一種fsae賽車的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種FSAE賽車，包括車架、車輪、車身、防前撞結(jié)構(gòu)、制動踏板、油門踏板、方向盤、座椅、動力系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，所述的車輪、車身、防前撞結(jié)構(gòu)、制動踏板、油門踏板、方向盤、座椅、動力系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)均安裝在車架上，所述的車架的縱向為縱梁一體式結(jié)構(gòu)，該車架的橫向側(cè)邊為三角形結(jié)構(gòu)，所述的方向盤為漸開線花鍵的方向盤，所述的傳動系統(tǒng)為二級鏈條減速傳動機構(gòu)，所述的制動系統(tǒng)中的主缸向上斜置安裝在車架上，所述的FSAE賽車中的換擋系統(tǒng)為電控氣動撥片換擋，所述的FSAE賽車中的差速器為托森差速器，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、操縱穩(wěn)定性好。
【專利說明】-種FSAE賽車

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種FSAE賽車。

【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)汽車主要依賴石化能源，導(dǎo)致汽車尾氣中含有大量的溫室氣體和其它有害物 質(zhì)，加速了氣候環(huán)境的惡化；另一方面，現(xiàn)已探明的石化能源僅夠人類充分使用至2040? 2050年。隨著能源危機的加深和環(huán)境問題的日益凸顯，使用新能源代替石化能源在汽車中 的應(yīng)用已成為不可逆轉(zhuǎn)的趨勢。電動汽車作為新能源汽車的典型代表，催生了 FSAE電動賽 車運動的產(chǎn)生。FSAE電動賽車采用驅(qū)動電機和動力電池作為動力來源，配套電機控制器可 使驅(qū)動電機無級傳動，不需使用傳統(tǒng)汽車的變速箱裝置，簡化了汽車傳動結(jié)構(gòu)，驅(qū)動電機及 傳動效率較高，降低了能源消耗，減輕了環(huán)境污染。
[0003] 目前，德國、日本、英國等國已相繼進行FSAE電動賽車的推廣。其中德國最早于 2010年舉辦了第一屆FSE(Formula Student Electric),即大學(xué)生方程式汽車大賽電車賽 比賽，迄今已經(jīng)舉辦了 3屆，2010年首屆德國賽只有來自6個國家的15支隊參加比賽，但 截至目前，2013賽季共有來自世界26個國家的92支車隊報名參加 2013年FSE比賽，參賽 隊伍數(shù)量增長迅猛。北京理工大學(xué)已于2011年推出國內(nèi)第一輛FSAE電動賽車并在2011 賽季中國FSAE賽場上進行展示；中國FSAE大賽組委會已確定將于2013賽季推出FSAE電 車賽。
[0004] 中國大學(xué)生方程式汽車大賽(簡稱"中國FSC")是一項由高等院校汽車工程或汽車 相關(guān)專業(yè)在校學(xué)生組隊參加的汽車設(shè)計與制造比賽。各參賽車隊按照賽事規(guī)則和賽車制造 標(biāo)準(zhǔn)，在一年的時間內(nèi)自行設(shè)計和制造出一輛在加速、制動、操控性等方面具有優(yōu)異表現(xiàn)的 小型單人座休閑賽車，能夠成功完成全部或部分賽事環(huán)節(jié)的比賽。
[0005] 現(xiàn)行公布的賽車存在以下方面的不足： 1.車架結(jié)構(gòu)復(fù)雜，剛度和抗彎強度不能滿足高速行車要求。
[0006] 2.車身在行駕過程中產(chǎn)生的空氣阻力大，因此賽車空氣動力性與可視性還有待提 商。
[0007] 3.車身在高速行駕過程中需要有足夠的強度保證行駕安全。
[0008] 4.賽車在不同工況下的操縱穩(wěn)定性還不能夠發(fā)揮出最佳的效果。
