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車輛與動力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書
目 錄
第一章 大學(xué)生方程式賽車介紹 1
§1.1 FSAE 賽車起源 1
§1.2 FSAE 賽車現(xiàn)狀 2
§1.2.1 賽車現(xiàn)狀 2
§1.2.2我校賽車現(xiàn)狀 2
第二章 純電動汽車 1
§2.1 純電動汽車的發(fā)展 1
§2.1.1 電動汽車電池發(fā)展 1
§2.1.2 電動汽車行業(yè)發(fā)展 2
§2.1.3 中國汽車駛?cè)搿盁o油”時代 2
§2.2汽車優(yōu)點 3
§2.3 發(fā)展現(xiàn)狀 4
§ 2.3.1 發(fā)達(dá)國家現(xiàn)狀 4
§ 2.3.2 中國現(xiàn)狀 5
§2.4 電動車的未來發(fā)展方向 6
§2.5大學(xué)生方程式純電動賽車發(fā)展?fàn)顩r 8
第三章 賽車總體設(shè)計 1
§3.1 賽車總體設(shè)計概述 1
§3.1.1 總體設(shè)計要求 1
§3.1.2 總體設(shè)計目標(biāo) 1
§3.1.3整車結(jié)構(gòu) 2
§3.1.4總體設(shè)計進(jìn)度概述 3
§3.1.5 課題的意義 3
§3.2 賽車總體設(shè)計的一般順序 5
§3.3 賽車各系統(tǒng)設(shè)計 7
§3.3.1 懸架系統(tǒng)設(shè)計 7
§3.3.2 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計 8
§3.3.3 制動系統(tǒng)設(shè)計 8
§3.3.4 車架設(shè)計 9
第四章 賽車主要參數(shù)的初步確定 1
§4.1主要參數(shù) 1
§4.1.1 主要技術(shù)參數(shù) 1
§4.1.2 電動機的選擇 1
§4.1.3電動車電池面臨的主要問題 3
§4.1.4電動車電池的選擇 4
§4.1.5 輪胎的選擇 5
§4.2 賽車主要設(shè)計參數(shù)的確定 6
§4.2.1 性能參數(shù)的計算 6
§4.2.2 整車尺寸參數(shù) 8
§4.3.3 主要技術(shù)參數(shù) 9
第五章 賽車動力性分析 1
§5.1 行駛穩(wěn)定性計算 1
§5.2 動力性計算 1
第六章 賽車的底盤總布置 1
§6.1 整車布置的基準(zhǔn)的確定 1
§6.2 賽車布置 1
總 結(jié) 1
參考文獻(xiàn) 2
致 謝 3
4
第一章 大學(xué)生方程式賽車介紹
§1.1 FSAE 賽車起源
Formula SAE 賽事1980年在美國舉辦第一次比賽以來，現(xiàn)在已經(jīng)成為汽車工程學(xué)會的學(xué)生成員舉辦的一項國際賽事，其目的是設(shè)計、制造一輛小型的高性能方程式賽車，并使用這輛自行設(shè)計和制造的賽車參加比賽。
出于此項比賽的宗旨是讓學(xué)生針對業(yè)余高速穿障的車手開發(fā)制造一個原型車，該原型車應(yīng)該具備有可小批量生產(chǎn)的能力，并且原型車的造價要低于25,000 美元。這項競賽包含有3個最主要的基本元素，分別是：工程設(shè)計、成本控制以及靜態(tài)評估、單獨的動態(tài)性能測試、高性能的耐久性測試。
Formula SAE 賽事的主要參與者通常都是來自高校的學(xué)生組成的車隊?，F(xiàn)在在美國、歐洲和澳大利亞每年都會舉辦Formula SAE 比賽。Formula SAE 向年輕的工程師們提供了一個參與有意義的綜合項目的機會。由參與的學(xué)生負(fù)責(zé)管理整個項目，包括時間節(jié)點的安排，做預(yù)算以及成本控制、設(shè)計、采購設(shè)備、材料、部件以及制造和測試。
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。比賽由三個評判標(biāo)準(zhǔn)組成，即一天的靜態(tài)比賽——設(shè)計、成本、陳述——接著一天是各自的性能競賽2項目。Mini Baja 比賽重點強調(diào)了底盤的設(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。在過去的20 多年里，SAE Mini Baja 的成功超乎了每個人的預(yù)期。
