【導(dǎo)讀】RL7050H0總布置設(shè)計(jì)是在中國(guó)大學(xué)生方程式汽車大賽的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。過(guò)充分準(zhǔn)備和綜合分析，選擇一個(gè)合理的整車方案，并經(jīng)過(guò)一定的程序?qū)⑵涠ㄏ聛?lái)。件、提出要求并與各專業(yè)組協(xié)同完成全部的設(shè)計(jì)，共同實(shí)現(xiàn)整車的總目標(biāo)。提出汽車的長(zhǎng)、寬、高、軸距等控制尺寸，軸荷的分布范圍以及動(dòng)力總成、散熱。器、前后懸架、傳動(dòng)軸與車輪等輪廓尺寸和位置，初步確定新車型的設(shè)計(jì)硬點(diǎn)。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、效率高、經(jīng)濟(jì)性好，制造簡(jiǎn)單，便于維修。開(kāi)發(fā)過(guò)程中起到非常重要的作用。Keywords：Thelayoutdesign；Formulacar；Assemblymatching；Models；Controldimensions

　　

【正文】 矩的特點(diǎn)，使這一驅(qū)動(dòng)輪也只能分到與滑轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)輪等量的轉(zhuǎn)矩，以致驅(qū)動(dòng)力不足以克服行駛阻力，汽車不能前進(jìn)，而動(dòng)力則消耗在滑轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)輪上。此時(shí)加大油門不僅不能使汽車前進(jìn)，反而浪費(fèi)燃油，加速機(jī)件磨損，尤其使輪胎磨損加劇。 方案二：強(qiáng)制鎖止式防滑差速器（如圖 所示） 19 當(dāng)一側(cè)驅(qū)動(dòng)輪在壞路上滑轉(zhuǎn)時(shí)，能使大部分甚至全部轉(zhuǎn)矩傳給在良好路面上的驅(qū)動(dòng)輪，以充分利用這一驅(qū)動(dòng)輪的附著力來(lái)產(chǎn)生足夠 的驅(qū)動(dòng)力，使汽車順利起步或繼續(xù)行駛。 圖 普通圓錐齒輪 圖 嚙合套式強(qiáng)制鎖止差速器 差速器的工作原理簡(jiǎn)圖 左、右驅(qū)動(dòng)車輪可以傳遞由附著力決定的全部轉(zhuǎn)矩。當(dāng)汽車因某一驅(qū)動(dòng)車輪滑轉(zhuǎn)而停車時(shí)，已經(jīng)失去原有的沖力，再起步時(shí)需要克服比行駛時(shí)大得多的阻力，因而驅(qū)動(dòng)車輪需要發(fā)揮更大的牽引力，而這時(shí)由于滑轉(zhuǎn)而遭到破壞的地表而往往不能承受這樣大的牽引力。除非另一驅(qū)動(dòng)車輪附著良好，否則，當(dāng)左右車輪都處在附著系數(shù)比較小的路面上 ，則雖鎖住差速器，牽引力仍然會(huì)超過(guò)車輪與路面的附著力，汽車仍無(wú)法起步和前進(jìn)。因此在一般表面狀況變化不大的路面上，即使鎖住差速器，汽車總牽引力的增加往往不超過(guò) 25％。另外，當(dāng)汽車駛?cè)胼^好的路面時(shí)，差速器的鎖止機(jī)構(gòu)應(yīng)即時(shí)松開(kāi)．否則將產(chǎn)生與無(wú)差速器時(shí)一樣的問(wèn)題，例如使轉(zhuǎn)彎困難、輪胎加速磨損、使傳動(dòng)系零件過(guò)載和消耗過(guò)多的功率等。 方案三： Torson 差速器 托森差速器主要由蝸桿行星齒輪，差速器殼體，前輸出軸和后輸出軸四套大部件組成 ，如圖 所示 。發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)力直接用來(lái)驅(qū)動(dòng)托森差速器的殼體，殼體的轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)帶動(dòng)三組蝸桿行星齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，行星齒輪與殼體之間是由直齒連接的，與前后輸出軸之間是由蝸桿連接的。這樣動(dòng)力可以順利的通過(guò)行星齒輪分配給前后輸出軸從而能夠驅(qū)動(dòng)前后車橋。正是因?yàn)樾行驱X輪的蝸桿設(shè)計(jì)，讓它具備了一個(gè)自鎖死功能。一旦某一車輪遇到較大阻力時(shí)，托森差速器會(huì)向這個(gè)車輪傳輸更大的動(dòng)力。 Torsen 差速器是恒時(shí) 4 驅(qū)，牽引力被分配到了每個(gè)車輪，于是就有了良好的彎道、直線 (干 /濕 )駕駛性能。 Torsen 自鎖中心差速器確保了前后輪均一的動(dòng)力分配。