【導讀】本次畢業(yè)設計為期二個多月，進行了方程式賽車的總體設計。布置方案，并進行論證與分析，初步確定賽車主要參數(shù)。確定發(fā)動機型號，初選傳動系最大傳動比、最小傳動比。和整體裝配，并進行懸架、轉向的運動干涉分析。利用發(fā)動機動力特性曲線。特點，用MATLAB軟件繪制出賽車驅動力-行駛阻力平衡圖、加速度曲線圖等，并詳細計算賽車燃油經(jīng)濟性。對于考慮到的實際生。產(chǎn)中可能發(fā)生變化的懸架、車架和轉向部件，預留方案。通過本次畢業(yè)設計，了解和掌握了對汽車進行總體設計的步驟和方法，將為我畢業(yè)以后從事汽車設計工作打下良好的基礎。F車輪與路面的附著力。輪胎與路面的附著系數(shù)

　　

【正文】 ：錦湖 180/530 R13，輪輞： FM 13 8 車身 玻璃纖維 167。 懸架系統(tǒng)設計 懸架總成是汽車的一個重要組成部分，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)的設計是根據(jù)大學生方程式汽車大賽的比賽規(guī)則及賽車設計具體參數(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，并最終確定適合賽車運動的懸架形式 不等長雙橫臂式螺旋彈簧獨立懸架。 第 二代 賽 車 采用 當 今 廣泛 應 用 于 方程 式 賽 車的 雙 橫 臂獨 立 懸架（ doublewishbone）。獨立懸架有多種結構形式，如雙橫臂式，燭式，麥弗遜式等?；诜匠淌劫愜嚨奶攸c選用雙橫臂式獨立懸架，不等長雙橫臂式獨立懸架的設計自由度大，懸架控制臂的長度可自行設定，有較小的非簧載質量，可使賽車具有良好的轉彎性能、直線行駛性能。由于賽車采用較大的彈性剛度，雙橫臂懸架運動空間不足的特點也不會造成很大影響。綜合而論，這種裝置基本性能優(yōu)于其他形式的懸架裝置。 車輛與動力工程學院畢業(yè)設計說明書 19 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，并且減小了懸架運動部分的質量和轉動慣量。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，達到外置式懸架同樣的效果。真實比賽中，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)設定來確保賽車的表現(xiàn)，通過獨特的機構，可以方便地改變懸架參數(shù)，達到比賽需要。 167。 轉向系統(tǒng)設計 賽車轉向系統(tǒng)是關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構，在賽車行駛時，保證各轉向輪之間有協(xié)調(diào)的轉角關系。 第二代賽車的轉向機構轉向梯形前置，轉向拉桿橫置，轉向機構為齒輪齒條。 由于在轉向節(jié)臂、橫拉桿以及齒條機構的連接必然存在微小的間隙，如果將轉向梯形后置將會帶來的結果是在車輛入彎時由于整個轉向系統(tǒng)將受到來自轉向輪的力，此作用力會壓縮連接部件之間的間隙，導致稍微增加轉向角度，造成微小的轉向過度感，不利于在彎中的操控性。同理，如果將整個轉向梯形前置，被壓縮的間隙造成的效果剛好和轉向梯形后置時相反，會導致轉向角 度的稍微減少，造成微小的轉向不足。轉向不足對車手來說是一種穩(wěn)定的可控工況。所以樣車選擇了轉向梯形前置的布置方案。 齒輪齒條轉向機構結構簡單，質量輕，成本低，工作可靠。非常符合FormulaSAE 賽車的需要。 167。 制動系統(tǒng)設計 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，這些作用統(tǒng)稱為汽車制動。 汽車制動器幾乎均為機械摩擦式的，即利用旋轉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。摩擦式制動器按其旋轉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構來分，盤式制動器分為鉗盤式和全盤式制動器兩大類。