【文章內(nèi)容簡介】 善和創(chuàng)新，形成一個比較完整的方案。 中國 FSAE 賽車總體 設(shè)計 要求： 1．賽車構(gòu)造 賽車必須是裸露式車輪和敞開式駕駛艙（方程式車型），以及四個車輪不能在一條直線上 。 2．車身 從車的前端到主防滾架或者防火墻的這段空間里，除了駕駛艙必須的開口，車體上不允許有其他的開口。允許在前懸架處有微小的開口。 3．軸距 賽車必須有至少 1525mm（ 60 英寸）的軸距。軸距是指在車輪指向正前方時同一側(cè)兩車輪與地面的接觸點之間的距離。 4．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%。 5 5．可視性 檢查表格上所有的條目必須在不使用工具，比如內(nèi)窺鏡或是鏡子的情況下清楚地呈現(xiàn)給技術(shù)檢察官看。呈示時可以拆卸車身外板或提供可拆卸的可見套件。 樣車分析 選同類型的樣車，作為設(shè)計參數(shù)和設(shè)計的目標(biāo)車型。第一屆 FSAE 北京理工大學(xué)參賽賽車，如圖 , 所示： 圖 北京理工大學(xué)參賽賽車后視圖 圖 北京理工大學(xué)參賽賽車側(cè)視圖 北京理工大學(xué)參賽賽車車身尺寸為：長 2868mm、寬 1450mm、高 1048mm，軸距 1650mm，前輪輪距為 1250mm，后輪輪距為 1200mm，車身小巧，最小轉(zhuǎn)彎半徑為3m。整備質(zhì)量也為 208kg，前后軸荷比被設(shè)計成 46:54。 10 英寸 KEIZER 鋁合金輪轂，與規(guī)格為 18*610（ R25B）的 Hoosier 方程式熱熔胎相搭配。駕駛艙內(nèi)裝有薩波爾特(Sabelt)的五點式安全帶。 CF188 自然吸氣式發(fā)動機(jī)，排量為 493cc，最大功率可達(dá) 32kw， 6 引擎最高轉(zhuǎn)速可達(dá) 7000rpm，極速為 135km/h，百公里加速時間 。前后懸結(jié)構(gòu)采用的是雙橫臂式、四輪盤式制動、傳動方式為鏈條傳動、后驅(qū)動輪（該車為后輪驅(qū)動）設(shè)有對稱錐齒輪式差速器，而與發(fā)動機(jī)相搭配的是一臺 CVT 無級變速器。車身是由4130 鋼材焊接而成的，車架之間的焊接加工工藝采用的是二氧化碳保護(hù)焊，如圖 所示。前后 willwood caliper ps1 雙活塞卡鉗，可在保證足夠的制動力同時大幅減小制動總成質(zhì)量。 圖 車架 制定設(shè)計目標(biāo) RL7050H0 賽車主要應(yīng)用于 FSAE 比賽，對于各總成部件要求符合比賽規(guī)則。為了使 RL7050H0 賽車能夠在賽事中取得優(yōu)異的綜合測評，要求其在動態(tài)項目中，賽車必須保持其機(jī)械性能完整性。能夠順利的完成加速性測試， 8 字繞環(huán)測試，高速避障測試，燃油消耗測試和耐久測試。并要將制造成本控制到最低。 整車型式的選擇 根據(jù)設(shè) 計要求，對 整車型式 進(jìn)行 方案 分析 ，主要包括以下幾個部分： （ 1）發(fā)動機(jī)的種類和型式 （ 2）軸數(shù)和驅(qū)動型式 （ 3）車頭和駕駛室的型式及發(fā)動機(jī)與前軸的位置關(guān)系 （ 4）輪胎的選擇 發(fā)動機(jī)的種類和布置型式 驅(qū)動賽車的發(fā)動機(jī)必須為四沖程、排量 610cc 以下。