在SAE Mini Baja 的成功獲得各界認(rèn)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(xué)生競賽，這就是Formula SAE。Formula SAE 相比SAE Mini Baja 有著許多進(jìn)步和發(fā)展，引擎的限制也已經(jīng)大大放寬，允許參賽車隊使用610cc 以下的發(fā)動機，這極大地提升了賽車的性能表現(xiàn)。
在發(fā)達(dá)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(dá)到了專業(yè)水平，最高時速可達(dá)到甚至超過200km/h，0 到100km/h 加速時間一般都在4.5s 以內(nèi)。
從原先在SAE Mini Baja 比賽中的8hp 發(fā)動機到現(xiàn)今Formula SAE 中已經(jīng)超過100hp 的大功率發(fā)動機，F(xiàn)ormula SAE 在多方面都取得了驚人的成績，并且該項比賽一直保持了發(fā)展的態(tài)勢。
§1.2 FSAE 賽車現(xiàn)狀
§1.2.1 賽車現(xiàn)狀
從2010年開始，大學(xué)生SAE方程式賽車比賽在美國、英國、澳洲、日本、意大利、德國、巴西、敘利亞等國家，不但深受汽車行業(yè)者矚目，而且廣受工程學(xué)生的歡迎。在美國每年吸引將近140支來自世界各地的隊伍參加比賽；日本2006年前才開始舉辦，馬上風(fēng)靡了50余所大學(xué)參與；在歐洲也有70隊以上的學(xué)校每年相互競技。全世界已有數(shù)百隊大學(xué)生車隊，每年打造一輛新車互較高下。
§1.2.2 我校賽車現(xiàn)狀
2010年，第一屆中國大學(xué)生方程式汽車大賽（Formula SAE China簡稱FSC）與上海舉辦。此次大賽是中國汽車工程學(xué)會及其合作會員單位，在學(xué)習(xí)和總結(jié)美、日、德等國家相關(guān)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，結(jié)合中國國情，精心打造的一項全新賽事。
我校與湖南大學(xué)、同濟大學(xué)、吉林大學(xué)、清華大學(xué)等20所高校作為中國第一屆參賽院校于上海國際賽車場經(jīng)行了4天激烈的比賽，開創(chuàng)中國FSAE的紀(jì)元。
我校河洛風(fēng)賽車隊在學(xué)校、學(xué)院的大力支持、指導(dǎo)老師不辭勞苦的指導(dǎo)以及河洛風(fēng)隊員的努力下，歷時6個月，最終打造出河南省第一輛大學(xué)生方程式賽車。在第一屆大學(xué)生方程式汽車大賽中，河洛風(fēng)16號賽車憑借絢麗的車身外觀以及優(yōu)異的綜合性能取得綠色環(huán)保大獎、最佳外觀設(shè)計獎、最佳安全性大獎、最佳賽場表現(xiàn)獎、年度綜合獎、最佳車隊網(wǎng)站獎、最佳車隊新聞宣傳獎等七項大獎。
第二章 純電動汽車
§2.1 純電動汽車的發(fā)展
純電動汽車(Blade Electric Vehicles ,簡稱BEV)，它是完全由可充電電池（如鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池或鋰離子電池）提供動力源的汽車。
圖2-1 純電動汽車
§2.1.1 電動汽車電池發(fā)展
電池是電動汽車發(fā)展的首要關(guān)鍵，汽車動力電池難在 “低成本要求”、“高容量要求”及“高安全要求”等三個要求上。要想在較大范圍內(nèi)應(yīng)用電動汽車，要依靠先進(jìn)的蓄電池經(jīng)過10多年的篩選，現(xiàn)在普遍看好的氫鎳電池，鐵電池，鋰離子和鋰聚合物電池。氫鎳電池單位重量儲存能量比鉛酸電池多一倍，其它性能也都優(yōu)于鉛酸電池。但目前價格為鉛酸電池的4-5倍，正在大力攻關(guān)讓它降下來。鐵電池采用的是資源豐富、價格低廉的鐵元素材料，成本得到大幅度降低，也有廠家采用。鋰是最輕、化學(xué)特性十分活潑的金屬，鋰離子電池單位重量儲能為鉛酸電池的3倍，鋰聚合物電池為4倍，而且鋰資源較豐富，價格也不很貴，是很有希望的電池。我國在鎳氫電池和鋰離子電池的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)方面均取得了快速的發(fā)展。