1、河 南 科 技 大 学毕 业 设 计（论 文） 题目 大学生方程式赛车设计（总体设计） 车辆与动力工程学院毕业设计说明书1 大学生方程式赛车设计（总体设计）摘 要本次毕业设计为期二个多月，进行了方程式赛车的总体设计。在设计中，主要运用了对比分析的方法，各项参数通过优化设计和 UG、MATLAB 等进行优化。初期阶段，我们根据2011年大学生方程式汽车大赛规则确定了赛车整体布置方案，并进行论证与分析，初步确定赛车主要参数。通过计算与对比，确定发动机型号，初选传动系最大传动比、最小传动比。中期阶段，我们设计中使用 UG6.0三维软件对各个零部件总成进行建模和整体装配，并进行悬架、转向的运动干涉分析
2、。利用发动机动力特性曲线特点，用MATLAB 软件绘制出赛车驱动力-行驶阻力平衡图、加速度曲线图等，并详细计算赛车燃油经济性。最后阶段，利用 UG7.5进行导出赛车总体布置二维工程图，并制成总体参数表，并将第一代赛车与第二代赛车进行对比分析。对于考虑到的实际生产中可能发生变化的悬架、车架和转向部件，预留方案。通过本次毕业设计，了解和掌握了对汽车进行总体设计的步骤和方法，巩固了本专业的所学的专业知识，增强了搜集资料、整合资料的能力，这些将为我毕业以后从事汽车设计工作打下良好的基础。关键词：FSAE，总体参数，参数确定，总布置、赛车动力性、燃油经济性ABSTRACTFor two months,
3、My graduation design is the overall design of the formula racing. 车辆与动力工程学院毕业设计说明书2 we used the contrast analysis method mainly in the design, through optimizing the parameters optimization design and optimization of UG MATLAB, etc. Initial stage, we according to 2011 auto contest rules determine co
4、llege equation overall layout of the car, and the demonstration and analysis, the main parameter is determined primarily racing. Through calculation and comparison, sure engine type, primaries drivetrain maximum transmission ratio, minimum transmission.The intermediate stage, we design UG6.0 3d soft
5、ware used in various parts of assembly for modeling and whole assembly, and suspension, steering movement interference analysis. Use of engine power characteristic curve characteristic, MATLAB software mapped drive car driving forces - resistance balance figure, acceleration curve, and etc, and deta
6、iled calculation racing fuel economy.The final stages UG7.5 are derived by car, general layout, and two-dimensional engineering graphics overall parameter table, and made the first generation and the second generation racing cars are compared and analyzed. For considering the actual production of ma
7、y change suspension, frame and steering parts, obligate scheme.Through the graduation design, I understand and master the overall design of car of the steps and method, the professional knowledge of professional knowledge, enhance the data collection and integration of information, these ability aft
8、er my graduation will be engaged in car design lay a good foundation for the job.KEY WORDS: FSAE, general parameters, parameter identification, general arrangement,the car power, fuel economy车辆与动力工程学院毕业设计说明书3 特殊符号ma 汽车总质量 kgV 最高车速 km/hL 轴距 mmB1 前轮距 mmB2 后轮距 mmR 最小转弯半径 mmhg 满载时质心高度 mmhg 空载时质心高度 mmD 轮
9、胎直径 mmB 轮胎宽度 mmP 轮胎气压 MPA 汽车迎风面积 F 滚动阻力系数空气阻力系数 DC驱动桥主减速比 oi变速器传动比g汽车行驶使的空气阻力 wF变速器 挡传动比1gi车轮与路面的附着力 汽车总质量 am汽车行驶速度u发动机最大功率 axeP发动机转矩T为克服滚动阻力所消耗的功率 f轮胎与路面的附着系数传动系效率 t是百公里油耗sQ车辆与动力工程学院毕业设计说明书I 目 录第一章 FSAE 赛车总体概况 .11.1 FSAE 赛车起源 .11.2 FSAE 赛车现状 .21.2.1 国际赛车概况 .21.2.2 国内赛车概况 .21.2.3 我校赛车概况 .21.3 FSAE 赛
10、车总体设计概述 .31.3.1 汽车设计的规律、决策与设计过程 .31.3.2 FSAE 赛车主要技术要求 .31.3.3 第二代赛车设计目标 .41.3.4 FSAE 赛车项目意义 .5第二章 FSAE 赛车总体设计 .72.1 总体设计目标 .72.2 赛车目标参数的初步确定 .82.2.1 发动机选择 .92.2.2 轮胎的选择 .102.2.3 传动系最小传动比的确定 .112.2.4 传动系最大传动比的确定 .112.3 赛车发动机选型 .122.4 赛车主要设计参数的确定 .132.4.1 尺寸参数 .132.4.2 质量参数 .142.4.3 性能参数 .152.5 赛车各系统设
11、计 .172.5.1 悬架系统设计 .182.5.2 转向系统设计 .192.5.3 制动系统设计 .19车辆与动力工程学院毕业设计说明书II 2.5.4 电器系统设计 .212.5.5 车身设计 .232.5.6 车架设计 .23第三章 赛车动力性与燃油经济性 .253.1 汽车的动力性 .253.1.1 动力性的评价指标 .253.1.2 驱动力 行驶阻力图 .253.1.3 汽车的加速能力 .283.1.4 动力特性图 .293.1.5 功率平衡 .313.2 燃油经济性 .32第四章 赛车总体布置 .344.1 整车布置的基准线（面）-零线的确定 .344.2 各部件的布置 .344.
