【正文】 圖 212 單體殼車架 Fig 211 Single shell frame （ 2）、優(yōu)缺點 優(yōu)點：高強度，輕量化，易于車身造型，安裝一步到位，精度容易保證。 FSAE 界的單體殼也絕大多數(shù)是碳纖維增強樹脂（ Carbon Fibre Reinforced Plastic (CFRP)） —— 簡稱碳纖維的單體殼，金屬單體殼僅有英國的 Oxford Brookes University 近幾年的賽車，它使用的是鋁合金來制造單體殼。所以 monocoque就算是承載式車身的一種。 Mono 來源于希臘，指單一的意思。 缺點：不利于空間布置和車身造型、需要覆蓋車身，因而不利于輕量化。由于對鋼管車車架進行局部加強十分容易（只須加焊鋼管），在質(zhì)量相等的情況下，往往可以得到比承載式車架更強的剛度，這也是很多跑車廠仍樂于用它的原因。它的生產(chǎn)工藝簡單，很適合小規(guī)模的工作坊作業(yè)， 5070 年代英國有很多小規(guī)模的車廠生產(chǎn)各式各樣的汽車，都是用自行開發(fā)制造的鋼管車架，是鋼管車架的全盛時期。于是鋼管式（又稱“框條式”）車架便應(yīng)運而生。下面我們主要介紹一下這兩種車架： 鋼管式車架介紹 （ 1）、定義 承載式車架的設(shè)計開發(fā)和生產(chǎn)工藝都復雜，只適宜大批量生產(chǎn)。 13 車輛工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 21 、車架的分類 車架的類型有：梯形車架、一體式金屬車架、超輕量一體式車架、一體式碳纖維車架、大梁式車架、承載式車架、鋼管式車架、鋁 合金車架、碳纖維車架、副車架等等。 （ 3）橫向彎曲 所謂橫向彎曲，就是汽車在入彎時重量的慣性（即離心力）會使車身產(chǎn)生向彎外甩的傾向，而輪胎的抓著力會和路面形成反作用力，兩股相對的壓力將車架橫向扭曲。因此車架底部的縱梁和橫梁 (member），一般都要求較強的剛度。 （ 1）負載彎曲 從字面上就可以十分容易的理解這個壓力，部分汽車的非懸掛重量，是由車架承受的，通過輪軸傳到地面。如果車架在某方面的韌性（ stiffness）不佳，就算有再好的懸掛系統(tǒng)，也無法達到良好的操控表現(xiàn)。具有足夠的強度和剛度以承受汽車的載荷和從車輪傳來的沖擊。如下圖所示： 圖 28 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器基本原理示意圖 Fig 28 the basic principle diagram of Pinion and rack steering gear 轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)采用轉(zhuǎn)向梯形如下圖所示： 圖 29 轉(zhuǎn)向梯形示意圖 Fig 29 the diagram of steering trapezium 13 車輛工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 20 、車架形式的選擇 、車架的定義 也稱大梁。它的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，13 車輛工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 19 轉(zhuǎn)向靈敏，體 積小，可以直接帶動橫拉桿。有時，靠齒條來直接帶動橫拉桿，就可使轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向。其基本結(jié)構(gòu)是一對相互嚙合的小齒輪和齒條。 （ 2）轉(zhuǎn)向系的組成：轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)。 （ 6）在任何角度，方向盤上端必須低于前環(huán)的上端如圖 27： 圖 27 方向盤的位置 Fig 27 The location of the steering wheel 、轉(zhuǎn)向系的確定 （ 1）轉(zhuǎn)向系是用來保持或者改變汽車行駛方向的機構(gòu)，在汽車轉(zhuǎn)向行駛時，保證各轉(zhuǎn)向輪之間有協(xié)調(diào)的轉(zhuǎn)向關(guān)系。例如：方向盤的外輪廓可以有一些部分 趨向直線，但不可以有內(nèi)凹的部分。 （ 4）方向盤必須安裝在快拆器上，必須保證車手在正常駕駛坐姿并配戴手套時可以操作快拆器。 13 車輛工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 18 （ 3）轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的自由行程不得超過 7176。 （ 2）轉(zhuǎn)向系統(tǒng)必須安裝有效的轉(zhuǎn)向限位塊，以防止轉(zhuǎn)向連桿結(jié)構(gòu)反轉(zhuǎn)（四桿機構(gòu)在一個節(jié)點處發(fā)生反轉(zhuǎn)）。如下圖 26 所示： 圖 26 雙輪浮動盤式制動， willwood DSP Fig 26 Double floating disc brake,willwood DSP 、轉(zhuǎn)向的選擇 、轉(zhuǎn)向的要求 （ 1）方向盤必須與前輪機械連接。易于實現(xiàn)間隙自13 車輛工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 17 動調(diào)整等。帶式制動器只用作中央差速器；鼓式和盤式制動器的結(jié)構(gòu)形式也分有多種。目前廣泛使用的仍為摩擦式制動器。 、制動器的分類 （ 1）制動器主要有摩擦式、液力式和電磁式等幾種形式。 （ 6）禁止使用沒有保護的塑料制動管路。 （ 4）制動系統(tǒng)必須在后述的測試中，能夠抱死所有四個車輪。每個液壓制動回路必須有其專用的儲液罐（可以使用獨立的儲液罐，也可以使用廠家生產(chǎn)的內(nèi)部被分隔開的儲液罐） 。制動系統(tǒng)必須作用于所有四個車輪上，并且通過單一的控制機構(gòu)控制。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(shè)定來確保賽車的表 現(xiàn)，通過獨特的機構(gòu)，可以方便地改變懸架參數(shù)，達到比賽需要。 如圖 25 所示： 圖 25 雙橫臂不等長獨立懸架 Fig 25 Range double wishbone independent suspension 、方程式懸架系統(tǒng)的特殊性 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(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量。采用此種懸架，主要優(yōu)點是不等長式上下各有一個不等長搖臂，共同吸收橫向力，因此橫向剛度大，并且通過合理的布置，可以使輪距和前輪的定位參數(shù)在可接受的限定范圍內(nèi)變化，這就克服了等長式雙橫臂懸架輪胎磨損嚴重的弊端。 、懸架的選擇 本賽車采用當今方程式賽車普遍使用的懸架結(jié)構(gòu)，故采用獨立懸架。但這種懸架構(gòu)造較復雜，承載力小。 、懸架的分類 汽車懸架的形式分為非獨立懸架和獨立懸架兩種： （ 1）非獨立懸架的車輪裝 在一根整體車軸的兩端，當一邊車輪跳動時，影響另一側(cè)車輪也作相應(yīng)的跳動，使整個車身振動或傾斜，汽車的平穩(wěn)性和舒適性較差，但由于構(gòu)造較簡單，承載力大，目前仍有部分轎車的后懸架采用這種型式。從外表上看，轎車懸架僅是由一些桿、筒以及彈簧組成，但千萬不要以為它很簡單，相反轎車懸架是一個較難達到完美要求的汽車總成，這是因為懸架既要滿足汽車的舒適性要求，又要滿足其操縱穩(wěn)定性的要求，而這兩方面又是互相對立的。 （ 2）在技術(shù)檢查中，懸架的所有的安裝點必須可以被呈示給技術(shù)檢查官，無論是可以直接看到或是通過移除覆蓋件來實現(xiàn)。在有車手乘坐的情況下，輪胎的跳動行程至少為 （ 2 英寸），其中向上 （ 1 英寸），向下 （ 1 英寸）。其參數(shù)如下： 萬豐 13 英寸鋁合金輪輞；馬牌 223/533R14。 主減速比：鏈傳動傳動比 =； 、輪胎和輪輞的選擇 車輪與輪胎是汽車行駛系統(tǒng)中的重要部件，其功用是：支撐整車；緩和由 路面?zhèn)鱽淼臎_擊力；通過輪胎同路面的附著作用來產(chǎn)生驅(qū)動力和制動力；汽車轉(zhuǎn)彎時產(chǎn)生平衡離心力的側(cè)抗力，在保證汽車正常轉(zhuǎn)向行駛的同時，通過車輪產(chǎn)生的自動回正力矩，使汽車保持直線行駛方向；承擔越障提高通過性的作用等。 其參數(shù)如下： 表 變速箱性能參數(shù) Performance parameters of the gearbox 發(fā)動機內(nèi)部減速器傳動比 一檔速比 二檔速比 三檔速比 13 車輛工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 13 四檔傳動比 五檔傳動比 六檔傳動比 、主減速器及差速器的確定 發(fā)動機通過鏈傳動將動力傳遞到驅(qū)動橋，其中鏈條可以采用摩托車上的 520H 鏈條，而差速器可采用是五菱 LQG5010 型貨車差速器，該差速器為無鎖止的錐齒輪式差速器。 我們這里采用摩托車的排氣系統(tǒng)如圖 24： 圖 24 Kawasaki ZRX400 排氣系統(tǒng)（線框內(nèi)） Fig 24 the exhaust system of Kawasaki ZRX400(in wireframe) 、傳動系統(tǒng) 、變速箱性能參數(shù)的確定 采用發(fā)動機自帶的變速箱： 6 速常嚙合循環(huán)擋位。汽車排氣系統(tǒng)是主要是排放發(fā)動機工作所排出的廢氣，同時使排出的廢氣污染減小，噪音減小。限流器采用的是一個圓錐形的漏斗狀裝置，固定在限流器出口位置的蓋板上，限流器可以隨蓋板一起方便地拆除，以便在某些必要的測試當中增加引擎功率。所以在空氣濾清器旁邊的進氣口上還加裝了一個限流器。這樣的改進不但極大的降低了使用成本，避免使用 Kawasaki 售價高昂的原裝空氣濾清器，而且在采購上也有著極大的便利。 13 車輛工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 10 圖 21 本田 Honda CBR600 F4i電噴發(fā)動機 Fig 21 the electronic fuel injection engine of Honda CBR600 F4i 、進氣系統(tǒng) 把空氣過濾器的安裝位置從進氣穩(wěn)壓箱中獨立了出來，并增加了專門的空氣濾清器蓋板，在維護時只需單獨打開蓋板即可方 便更換空氣濾清器。如果重心較高，將會導致車過彎的時候不穩(wěn)，重量轉(zhuǎn)移過大。參考絕大多數(shù)學校發(fā)動機的選擇，我們選擇本田摩托車的 Honda CBR600 F4i電噴發(fā)動機，引擎形式四沖程水冷 DOHC，并列四汽缸。而選擇小重量單缸機的高水平車隊也有不少。 FSAE 比賽中發(fā)動機的選擇主要分為兩個方向。 Endurance 賽道的直道不超過 70m。 、發(fā)動機主要性能指標的選擇 賽車發(fā)動機的選擇要根據(jù)比賽規(guī)則的要求和賽道特點而決定。 表 汽車質(zhì)量參數(shù) The quality parameters of the automotive 車型參數(shù) 賽車 整車整備質(zhì)量 m0(kg) 300 載客量 1 滿載質(zhì)量 ma（ kg） 360 質(zhì)量系數(shù)η m0 前軸負荷（滿載）（ kg） 170 后軸負荷（滿載）（ kg） 192 、汽車動力性參數(shù)的確定 汽車動力性參數(shù)包括最高車速 vmax、加速時間 t、上坡能力、比功率和比轉(zhuǎn)矩等。 