電動汽車其他有關(guān)的技術(shù)，近年都有巨大的進(jìn)步，如：交流感應(yīng)電機及其控制，稀土永磁無刷電機及其控制，電池和整車能量管理系統(tǒng)，智能及快速充電技術(shù)，低阻力輪胎，輕量和低風(fēng)阻車身，制動能量回收等等，這些技術(shù)的進(jìn)步使電動汽車日見完善和走向?qū)嵱没?。我國大城市的大氣污染已不能忽視，汽車排放是主要污染源之一，我國已?6個城市被列入全球大氣污染最嚴(yán)重的20個城市之中。我國現(xiàn)今人均汽車是每1000人平均10輛汽車，但石油資源不足，每年已進(jìn)口幾千萬噸石油，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，假如中國人均汽車持有量達(dá)到現(xiàn)在全球水平——每1000人有110輛汽車，我國汽車持有量將成10倍地增加，石油進(jìn)口就成為大問題。因此在我國研究發(fā)展電動汽車不是一個臨時的短期措施，而是意義重大的、長遠(yuǎn)的戰(zhàn)略考慮。
§2.1.2 電動汽車行業(yè)發(fā)展
美國在今年第二季度在全世界范圍內(nèi)銷售了7931臺電動車，這一數(shù)字領(lǐng)先于其他所有市場，銷量同比上漲28%。其他市場的數(shù)字分別是日本4240臺，法國2056，德國1284。而在中國，今年的第一季度僅有235臺電動汽車售出，比上一季度的343臺下降了31%。
日本將會是這個產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)頭羊，到2017年，日本將生產(chǎn)77.9萬輛電動車，占其汽車生產(chǎn)總量的9.7%。德國和美國也有可能將電動汽車的產(chǎn)量推升至21.83萬輛和36.23萬輛，分別占汽車市場總產(chǎn)量的3.55%和3%。在此期間，中國的產(chǎn)量可能會達(dá)到273150輛，僅為汽車總產(chǎn)量的1%。
隨著電動汽車行業(yè)競爭的不斷加劇，大型電動汽車企業(yè)間并購整合與資本運作日趨頻繁，國內(nèi)優(yōu)秀的電動汽車企業(yè)愈來愈重視對行業(yè)市場的研究，特別是對企業(yè)發(fā)展環(huán)境和客戶需求趨勢變化的深入研究。正因為如此，一大批國內(nèi)優(yōu)秀的電動汽車品牌迅速崛起，逐漸成為電動汽車行業(yè)中的翹楚！
§2.1.3 中國汽車駛?cè)搿盁o油”時代
新能源汽車的發(fā)展方向有多種，但其中之一的氫燃料電池技術(shù)不成熟，成本昂貴，是20年之后的技術(shù)。2007年1月，汽車和動力電池專家Menahem Anderman博士在美國參議院能源與資源委員會作證時下此結(jié)論。中國也沒有氫燃料電池反應(yīng)所必需的鉑金屬。雖然沒有公開申明，但據(jù)傳國家內(nèi)部決策層曾明確表示中國不適宜發(fā)展氫燃料電池汽車，只作為科研跟蹤
從技術(shù)發(fā)展成熟程度和中國國情來看，純電動汽車應(yīng)是大力推廣的發(fā)展方向，而混合動力作為大面積充電網(wǎng)絡(luò)還沒建立起來之前的過渡技術(shù)。今年中外車廠都先后推出了混和動力和純電動汽車。比亞迪汽車公司先后展示了F6DM和F3DM雙模電動車和F3e純電動車。長安與加拿大綠色電池生產(chǎn)商Electrovaya 合作，共同拓展加拿大新能源汽車市場，首推奔奔純電動版。美國通用汽車公司推出了以電動為主的Chevy Volt混合動力車，Mini Cooper推出了其純電動版。2011年江淮同悅推出了純電動版新車。
但混合動力車動力系統(tǒng)復(fù)雜，成本昂貴。比亞迪F3DM有兩套動力系統(tǒng)，其公布的動力系統(tǒng)成本增加了5萬元，相當(dāng)于每年要節(jié)省8千元的油費才能比傳統(tǒng)汽油車經(jīng)濟。不過混合動力車省油有限，豐田Prius省油大致10%-20%，奇瑞汽車公司A5-ISG在北京奧運試運期間公布的省油參數(shù)為10%?？梢运阋还P帳，假設(shè)家庭年行駛2萬公里，汽油車百公里油耗7.5升，年油費9450元，混合動力車省油20%節(jié)省了1890元，無法抵消其車價成本的增加。
混合動力的優(yōu)勢是保留了傳統(tǒng)汽油汽車的使用生活方式，根據(jù)汽油機和電動機混合程度，充電次數(shù)和傳統(tǒng)汽油汽車加油次數(shù)相當(dāng)，或者不用充電。行駛距離也不受限制。