12、3 总体设计参数表 .37第五章 结论 .39参考文献 .40致 谢 .42车辆与动力工程学院毕业设计说明书1 第一章 FSAE 赛车总体概况Formula SAE 赛事1980年在美国举办第一次比赛以来，现在已经成为汽车工程学会的学生成员举办的一项国际赛事，其目的是设计、制造一辆小型的高性能方程式赛车，并使用这辆自行设计和制造的赛车参加比赛。出于此项比赛的宗旨是让学生针对业余高速穿障的车手开发制造一个原型车，该原行车应该具备有可小批量生产的能力，并且原型车的造价要低于25,000 美元。这项竞赛包含有3 个最主要的基本元素，分别是：工程设计、成本控制以及静态评估、单独的动态性能测试、高性能的
13、耐久性测试。Formula SAE 赛事的主要参与者通常都是来自高校的学生组成的车队。现在在美国、欧洲和澳大利亚每年都会举办Formula SAE 比赛。Formula SAE 向年轻的工程师们提供了一个参与有意义的综合项目的机会。由参与的学生负责管理整个项目，包括时间节点的安排，做预算以及成本控制、设计、采购设备、材料、部件以及制造和测试。1.1 FSAE 赛车起源第一届SAE Mini Baja 比赛于1976 年举办，并且迅速成为一个地区性的年度比赛。比赛由三个评判标准组成，即一天的静态比赛设计、成本、陈述接着一天是各自的性能竞赛2项目。Mini Baja 比赛重点强调了底盘的设计，因为
14、每个队伍都使用一个8 匹马力的引擎，这一点无法改变。在过去的20 多年里，SAE Mini Baja 的成功超乎了每个人的预期。在SAE Mini Baja 的成功获得各界认同的同时，SAE 联合美国三大汽车公司开始推广一项技术水平更高的工程类学生竞赛，这就是Formula SAE。FormulaSAE 相比SAE Mini Baja 有着许多进步和发展，引擎的限制也已经大大放宽，允许参赛车队使用610cc 以下的发动机，这极大地提升了赛车的性能表现。车辆与动力工程学院毕业设计说明书2 在发达国家，很多高校已经从事Formula SAE 超过20 年时间，拥有大量资金和试验基础的情况下，他们的
15、作品已经基本达到了专业水平，最高时速可达到甚至超过200km/h，0 到100km/h 加速时间一般都在4.5s 以内。从原先在SAE Mini Baja 比赛中的8hp 发动机到现今Formula SAE 中已经超过100hp 的大功率发动机，Formula SAE 在多方面都取得了惊人的成绩，并且该项比赛一直保持了发展的态势。1.2 FSAE 赛车现状1.2.1 国际赛车概况从 2010 年开始，大学生 SAE 方程式赛车比赛在美国、英国、澳洲、日本、意大利、德国、巴西、叙利亚等国家，不但深受汽车行业者瞩目，而且广受工程学生的欢迎。在美国每年吸引将近 140 支来自世界各地的队伍参加比赛；
16、日本2006 年前才开始举办，马上风靡了 50 余所大学参与；在欧洲也有 70 队以上的学校每年相互竞技。全世界已有数百队大学生车队，每年打造一辆新车互较高下。1.2.2 国内赛车概况国内湖南大学、厦门理工大学、同济大学、上海交通大学等高校最早涉足FSAE 比赛，其中，湖南大学获得 2007 年 美国 FSAE 西部赛最佳新秀奖、2008 年美国 FSAE 西部赛布鲁尔开佳尔静音奖；厦门理工学院获得 2009 年美国赛“燃油经济性”和“新秀奖”两个单项亚军。2010 年，中国上海举办中国第一届中国大学生方程式汽车大赛，国内清华大学、湖南大学、同济大学等纷纷投入 FSAE 赛车设计，掀起中国 F
17、SAE 新的时代。1.2.3 我校赛车概况2010年，第一届中国大学生方程式汽车大赛（Formula SAE China简称FSC）与上海举办。此次大赛是中国汽车工程学会及其合作会员单位，在学习和总结美、日、德等国家相关经验的基础上，结合中国国情，精心打造的一项全新赛事。我校与湖南大学、同济大学、吉林大学、清华大学等 20 所高校作为中国第一届参赛院校于上海国际赛车场经行了 4 天激烈的比赛，开创中国 FSAE 的纪元。我校河洛风赛车队在学校、学院的大力支持、指导老师不辞劳苦的指导以及车辆与动力工程学院毕业设计说明书3 河洛风队员的努力下，历时 6 个月，最终打造出河南省第一辆大学生方程式赛车