其中鉗盤式有以下三種：固定鉗式、滑車輛與動力工程學院畢業(yè)設計說明書 20 動鉗式和擺動鉗式。 根據(jù)大學生方程式賽車賽事規(guī)則，賽車制動系統(tǒng)配備的制動系統(tǒng)必須有兩套獨立的液壓回路，以防系統(tǒng)泄露或失效時，至少在兩輪上還保持有有效地制動力。而盤式制動器的優(yōu)點就是易于構成多回路制動驅動系統(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。結合賽事規(guī)則和賽車具體情況，第二代賽車采用盤式制動器。 制動驅動機構將來自駕駛員 或其他力源的力傳給制動器，使之產(chǎn)生制動力矩。根據(jù)制動力源的不同，制動驅動機構一般可分為簡單制動、動力制動和伺服制動三大類。而力的傳遞方式又有機械式，液壓式，氣壓式和氣壓 液壓式的區(qū)別。液壓式簡單制動系（通常簡稱為液壓制動系）用于行車制動裝置。液壓制動的優(yōu)點是：作用滯后時間短 (～ )，工作壓力高 (可達10～ 12MPa)，輪缸尺寸小，可布置在制動器內(nèi)部作為制動蹄張開機構或制動塊壓緊機構，使之結構簡單、緊湊、質量小、造價低；機械效率高。故第二代賽車中采用液壓式的動力制動系統(tǒng)來作為制動驅動機構的方案。 為了提高制動驅動機構的工作可靠性，保證行車安全，驅動機構采用了兩套獨立的系統(tǒng)，即應是雙回路系統(tǒng)。 雙軸汽車的液壓式制動驅動機構的雙回路系統(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 21； 圖 21 液壓回路系統(tǒng)的形式 II 型管路的布置較為簡單，可與傳統(tǒng)的但輪缸盤式制動器配合使用，成本較低，目前在各類汽車特別是商用車上用得最廣泛對于這種形式，若后制動回路失效，則一旦前輪抱死即極易喪失轉彎制動能力。 車輛與動力工程學院畢業(yè)設計說明書 21 X 型的結構也很簡單，一回路失效時仍能 保持 50%的制動效能，并且制動力的分配系數(shù)和同步附著系數(shù)沒有變化，保證了制動時與整車負荷的適應性。此時前，后各有一側車輪有制動作用，使制動力不對稱，導致前輪將朝制動起作用車輪的一側繞主銷轉動，使汽車失去方向穩(wěn)定性。因此，采用這種分路方案的汽車，其主銷偏移距應取負值（至 20mm），這樣，不平衡的制動力使車輪反向轉動，改善了汽車的方向穩(wěn)定性， 多用于中、小型轎車。 HI、 LL、 HH 型的結構均較 II型、 X 型復雜。 LL 型和 HH 型在任意回路失效時，前、后制動力比值均與正常情況相同，剩余總制動力可達正常值的 50%左右。 HI 型單用一軸半回路時剩余制動力較大，但此時與 LL 型一樣，緊急制動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)。 圖 22 串聯(lián)雙腔制動主缸內(nèi)部結構 現(xiàn)代汽車制動主缸的形式有單腔和串聯(lián)雙腔制動主缸，根據(jù)大賽要求，每個液壓回路必須有其專屬的儲油罐，因此初步確定采用串聯(lián)雙腔形式的制動主缸，但考慮賽車的總體布局和空間問題，不排除采用并聯(lián)單腔制動主缸的可能。 制動主缸由灰鑄鐵制造，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。 167。 電器系統(tǒng) 設計 電器與電子設備是方程式賽車的重要組成部分，其性能的好壞會直接影響到賽車的經(jīng)濟性、可靠性與安全性。電氣系統(tǒng)的設計在保證安全性、可靠性和經(jīng)濟性的基礎上盡量使線路簡單，容易制造。 車輛與動力工程學院畢業(yè)設計說明書 22 參考 CBR600 的整車電路原理圖進行整車電路的設計，點火系統(tǒng)要能產(chǎn)生足夠高的次級電壓，且點火電壓能隨發(fā)動機的工況而改變；要有足夠的點火能量保證跳火后能夠確保可燃混合氣迅速燃燒；點火時刻要適當，在發(fā)動機不同的工況下能夠調(diào)節(jié)點火提前角確保可燃混合氣的燃燒及時、完全；起動部分起動機能夠提供足夠的轉矩和轉速，使發(fā)動機 能夠可靠且快速的起動；儀表的設計要保證儀表顯示準確，在駕駛艙內(nèi)可以看的清楚。 