純電動車省去了油箱、發(fā)動機、變速器、冷卻系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)，相比傳統(tǒng)汽車的內(nèi)燃汽油發(fā)動機動力系統(tǒng)，電動機和控制器的成本更低，且純電動車能量轉(zhuǎn)換效率更高。因電動車的能量來源——電，來自大型發(fā)電機組，其效率是小型汽油發(fā)動機甚至混合動力發(fā)動機所無法比擬的。純電動汽車因此使用成本在下降。按比亞迪F3e純電動車公布的數(shù)據(jù)，百公里行駛耗電12度，依照0.5元的電價算，百公里使用成本才6元。而其原形車F3汽油車百公里耗油7.6升，按目前6.2元的油價，成本是46.5元。相比之下，電動車的使用成本才是傳統(tǒng)汽油汽車的八分之一。
純電動車的缺點是它改變了傳統(tǒng)汽車的使用生活方式，需要每天充電。傳統(tǒng)的汽車使用習(xí)慣是大致一到兩周加一次油。而且每次出行也有幾百公里的距離限制，雖然一個家庭遠(yuǎn)距離出行可能一年就這么幾次。
§2.2 電動汽車優(yōu)點
1、無污染、噪聲小
電動汽車無內(nèi)燃機汽車工作時產(chǎn)生的廢氣，不產(chǎn)生排氣污染，對環(huán)境保護(hù)和空氣的潔凈是十分有益的，幾乎是“零污染”。眾所周知，內(nèi)燃機汽車廢氣中的CO、HC及NOX、微粒、臭氣等污染物形成酸雨酸霧及光化學(xué)煙霧。電動汽車無內(nèi)燃機產(chǎn)生的噪聲，電動機的噪聲也較內(nèi)燃機小。噪聲對人的聽覺、神經(jīng)、心血管、消化、內(nèi)分泌、免疫系統(tǒng)也是有危害的。
2、結(jié)構(gòu)簡單，維修方便
電動汽車較內(nèi)燃機汽車結(jié)構(gòu)簡單，運轉(zhuǎn)、傳動部件少，維修保養(yǎng)工作量小。當(dāng)采用交流感應(yīng)電動機時，電機無需保養(yǎng)維護(hù)，更重要的是電動汽車易操縱
3、能量轉(zhuǎn)換效率高
同時可回收制動、下坡時的能量，提高能量的利用效率；電動汽車的研究表明，其能源效率已超過汽油機汽車。特別是在城市運行，汽車走走停停，行駛速度不高，電動汽車更加適宜。電動汽車停止時不消耗電量，在制動過程中，電動機可自動轉(zhuǎn)化為發(fā)電機，實現(xiàn)制動減速時能量的再利用。有些研究表明，同樣的原油經(jīng)過粗煉，送至電廠發(fā)電，經(jīng)充入電池，再由電池驅(qū)動汽車，其能量利用效率比經(jīng)過精煉變?yōu)槠?，再?jīng)汽油機驅(qū)動汽車高，因此有利于節(jié)約能源和減少二氧化碳的排量。
4、平抑電網(wǎng)的峰谷差
可在夜間利用電網(wǎng)的廉價“谷電”進(jìn)行充電，起到平抑電網(wǎng)的峰谷差的作用。電動汽車的應(yīng)用可有效地減少對石油資源的依賴，可將有限的石油用于更重要的方面。向蓄電池充電的電力可以由煤炭、天然氣、水力、核能、太陽能、風(fēng)力、潮汐等能源轉(zhuǎn)化。除此之外，如果夜間向蓄電池充電，還可以避開用電高峰，有利于電網(wǎng)均衡負(fù)荷，減少費用。
§2.3 發(fā)展現(xiàn)狀
§ 2.3.1 發(fā)達(dá)國家現(xiàn)狀
國外著名汽車公司都十分重視研究開發(fā)電動汽車，世界發(fā)達(dá)國家不惜投入巨資進(jìn)行研究開發(fā)，并制定了一些相關(guān)的政策、法規(guī)來推動電動汽車的發(fā)展。
美國目前正在大力研制和推廣使用燃料電池電動汽車和純電動汽車，政府能源部與通用、福特和戴-克三大汽車制造商聯(lián)合開發(fā)燃料電池電動汽車?，F(xiàn)在，美國已有7個州加入了零排放計劃，到規(guī)定年限后這些地區(qū)銷售的汽車必須為零排放，即只能為純電動汽車和燃料電池電動汽車。
以美國藍(lán)鳥客車公司、英國的FRZAERNASH公司、日本豐田、日本本田為代表的電動客車和轎車已經(jīng)上市，英國已有數(shù)萬輛電動汽車在使用;
法國是世界上推廣應(yīng)用純電動汽車最成功的國家之一，成立了電動汽車推廣應(yīng)用國家部際協(xié)調(diào)委員會，巴黎和拉羅舍爾已經(jīng)建立了比較完善的純電動汽車充電站網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施，制定了優(yōu)惠的支持和激勵使用電動汽車的政策，且已經(jīng)初步形成了純電動汽車運行體系。
