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(nèi)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(nèi)容包括車架的結構布置、車架材料的選擇、車架的內(nèi)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(nèi)外車隊相關懸架優(yōu)秀設計經(jīng)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(diào)整前輪及后輪的制動力分配。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(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 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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文件清單.txt
電動方程式賽車總布置圖.dwg
電動機.dwg
車架三維圖
開 題 報 告 1． 結合畢業(yè)設計情況，根據(jù)所查閱的文獻資料，撰寫 2000 字左右的文獻綜述： 中國大學生方程式汽車大賽（ 簡稱： 一項由高等院校汽車工程或汽車相關專業(yè)在校學生組隊參加的汽車設計與制造比賽。各參賽車隊按照賽事規(guī)則和賽車制造標準，在接近一年的時間內(nèi)自行設計和制造出一輛在加速、制動、操控性等方面具有優(yōu)異表現(xiàn)的小型單座賽車、并能夠完成全部或部分競賽環(huán)節(jié)的比賽。 2010 年第一屆 中國汽車工程學會、中國 21 所大學（專）汽車院系、易車（ 合發(fā)起舉辦。 持“中國創(chuàng)造 擎動未來”的宗旨，立足于中國汽車工程教育和汽車產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀，吸收并借鑒其他國家 事成功經(jīng)驗，打造一個新型的、以培養(yǎng)中國未來汽車產(chǎn)業(yè)領導者和工程師為目標的公共教育平臺。通過若干年的努力，使之逐步發(fā)展為國際青年汽車工程師的互動交流盛會。 過全方位培訓，提高學生們的設計、制造、成本控制、商業(yè)營銷、溝通與協(xié)作等五方面的能力，全面提升汽車專業(yè)學生的綜合素質，為中國汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展積蓄人才，促進中國汽車工業(yè)從“制造大國”邁向“ 產(chǎn)業(yè)大國”。 一項非盈利社會公益性事業(yè)，利在當代，功在未來。項目的運營和發(fā)展整合了優(yōu)秀高等院校資源、整車和零部件制造商資源，獲得了政府部和社會各界的大力支持以及品牌企業(yè)的資助。社會各界對 目投入的人力支持和資金支持將全部用于賽事組織、賽事推廣和為參賽學生設立賽事獎金。 車的主要目的是為中國汽車業(yè)培養(yǎng)人才，改進人才培養(yǎng)模式，增強實踐經(jīng)驗，全面提升學上的綜合能力，同時通過活動創(chuàng)造學術競爭氛圍，為院校提供交流平臺，進而推動學科建設的提升。 目前使賽車能在比賽中發(fā)揮出高性能和取 得良好的比賽成績的角度出發(fā)，總結了賽車懸架、轉向、制動總成設計參數(shù)選取和具體結構等方面與普通車輛存在差異。整個研究工作以 車的性能分析為核心，以多體系統(tǒng)動力學理論為基礎，利用機械系統(tǒng)仿真軟件 具，建立湖南大學 車的整車虛擬樣機，初步實現(xiàn)了在計算機上對 車的整 車動力學的操縱 穩(wěn)定性的仿真分析。并通過對仿真結果的分析，研究了懸架偏頻的選取和輪胎性能變化對 車性能的影響，這對今后 車的改進與設計工作具有現(xiàn)實意義。 國內(nèi)有很多針對于不同車型進行的總布置方法研究。文獻 [4]介紹了一種基于典型截面的汽車總布置設計方法。結合參加一款商用汽車的總布置設計與車內(nèi)空間布置的確定工作，探討總結輕型商用汽車的總布置設計的一般方法和過程，可為汽車新產(chǎn)品設計和技術改進設計提供參考與幫助。文獻 [5]探討總結了人機工程在汽車總布置設計的應用，同時闡述了總布置中的一些概念和定義，并給出了相關的標準和參考值，可為新產(chǎn)品的開發(fā)和技術改進提供參考和幫助。文獻 [6]總結歸納了一套主觀評價方法和項目，對 于車型人機工 程設計的模型評審、樣車評價及設計更改均有重要的指導意義。隨著汽車技術的發(fā)展，人們認識到人機工程的重要性，它涉及到人機工程學、統(tǒng)計學等學科，體現(xiàn)以人為中心的“人 — 機 — 環(huán)境”和諧的設計思想 [7 隨著計算機的普及和應用，開始用各種軟件對汽車的總布置進行設計和優(yōu)。文獻 [9]闡述了以 支撐軟件，通過 言、 高級語言編程等三種方 法實現(xiàn)汽車總布置參數(shù)化設計，并詳細敘述了以高級語言 程方法生 成 件以實現(xiàn)總布置設計的全過程。