[0009] 5.賽車的儀表系統(tǒng)穩(wěn)定性與抗干擾性水平不能滿足賽車日益發(fā)展的技術(shù)要求，即 儀表系統(tǒng)不能使車手清晰準(zhǔn)確的掌握賽車行駛信息。
[0010] 6.賽車零部件的設(shè)計不符合制造要求且結(jié)構(gòu)不合理，賽車方向盤快拆器采用六邊 形結(jié)構(gòu)，因其受力大，容易磨損，從而導(dǎo)致其配合間隙變大，軸向定位不準(zhǔn)確；換擋操作不方 便。
[0011] 7.賽車的整車基本參數(shù)都是根據(jù)經(jīng)驗確定，沒有科學(xué)有效的技術(shù)分析手段來保證 其合理性，賽車彎道操縱穩(wěn)定性還有待提高。
[0012] 8.電動賽車的動力電池與電機是賽車的核心裝置，目前其在安全性、可靠性、維護 便捷性及較長的使用壽命等性能方面還有待提高；燃油賽車使用單缸發(fā)動機，動力性能差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、操縱穩(wěn)定 性好的FSAE賽車。
[0014] 解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案是：一種FSAE賽車，包括車架、車輪、車身、防前撞 結(jié)構(gòu)、制動踏板、油門踏板、方向盤、座椅、動力系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向 系統(tǒng)，所述的車輪安裝在車架的底部，所述的防前撞結(jié)構(gòu)安裝在車架的前端，所述的車身安 裝在車架上，所述的座椅安裝在車架內(nèi)，所述的制動踏板和油門踏板安裝在座椅前方的車 架前端空間內(nèi)，所述的方向盤安裝在座椅前方的車架內(nèi)并安裝在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)上，所述的動力 系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)均安裝在車架上，所述的制動系統(tǒng)與車輪 連接，所述的懸架系統(tǒng)分別與車輪和制動系統(tǒng)連接，所述的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與懸架系統(tǒng)連接，所述 車架的縱向為縱梁一體式結(jié)構(gòu)，該車架的橫向側(cè)邊為三角形結(jié)構(gòu)，所述的方向盤為漸開線 花鍵的方向盤，所述的傳動系統(tǒng)為二級鏈條減速傳動機構(gòu)，所述的制動系統(tǒng)中的主缸向上 斜置安裝在車架上，所述的FSAE賽車中的換擋系統(tǒng)為電控氣動撥片換擋系統(tǒng)，所述的FSAE 賽車中的差速器為托森差速器。
[0015] 本發(fā)明的進一步技術(shù)方案是：所述的動力系統(tǒng)為電機，該電機安裝在車架的后端， 所述的車架上還安裝有用于給電機供電的電池，該電池安裝在車架的中間部位上。
[0016] 所述的電池為由多個單體電池組成的電壓為312V以上的電池，該多個單體電池 中每2個單體電池并聯(lián)成一個小電池模塊，每個小電池模塊之間串聯(lián)組成電壓為312V以上 的電池，所述的小電池模塊分別安裝在3個箱體中，所述的每個箱體中的小電池模塊串聯(lián) 后的電壓分別為120V以下。
[0017] 所述的多個單體電池為196個電壓為3. 2V的鋰電池電芯。
[0018] 所述的動力系統(tǒng)為內(nèi)燃機。
[0019] 所述的動力系統(tǒng)為四缸發(fā)動機。
[0020] 車架縱向采用了縱梁一體式結(jié)構(gòu)，橫向側(cè)邊采用了三角形結(jié)構(gòu)，提高了車架縱向 和橫向的傳力效果以及抗彎、抗扭強度，并通過實車道路試驗驗證其結(jié)構(gòu)可靠性?？紤]了賽 車在急加速、制動及過彎等工況下的受力情況，運用ANSYS軟件對賽車車架抗彎、抗扭強度 進行分析并結(jié)合實車道路試驗進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化改進。