在近年的國際性大型運動會上，電動汽車也成為各國展示其科技實力和環(huán)保意識的工具之一。亞特蘭大奧運會使用了美國藍(lán)鳥客車公司生產(chǎn)的純電動客車作為公務(wù)和電視轉(zhuǎn)播車,悉尼奧運會購買了英國FRAZER- NASH 公司的近400 輛電動客車作為運動員接送車輛。混合動力電動汽車領(lǐng)域,
日本豐田公司開發(fā)的Prius 和本田公司開發(fā)的Insight2 種混合動力電動汽車已開始批量投放市場。豐田公司的Prius 銷售已在2006 年累計突破150 萬輛, 并于2005 年底在我國長春一汽進(jìn)行了組裝生產(chǎn)和銷售。日產(chǎn)公司也于2003 年推出Tino混合動力汽車, 在日本國內(nèi)市場上銷售了100 多輛。
歐洲各大汽車廠商爭先恐后地推出了本公司研制的混合動力電動汽車, 甚至德國的博世(BOSCH) 等著名的零部件公司也積極與大汽車公司聯(lián)手開發(fā)混合動力電動汽車技術(shù)。美國已有近20 個城市試驗使用混合動力電動公交車,瑞典、法國、德國、意大利、比利時等國計劃在9 個歐洲城市開通混合動力電動公共汽車線路。燃料電池電動汽車斬露頭角, 國外企業(yè)界紛紛組成強大的跨國聯(lián)盟, 以期達(dá)到優(yōu)勢互補的目的。如日本豐田與美國通用公司, 日本東芝公司與美國國際燃料電池公司, 德國BMW公司與西門子公司,雷諾汽車公司與意大利De Nora 公司分別組成聯(lián)盟開發(fā)燃料電池電動汽車; 本也已投資數(shù)億美元開發(fā)燃料電池電動汽車。其中, 以加拿大的巴拉德、美國的福特、德國的戴姆勒- 克萊斯勒聯(lián)(XCELLSIS)最具代表性, 該聯(lián)盟投資10億加元開發(fā)生產(chǎn)電動汽車用燃料電池動力系統(tǒng)。在燃料電池電動汽車的研發(fā)熱潮中, 幾乎所有的國外大型企業(yè)集團全部介入, 投入的總額超過百億美元。但是, 由于燃料電池的成本和壽命問題, 使得這一項目目前進(jìn)展緩慢。在燃料電池電動汽車的示范運行方面, 世界各國也都不約而同地把注意力集中在大客車上, 如歐盟的CUTE 示范項目、UNDP/GEF 燃料電池商業(yè)化示范項目、美國加州的CAHFC示范項目和日本的JHFC計劃等。與此同時, 部分國家政府為促進(jìn)電動汽車的發(fā)展, 通過財稅手段調(diào)整汽車發(fā)展結(jié)構(gòu)。像美、日等國政府對于電動車產(chǎn)品給予10%的鼓勵性補貼, 荷蘭政府的補貼更是高達(dá)30%。并對傳統(tǒng)汽車開征燃料稅, 如歐洲部分國家燃料稅高達(dá)200~300%,最低的美國也有34%。
§ 2.3.2 中國電動汽車現(xiàn)狀
中國電動汽車雖然沒有歐美等國家起步早, 但國家從維護(hù)能源安全, 改善大氣環(huán)境, 提高汽車工業(yè)競爭力, 實現(xiàn)我國汽車工業(yè)的跨越式發(fā)展的戰(zhàn)略高度考慮, 從“八五”開始到現(xiàn)在, 電動汽車研究一直是國家計劃項目, 并在2001 年設(shè)立了“電動汽車重大科技專項”。通過組織企業(yè)、高等院校和科研機構(gòu)，集中各方面力量進(jìn)行聯(lián)合攻關(guān)，現(xiàn)正處于研發(fā)勢頭強勁階段, 部分技術(shù)已經(jīng)趕上甚至超過世界先進(jìn)水平?！半妱悠囍卮罂萍紝ｍ棥睂嵤┮詠? 已成功開發(fā)出燃料電池汽車樣車，累計運行數(shù)千公里；混合動力客車已在武漢等地公交線路上試驗運行超過百萬公里；純電動汽車已通過國家有關(guān)認(rèn)證試驗。
§2.4 電動車的未來發(fā)展方向
自上世紀(jì)爆發(fā)石油危機后，不少跨國汽車公司都開始研制電動汽車。其中不乏福特，豐田等知名大型汽車廠?？梢灶A(yù)見到電動汽車的發(fā)展將會是本實際汽車工業(yè)的重點和主流。電動汽車具有無排放污染、噪聲低、易于操縱、維修及運行成本低等優(yōu)點，在環(huán)保和節(jié)能上具有不可比擬的優(yōu)勢，它是解決人類巨大能源和環(huán)境壓力的最有效途徑。上文已經(jīng)提到電動車問世以來，主要有三種形式，即純電動車、混合動力汽車和燃料電池電動車。下面就詳細(xì)的來說說這幾種形式的電動車。