第一年中國 FSAE 大賽，發(fā)動機(jī)統(tǒng)一采用贊助單位提供的發(fā)動機(jī)，可以在規(guī)則的限制范圍內(nèi)改造發(fā)動機(jī)。 CF188（ 500cc）四氣門 ATV專用發(fā)動機(jī) （如圖 所示） 是春風(fēng)控股集團(tuán)有限公 7 司根據(jù)國內(nèi)外 ATV 車生產(chǎn)廠家對大型 ATV 車專用發(fā)動機(jī)特有使用要求專門全新 研發(fā)的四氣門無極變速 ATV專用發(fā)動機(jī)。既保持了春風(fēng)發(fā)動機(jī)壽命長、動力強(qiáng)、聲音輕、省油、環(huán)保等五大特點，又利用春風(fēng)水冷機(jī)的特點解決了沙灘車大扭矩低車速長期工作情況下對發(fā)動機(jī)的冷卻要求。 單缸水冷四氣門四沖程化油器發(fā)動機(jī)，具有前后軸傳動輸出，電和手拉兩種起動方式，帶發(fā)動機(jī)易起動減壓功能， CVT 自動無極變速，帶下坡發(fā)動機(jī)制動，帶停車變換的發(fā)動機(jī)體內(nèi)一體化高檔、低檔、空檔、停車檔、倒檔和檔位顯示，帶車速里程輸出，帶汽車式易更換機(jī)油濾；還可以根據(jù)廠家需要選擇配套 4x4 車、 4 獨立懸架的前后橋和所有傳動軸，可以電控方式方 便的進(jìn)行 4x 4x前橋差速鎖死的變換， ECU點火器帶危險工況的保護(hù)功能，還可以選裝空濾器、散熱器、風(fēng)扇 等。 圖 CF188 發(fā)動機(jī)外形尺寸圖 發(fā)動機(jī)： CF188（ 500CC） 缸徑 行程： 82 最大功率： 24kW/6500r/min 點火方式：無觸點、 CDI 直流點火 外形尺寸（長 x 寬 x 高）： 610 519（ mm） 發(fā)動機(jī)形式：單缸、四沖程、水冷、四氣門、頂置式凸輪軸、單平衡軸 壓縮比： :1 最低燃油消耗率 (g/ )： ? 340 潤滑方式：壓力飛濺潤滑 8 啟動方式： 電起動 /手拉起動 駕駛室的型式 駕駛室與發(fā)動機(jī)、前軸的布置位置，可組成不同的布置結(jié)構(gòu)，形成不同的整車外型，對使用性能也有一定的影響 。 方案一：發(fā)動機(jī)前置前輪驅(qū)動（ FF） 這種布置型式為微型、普通級和中級轎車所廣泛采用。 與后輪驅(qū)動的乘用車相比較，前輪驅(qū)動乘用車的前橋軸荷大，有明顯的不足轉(zhuǎn)向性能；因為前輪是驅(qū)動輪，所以越過障礙的能力高；主減速器和變速器裝在同一個殼體內(nèi)，動力總成結(jié)構(gòu)緊湊，且不需要在變速器與主減速器之間設(shè)置傳動軸，車內(nèi)地板凸包高度 降低，有利提高乘坐舒適性；發(fā)動機(jī)布置在軸距外時，汽車的軸距可以縮短，因而有利于提高汽車的機(jī)動性；汽車的散熱器布置在汽車前部，散熱條件好，發(fā)動機(jī)可以得到足夠的冷卻；行李箱布置在汽車后部，固有足夠大的行李箱空間；容易改裝為客貨兩用車或救護(hù)車；供暖機(jī)構(gòu)簡單，且因管路短而供暖效率高；發(fā)動機(jī)、離合器、變速器與駕駛員位置近，所以操縱機(jī)構(gòu)簡單；發(fā)動機(jī)橫置時能縮短汽車的總長，加上取消了傳動軸等因素的影響，汽車消耗的材料明顯減少，使整備質(zhì)量減輕；發(fā)動機(jī)橫置時，原主減速器的錐齒輪需要用圓柱齒輪取代，這又降低了制造難度，同時在裝 配和使用時也不必進(jìn)行齒輪調(diào)整工作，此時，變速器和主減速器可以使用同一種潤滑油。 