅(qū)動(dòng)） 懸架 總杠桿比 ： = =頻：前 后 2） 計(jì)算過程 外傾變化率：前懸 d /dz=1/L )=懸 d /dz=1/L )=軸左右車輪簧上質(zhì)量： m =m =L= ??x? 1? 1? 1 前軸單側(cè)懸架乘適剛度： k =4 f m =m 后軸單側(cè)懸架乘適剛度： k =4 f m =m 車輪中心剛度：已知輪胎剛度 k =100700N/m （北理工 實(shí)驗(yàn)得到） k = =m k = ==m 前懸 ： k =k =k k = = 后懸： k =k =k k = = 側(cè)傾增益： = =g 設(shè)賽車以 V=40km/h 通過 R=8m 的彎道，則橫向加速度 A =V /(R*g)= 軸由 A 引起的載荷轉(zhuǎn)移為： W