一種基于fsae賽事的電動方程式賽車的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于FSAE賽事的電動方程式賽車，包括車架、車輪、車身、前防撞結構、制動踏板、動力踏板、方向盤、座椅、制動系統、電源、懸架系統和轉向系統，所述的前防撞結構安裝在車架的前端，所述的車身安裝在車架上，所述的座椅安裝在車架內，所述的制動踏板和動力踏板安裝在座椅前方的車架前端空間內，所述的方向盤安裝在座椅前方的車架內并安裝在轉向系統上，所述的制動系統、懸架系統和轉向系統均安裝在車架上，所述電源安裝在車架兩側及車架尾部，呈“品”字布置，所述的車輪安裝在車架的底部。本實用新型結構簡單，設計合理，采用純電動動力系統，在保證動力的前提下避免了煙氣的污染。
【專利說明】
_種基于FSAE賽事的電動方程式賽車
技術領域
[0001] 本實用新型涉及一種基于FSAE賽事的電動方程式賽車。
【背景技術】
[0002] 我國發展新能源汽車，是應對節能減排重大挑戰的需要，同時也是汽車產業跨越 式發展和提升國際競爭力的需要。歐美日這些國家，都把新能源汽車作為戰略制高點來考 慮，國家投入力量加強產業的發展。我國傳統汽車領域和國外相比還比較落后，但在新能源 汽車方面，我們和發達國家是站在同一個起跑線上，說法較多的是"彎道超車"，我們有機會 在新能源汽車領域與西方發達國家在一個平衡的層面上創新。我國汽車工業以純電驅動作 為技術轉型的主要戰略方向，重點突破電池、電機和電控技術，推進純電動汽車、插電式混 合動力汽車產業化，實現汽車工業跨越式發展。近幾年，我國陸續出臺了節能與新能源汽車 示范推廣以及私人消費補貼的相關政策，并在不斷擴大試點的范圍。在政策的支持下，我國 新能源汽車消費市場開始啟動，電動汽車基礎設施建設也得到了初步發展，部分城市已經 形成了網絡雛形。隨著2009年"十城千輛"工程的實施，電動汽車能源供給基礎設施的潛在 機會開始受到重視，國家電網公司、南方電網公司、普天海油公司等能源企業，圍繞國家新 能源汽車發展戰略，強勢介入充電基礎設施建設，各示范城市和社會各界也積極響應。截至 2010年年底，已經建設各種類型充電站大約100座，充電粧300多個。在全國的大背景及其所 學專業和學生的興趣，我們決定組建電動方程式賽車車隊。
[0003] 中國大學生方程式汽車大賽(英文簡稱:FSC)是一項由高等院校汽車工程或汽車 相關專業在校學生組隊參加的汽車設計與制造比賽，此賽事被譽為"汽車工程師的搖籃"， 2010年，中國汽車工程學會聯合中國21所大學院校在上海舉辦了首屆大賽，到2013年第三 屆舉辦時，已囊括全國所有汽車專業王牌院校，63支車隊，參賽學生近兩千人，并吸引了多 只國外車隊前來參賽，成為與國際青年汽車工程師的交流盛會。
[0004] 2015年7月8日，國內最大汽車互聯網企業易車與中國汽車工程學會、中國宋慶齡 基金會共同在北京召開發布會，宣布2015中國大學生電動方程式大賽(FSEC)正式啟動;今 年將過往中國大學生方程式大賽(FSC)的電動汽車組別獨立出來，升級組建中國大學生電 動方程式大賽(FSEC)，以更好地培育汽車人才，服務汽車產業未來發展。
[0005] 現在使用的賽車存在以下的不足：
[0006] 1、賽車懸架非簧載質量大，使賽車整體質量提高，影響效率，賽車附著性低，不安 全因素尚；
[0007] 2、車架結構比較復雜，強度和硬度無法滿足高速行駛的狀態；
[0008] 3、賽車輪胎磨損大，操作穩定性不夠；
[0009] 4、賽車采用普通電機、傳動系統效率低，結構復雜；
[0010] 5、賽車采用鋰電池成本高，電流性能差，安全無法保障，采用鉛酸電池的質量較 重，無法做到快充深放，而且使用壽命較短；
[0011] 6、車身強度和沖擊強度不夠，賽車手安全無法保障；
[0012 ] 7、四螺栓輪轂，拆卸慢，影響比賽成績；
[0013] 8、賽車大多數參數由大賽規則和經驗確定，沒有準確的公式和科學有效的手段來 進行分析計算；
[0014] 9、燃油賽車耗油，污染環境。 【實用新型內容】
[0015] 本實用新型為了解決上述問題，提出了一種基于FSAE賽事的電動方程式賽車，本 實用新型結構簡單，設計合理，采用純電動動力系統，在保證動力的前提下避免了煙氣的污 染。
[0016] 為了實現上述目的，本實用新型采用如下技術方案：