[0021] 賽車車身在設(shè)計上結(jié)合空氣動力學(xué)原理和視覺美學(xué)，運用ANSYS軟件進行流體分 析，對側(cè)翼進行優(yōu)化，結(jié)合車身底部擴散器，減少賽車空氣阻力，提高賽車附著性。在車身制 作工藝上，采用發(fā)泡劑進行發(fā)泡制作車身母模，以及玻璃鋼制作車身子模，并最終完全由車 隊隊員獨立完成碳纖維車身制作。
[0022] 為了提高賽車的操縱穩(wěn)定性，懸架系統(tǒng)把設(shè)計目標(biāo)細化成四個具體要求：①依據(jù) 輪胎數(shù)據(jù)使用Adams軟件對懸架幾何參數(shù)進行分析，優(yōu)化懸架結(jié)構(gòu)，使輪胎在各種工況下 能夠發(fā)揮出最佳的附著性；②采用鋁制立柱和輪芯，減少了非簧載質(zhì)量，使賽車能獲得更好 的附著性；③結(jié)合車架結(jié)構(gòu)合理布置橫臂安裝點位置，減少車架結(jié)構(gòu)變形程度；④增加懸 架點抗特性可調(diào)節(jié)性能，使賽車更能適應(yīng)不同賽道工況。
[0023] 賽車使用了質(zhì)量更輕、質(zhì)心更低的前后懸架拉桿式不等長雙橫臂獨立懸架，通過 ANSYS仿真分析，并通過實車道路試驗，對車輪立柱結(jié)構(gòu)進行了性能驗證及優(yōu)化，使立柱安 全系數(shù)達到3. 0,不僅能減少了賽車非簧載質(zhì)量，而且增大了賽車附著力。
[0024] 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)通過Adams軟件進行了初步轉(zhuǎn)向特性的運動仿真，初步確定了比例可調(diào) 節(jié)范圍為-25%至5%的阿克曼轉(zhuǎn)向梯形，并結(jié)合實車道路試驗數(shù)據(jù)反饋，以減小賽車入彎轉(zhuǎn) 向不足和提高出彎速度為優(yōu)化目標(biāo)，最終確定阿克曼比例理想值。
[0025] 傳動系統(tǒng)采用二級鏈條減速傳動機構(gòu)，此傳動方式具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕、布置及 維護方便等特點。制動盤采用了浮動盤，浮動盤相對于一體盤具有質(zhì)量輕以及受力均勻等 優(yōu)點。采用了漸開線花鍵形式的方向盤結(jié)構(gòu)，其具有受力均勻，鋼珠徑向定位準(zhǔn)確，拆裝方 便等優(yōu)點。
[0026] 賽車儀表板主要改進以下兩方面：①顯示方式由去年的3. 2寸IXD液晶顯示屏升 級為LED燈顯示；②將數(shù)碼管與2. 4寸LCD液晶顯示屏進行組合。此改進方案能更準(zhǔn)確采 集賽車行駛信息。
[0027] 電控氣動撥片換擋技術(shù)應(yīng)用在FSAE賽車中將是一種發(fā)展趨勢，采用電控氣動撥 片式換擋機構(gòu)能夠使換擋更迅速，操作更方便，布置更簡單。
[0028] 差速器選用了托森差速器，與開放式差速器相比較，其具有自動調(diào)整鎖緊數(shù)的特 性，從而提高了賽車彎道操縱穩(wěn)定性，使賽車具有良好的出彎加速度。采用CATIA軟件對差 速器支座和端蓋進行幾何建模，并利用ANSYS軟件進行強度計算與校核，保證動力傳動系 統(tǒng)工作可靠性。
[0029] 當(dāng)動力系統(tǒng)為電機時，電機采用SJ2103P20-C型交流永磁同步電機以及與之相匹 配的SJ2104B401-V2型電機控制器。電池由196個電池單體采用98串2并的連接方式，分 三個電池箱體組裝而成，其總電壓為312V，總?cè)萘繛?4Ah。制動系統(tǒng)采用了主缸向上斜置 的布置方式，此布置方式便于調(diào)節(jié)制動力分配器，同時避免推桿和主缸活塞不同軸問題，減 小活塞對缸壁的磨損。
[0030] 當(dāng)動力系統(tǒng)為內(nèi)燃機時，采用了川崎ZX-6R四缸發(fā)動機(參見表一)，提高了賽車動 力性能。
[0031] 表一：川崎ZX-6R發(fā)動機參數(shù)

【權(quán)利要求】