純電池電動車是完全由二次電池（如鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池或鋰離子電池）提供動力的汽車。純電池技術(shù)發(fā)展已經(jīng)相當(dāng)成熟，國外汽車發(fā)達(dá)國家和我國都進(jìn)行了小批量生產(chǎn)。近日，北京公交線上推出的兩輛以鉛酸蓄電池和鋰離子電池為動力的電動車已投入商業(yè)運行，表現(xiàn)出了較好的經(jīng)濟性和環(huán)保性。純電池電動車具有無污染，零排放等優(yōu)點，但其缺點也十分突出，能量低，質(zhì)量大，充電時間長，成本高，折舊快，還容易對環(huán)境造成二次污染，其應(yīng)用范圍有限。
混合動力汽車采用內(nèi)燃機和電動機兩種動力，克服了純電池電動車行駛里程短、充電時間長等致命弱點，雖然混合動力車不能實現(xiàn)零排放，但其兼俱環(huán)保與節(jié)能，同時又能實現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)，因此，具有非常好的發(fā)展前景。近年來，世界
各大汽車公司紛紛推出這種車型日本已經(jīng)走在了世界前列，如豐田汽車公司推出的PRIUS汽車，本田推出的 INSIGHT汽車均早已上市。PRIUS汽車尾氣排放水平僅相當(dāng)于日本現(xiàn)行法規(guī)的1/10，耗油量和二氧化碳排放量相當(dāng)于普通汽車的1/2，最高時速達(dá) 140公里。我國的混合動力汽車研究也進(jìn)入了實質(zhì)性階段。1999年，清華與廈門金龍展出了聯(lián)合研制的混合力客車，今年4月，一汽展出了剛生產(chǎn)的混合動力紅旗轎車。專家指出，燃料電池汽車是未來汽車的發(fā)展方向。日本媒體認(rèn)為燃料電池技術(shù)，將成為21世紀(jì)汽車工業(yè)的核心技術(shù)，誰掌握了這種技術(shù)開發(fā)主導(dǎo)權(quán)，誰將成為汽車業(yè)的領(lǐng)袖。燃料電池，這是一種能與燃油發(fā)動機相比的電池，可以使用包括再生燃料在內(nèi)的所有含氫元素的燃料。燃料電池車的工作原理是，作為燃料的氫在汽車搭載的燃料電池中，與大氣中的氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而產(chǎn)生電能啟動電動機進(jìn)而驅(qū)動汽車。由于大量的純氫難以貯存在汽車上，而且加氫站也沒有那么多，因此，汽車制造商們正試圖使用汽油或甲醇，不過要在汽車上安裝燃料重整裝置，從這些物質(zhì)里提出氫。但是這將會產(chǎn)生極少的二氧化碳和氮氧化物，總的來說，這類化學(xué)反應(yīng)除了電能，就只產(chǎn)生水，因此，燃料電池車被稱為“地道的環(huán)保車”。曾研發(fā)出“氫動一號”（液氫燃料電池概念車）的美國通用汽車公司，最近推出了汽油燃料重整技術(shù)燃料電池，新研制的CENIII型車載燃料重整器比起前期產(chǎn)品體積、重量大大減少，預(yù)計其能量利用，污染物排放幾乎為率可達(dá).40%，而且可以充分利用現(xiàn)有的加油站等設(shè)施，它為燃料電池車批量生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。我國第一輛具有自主知識產(chǎn)權(quán)的燃料電動公共汽車也已在東風(fēng)汽車工程研究院問世，它的研制成功，縮短了中國汽車工業(yè)在這一領(lǐng)域與國外同行的差距。據(jù)有關(guān)專家分析，我國的汽車工業(yè)幾乎沒有結(jié)構(gòu)調(diào)整的沉重包袱，完全可以充分利用后發(fā)優(yōu)勢，以電動車為新契機，集中力量解決以電池為中心的關(guān)鍵技術(shù)問題，在21世紀(jì)憑借國內(nèi)仍較低的勞動力成本，在國際汽車市場上以電動汽車與工業(yè)發(fā)達(dá)國家展開競爭。
在上世紀(jì)我國已經(jīng)錯失了汽車工業(yè)的黃金發(fā)展期。在即將到來的新能源汽車，不管是電動還是其他能動的汽車上這一塊，我們都應(yīng)該加倍努力的去把握住。
在今天我也將要畢業(yè)，希望能用自己的微薄力量，幫住我國占領(lǐng)新能源汽車業(yè)的高地。
§2.5 大學(xué)生方程式純電動賽車發(fā)展?fàn)顩r
