FSAE電動賽車整車布置及性能分析【獨家課程畢業(yè)設計含三維2張CAD圖紙帶任務書+開題報告+中期報告+外文翻譯】

FSAE電動賽車整車布置及性能分析

摘要: 大學生電動方程式賽車是在傳統(tǒng)燃油大學生方程式賽車的基礎上發(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、傳動以及懸架等，其主要差別在于動力系統(tǒng)和電子控制系統(tǒng)。

本文以FSAE大學生電動方程式賽車整車布置及性能分析為研究對象，主要進行以下研究：

1）通過研究大學生方程式汽車大賽賽事相關規(guī)則以及賽車制造標準要求，掌握電動賽車總體布置方案；

2）查閱國內外相關參考文獻，從而為整車布置以及整車參數(shù)設計提供理論依據(jù)；

3）首先從車架結構以及車架所使用的材料進行選擇說明，通過結構與材料之間的對比，分別選擇合適結構和材料來設計車架，建立電動賽車車架的三維模型；

4）對懸架采用的類型與部件的設計參數(shù)進行討論說明，然后對懸架特性參數(shù)進行計算說明，確定懸架的硬點位置，最后對懸架系統(tǒng)的零部件結構進行設計，從而確定賽車懸架系統(tǒng)；

5）首先確定制動系統(tǒng)采用的方案，選擇制動器的形式與液壓分路系統(tǒng)；然后對制動系統(tǒng)的主要參數(shù)與盤式制動器的相關尺寸進行相關計算；最后對整套制動系統(tǒng)的液壓驅動機構進行設計計算，包括前后輪制動卡鉗的尺寸以及前后輪制動主缸尺寸的大小。       

由于電機是驅動電動賽車的唯一動力源，所以它的選擇尤為重要，關系到整個汽車的動力性和操縱穩(wěn)定性。實際應用時，往往會因為各種情況導致實際轉矩和理論轉矩出現(xiàn)誤差，本文選用永磁無刷直流電機來當作電動賽車驅動系統(tǒng)的驅動電機。根據(jù)方程式汽車大賽規(guī)則，F(xiàn)SAE賽車的車架設計內容包括車架的結構布置、車架材料的選擇、車架的內部空間布置設計并且設計要符合人機工程。FSAE賽車車架采用桁架式車架結構，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。結合國內外車隊相關懸架優(yōu)秀設計經驗，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，符合學生的技術水平；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

車通過傳動形式的對比，選擇鏈傳動作為本次設計的傳動形式。本文選用浮鉗盤式為這次設計的布置形式，選擇前后的雙回路液壓制動回路作為我們的液壓分路系統(tǒng)布置形式，考慮到制動的加速度比較大，造成的前后制動力變化范圍比較大，也會方便我們在競賽過程根據(jù)不同的項目及時調整前輪及后輪的制動力分配。要求較高的可維修性，快速調節(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，有利于為電動賽車的整車布置設計提供理論基礎。