1. 一種FSAE賽車，其特征在于：包括車架（1)、車輪（2)、車身（3)、防前撞結(jié)構(gòu)（4)、制 動踏板（5)、油門踏板（6)、方向盤（7)、座椅（8)、動力系統(tǒng)、制動系統(tǒng)（10)、傳動系統(tǒng)（11)、 懸架系統(tǒng)（12)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（13)，所述的車輪（2)安裝在車架（1)的底部，所述的防前撞結(jié) 構(gòu)（4)安裝在車架（1)的前端，所述的車身（3)安裝在車架（1)上，所述的座椅（8)安裝在 車架（1)內(nèi)，所述的制動踏板（5)和油門踏板（6)安裝在座椅（8)前方的車架（1)前端空間 內(nèi)，所述的方向盤（7)安裝在座椅（8)前方的車架（1)內(nèi)并安裝在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（13)上，所述的 動力系統(tǒng)、制動系統(tǒng)（10)、傳動系統(tǒng)（1)、懸架系統(tǒng)（12)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（13)均安裝在車架（1) 上，所述的制動系統(tǒng)（10)與車輪（2)連接，所述的懸架系統(tǒng)（12)分別與車輪（2)和制動系 統(tǒng)（10)連接，所述的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（13)與懸架系統(tǒng)（12)連接，所述車架（1)的縱向為縱梁一體 式結(jié)構(gòu)，該車架（1)的橫向側(cè)邊為三角形結(jié)構(gòu)，所述的方向盤（7)為漸開線花鍵的方向盤， 所述的傳動系統(tǒng)（11)為-級鏈條減速傳動機構(gòu)，所述的制動系統(tǒng)（10)中的王缸向上斜直 安裝在車架（1)上，所述的FSAE賽車中的換擋系統(tǒng)為電控氣動撥片換擋系統(tǒng)，所述的FSAE 賽車中的差速器為托森差速器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種FSAE賽車，其特征在于：所述的動力系統(tǒng)為電機（91)， 該電機（91)安裝在車架（1)的后端，所述的車架（1)上還安裝有用于給電機（91)供電的電 池（93)，該電池（93)安裝在車架（1)的中間部位上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種FSAE賽車，其特征在于：所述的電池（93)為由多個單體 電池組成的電壓為312V以上的電池，該多個單體電池中每2個單體電池并聯(lián)成一個小電池 模塊，每個小電池模塊之間串聯(lián)組成電壓為312V以上的電池，所述的小電池模塊分別安裝 在3個箱體中，所述的每個箱體中的小電池模塊串聯(lián)后的電壓分別為120V以下。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種FSAE賽車，其特征在于：所述的多個單體電池為196個 電壓為3. 2V的鋰電池電芯。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種FSAE賽車，其特征在于：所述的動力系統(tǒng)為內(nèi)燃機 (92)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種FSAE賽車，其特征在于：所述的動力系統(tǒng)為四缸發(fā)動 機。
【文檔編號】B60T1/00GK104260785SQ201410476511
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月18日
【發(fā)明者】范健文, 黃貴東, 陳春林, 孟繁忠, 張志宏, 黃富平, 劉浪興, 田旭, 周榮官, 蒙志攀, 呂忠發(fā), 黃信秋 申請人:廣西科技大學(xué)鹿山學(xué)院