由于全球可利用的資源逐漸減少、環(huán)境惡化的形式越來越嚴(yán)峻，人類需要一個更安全、低碳的能源體系及環(huán)境。隨著化石能源的枯竭但是人們獲取電能的方法是多樣的，因此純電動汽車將取代燃油車和混合動力汽車，將會成為下一時代的主流。通過純電動方程式賽車的設(shè)計，培養(yǎng)了學(xué)生工程實踐能力并為將來汽車產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)了更多的優(yōu)秀人才。
據(jù)美國媒體報道，現(xiàn)今社會人們對環(huán)保的意識逐漸增強，人們想要開創(chuàng)一個全部采用電動車就如同F(xiàn)1一樣的賽車系列，已經(jīng)得到實現(xiàn)。最近，F(xiàn)E現(xiàn)已通過了FIA汽車聯(lián)盟的授權(quán)。
該賽車系列將于2014年正式開始，它是國際投資者所組成的財團——FE控股有限責(zé)任公司所投資建立的。這些車可以在短短3秒內(nèi)將速度由0提升至100公里 /小時(0—62英里/小時)。今后還將會有更高速度的提升。
2014賽車的原型已經(jīng)在法國建造完成，它是由一家叫Formulel的公司負(fù)責(zé)打造的。它配備有一個雙速變速箱，盡管它是一個超輕重量的單座賽車，但是該車電池組的重量使得整個車的重量達(dá)到了780公斤左右。目前，該車最大的缺點就是電池只能持續(xù)供電25分鐘，所以所有的賽車手不得不用最少兩輛車來完成比賽。
2011年8月13日，國家體育總局、北京市政府在奧林匹克公園中心區(qū)舉辦第二屆北京奧運城市體育文化節(jié)之“綠色交通、城市未來—綠色交通嘉年華”活動。北京理工大學(xué)方程式賽車工作室研制的純電動方程式賽車在現(xiàn)場作靜態(tài)展示，因簡單的結(jié)構(gòu)、緊湊的布置、靚麗的外表以及優(yōu)越的性能參數(shù)，獲得了組委會領(lǐng)導(dǎo)、記者以及國內(nèi)外參觀者的一致好評，（目前全國大學(xué)生方程式汽車大賽中并未有純電動等新能源車輛的參賽組別及規(guī)則）。北理工寶馬純電動方程式車隊是方程式賽車工作室下轄的一支新建車隊，從方程式賽車工作室中選拔一部分本科生和研究生組成，在設(shè)計和制作過程中，同學(xué)們致力于將電動車的節(jié)能環(huán)保和方程式賽車的速度、操控相結(jié)合。此次綠色交通嘉年華展中呈現(xiàn)的正是這種新理念新技術(shù)的純電動方程式賽車。據(jù)悉，此輛賽車采用了峰值功率45kw、峰值扭矩144Nm、最高轉(zhuǎn)速9000 r/min的永磁同步電機，電池則選擇了高功率磷酸鐵鋰動力電池。
第三章 純電動賽車總體設(shè)計
§3.1 純電動賽車總體設(shè)計概述
在賽車總體設(shè)計這一領(lǐng)域，國外已經(jīng)十分成熟，但國內(nèi)還尚不完善。，在這一領(lǐng)域前人為我們總結(jié)了許多寶貴的經(jīng)驗，主要是提出了一些改善汽車車身空氣動力性能的措施：a.車身頭部棱角圓角減少空氣阻力 b.改善車身后部形狀減小氣動升力和空氣阻力 c. 擾流板等。而在車身內(nèi)布置方面，近來逐漸發(fā)展起來的人機工程學(xué)為汽車車身內(nèi)布置提供了最好的設(shè)計工具。
在國外，人體工程學(xué)在汽車設(shè)計中的應(yīng)用已有多項成果，該學(xué)科早已起步故有豐富的人體數(shù)據(jù)和車身設(shè)計的經(jīng)驗，而在國內(nèi)由于該學(xué)科起步較晚以及沒有合適的人體數(shù)據(jù)而且缺乏經(jīng)驗，故尚未形成清晰的人體工程學(xué)設(shè)計方法。 本次設(shè)計人機工程學(xué)主要借鑒了美國的人體標(biāo)準(zhǔn)。
本次方程式賽車總布置設(shè)計的預(yù)期目標(biāo)是希望在根據(jù)湖大和國外基本車型數(shù)據(jù)參數(shù)以及參考前人賽車車身總布置設(shè)計經(jīng)驗和積累的有用數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計出令人滿意的合格的賽車。
§3.1.1 總體設(shè)計要求
1、賽道上行駛，外形尺寸應(yīng)予以限制；
2、排放要滿足環(huán)保要求——排放法規(guī)；
3、使用環(huán)境復(fù)雜，應(yīng)滿足安全性要求－強制性安全法規(guī)；
4、汽車各性能應(yīng)滿足開發(fā)所確定的指標(biāo)；
5、知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)；