[0017] -種基于FSAE賽事的電動方程式賽車，包括車架、車輪、車身、前防撞結構、制動踏 板、動力踏板、方向盤、座椅、制動系統、電源、懸架系統和轉向系統，所述的前防撞結構安裝 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，所述的制動踏板和動 力踏板安裝在座椅前方的車架前端空間內，所述的方向盤安裝在座椅前方的車架內并安裝 在轉向系統上，所述的制動系統、懸架系統和轉向系統均安裝在車架上，所述電源安裝在車 架兩側及車架尾部，呈"品"字布置，所述的車輪安裝在車架的底部，所述的制動系統與車輪 連接，所述的懸架系統分別與車輪和制動系統連接，所述的轉向系統與懸架系統連接，所述 車輪為輪轂電機，直接為賽車提供動力。
[0018] 所述電源為蓄電池。
[0019] 所述蓄電池為鎳氫動力電池，單組65隊，電壓72￥，功率91(1，快速充放電為3.5~ 230mA〇
[0020] 所述蓄電池放置在電池箱內。
[0021] 所述電池箱底部設有用于將電池箱安裝在車架上的吊耳。
[0022] 所述電池箱一側的側壁上設有透氣孔，另一側與透氣孔相對的位置設有排風扇。
[0023] 所述懸架系統為推桿式不等長的雙橫臂懸架，采用鋁制立柱與輪芯。
[0024]本實用新型的有益效果為：
[0025] (1)本實用新型結構簡單，操作方便，使賽車的性能得到優化；
[0026] (2)本實用新型采用輪轂電機作為賽車的驅動裝置，免去了動力系統和傳動系統 的布置，使賽車結構大大簡化。
【附圖說明】
[0027]圖1是本實用新型的整體結構示意圖；
[0028]圖2是本實用新型的俯視圖結構不意圖；
[0029] 其中，1、前防撞機構，2、車架，3、方向盤，4、座椅，5、電源，6、車輪，7、后懸架系統， 8,輪胎，9、轉向系統，10、制動踏板，11、前懸架系統，12、車身，13、輪轂電機。
【具體實施方式】
[0030] 下面結合附圖與實施例對本實用新型作進一步說明。
[0031] 如圖1和圖2所示，一種基于FSAE賽事的電動方程式賽車，包括車架2、車輪6、車身 12、前防撞機構1、制動踏板10、動力踏板、方向盤3、座椅4、制動系統、電源5、懸架系統和轉 向系統9,所述車架2選用Q235鋼材，楊氏模量為210MPa，泊松比0.3。車架2縱向采用縱梁一 體式結構，橫向運用了很多三角加固結構，保證了傳力效果和扭轉強度。其次我們對車架2 模型進行了 ANSYS有限元分析，對網格大小進行了合理的控制和分配，對于受力復雜的下層 車架2鋼管劃分網格分得細密些，尺寸單元約為5_，其對于受力較少的上層車架2單元網格 劃分得粗些，其尺寸單元約為25~45mm，對于與懸架硬點和發動機固定點相連接的車架2管 件網格劃分更細。為了保證賽車的強度和剛度，我們對賽車車架2進行了靜態受力分析，并 通過優化車架2結構保證其固有頻率不會與賽車行駛時的激振頻率相接近而發生共振破 壞。考慮車內物體的安放空間，其次充分考慮人機工程學，需要結合第95百分位的人體模板 進行設計，同時設計充分考慮到規則的限制。綜合以上因素，可以完成總體布置。在規則中 有很多是專門保證車架2乘坐空間和車架2強度的，諸如腿部空間、95模板下的頭部離主環 前環連線的距離，以及側面防滾架、前環斜撐、主環斜撐結構等等。因此要對車架2結構不斷 細化和調整，從而滿足結構要求。確定方案后，利用三維軟件建模，得到模型。不同部位鋼管 參數如下表：
[0032] 表1:
[0033]
[0035]所述的前防撞機構1安裝在車架2的前端，起緩沖作用，保護駕駛者的安全，所述的 車身12安裝在車架2上，所述車身12采用PC材料拉伸板，兩次加工，在設計上結合空氣動力 學原理，運用ANSYS軟件進行流體分析，減少賽車空氣阻力，提高賽車附著性。所述的座椅4 安裝在車架2內，所述的制動踏板10和動力踏板安裝在座椅4前方的車架2前端空間內，所述 的方向盤3安裝在座椅4前方的車架2內并安裝在轉向系統9上，所述的制動系統、懸架系統 和轉向系統9均安裝在車架2上，所述制動系統采用液壓式簡單制動，其主缸向上斜置安裝 在車架2上，所述電源5安裝在車架2兩側及車架2尾部，呈"品"字布置，所述電源5為蓄電池。 所述蓄電池為鎳氫動力電池，單組65KG，電壓72V，功率9KW，快速充放電為3.5~230mA。所述 蓄電池放置在電池箱內，電池箱對蓄電池起到保護作用。所述電池箱底部設有用于將電池 箱安裝在車架2上的吊耳，能夠實現固定的同時也可以實現快速拆卸，縮短更換電池的時 間，為賽事爭取時間。所述電池箱一側的側壁上設有透氣孔，另一側與透氣孔相對的位置設 有排風扇，排風扇和透氣孔形成一個通路，能夠及時將電池散發的熱量排除，使電池保持正 常工作狀態。