關鍵詞：電動方程式賽車；整車布置；性能分析；驅動電機

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  國內外研究現(xiàn)狀 1

1.2.1 國內研究現(xiàn)狀 1

1.2.2 國外研究現(xiàn)狀 1

1.3 本文研究內容 2

1.3.1 汽車懸架系統(tǒng)的作用 2

1.4 本章小結 2

2.FSAE電動賽車總體設計 4

2.1 電動賽車結構布置 4

2.1.1 電動賽車結構布置 4

2.1.2 電動賽車車架 5

2.1.3 電動賽車懸架系統(tǒng) 5

2.1.4 電動賽車傳動、制動系統(tǒng) 5

2.2 整車參數(shù)設計 5

2.3 本章小結 7

3.賽車車架設計 8

3.1 車架結構選擇 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 9

4.賽車懸架設計 10

4.1 懸架類型與設計參數(shù)確定 10

4.2 設計計算 11

4.3 懸架硬點確定 16

4.4 懸架零部件設計 17

4.4.1 立柱設計 17

4.4.2 搖臂設計 18

4.4.3 叉臂總成設計 19

4.4.4 吊耳設計 19

4.4.5輪輻設計 20

4.5 本章小結 21

5.賽車制動系統(tǒng)設計 22

5.1 制動系統(tǒng)方案確定 22

5.1.1 制動器形式選擇 22

5.1.2 液壓分路系統(tǒng)選擇 22

5.2 制動系統(tǒng)設計計算 23

5.2.1 制動系統(tǒng)主要參數(shù)設置 23

5.2.2 盤式制動器相關計算 29

5.3 液壓驅動機構設計計算 30

5.3.1 前后輪制動卡鉗尺寸確定 30

5.3.2 前后輪制動主缸尺寸確定 32

5.4 本章小結 33

6.賽車傳動系統(tǒng)設計 34

6.1 傳動比計算 34

6.2 傳動形式選擇 35

6.3 主要零件設計計算 35

6.4 本章小結 37

7.總結與展望 38

7.1 總結 38

7.2 展望 38

參 考 文 獻 39

致  謝 40

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電動方程式賽車總布置圖.dwg

電動機.dwg

車架三維圖

I 摘要 : 大學生電動方程式賽車是在傳統(tǒng)燃油大學生方程式賽車的基礎上發(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、傳動以及懸架等，其主要差別在于動力系統(tǒng)和電子控制系統(tǒng)。 本文以 學生電動方程式賽車整車布置及性能分析為研究對象，主要進行以下研究： 1）通過研究大學生方程式汽車大賽賽事相關規(guī)則以及賽車制造標準要求，掌握電動賽車總體布置方案； 2）查閱國內外相關參考文獻，從而為整車布置以及整車參數(shù)設計提供理論依據(jù)； 3）首先從車架結構以及車架所使用的材料進行選擇說明，通過結構與材料之間的對比，分別選擇合適結構和材料來設計車架，建立電動賽車車架的三維模型； 4）對懸架采用的類型與部件的設計參數(shù)進行討論說明，然后對懸架特性參數(shù)進行計算說明，確定懸架的硬點位置，最后對懸架系統(tǒng)的零部件結構進行設計，從而確定賽車懸架系統(tǒng)； 5）首先確定制動系統(tǒng)采用的方案，選擇制動 器的形式與液壓分路系統(tǒng)；然后對制動系統(tǒng)的主要參數(shù)與盤式制動器的相關尺寸進行相關計算；最后對整套制動系統(tǒng)的液壓驅動機構進行設計計算，包括前后輪制動卡鉗的尺寸以及前后輪制動主缸尺寸的大小。 由于電機是驅動電動賽車的唯一動力源，所以它的選擇尤為重要，關系到整個汽車的動力性和操縱穩(wěn)定性。實際應用時，往往會因為各種情況導致實際轉矩和理論轉矩出現(xiàn)誤差，本文選用永磁無刷直流電機來當作電動賽車驅動系統(tǒng)的驅動電機。根據(jù)方程式汽車大賽規(guī)則， 車的車架設計內容包括車架的結構布置、車架材料的選擇、車架的內部空 間布置設計并且設計要符合人機工程。 車車架采用桁架式車架結構，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。結合國內外車隊相關懸架優(yōu)秀設計經驗，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，符合學生的技術水平；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 通過傳動形式的對比，選擇鏈傳動作為本次設計的傳動形式。本文選用浮鉗盤式為這次設計的布置形式，選擇前后的雙回路液壓制動回路作為我們的 液壓分路系統(tǒng)布置形式，考慮到制動的加速度比較大，造成的前后制動力變化范圍比較大，也會方便我們在競賽過程根據(jù)不同的項目及時調整前輪及后輪的制動力分配。要求較高的可維修性，快速調節(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，有利于為電動賽車的整車布置設計提供理論基礎。 關鍵詞： 電動方程式賽車；整車布置；性能分析；驅動電機 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 國內外研究現(xiàn)狀 ............................................................................................................... 1 內研究現(xiàn)狀 .................................................................................................................. 1 外研究現(xiàn)狀 .................................................................................................................. 