前輪驅(qū)動并轉(zhuǎn)向需要采用等速萬向節(jié)，其結(jié)構(gòu)和制造工藝均復(fù)雜；前橋負(fù)荷較后軸重，并且前輪又是轉(zhuǎn)向輪，故故前輪工作條件惡劣，輪胎壽命短；上坡行駛時因驅(qū)動輪上的附著力減小，汽車爬坡能力降低，特別是在爬越泥濘的坡路時，驅(qū)動輪容易打滑并使汽車喪失操縱穩(wěn)定性；由于后軸負(fù)荷小而且制動時軸荷要前移，后輪容易抱死并引起汽車側(cè)滑；當(dāng)發(fā)動橫置時受空間限制，總體布置工作困難，維修與保養(yǎng)時的接近性變差；一旦發(fā)生正面碰撞事故，因發(fā)動機(jī)及其附件損失較大，維修費 用高。 方案二 :：發(fā)動機(jī)前置后輪驅(qū)動（ FR） 汽車的傳統(tǒng)布置形式，常為中高級及高級轎車所采用。 軸荷分配合理，因而有利于提高輪胎的使用壽命；前輪不驅(qū)動，因而不需要采用等速萬向節(jié)，這有利于減少制造成本；操縱機(jī)構(gòu)簡單；采暖機(jī)構(gòu)簡單，且管路供暖效率高；發(fā)動機(jī)冷卻條件好；上坡行駛時，因驅(qū)動輪上的附著力增大，故爬坡能力強(qiáng)；改裝為客貨兩用車或救護(hù)車比較容易；有足夠大的行李箱空間；因變速器與主減速器分開，故拆裝、維修容易；發(fā)動機(jī)的接近性良好。 因為車身地板下方有傳動軸，所以地板上有凸起的通道，并使后排座椅中部座墊 9 的厚度減 薄，影響乘坐舒適性；汽車正面與其他物體發(fā)生碰撞時，易導(dǎo)致發(fā)動機(jī)進(jìn)入客廂，會使前排乘員受到嚴(yán)重傷害；汽車的總長、軸距均較長，整車整備質(zhì)量增大，同時影響到汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性和動力性。 方案三：發(fā)動機(jī)后置后輪驅(qū)動（ RR） 這種布置在微型汽車和小型轎車上曾得到廣泛使用，但現(xiàn)在轎車上已很少采用。 動力總成布置成一體而使機(jī)構(gòu)緊湊，因為發(fā)動機(jī)后置，汽車前部高度有條件降低，改善駕駛員視野；同時排氣管不必從前部向后部延伸，加上可以省掉傳動軸，故可向內(nèi)地板凸包只需要有較低的高度用來容納操縱機(jī)構(gòu)的桿件和加強(qiáng)地板剛度即可，這就改善了 后排座椅中間座位乘員出入的條件；整車整備質(zhì)量小；乘客座椅能夠布置在舒適區(qū)域；上坡行駛時，由于驅(qū)動輪上的附著力增加，爬坡能力提高；當(dāng)發(fā)動機(jī)布置在軸距外時軸距短，汽車機(jī)動性能好。 后軸負(fù)荷重，使汽車具有過多轉(zhuǎn)向傾向，操縱性變壞；前輪附著力小，高速行駛時轉(zhuǎn)向不穩(wěn)定，影響操縱穩(wěn)定性；行李箱在前部，受轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向時要占據(jù)一定空間和改善駕駛視野的影響，行李箱體積不夠大；因動力總成在后部，距駕駛員較遠(yuǎn)，所以操縱機(jī)構(gòu)復(fù)雜；駕駛員發(fā)現(xiàn)發(fā)動機(jī)故障不如發(fā)動機(jī)前置容易；發(fā)動機(jī)后置不僅對發(fā)動機(jī)冷卻和前風(fēng)擋玻璃除霜帶來不利，而且發(fā)動機(jī)工 作噪聲容易傳給駕駛員，一旦汽車發(fā)生追尾事故，又會對后排乘員構(gòu)成危險；受發(fā)動機(jī)高度影響，改裝為客貨兩用車或救護(hù)車?yán)щy。 