所述的車輪6安裝在車架2的底部，所述的制動系統與車輪6連接，所述的懸架 系統包括前懸架系統11和后懸架系統7,前懸架系統11和后懸架系統7分別與前車輪6、后車 輪6和制動系統連接，所述的轉向系統9采用前置式的梯形布置的轉向系統9,并與懸架系統 連接，我們根據已有轉向系統9參數依據阿克曼轉向原理初步確定了有一定調節范圍的梯 形轉向系統9,并根據相關公式計算了角傳動比、原地轉向阻力矩等進行校核改進，并利用 matlab編程根據非線性最小二乘法對該轉向梯形進行優化設計，得出合適臂長，并進行了 三維建模和adams/car仿真，分析轉向系統9的動力學特性，最終確定了阿克曼比例理想值 和轉向系統9設計。所述車輪6為輪轂電機13，直接為賽車提供動力，輪轂電機13將動力裝 置、傳動裝置和制動裝置都整合一起到輪轂內，使得賽車的結構機械部分大為簡化。所述懸 架系統為推桿式不等長的雙橫臂懸架，采用鋁制立柱與輪芯，有效地減少了非簧載質量，賽 車附著性提高。減震器類型為充氣式減震器，作用方式為雙向作用式，能量在壓縮行程和伸 張行程都可以進行耗散；因為車輪6上下運動時，不等長懸架的上臂比下臂運動弧度小，這 會使得輪胎8上部輕微地內外移動，而底部影響很小。這種結構有利于減少輪胎8磨損，提高 汽車行駛平順性和方向穩定性。同時減震器外置便于調節阻尼。采用鋁制立柱與輪芯，有效 地減少了非簧載質量，賽車附著性提高。減震器類型為充氣式減震器，作用方式為雙向作用 式，能量在壓縮行程和伸張行程都可以進行耗散。根據懸架參數建立設計點，我們利用 adams/car模塊進行了建模分析，通過對主銷內傾角，主銷后傾角，前輪外傾角等重要參數 的測量與優化，得到了優化后的懸架幾何參數。通過優化車輪6外傾角變化范圍，使賽車轉 彎時可以提供足夠側向力，并最大程度利用輪胎8附著能力，并且我們設計了與車輪6外傾 角相匹配的前束角，有助于保持直線行駛能力，適當的主銷內傾角使轉向能夠自動回正，減 少駕駛負擔。提高了懸架的可調整性能，有利于之后的調校。
[0036] 整車車輛參數如下表所示：
[0037] 表2:車輛參數
[0038]
[0039]
[0040] 上述雖然結合附圖對本實用新型的【具體實施方式】進行了描述，但并非對本實用新 型保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本實用新型的技術方案的基礎上，本領 域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本實用新型的保護范 圍以內。
【主權項】
1. 一種基于FSAE賽事的電動方程式賽車，其特征是：包括車架、車輪、車身、前防撞結 構、制動踏板、動力踏板、方向盤、座椅、制動系統、電源、懸架系統和轉向系統，所述的前防 撞結構安裝在車架的前端，所述的車身安裝在車架上，所述的座椅安裝在車架內，所述的制 動踏板和動力踏板安裝在座椅前方的車架前端空間內，所述的方向盤安裝在座椅前方的車 架內并安裝在轉向系統上，所述的制動系統、懸架系統和轉向系統均安裝在車架上，所述電 源安裝在車架兩側及車架尾部，呈"品"字布置，所述的車輪安裝在車架的底部，所述的制動 系統與車輪連接，所述的懸架系統分別與車輪和制動系統連接，所述的轉向系統與懸架系 統連接，所述車輪為輪轂電機，直接為賽車提供動力。2. 如權利要求1所述的一種基于FSAE賽事的電動方程式賽車，其特征是:所述電源為蓄 電池。3. 如權利要求2所述的一種基于FSAE賽事的電動方程式賽車，其特征是:所述蓄電池為 鎳氫動力電池，單組65KG，電壓72V，功率9KW，快速充放電為3.5~230mA。4. 如權利要求3所述的一種基于FSAE賽事的電動方程式賽車，其特征是:所述蓄電池放 置在電池箱內。5. 如權利要求4所述的一種基于FSAE賽事的電動方程式賽車，其特征是:所述電池箱底 部設有用于將電池箱安裝在車架上的吊耳。6. 如權利要求5所述的一種基于FSAE賽事的電動方程式賽車，其特征是:所述電池箱一 側的側壁上設有透氣孔，另一側與透氣孔相對的位置設有排風扇。7. 如權利要求1所述的一種基于FSAE賽事的電動方程式賽車，其特征是:所述懸架系統 為推桿式不等長的雙橫臂懸架，采用鋁制立柱與輪芯。
【文檔編號】B62D21/02GK205589311SQ201620394878
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月4日
【發明人】劉運凱, 郝彭帥, 賈博文, 張文森, 臧琳
【申請人】劉運凱, 郝彭帥, 賈博文, 張文森