1 文研究內容 ..................................................................................................................... 2 車懸架系統(tǒng)的作用 ...................................................................................................... 2 章小結 ............................................................................................................................. 2 動賽車總體設計 ...................................................................................................... 3 動賽車結構布置 ............................................................................................................. 3 動賽車結構布置 .......................................................................................................... 3 動賽車車架 .................................................................................................................. 3 動賽車懸架系統(tǒng) .......................................................................................................... 4 動賽車傳動、制動系統(tǒng) .............................................................................................. 4 車參數(shù)設計 ..................................................................................................................... 4 章小結 ............................................................................................................................. 6 ......................................................................................................................... 6 架結構選擇 ..................................................................................................................... 6 架材料選擇 ..................................................................................................................... 6 架三維模型建立 ............................................................................................................. 7 章小結 ............................................................................................................................. 8 ......................................................................................................................... 8 架類型與設計參數(shù)確定 ................................................................................................. 8 計計算 ........................................................................................................................... 10 架硬點確定 ................................................................................................................... 14 架零部件設計 ............................................................................................................... 15 柱設計 ........................................................................................................................ 15 臂設計 ........................................................................................................................ 16 臂總成設計 ................................................................................................................ 17 耳設計 ........................................................................................................................ 17 輻設計 ......................................................................................................................... 18 章小結 ........................................................................................................................... 19 ............................................................................................................... 19 動系統(tǒng)方案確定 ........................................................................................................... 19 動器形式選擇 ............................................................................................................ 19 壓分路系統(tǒng)選擇 ........................................................................................................ 20 動系統(tǒng)設計計算 ........................................................................................................... 21 制動系統(tǒng)主要參數(shù)設置 ................................................................................................ 21 式制動器相 關計算 .................................................................................................... 27 壓驅動機構設計計算 ................................................................................................... 28 后輪制動卡鉗尺寸確定 ............................................................................................ 28 后輪制動主缸尺寸確定 ............................................................................................ 29 章小結 ........................................................................................................................... 30 ............................................................................................................... 31 動比計算 ....................................................................................................................... 31 動形式選擇 ................................................................................................................... 32 要零件設計計算 ........................................................................................................... 32 章小結 ........................................................................................................................... 34 ........................................................................................................................... 