任何速 20 度的不同 ，如前輪遇到冰面時(shí)，系統(tǒng)會(huì)快速做出反應(yīng)， 75%的扭矩會(huì)轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)速慢的車輪，在這里也就是后輪。 Torsen 差速器實(shí)現(xiàn)了恒時(shí)、連續(xù)扭矩控制管理，它持續(xù)工作，沒(méi)有時(shí)間上的延遲，但不介入總扭矩輸出的調(diào)整，也就不存在著扭矩的損失，與牽引力控制和 車身穩(wěn)定控制系統(tǒng) 相比具有更大的優(yōu)越性。因?yàn)闆](méi)有傳統(tǒng)的自鎖差速器所配備的多 片式離合器 ，也就不存在著磨損，并實(shí)現(xiàn)了免維護(hù)。純機(jī)械 LSD 具有良好的可靠性。 圖 Torsen 差速器 Torsen 差速器可以與任何變速器、 分動(dòng)器 實(shí)現(xiàn)匹配，與車輛其它安全控制系統(tǒng)ABS、 TCS(Traction Control Systems，牽引力控制 )、 SCS(Stability Control Systems)， 車身穩(wěn)定控制 )相容。 Torsen 差速器是純機(jī)械結(jié)構(gòu)，在車輪剛一打滑的瞬間就會(huì)發(fā)生作用，它具有線性鎖止特性，是真正的恒時(shí)四驅(qū)，在平時(shí)正常行駛時(shí)扭矩前后分配是 50∶ 50。但是造價(jià)高，所以一般托森差速器都用在高檔車上；重量太大，裝上它后對(duì)車輛的加速性是一份拖累。 本章小結(jié) 本章主要介紹了總體布置的方法和原則，通過(guò)市場(chǎng)調(diào)研制定初步方案，再通過(guò)樣車分析得 到相關(guān)數(shù)據(jù)，最后制定總體布置的設(shè)計(jì)目標(biāo)，明確設(shè)計(jì)要求。根據(jù)設(shè)計(jì)原則和目標(biāo)，提出被開(kāi)發(fā)車型的整車型式方案，包括發(fā)動(dòng)機(jī)的種類和型式、軸數(shù)和驅(qū)動(dòng)形式、駕駛室的型式、輪胎的選擇，確定基本的部件。 B B 21 第 3 章 新車型主要目標(biāo)參數(shù)的初步確定 幾個(gè)主要 “ 目標(biāo)參數(shù) ” 的確定 2020 年第一屆中國(guó) FSAE 大賽中，部分車隊(duì)賽參數(shù)： 北京理工大學(xué)參賽賽車， 最高車速可達(dá) 135km/h，整車整備質(zhì)量 208Kg； 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 參賽賽車， 最高車速可達(dá) 160km/h，整車整備質(zhì)量 265Kg。 根據(jù)以上參數(shù)初步選定 RL7050H0 最高車速為 140km/h，整車整備質(zhì)量 210Kg。 發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率及其轉(zhuǎn)速 ?????? ?? 3m a xm a xm a x 7614 036001 VACVgfmP DaT? () 式中， maxP —— 發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率 kw； T? —— 傳動(dòng)系效率，取 95%； am —— 汽車總質(zhì)量，整車整備質(zhì)量與承載質(zhì)量之和， am =285kg； g —— 重力加速度， ?g g/s2； f—— 滾動(dòng)阻力數(shù)，良好的瀝青或混泥土路面滾動(dòng)阻力系數(shù)為 ～ ，此處取 ； DC —— 空氣阻力系數(shù) ； A—— 迎風(fēng)面積，取 （前輪距總高）； maxV —— 最高車速， 140km/h。 根據(jù)公式 ()可得： ?????? ???????? 3m a x 1 4 07 6 1 4 0 4 03 6 0 0 0 1 8 1P = 通過(guò)上述方法計(jì)算得出結(jié)論： RL7050H0 賽車對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率要求是不得低于 。 22 發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩及其轉(zhuǎn)速 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率和其相應(yīng)轉(zhuǎn)速確定后，可用下式確定發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩。 pe naPM m a xm a x 7 0 1 9? () 式中， maxeM —— 發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩， Nm； a —— 扭矩 適應(yīng)性系數(shù) ,即 a =Memax/Mp； pM —— 最大功率點(diǎn)扭矩 Nm； pn —— 最大功率點(diǎn)轉(zhuǎn)速 minr 。 