方案四 :：發(fā)動機(jī)中置后輪驅(qū)動（ MR) 是大多數(shù)運(yùn)動型轎車和方程式賽車所采用的型式。此外，某些大、中型客車也采用該型式，但采用該型式的貨車很少。 對于運(yùn)動型車 ,可獲得最佳的軸荷分配，操縱穩(wěn)定性和行駛平順性較好 .發(fā)動機(jī)臨近驅(qū)動橋，無需傳動軸，從而減輕車重，具有較高的傳動效率 ； 重量集中，車身平擺方向的慣性力矩小，轉(zhuǎn)彎時，轉(zhuǎn)向盤操作靈敏，運(yùn)動性好 ； 對于大、中型客車具有車廂內(nèi)的面積利用率較高、車內(nèi)噪音 小、傳動軸短、傳動效率高等優(yōu)點。 發(fā)動機(jī)的布置占據(jù)了車廂和行李箱的一部分空間，通常，車廂內(nèi)只能安放 2 張座椅 ； 對發(fā)動機(jī)的隔音和絕熱效果差，乘坐舒適性有所降低 ； 對于大、中型客車 ,發(fā)動機(jī)需要特殊設(shè)計，且其冷卻和防塵不易 ； 遠(yuǎn)程操縱機(jī)構(gòu)復(fù)雜，維修保養(yǎng)不便 .地板高度難于降低。 因賽車的布置結(jié)構(gòu)緊湊，選用此種布置發(fā)動機(jī)。 10 輪胎的選型 根據(jù)車輛類型、總質(zhì)量、道路條件、車速及其他特殊要求，合理地選擇輪胎。輪胎選擇的好壞直接影響整車的使用性能，如動力性、經(jīng)濟(jì)性、通過性、安全性等。因此必須按使用要求、道路條件和國家標(biāo) 準(zhǔn)進(jìn)行合理的選擇。一般在汽車滿載時，輪胎所受的靜負(fù)荷應(yīng)等于小于它的額定負(fù)荷（約 —）。這主要根據(jù)車輛的使用情況和道路條件而定，在條件比較好的情況下－不超載、道路條件好，輪胎的靜負(fù)荷可與額定負(fù)荷相等或相近，氣壓也可選高一點，這樣會提高整車的經(jīng)濟(jì)性能。輪胎選擇的另一個關(guān)鍵因素是車速。隨著高速公路的發(fā)展和道路條件的改善，現(xiàn)代汽車的車速越來越高，對于輪胎來說，車速越高，輪胎的發(fā)熱量也越大，致使輪胎的磨損和壽命都受到影響。輪胎的額定負(fù)荷能力是在一定車速下給定的，超過該車速長期使用合適輪胎的壽命急劇下降。另外 ，還要考慮的一個因素是超載。車輛超載或減載運(yùn)行將對輪胎的負(fù)荷能力和使用壽命產(chǎn)生直線下降或上升的影響。所以要根據(jù)具體的使用條件－道路、載荷、車速等因素來選擇輪胎的規(guī)格、基本參數(shù)、氣壓和負(fù)荷能力，以保證整車的正常使用和性能的發(fā)揮。 汽車常用的輪胎有普通斜交胎和普通子午線胎。普通斜交胎的胎體簾線層較多，胎側(cè)厚，使用中不易刺破，側(cè)向剛度大，但是緩沖性能差。而子午線胎的簾布層呈子午線排列，是簾布線的強(qiáng)度得到充分的利用，緩沖層也較多，加強(qiáng)了胎冠，所以提高了輪胎的緩沖性能、附著性能和使用壽命，滾動阻力比普通斜交胎要小，因 而提高了整車的經(jīng)濟(jì)性。但是制造成本較高，由于胎側(cè)較薄，側(cè)向剛度小，太側(cè)易被刺破。但是其優(yōu)點較明顯，相對斜交輪胎，子午線輪胎具備以下特點 : 良好的操縱穩(wěn)定性能 、安全的轉(zhuǎn)彎性能 、 良好的耐磨性能 、 生熱少 、 滾動阻力低，節(jié)省燃油費用 、 牽引能力強(qiáng)，打滑少 、 高速行駛時的乘車舒適感好 。 