35 結 ................................................................................................................................... 35 望 ................................................................................................................................... 35 參 考 文 獻 ............................................................................................................................ 35 致 謝 ...................................................................................................................................... 37 1 1 緒論 引言 汽車在中國發(fā)展已經十分迅速。由以前的汽車鮮見到現(xiàn)在的汽車走進家家戶戶，中國汽車人在汽車中國制造方面已經做出了偉大突破，但是中國并非汽車產業(yè)強國，而現(xiàn)如今汽車人的目標便是將飛速發(fā)展的中國汽車工業(yè)的發(fā)展方向轉變?yōu)槠囇邪l(fā)及獨立生產 ,由此對人才需求便由原先的設備工藝人才變?yōu)樵O計研發(fā)相關的高端人才。而大學生方程式對在校大學生而言便是一個機遇以及挑戰(zhàn)，學生在這里的發(fā)展由初入時的興奮及熱血，開始過程的艱辛，為車隊籌措資金，初入社會與贊助商溝通談判，工作過程中對設計的一絲不茍，對精細的執(zhí)著追求以及對實際的妥協(xié)以及最終能看 著自己最愛的車子在賽場上馳騁時的詮釋，這一切對大學生之后的發(fā)展研究以及工作經歷都有著非同凡響的影響，學生們的自學能力及應對解決問題的能力有著極大的進步，而這也正是求職過程中你的精彩之處。大學生方程式比賽以充分發(fā)掘學生們的自由學習、團隊協(xié)作、合作創(chuàng)新以及關鍵問題的解決、科研以及交流能力 [1]。 國內外研究現(xiàn)狀 內研究現(xiàn)狀 我國汽車測試技術起步晚，發(fā)展慢 ,但是近些年我國的經濟發(fā)展迅速，汽車工業(yè)開始蓬勃發(fā)展。經濟建設和汽車工業(yè)的蓬勃發(fā)展對汽車性能測試方法的發(fā)展提供了一個廣闊的力量 ,大部分的 研究人員進行了一項研究測試方法 ,也進行了許多基礎研究工作 ,如車身骨架有限元分析、道路譜、載荷譜、車輛地面力學、轉向穩(wěn)定、隨機數(shù)據(jù)處理、可靠性研究等基礎設施的測試等，除了要積極引進國外先進技術和設備 ,我們的國家也學習和創(chuàng)造了一個具有自主知識產權的檢測設備和儀器 ,建立了大型現(xiàn)代化防滑墊 ,為中國汽車產業(yè)的進一步發(fā)展提供了強有力的實驗手段和可靠的理論依據(jù)。 外研究現(xiàn)狀 1990 年 初，汽車測試學習 開始起步 。隨著電子控制技術的不斷發(fā)展與改進。今天，汽車測試已經發(fā)展成為一個獨立的技術部門，并從車輛試驗場測試研究中心發(fā)展到總成和零部件等的各種各樣的測試技術。大部分的汽車公司都獨立開發(fā)了測試軟件程序，這些應用程序不僅可以在汽車制造業(yè)相對準確預測汽車動力性能和燃油經濟性，也可以形 2 成“燃油經濟性曲線”。奧地利公司的實驗室配備了相應的傳動系試驗臺進行耐久性試驗。更成熟的實驗系統(tǒng)是日本公司驅動系統(tǒng)，發(fā)動機和測功器，分別與四輪驅動位移的方法后，前體，驅動傳動試驗臺，測試當前的傳動方式和傳輸系統(tǒng)的性能，從而為客戶提供動力傳動系 統(tǒng)耐久性、動力學、振動和噪聲優(yōu)化設計。美國公司的驅動系統(tǒng)試驗臺虛擬引擎而不是一個真正的引擎，在高動態(tài)情況如牽引力控制系統(tǒng)操作測試驅動系統(tǒng)和組件的力標本，標本的電子控制信息，系統(tǒng)將使用實時仿真提供了一個真實的環(huán)境 [2、 3]。 文研究內容 車懸架系統(tǒng)的作用 本文以 動賽車整車布置及性能分析為研究目標，主要從以下方面對電動賽車進行了研究： 1）通過研究大學生方程式汽車大賽賽事相關規(guī)則以及賽車制造標準要求，掌握電動賽車總體布置方案； 2）查閱國內外相關參考文獻，從而為整車布置以及整車 參數(shù)設計提供理論依據(jù)； 3）首先從車架結構以及車架所使用的材料進行選擇說明，通過結構與材料之間的對比，分別選擇合適結構和材料來設計車架，建立電動賽車車架的三維模型； 4）對懸架采用的類型與部件的設計參數(shù)進行討論說明，然后對懸架特性參數(shù)進行計算說明，確定懸架的硬點位置，最后對懸架系統(tǒng)的零部件結構進行設計，從而確定賽車懸架系統(tǒng)； 5）首先確定制動系統(tǒng)采用的方案，選擇制動器的形式與液壓分路系統(tǒng)；然后對制動系統(tǒng)的主要參數(shù)與盤式制動器的相關尺寸進行相關計算；最后對整套制動系統(tǒng)的液壓驅動機構進行設計計算，包括前后輪制動 卡鉗的尺寸以及前后輪制動主缸尺寸的大小； 6）通過上述說明研究，對賽車的操縱穩(wěn)定性能進行分析研究。 7）對本文所研究的內容進行總結。 章小結 本章首先介紹了 動賽車設計大賽發(fā)展的背景，接著介紹了汽車發(fā)展的國內外現(xiàn)狀，最后提出以 動賽車整車布置及性能分析為研究目標，敘述了本文所進行的研究內容。 3 動賽車總體設計 動賽車結構布置 大學生電動方程式賽車是在傳統(tǒng)燃油大學生方程式賽車的基礎上發(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、 傳動以及 懸架等，其主要差別在于動力系統(tǒng)和電子控制系統(tǒng)。 