文獻 [10]、 [11]對車身幾何特征和尺寸參數(shù)進行綁定，通過幾何特征的替換，實現(xiàn)尺寸參數(shù)的自動更新。應用 5 全參數(shù)化設計，建立尺寸關聯(lián)和尺寸驅動對車身總布置的尺寸進行校核和更新。對于汽車車身總布 置設計，尺寸相關參數(shù)和相關幾何元素 (線、面、體 )的修改是件反復的工作，由于其他軟件自身的缺， C 全面使用是不可避免的。在 件平臺上，利用知識工程 塊中的知識 知識專家 行汽車車身總布置設計工具的開發(fā)。 發(fā)達國家的汽車設計中已得到廣泛應用 [12]，如用于汽車保險杠、踏板組件、懸架、壓縮機等的設計中，取得了非常好的效果 [13 [1] 2009 [2] a [3] 994,3[4] 劉惟信 北京 :清華大學出版社 ,2001,450[5] 張洪欣 第 2 版 )機械工業(yè)出版社 ,1999,149[6] D 車輛動力學基礎 . 趙六奇 , 金達鋒譯 . 北京 : 清華大學出版社 ,2006,188[7] 王望予 3 版） 機械工業(yè)出版社 ,2003,187[8] 978,60[9] 陳家瑞 冊） 人民交通出版社 ,2002,370[10] 2004,131[11] [12] 王國強 ,張進平 ,馬若丁 的實踐 西北工業(yè)大學出版社 ,2003,8[13] 周定陸 ,杜子學 J]2001,(02): 23[14] 汽車的總布置設計 (一 )[J]. 汽車技術 , 1974, (03): 1[15] 汽車的總布置設計 (二 )[J]. 汽車技術 , 1974, (04): 1[16] 趙尚義 J]2008,(8):53[17] 張冰 [18] 張君媛 ,楊陽 . 汽車總布置的參數(shù)化設計 [J]1997,(10): 19[19] 王迦 . 基于 5 知識工程建立車身總布置模板方法的研究 [D]吉林大學 ,2006 4．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）： 題設計的主要內(nèi)容 開 題 報 告 4．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）： 5、預期達到的目標 及工作進度計劃 具體目標為： 1、在規(guī)定的時間內(nèi)完成該研究的基本內(nèi)容，并且達到相應的目的，即通過相關的資料查詢，完成對 半掛車 的總 體設計，各參數(shù)的初步設計； 2、學習論文中要用的知識和方法 ，完成半掛車的機械系統(tǒng)設計，液壓系統(tǒng)設計，氣壓制動系統(tǒng)設計； 3、嚴格按照畢業(yè)設計的要求，將圖紙、設計說明書等進行整理并按時上交。 畢業(yè)設計 工作進度計劃 起 止 日 期 1 查閱相關資料，完成開題報告 開題報告答辯 按開題報告確定的設計方法、進度規(guī)劃、系統(tǒng)的完成分析、計算及總體設計 完成設計模型及詳細的結構設計及 分析，完善工程圖紙 按畢業(yè)設計任務書要求，系統(tǒng)地整理畢業(yè)設計相關工作，具備完善的工程圖紙，按畢業(yè)設計說明書規(guī)定及要求完成編寫工作，準備答辯 論文答辯 開 題 報 告 指導教師意見 ： 指導教師： 年 月 日 所在系審查意見： 系主任： 年 月 日 附件：參考文獻格式 學術期刊 作者 ﹒ 論文題目 ﹒ 期刊名稱，出版年份，卷 (期 )：頁次 如果作者的人數(shù)多于 3 人，則寫前三位作者的名字后面加“等”，作者之間以逗號隔開 。例如： [1] 李峰 ， 胡征 ， 景蘇等 . 納米粒子的控制生長和自組裝研究進展 . 無機化學學報， 2001, 17(3): 315~324 [2] of 2001,233:5～ 7 學術會議論文集 作者 ﹒ 論文題目 ﹒ 文集編者姓名 ﹒ 學術會議文集名稱，出版地：出版者，出版年份：頁次 例如： [3] 司宗國，謝去病，王群 ﹒ 重子湮沒快度關聯(lián)的研究 ﹒ 見趙維勤， 高崇壽編 ﹒ 第五屆高能粒子產(chǎn)生和重離子碰撞理論研討會文集，北京：中國高等科學技術中心， 1996： 105 圖書 著者 ﹒ 書名 ﹒ 版本 ﹒ 出版地：出版者，出版年 ﹒ 頁次 如果該書是第一版則可以略去版次。 例如： [4]韓其智，孫洪洲 ﹒ 群論 ﹒ 北京：北京大學出版社， 1987﹒ 101 預印本 作者 ﹒ 論文題目 ﹒ 預印本編號（出版年份） 例如： [5]uo to 810548(1998) 學位論文 作者 ﹒ 論文題目 ﹒ 學 士 (或碩士、博士 )學位論文 . 出版地：出版者，出版年份 例如： [6] 陳異 . 納米粒子形貌控制研究 . 碩士學位論文 . 北京 ： 中國科學院 , 2002 電子文獻 主要責任者 . 電子文獻題名 ﹒ 電子文獻的出處或可獲地址 . 發(fā)表或更新日期 例如： [7] 王明亮 . 關 于 中 國 學 術 期 刊 標 準 化 數(shù) 據(jù) 庫 系 統(tǒng) 工 程 的 進 展 . , 1998 專利 專利所有者 . 專利名稱 . 專利國別：專利號，日期 . 例如： [8] 姜錫洲 中國專利： 881056073， 1989