2020 中國 FSAE 攢足輪胎相關(guān)參數(shù)見表 ，賽事規(guī)定賽車可裝備如下兩套輪胎： 表 2. 1 2020 中國 FSAE 贊助 輪胎 的相關(guān)參數(shù) 規(guī)格 180/530R13 輪胎接地面寬 (mm inch) 185 標(biāo)準(zhǔn)輪輞內(nèi)距 輪胎半徑 (mm) 244 輪胎胎面寬 (mm inch) 223 輪胎周長 1626 輪胎外徑 (mm inch) 533 輪輞內(nèi)距 干胎 ——在檢查時安裝在賽車上的輪胎定義為干胎。干胎尺寸任意，型號任意。他們可以是光頭胎，也可是有紋的 雨胎 ——雨胎可以是如下規(guī)定的任何型號和尺寸的有花紋和溝槽的樣式： 11 （ 1）花紋和溝槽的圖案必須是由輪胎廠商塑造成型的，任何被刻制的花紋溝槽必須有文件證明它是符合比賽的相關(guān)規(guī)定的。 （ 2）溝槽最淺為 （ 3/32 英寸）。 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)型式的選擇 1．齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器 中小型轎車以及前軸軸荷小于 的客車、貨車，多采用該種型式 ，如圖 所示。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的傳動副為齒輪與齒條。 轉(zhuǎn)向軸帶動小齒輪旋轉(zhuǎn)時，齒條便做直線運(yùn)動。有時，靠齒條來直接帶動橫拉桿，就可使轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向。 通常均布置在前輪軸線之后。轉(zhuǎn)向傳動副的主動件是一斜齒圓柱小齒輪，它和裝在外殼中的從動件 ——齒條相嚙合，外殼固定在車身或車架上。齒條利用兩個球接頭直接和兩根分開的左、右橫拉桿相聯(lián)。橫拉桿再經(jīng)球接頭與梯形臂相接。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器是依靠齒條背部靠近主動小齒輪處裝置的可調(diào)節(jié)壓力的彈簧來消除齒輪齒條傳動副的齒間間隙的。為了轉(zhuǎn)向輕便，主動小齒輪的直徑應(yīng)盡量小。通常，這類轉(zhuǎn)向器 的齒輪模數(shù)多在 2～ 3mm范圍內(nèi)，壓力角為 20。，主動小齒輪有 5～ 8 個齒，螺旋角為 9176?！?15176。根據(jù)小齒輪螺旋角和齒條傾斜角的大小和方向的不同，可以構(gòu)成不同的傳動方案。 齒輪齒條式 液壓助力 轉(zhuǎn)向器，是相對于機(jī)械轉(zhuǎn)向器而言的 ，其 增加了轉(zhuǎn)向油泵、轉(zhuǎn)向油壺、轉(zhuǎn)向油管、轉(zhuǎn)向閥、轉(zhuǎn)向油缸等部件，以期達(dá)到改善駕駛員手感，增加轉(zhuǎn)向助力的目的的轉(zhuǎn)向裝置 。 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)簡單、緊湊；布置方便；制造容易，成本低廉；殼體采用鋁合金或鎂合金壓鑄而成，轉(zhuǎn)向器的質(zhì)量較小； 轉(zhuǎn)向靈敏 ,傳動效率高達(dá) 9