動賽車結構布置 電機是驅動電動賽車的唯一動力源，所以它的選擇尤為重要，關系到整個汽車的動力性和操縱穩(wěn)定性。實際應用時，往往會因為各種情況導致實際轉矩和理論轉矩出現(xiàn)誤差，因此需要某一種控制策略來對電機的響應進行糾正。 下面介紹幾種電機的特點： 有刷電機最早被投入使用，它的優(yōu)點很明顯：調試性能好，技術成熟，但是也存在明顯的不足：會有很大的能量損耗，需要定時的維護更換清理，而且有著致命的散熱困難。 交流感應電機結構上定子與轉子都靠硅鋼片疊壓，定子與定子 之間沒有滑環(huán)、換向器，所以沒有復雜的構造、耐久性長、可靠性高等特點。但它自身也是容易放熱，損耗極大。調速性能差，低功率因數(shù)對應的使得輸入功率因數(shù)也變低，所以會要求大量的變頻變壓裝置。 開關磁阻電機是一種新興的電機，結構上，轉子沒有繞組，定子集中繞組，所以結構簡單，維修方便，電損耗也少，但是磁極端部會出現(xiàn)嚴重的磁飽和、磁極的邊緣效應這些都讓它的控制變得復雜多變。 永磁無刷電機沒有電刷，是一種高性能的直流電機，轉子是永磁體，不需要再添加電樞繞組進行勵磁，這樣使得電機沒有勵磁損耗。也因為沒有電刷、等相關裝置，使得沒有了換向火花，同時壽命高、啟動性好、結構簡單、運行速度高、轉矩大、噪聲小等優(yōu)勢?；谝陨显?，選用永磁無刷直流電機來當作電動賽車驅動系統(tǒng)的驅動電機 [4]。 動賽車車架 根據(jù)方程式汽車大賽規(guī)則， 車的車架設計內容包括車架的結構布置、車架材料的選擇、車架的內部空間布置設計并且設計要符合人機工程。 車車架采用 4 桁架式車架結構，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。 動賽車懸架系統(tǒng) 結合國內外車隊相關懸架優(yōu)秀設計經驗，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，符合學生的技術水平；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。 動賽車傳動、制動系統(tǒng) 通過傳動形式的對比，選擇鏈傳動作為本次設計的傳動形式。本文選用浮鉗盤式為這次設計的布置形式，選擇前后的雙回路液壓制動回路作為我們的液壓分路系統(tǒng)布置形式，考慮到制動的加速度比較大，造成的前 后制動力變化范圍比較大，也會方便我們在競賽過程根據(jù)不同的項目及時調整前輪及后輪的制動力分配 [5、 6]。 車參數(shù)設計 (1) 尺寸參數(shù)和質量參數(shù)選?。? 首輛賽車的設計首先要考慮的是賽車的設計硬點，包括賽車的軸距、輪距等基本尺寸，賽車的整車質量和軸荷分配等參數(shù)，為各個總成小組提供最初的設計參數(shù)。賽車的主要尺寸質量參數(shù)如表 示。 表 車主要尺寸質量參數(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，整車質量大，在輕量化這一原則的指導下，以及賽車要求機動靈活，成本低，在分析其他賽車的軸距后，綜合考慮， 動 賽車的軸距定為 1580 2) 輪距的選擇： 賽規(guī)則規(guī)定， 輪距的選擇應該控制在百分之七十五的范圍內 。 車輪之間的距離長 ，懸架的側傾角 就會變大 ， 車輛的穩(wěn)定性也會變好 ， 車內的空間也會得到提升 。輪距必須與汽車的總寬相適應。 采用 前輪距 的 時 候 應 該 布置車架、前懸以及 前輪， 使 前輪 具 有足夠的 旋轉間隙 ， 并保證 轉向桿系 和 車架、車輪 它們 有 充足 的 空間去運轉 。綜合考慮，賽車前輪距定為 1230輪距定為 1200 3) 質量參數(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，參考國內外賽車的質量參數(shù)，設定整備質量為 250 4）軸荷分配：后 輪 驅 動的 賽車， 它的設計是 軸荷 在后邊 ， 所有的動力也都集中在驅動軸上 ， 后輪承擔幾乎所有的動力 ， 這樣會使后驅車的動力性會強 。在確定高速賽車的軸荷分配時，還應考慮操縱穩(wěn)定性的需要。理論分析認為，汽車質心的位置及其與汽車中性轉向點的距離，對汽車的穩(wěn)態(tài)回轉特性有決定性的影響。 所以車輛的 軸荷 設置 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，對賽車的性能參數(shù)選取相當重要，通過賽車的主要性能參數(shù)的設定，為賽車的各總成選型提供參考。 1) 動力性參數(shù)： 中國大學生方程式汽車大賽的 比賽 場地有基本上都是以彎路構成的 ， 倘若車輛的瞬時速度過快 ， 是不適應這個比賽的 ， 所以設計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 就是最好的選擇 。 2) 機動性參數(shù)：最小轉彎半徑 決定了 調頭的能力。 根據(jù) 比賽要求 ， 以及多方面的考慮將最小轉彎的半徑設置成四米 。 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)，一般包括轉向盤階躍輸入下的穩(wěn)態(tài)響應、回正性、轉向半徑、轉向輕便性、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，賽車前進的動力來自于地面對輪胎的摩擦力，決定賽車加速性能好壞的因素只有驅動力的反作用力的大小。賽車的穩(wěn)定性取決于懸架系統(tǒng)的設計。 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 有很大的關系 ，偏頻越小 ， 懸架的調節(jié)度就越高 ， 就可以適應不同的路面狀況 ，； 如果 偏頻 越大 ，懸架 的調節(jié)度就越小 ， 但是車輛會更加的穩(wěn)。 5) 制動性 參數(shù)：賽車在進行制動測試時，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 本章主要對賽車總體設計進行了簡要介紹，首先對電動賽車的各系統(tǒng)設計選型進行了簡介，然后對本文研究對象的整車參數(shù)進行了說明。 