一般汽油機(jī) a =～ ，柴油機(jī) a =～ ； a 值的大小標(biāo)志著行駛阻力增加時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)沿外特性曲線自 動(dòng)增加扭矩能力。 a 的值大小可參考同類樣機(jī)的數(shù)值進(jìn)行選取。 發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩點(diǎn)的轉(zhuǎn)速 pn 應(yīng)該認(rèn)真選取，一般希望該轉(zhuǎn)速于最大功率點(diǎn)的轉(zhuǎn)速有一定比例關(guān)系，即保證 mp nn 在 ～ 之間，如果 mn 取得過(guò)高，會(huì)使 mp nn 的比值變小，若小于 ，會(huì)使直接檔的穩(wěn)定車速偏高 ，造成在市區(qū)內(nèi)行駛轉(zhuǎn)彎等情況下增加換擋次數(shù)，故希望 mn 不要太高。 根據(jù)選定的發(fā)動(dòng)機(jī) CF188 的具體參數(shù)和公式 ()可得： 5 5 0 0 0 1 9m a x ???eM = Nm 傳動(dòng)系速比的選擇 根據(jù) CF188 發(fā)動(dòng)機(jī)在規(guī)定條件下可根據(jù)主軸和從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速確定傳動(dòng)系的變速比，規(guī)定條件如表 所示，變速比關(guān)系如表 所示： 表 CF188 測(cè)試條件 離合器型號(hào) CF188 結(jié)合轉(zhuǎn)速 (rpm) 1950 滾珠重量（ g) 產(chǎn)品來(lái)源 裝配 軸環(huán)長(zhǎng)度（ mm) 中心距 (mm) 215 測(cè)試日期 2020525 23 表 CF188 傳動(dòng)系變速比 主軸 RPM 從動(dòng)輪RPM 變速比 主軸 RPM 從動(dòng)輪RPM 變速比 主軸 RPM 從動(dòng)輪RPM 變速比 390 3904 4500 585 5050 1055 6930 2800 1955 3980 根據(jù)表 和表 得出后傳動(dòng)輪轉(zhuǎn)速曲線，如圖 所示。 圖 后傳動(dòng)輪轉(zhuǎn)速曲線圖 最小傳動(dòng)比的選擇 整車傳動(dòng)系統(tǒng)最小傳動(dòng)比的選擇，可根據(jù)最高車速及其功率平衡圖來(lái)確定。 普通的汽車沒(méi)有分動(dòng)器或副變速器，而變速器的最小傳動(dòng)比常為 1，所以傳動(dòng)系390 585 78 97 1172 1368 1563 1760 1955 2151 2346 2541 2737 2932 3126 3321 3516 3710 3904 4098 4298 4495 4705 4902 5090 5302 6500 6000 4500 3000 1500 3500 2500 2020 1000 500 0 7500 7000 5500 5000 4000 后從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速 rpm 主軸轉(zhuǎn)速 rpm 24 的最小傳動(dòng)比就是 0i 。若變速器的最高檔不是直接檔，或?yàn)槌贆n，則最小傳動(dòng)比應(yīng)為變速器最高檔傳動(dòng)比為主減速器傳動(dòng)比的乘積 ，即： 0min iii 高? () 選取主減速比為 ，根據(jù) CF188 動(dòng)力總成參數(shù)和公式（ ）可得： in ??i = 最大傳動(dòng)比的選擇 最大傳動(dòng)比為變速器頭檔速比與主減速器速比的乘積，若主減速比確定，則在確定變速器頭檔速比即可。該速比主要是用來(lái)爬坡與道路條件很差的情況汽車仍能行駛。此時(shí)變速器最大速比為： ? ?oTeKaK iM rfgmi ? ??m a x1s inc o s ?? () 式中， ? —— 最大爬坡角度； Kr —— 車 輪滾動(dòng)半徑， m。 ，則取 61 iii oK ? () 由上式得 ?2/5 3 ??er = ? ? 2 5 8 i n15co s0 1 8 51 ?? ????????Ki= 求出 1Ki 以后，驗(yàn)算附著條件，牽引力不應(yīng)大于附著力即 ?? Fr iiMF K Toe ?? 可m a xm a x () 式中， maxF —— 最大牽引力， N； ?F —— 附著力， N； ?? gmF 2? ； 25 2m —— 驅(qū)動(dòng)橋質(zhì)量， Kg； ? —— 附著系數(shù)， ? =。 