大学生方程式赛车（总体设计）-吕许慧

车辆与动力工程学院毕业设计说明书

对于赛车而言，载质量主要指的是赛车手质量及其车手装备质量。载质量越轻，赛车总质量相对越轻。

根据目前已购的赛手装备，如赛手服、手套、头盔、赛手鞋等，共计5kg，因此，同等驾驶水平下，赛车手质量越轻，就越能发挥出赛车的优良性能。 3.质量系数?m0

质量系数?m0是指汽车载质量与整车整备质量的比值，即?m0=me/m0.该系数反映了汽车的设计水平和工艺水平，?m0值越大，说明该汽车的结构和制造工艺越先进。 4.汽车总质量ma

汽车总质量ma是指装备齐全，并按规定装满客、货时的整车质量。对于第二代赛车而言，赛车的总质量ma等于整备质量m0、载质量me两大部分组成，即ma=m0+me。 5.轴荷分配

汽车的轴荷分配是指汽车正在空载或满载静止状态下，各车轴对支撑平面的垂直载荷，也可以用占空载或满载总质量的百分比来表示。

轴荷分配对轮胎寿命和汽车的许多使用性能如牵引性、通过性、操纵性、制动性等有影响，它主要受汽车的驱动形式、发动机的位置、汽车结构特点、车头形式和使用条件决定。 6.质量参数的初步确定

经过计算与分析，尺寸参数初定如表2-2：

表2-2 轴荷分配表

整车整备质量 装载质量 总质量 轴荷分配 空载 前86后154 240kg 65kg 305kg 满载 前154后161

§2.4.3 性能参数

汽车的性能参数主要包括动力性参数、燃油经济性参数、汽车最小转弯半径、通过性参数、操纵稳定性参数、制动性参数、舒适性。

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1.动力性参数

汽车动力性参数主要包括最高车速Uamax、加速时间t和、最大爬坡度imax（对于赛车可以不考虑）、比功率Pb和比转矩Tb等。 （1）最高车速Uamax

最高车速Uamax是指汽车满载是在水平良好的路面（混凝土或沥青）所能达到的最高行驶速度。 （2）加速时间t

汽车在平直的良好路面上，从原地起步开始以最大加速度加速到一定车速所用的时间，称为加速时间。对于最高车速Uamax大于100km/h的汽车，加速时间常用加速到100km/h所需的时间来评价。

在比赛中，赛车的加速能力将直接决定动态项目直线加速项目（赛车从静止加速通过一段75米得平直路面）的成绩。 2.燃油经济性参数

汽车的燃油经济性用汽车在水平的水泥或沥青路面上，以经济车速或多工况满载行驶百公里的燃油消耗量（L/100km）来评价。该值越小，燃油经济性越好。

3.汽车最小转弯半径

转向盘转至极限位置时，汽车前外转向轮轮辙中心在支撑平面上的轨迹圆的直径，称为汽车最小转弯直径Dmin。Dmin用来描述汽车转向机动性，是汽车转向能力和转向安全性能的一项重要指标。

对于赛车而言，影响汽车Dmin的因素有汽车转向轮最大转角、汽车轴距、轮距等。转向轮最大转角越大，轴距越短，轮距越小，汽车的最小转弯半径越小。对机动性要求高的汽车，Dmin应取小些。 4.通过性几何参数

总体设计要确定的通过性几何参数有：最小离地间隙hmin，接近角?1，离去角?2，纵向通过半径?1等。 5.操纵稳定性参数

汽车操纵稳定性的评价参数较多，与总体设计有关并能作为设计指标的有：

（1）转向特性参数 为了保证良好的操纵稳定性，汽车应具有一定程度的转向不足。通常用汽车以0.4°的向心加速度沿定圆转向时，前、后轮侧偏

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角之差?1-?2作为评价参数，此参数在1°—3°为宜。

（2）车身侧倾角 汽车以0.4°的向心加速度沿定圆等速行驶时，车身侧倾角控制在3°以内较好，最大不允许超过7°。

（3）制动前俯角 为了不影响乘坐舒适性，要求汽车以0.4g的减速度制动时，车身前俯角不大于1.5°。 6.制动性参数

汽车制动性是指汽车在制动时，能尽可能短的距离内保持方向稳定，下长坡时能维持较低的安全车速并在一定坡度上长期驻车的能力。目前常用制动距离、平均制动减速度和行车制动的踏板力及应急制动时的操纵力来评价制动效能。

7.性能参数的初步确定

经过计算与分析，尺寸参数初定如表2-3、表2-4表2-5表2-6：

表2-3 动力性参数

最高时速 140km/h 加速时间（100m） 比功率 11s 24kw 比转矩 38.8N/M 表2-4 通过性几何参数

最小离地间隙 40 接近角 3.17 表2-5 操纵特性参数

转向特性参数 1.35度 车身侧倾角 3度 表2-6 制动性参数

制动距离平均制动减速度j St 60m 3.5s 板力 9.8m/s2 600N 行车制动的踏应急制动操纵力 制动前俯角 1.3度 离去角 90 §2.5 赛车各系统设计

FSAE赛车区别于民用车，和专业的F1、F3等专业赛车也是有一定区别，它具有自己独特的技术特点，故而吸引无数大学疯狂的投入FSAE赛车的设

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计。由于我国FSAE赛车设计起步较晚，从2010年开始以第一届中国大学生方程式汽车大赛为契机，国内高校纷纷投入这项赛事。

我校第二代赛车采用国内外FSAE普遍应用的发动机中置后驱的布置方式，各个系统设计如表2-7：

表2-7 第二代赛车各系统设计 型号 排量 发动机 最大功率 最大扭矩 车架 悬架 转向 制动 轮胎轮辋 车身 CBR600，四缸，四冲程，电喷 599cc 86kw/13000rpm 65.954N.m/11000rpm 33kg，4130钢，钢管桁架式 不等长双横臂独立悬架 齿轮齿条转向机 串联双腔制动总泵控制的Ⅱ型双回路液压盘式制动 轮胎：锦湖180/530 R13，轮辋：FM 13×8 玻璃纤维 §2.5.1 悬架系统设计

悬架总成是汽车的一个重要组成部分，它的功用是把路面作用于车轮上的垂直反力、纵向反力和侧向反力以及这些反力所造成的力矩传递到车架上，以保证汽车的正常行驶。

悬架系统的设计是根据大学生方程式汽车大赛的比赛规则及赛车设计具体参数要求，参考各种赛车悬架资料，分析各种悬架类型的优缺点，并最终确定适合赛车运动的悬架形式---不等长双横臂式螺旋弹簧独立悬架。 1.FSAE赛车悬架系统

第二代赛车采用当今广泛应用于方程式赛车的双横臂独立悬架（double-wishbone）。独立悬架有多种结构形式，如双横臂式，烛式，麦弗逊式等。基于方程式赛车的特点选用双横臂式独立悬架，不等长双横臂式独立悬架的设计自由度大，悬架控制臂的长度可自行设定，有较小的非簧载质量，可使赛车具有良好的转弯性能、直线行驶性能。由于赛车采用较大的弹性刚度，双横臂悬架运动空间不足的特点也不会造成很大影响。综合而论，这种装置基本性能优于其他形式的悬架装置。 2.FSAE赛车悬架系统的特殊性

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