架結構選擇 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，設計過程中出現(xiàn)問題需要對模型進行調換，因此生產的成本大幅增加而且加工困難維修成本高，而且生產過程中往往需要很大的生產器械、生產工藝工序要求也隨之增高 [9]。方程式汽車大賽賽車設計應綜合考慮車架的結構，材料屬性、生產所需成本、生產難易程度、生產機械工序等因素，而桁架式金屬車架具有比較高的強度和剛度并且加工容易，所需生產器械要求稍低，加工成本較低，因此本次設計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力性能，在加工過程中可以很好的維持其結構性能，并且鋼材是日常生活中最常用的材料之一，價格低廉，便于購買，加工起來方便簡介，適合大學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 屈服強度 /拉強度 /接性能 35 ≧ 205 加工過程中焊的過程中，一般不需要進行預熱，焊后也不必采用其他處理進行改善，性能優(yōu)良 45 ≧ 490 焊接性良好，不必預熱 3085 ≧ 985 在金屬元素在下限時，焊接性能優(yōu)秀，但接近上限時焊接性能中等，需要提前預熱。 因此決定此次設計的車架材料選用 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， 車的車架設計內容包括車架的結構布置、車架材料的選擇、車架的內部空間布置設計并且設計要符合人機工程。 車車架采用桁架式車 架結構，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)人機工程原理，本次車架的設計主要用 件建模完成，結合實際的乘坐條件在軟件中進行分析改進，使設計符合乘坐和賽車其余構件布置符合要求。車架 型如圖 示。 8 圖 模所得到的車架模型 章小結 本章主要介紹了電動賽車車架設計流程，首先從車架結構以及車架所使用的材料進行選擇說明，通過結構與材料之間的對比，分別選擇桁架式結構和 4130 鋼管來設計車架，然后介紹了車架三維模型的建立。 架類型與設計參數(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驗進行確定。 懸架把車架 和 車軸連成一個整體 。 傳遞動力 ；控制車輪的運動規(guī)律；緩和路面?zhèn)鬟f給車身的沖擊載荷，減小振動；保證行駛得平順性和操控穩(wěn)定性。 懸架有獨立 式 懸掛 與 非獨立 式 懸掛 。 而 獨立式的 懸掛 有縱臂式和橫臂式和麥佛遜和其它的一些 。其 結構較為復雜，制作成本較高。但是其舒適性和操縱穩(wěn)定性的優(yōu)點使其被大量應用 [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，有個別的車隊采用多連桿懸架或非獨立懸架，目前 各車隊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參數(shù)的變化。另外由于雙橫臂懸架有兩個 A 臂來承擔加速、制動的轉矩，以及轉彎的側向力，所以剛度較好經常用于以操縱性為目標的跑車中。同時，也因為零部件多、結構復雜、調試難度大，多用于賽車和高級轎車。 針對不等長雙橫臂懸掛的幾種形式 ，本文 做了如下對比 ： （ 1） 推桿不等長雙橫臂懸掛 優(yōu)點 ： 懸架運動響應迅速 ； 加工定位精確 ； 調試方 便快捷 。 缺 點 ： 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 ， 增加了風阻 ，車身構型復雜 ， 重心偏高 。 （ 2） 拉桿不等長雙橫臂懸掛 優(yōu)點 ：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 ： 結構過于緊湊 ， 維修操作空間小 ， 調試困難 ； 裝配定位精度較低 。 （ 3） 無推拉桿不等長雙橫臂懸掛 優(yōu)點 ： 結構簡單 ， 零件數(shù)量少 ， 加工費用低 ， 質量輕 ；裝配定位精度高；避震外露易于調節(jié)。 缺點 ： 對避震器的剛度 、 調節(jié)長度要求較高 ； 懸架跳動行程受到避震器的制約 。 通過以上的分析對比，結合 國內外車隊相關懸架優(yōu)秀設計經驗，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，符合學生的技術水平；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)大學生方程式賽車規(guī)則要求如下：軸距≧ 1525輪距≧75%大輪距，跳動行程≧ 定參數(shù) 如下 ： 軸距 1580輪距 1230輪距 1200 10 側傾外傾變化率 d /d =心高 h=300點頭η d= 0% 抗后蹲η s= 0% 主銷后傾角 前輪 3° 后 輪 4° 主銷內傾角 前輪 4° 后輪 0° 前束 前輪 后輪 0° 前機械拖距 前磨胎半徑 前側傾中心高 Z =30計計算 （ 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=心到側傾軸線的距離： H=傾外傾變化率： d /d =動力分配系數(shù)： β=動力分配系數(shù)： β =0（后輪驅動） 懸架 總杠桿比 ： = =頻：前 后 2） 計算過程 外傾變化率：前懸 d /dz=1/L )=懸 d /dz=1/L )=軸左右車輪簧上質量： m =m =L= ??x? 1? 1? 1 前軸單側懸架乘適剛度： k =4 f m =m 后軸單側懸架乘適剛度： k =4 f m =m 車輪中心剛度：已知輪胎剛度 k =100700N/m （北理工 實驗得到） k = =m k = ==m 前懸 ： k =k =k k = = 后懸： k =k =k k = = 側傾增益： = =g 設賽車以 V=40km/h 通過 R=8m 的彎道，則橫向加速度 A =V /(R*g)= 軸由 A 引起的載荷轉移為： W