所以： a x ???????? ?FiF 可 可i ? 經(jīng)上述計(jì)算可得出，變 速器的最大傳動(dòng)比 符合使用條件。 變速器檔位數(shù)的選擇 變速器檔位數(shù)的多少，要根據(jù)汽車的類型，使用條件和性能要求及最高檔和最低檔的速比范圍大小而定。在最大傳動(dòng)比與最小傳動(dòng)比值越大，則檔位數(shù)應(yīng)增多。檔位數(shù)越多，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率利用率越高，（高功率區(qū)工作時(shí)間長(zhǎng)），即增加了動(dòng)力性，同時(shí)也增加了發(fā)動(dòng)機(jī)在低油耗區(qū)工作的可能性，提高了燃油經(jīng)濟(jì)性。 RL7050H0 賽車所采用的變速器是與發(fā)動(dòng)機(jī)相搭配的是一臺(tái) CVT 無(wú)級(jí)變速器。其優(yōu)點(diǎn)在于：能實(shí)現(xiàn)速比無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)；提高燃油經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性，加速性能和燃油經(jīng)濟(jì)性有很大提高 ，平順性更好；降低有害物質(zhì)的排放；實(shí)現(xiàn)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合控制；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，可靠性高。 本章小結(jié) 明確了新車型的主要用途、使用條件和一些特殊要求，在整車的方案初步確定后，經(jīng)過(guò)計(jì)算和選擇，初步確定了最高車速、最大爬坡度、各總成質(zhì)量、整車整備質(zhì)量、總重、發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率、最大扭矩及其對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速以及變速器的速比和檔位數(shù)。 26 第 4 章 尺寸參數(shù)與質(zhì)量參數(shù)的初步確定 轎車的級(jí)別與載荷確定 RL7050H0 賽車發(fā)動(dòng)機(jī)排量為 ,整車整備質(zhì)量為 210kg。表 所示為中國(guó)、大眾汽車、福特汽車 對(duì)轎車的分級(jí)表。根據(jù)此表可定義 RL7050H0 賽車級(jí)別為微型。 表 轎車的分級(jí)表 VW A 00 A0 A B C D FORD A B C D E F 中國(guó) 微型 小型 次中級(jí) 中級(jí) 中高級(jí) 高級(jí) 發(fā)動(dòng)機(jī)排量 (L) 小于 ~ ~ ~ ~ 以上 軸距（ m） ～ ～ ～ ～ ～ 以上 總長(zhǎng)（ m） ～ ～ ～ ～ ～ 以上 自重 (kg) 小于 680 680～ 800 800～ 970 970～ 1150 1150～ 1380 1380 以上 轎車主要參數(shù)的確定 根據(jù) 2020 年第一屆中國(guó) FSAE 大賽對(duì)整車技術(shù)規(guī)范初步確定 RL7050H0 賽車的主要參數(shù)。 駕駛員單元 1．在本文中涉及的名詞定義 在其他要求之下，賽車的結(jié)構(gòu)必須包括兩個(gè)帶有支撐的防滾架，有支撐系統(tǒng)的前隔板，緩沖結(jié)構(gòu)和側(cè)邊防撞機(jī)構(gòu)。 主環(huán)：位于車手旁邊或是身后的一個(gè)防滾架。 前環(huán)：位于車手雙 腿之上，接近方向盤的防滾架。 防滾架： 前環(huán)和主環(huán)統(tǒng)稱為“防滾架”。 車架單元：最小的不可切割的，連續(xù)的單元。 車架：“車架”是被設(shè)計(jì)用來(lái)支撐所有賽車的功能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)部件，該部件可能是單個(gè)焊接結(jié)構(gòu)，也可是復(fù)雜的焊接結(jié)構(gòu)或是復(fù)合結(jié)構(gòu)與焊接結(jié)構(gòu)的組合。 緩沖結(jié)構(gòu)：個(gè)位于前隔板前的可變形的吸能裝置。 27 2．主環(huán)和前環(huán)的總體要求 （ 1）車手的頭和手在任何翻車的狀態(tài)下都不能與地面接觸。 （ 2）車架必須包括在圖中顯示的一個(gè)主環(huán)和一個(gè)前環(huán)。 （ 3）當(dāng)車手正常乘坐并且在車手約束系統(tǒng)的約束下，一個(gè)第 95 百分位男性和該車隊(duì)所有車 手的頭盔：必須與前環(huán)頂端和主環(huán)頂端的連線有至少 毫米 (2 英寸