根據(jù)以上的要求，點火系統(tǒng)采用電子點火可以改善傳統(tǒng)點火系統(tǒng)的不足，傳統(tǒng)點火系的不足有：工作可靠性差，次級電壓不穩(wěn)定，點火能量低，對火花塞積碳敏感且對無線電干擾大。啟動系統(tǒng)采用有輔助繼電器的起動機驅動電路，儀表設有檔位顯示和時速表，檔位的顯示采用二極管直接照明，時速表采用電子式指針速度表，較機械式時速表工作更可靠。 本次方程式賽車的電氣系統(tǒng)的線路較簡單，所以采用一個主線束，布置方案根據(jù)整車的接線圖和電器 總成進行設計。根據(jù)整車電氣原理圖、線束專用件清單進行設計，完整正確的體現(xiàn)整車電氣系統(tǒng)的功能，根據(jù)原理圖分配用電設備的電源類型、保險絲容量、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，對線束的的長度、重量也有影響。此次方程式賽車的線束整體布置方案如圖 23 所示。線束沿鋼管布置，便于固定。 圖 23 線束整體布置方案示意圖 車輛與動力工程學院畢業(yè)設計說明書 23 該布置的優(yōu)點在于線束便于固定，散熱風扇在車身的導風口后方，有助于水箱的冷卻。整流器位于外側 ，也有利于散熱。另外線束的長度也比較短。 167。 車身設計 大學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，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)車架外形設計車身外形，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，同時可以使用簡單的工具手工操作，完全不受加工條件的限制。 把泡沫塑料模型作為一個陽模，在其外表上涂抹一層樹脂，開始敷設玻璃纖維布。一共需要敷設 5 層以獲得所需要的強度。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。由于樹脂會將外殼和泡沫塑料牢固地粘結在一起，所以取出的過程對泡沫塑料模型來說是破壞性的。脫模后，對車殼的內(nèi)表面進行打磨處理，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，開孔后，便可將車殼安裝到車架上。對車殼進行表面處理，首先使用原子灰作為膩子將車殼表面填平，使用 0砂紙對車殼進行打磨，在車殼表面基本光滑之后，使用 360 水砂紙進行拋光。最后對車殼進行噴漆即完成了對車身的制作。 167。 車架設計 車架采用的是空間桁架式結構，其作用是為賽車所有其他部件的連接基礎，同時通過前、中、后防滾架的設計對駕駛艙提供保護。樣車車架的設計模型如圖 24所示。 車輛與動力工程學院畢業(yè)設計說明書 24 圖 24 車架示意圖 在設計時盡可能把 懸架的連接點安排在框架結構的節(jié)點附近以分散應力提高連接強度。同時要使中防滾架和后防滾架之間的外包絡面完全覆蓋駕駛員的駕駛位置，并留有一定的空隙作為緩沖。還要在駕駛艙側面添加足夠的側面防撞保護。整個車架的設計還要為所有在內(nèi)部安裝的設備留下足夠的空間。在達到上述要求的同時，車架的設計還必須符合 Formula SAE 比賽規(guī)則對于車架的相關規(guī)定和限制。 車輛與動力工程學院畢業(yè)設計說明書 25 第三章 賽車動力性與燃油經(jīng)濟性 167。 汽車的動力性 167。 動力性的評價指標 汽車的最高車速是指汽車滿載時在水平良好的路面上所能達 到的最高車速。 2. 汽車的加速時間 常用原地起步加速時間與超車加速時間來表明汽車的加速能力。 FSAE大賽一般是用從靜止加速通過一段 75m 平直路面所用的時間來測試加速能力 最大爬坡度是指汽車滿載時用變速器最低擋位在良好路面上等速行駛所能克服的最大道路坡度。由于該賽車只在標準賽道上行駛，幾乎沒有坡度，因而不需要對最大爬坡度進行匹配計算。 167。 驅動力 — 行駛阻力圖 1. 驅動力 汽車的驅動力是由發(fā)動機轉矩經(jīng)傳動系傳至驅動輪上得到的。 驅動力計算公式： r