18、。在第一届大学生方程式汽车大赛中，河洛风 16 号赛车凭借绚丽的车身外观以及优异的综合性能取得绿色环保大奖、最佳外观设计奖、最佳安全性大奖、最佳赛场表现奖、年度综合奖、最佳车队网站奖、最佳车队新闻宣传奖等七项大奖。本课题就是在第一代赛车的基础上，设计出更加优异的第二代赛车，来参加第二届中国大学生方程式汽车大赛。1.3 FSAE 赛车总体设计概述1.3.1 汽车设计的规律、决策与设计过程汽车设计尤其是对赛车的设计，是根据赛车的使用要求而提出的整车参数与性能指标进行计算的，显然，那只能从宏观入手，即从整车的总体设计开始，然后通过总体设计的分析与计算，将整车参数和性能指标分解为有关总成的参数和功能后
19、，再进行总成和部件设计，进而进行零件甚至某一更细微的局部设计与研究。汽车设计过程一般分为：1） 调查与初始决策；2） 总体方案设计；3） 绘制总布置草图；4） 车身造型设计及绘制车身布置图；5） 编写设计任务书 ； 6） 汽车的总布置设计；7） 总成设计；8） 试制、试验、定型。 1.3.2 FSAE 赛车主要技术要求A 赛车式样赛车必须车轮外露和座舱敞开（方程式赛车式样） ，并且四个车轮不能在一条直线上。B 车身除了驾驶舱必须开口以外，从赛车最前端到主防滚架（或者防火墙）的这段空间里，不允许车身有其他的开口。允许在前悬架的零件处有微小的开口。C 轴距赛车的轴距必须至少为1525mm（60 英
20、寸） 。轴距是指在车轮指向正前方时同侧两车轮的接地面中心点之间的距离。D 轮距赛车较小的轮距（前轮或后轮）必须不小于较大轮距的75%。车辆与动力工程学院毕业设计说明书4 E 可视性技术检查表格上的所有条目必须在不借助工具（比如内窥镜或是镜子）的情况下清楚地呈现给技术检查官。呈示时可以通过拆卸或移动车身板件来实现。1.3.3 第二代赛车设计目标本次赛车（第二代赛车）设计与第一代赛车设计将从三个方面入手：首先，降低整车质量。1.减小整车尺寸。在总体布置设计上保证整车结构的紧凑性。2.优化各个系统部件。使用计算机有限元等分析方法对各个零部件经行优化，达到在保证强度、刚度的同时减轻其质量。3.使用高强
21、度轻质合金材料或者碳纤维等。其次，提高赛车整体性能。1.悬架系统。 （1）充分利用阻尼可调性减震器、前后横向稳定杆等元件使整车发挥最大的振动衰减能力及其制动或加速时车身的稳定性等，减少车身纵倾；（2）充分发挥不等长双横臂独立悬架的可调性，保证能够迅速、快捷地调节轮距、主销内倾角等定位参数；（3）在设计的同时要充分考虑到在实际加工、制造、安装过程中出现的定位、夹具等工艺因素。2.转向系统。 （1）在保证座舱空间的前提下，合理地选择转向方案，合理布置转向梯形；（2）在没有各种助力机构的前提下，提高其操纵轻便性；（3）转向器与转向机构的球头处有消除因摩擦而产生间隙的调节机构；（4）进行运动校核（主要
22、是与悬架机构）检查运动干涉情况。3.制动系统。 （1）在浮动钳盘式制动器基础上进一步优化，提高制动效能、工作可靠性等；（2）优化制动器各零部件，如制动盘大小、厚度，双制动泵大小的选择，管路布置等。4.传动系统。 （1）选择适当的主减速比，以保证汽车在给定条件下具有最佳的动力性和燃油经济性；（2）驱动桥桥壳尺寸要小，质量要轻，同时留好足够的离地间隙，以满足通过性要求；（3）提高传动系在各种载荷、转速工况下的传动效率；（4）保证传动件工作平稳，噪音小；（5）结构简单，加工工艺性好，制造容易，维修调整方便。5.车身造型。 （1）保证空气动力学要求的前提下，使赛车更加美观，侧翼要考虑赛车的冷却系统；（2）车身造型与实际加工出现的各种工艺问题等解决 ，