、汽車主要參數(shù)的選擇 、汽車主要尺寸 的確定 汽車的主要尺寸參數(shù)有外廓尺寸、軸距、輪距、前懸、后懸。常用的有前置前驅(qū)、后置后驅(qū)、前置后驅(qū)和中置后驅(qū)。 這里我們選擇： 4x2。 、驅(qū)動形式 汽車驅(qū)動形式有 4x 4x4 等等，其中前一位數(shù)字表示汽車車輪總數(shù)，后一位表示驅(qū)動輪數(shù)。影響選取軸數(shù)的因素主要有汽車的總質(zhì)量、道路法規(guī)對 軸載質(zhì)量的限制和輪胎的負荷能力以及汽車的結(jié)構(gòu)等。 、汽車形式的選擇 不同形式的汽車，主要體現(xiàn)在軸數(shù)、驅(qū)動形式以及布置形式上有區(qū)別，這里我們選擇的是大學生 F1 方程式賽車。一輛平衡和駕駛特性良好的賽車會讓車手更有信心，這能有效提高所有動態(tài)項目中最快圈速，這對經(jīng)驗不足的新車手特別重要。可靠性可以確保測試階段的順利進行，同時可以保 證完成在競賽中的所有比賽項目。根據(jù)這些特點進行設(shè)計，從而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。 預(yù)期目標：通過對現(xiàn)有大學生 F1 方程式賽車的了解以及各種資料的分析，確定整機總體結(jié)構(gòu)及總體布置圖，設(shè)計計算，三維建模，對車架進行強度分析，繪制圖紙，并附帶說明書。通過對底盤總布置的設(shè)計計算，合理選用各總成，合理裝配布置，保證底盤各總成運動協(xié)調(diào)，操縱輕便，使底盤各總成更加高效合理可靠的工作。中國 FSC 致力于為國內(nèi)優(yōu)秀汽車人才的培養(yǎng)和選拔搭建公共平臺，通過全方位考核，提高學生們的設(shè)計、制造、成本控制、商業(yè)營銷、溝通與協(xié)調(diào)等五方面的綜合能力，全面提升汽車專業(yè)學生的綜13 車輛工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 4 合素質(zhì)，為中國汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進行長期的人才積蓄，促進中國汽車工業(yè)從“制造大國”向“產(chǎn)業(yè)強國”的戰(zhàn)略方向邁進。 2020 年第一屆中國 FSC 由中國汽車工程學會、中國二十所大學汽車院系、國內(nèi)領(lǐng)先的汽車傳媒集團 —— 易車（ BITAUTO）聯(lián)合發(fā)起舉辦。 在發(fā)達國家，很多高校已經(jīng)從事 Formula SAE 超過 20 年時間，擁有大量資金和試驗基礎(chǔ)的情況下，他們的作品已經(jīng)基本達到了專業(yè)水平，最高時速可達到甚至超過 200km/h， 0 到 100km/h 加速時間一般都在 以內(nèi)。 在 SAE Mini Baja 的成功獲得各界認同的同時， SAE 聯(lián)合美國三大汽車公司開始推廣一項技術(shù)水平更高的工程類學生競賽，這就是 Formula SAE。 Mini Baja 比賽重點強調(diào)了地盤的設(shè)計，因為每個隊伍都使用一個 8 匹馬力的引擎，這一點無法改變。第一屆 SAE Mini Baja 比賽于 1976 年舉辦，并且迅速成為一個地區(qū)性的年度比賽。 70 年代中期，幾個美國大學開始主辦當?shù)氐膶W生設(shè)計競賽賽車。學生需要通過語言，圖表等各種方法，將自己作品的設(shè)計理念、技術(shù)特點、性能優(yōu)勢、加工成本和商業(yè)價值等要素有效 地表達出來，使這家公司的負責人能夠充分了解你的設(shè)計方案的優(yōu)勢，并最終使他們認可你的設(shè)計方案。 FSAE賽車比賽主要分為靜態(tài)項目比