6、“三化”要求：系列化，通用化，標(biāo)準(zhǔn)化;
7、避免部件發(fā)生運動干涉；
8、質(zhì)量可靠，拆裝維修方便
9、滿足組委會的技術(shù)規(guī)范
§3.1.2 總體設(shè)計目標(biāo)
1、設(shè)計一輛達(dá)到一定性能并符合Formula SAE 競賽相關(guān)規(guī)定的方程式賽車。
主要的性能目標(biāo)為 0～75m 直道加速時間小于6s，同時在彎中的持續(xù)側(cè)向加速度超過1g。
2、立足國內(nèi)的采購條件以及目前項目可以達(dá)到的加工條件，通過購買可以通用的部件、改裝符合條件的通用部件以及制造所有其他部件，完成賽車的制造、裝配和調(diào)試。
在這個過程中必須兼顧成本、性能和可靠性三個方面。
3、通過試驗驗證賽車是否達(dá)到設(shè)計要求。
主要的測試項目包括直道加速以及側(cè)向加速度 Skid-Pad 測試。
總體設(shè)計目的是制造一輛安全可靠、各方面性能均衡、有良好駕駛特性、調(diào)整方便并且足夠快的賽車。
可靠性可以確保測試階段的順利進(jìn)行，同時可以保證完成在競賽中的所有比賽項目?？烧{(diào)整的特性可以讓賽車適應(yīng)不同的駕駛環(huán)境和不同的駕駛員。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。賽車要讓車手在任何行駛狀態(tài)下都能有清晰的路感，這可以使駕駛變得容易和高效。
§3.1.3 整車結(jié)構(gòu)
整車布局為方程式賽車典型的開放式中置后驅(qū)布局。
其基本結(jié)構(gòu)主要包含以下系統(tǒng)：
1、車架及車身
主要包括車輛的承載部分、防滾架和外殼以及蒙皮。主要部件包括：各種踏板、變速桿（換檔桿）及相關(guān)連接線、桁架、車身材料、車身附件、底板、定風(fēng)翼、各種安裝基座、連接緊固件等。
2、動力總成和傳動系統(tǒng)
主要部件包括：發(fā)動機、離合器、變速箱、進(jìn)/排氣歧管、消音器、空氣濾清器、渦輪/機械泵增壓器、化油器/節(jié)氣門體、發(fā)動機座、機油濾清器、火花塞、燃油噴射系統(tǒng)、燃油箱、燃油泵、燃油濾清器、燃油管路、散熱器、冷卻液管路、散熱器風(fēng)扇、軟管夾、機油冷卻器、傳動鏈/帶、點火線圈/高壓錢、驅(qū)動軸、差速器基座、鏈輪/皮帶輪、差速器軸承、差速器、萬向節(jié)、保護(hù)罩、連接緊固件等。
3、懸架系統(tǒng)
主要部件包括：減震器、彈簧、懸架機械系統(tǒng)、拉/挺桿、桿端球頭、前/后A 臂或同等結(jié)構(gòu)、前/后支柱、直角杠桿/換向機構(gòu)、連接緊固件等。
4、制動系統(tǒng)
主要部件包括：制動管線、制動塊、卡鉗、液壓缸/泵、制動盤、平衡桿、比例閥、連接緊固件等。
5、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)
主要部件包括：轉(zhuǎn)向齒條/齒輪、轉(zhuǎn)向節(jié)、主銷、方向盤、轉(zhuǎn)向橫拉桿、方向盤快速釋放機構(gòu)，連接緊固件等。
6、車輪
主要部件包括：輪輞、帶耳螺母、輪胎、氣門嘴、車輪平衡塊、輪轂軸承、前/后輪轂、車輪安裝螺栓、連接緊固件等。
7、儀表、配線和附件
主要部件包括：轉(zhuǎn)速表、ECM/發(fā)動機電子系統(tǒng)、車載計算機、束線/接口、機油壓力表、儀表板、熄火鎖止開關(guān)、保險絲、剎車燈、啟動機電磁開關(guān)、指示燈、蓄電池、繼電器、啟動開關(guān)、水溫表、連接緊固件等。
8、其他
主要部件包括：座椅、車載滅火系統(tǒng)、安全帶、車架/車身涂裝、防火隔板、后視鏡、安全護(hù)罩、頭枕/約束保護(hù)等。
§3.1.4 總體設(shè)計進(jìn)度概述
1、 熟悉發(fā)動機及汽車其他配件，像轉(zhuǎn)向器、懸架總成、差速器總成等；
2、 參考湖大、同濟和國外資料，初定總體參數(shù)；
3、 設(shè)計并布置懸架，符合跳動要求
4、 設(shè)計車架，然后裝配各零部件（以車架為裝配父體）
5、 設(shè)計并布置后軸傳動，確定傳動方式
6、 設(shè)計并布置座椅和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)
7、 重新確定軸距和輪距
8、 布置制動系統(tǒng)和電器系統(tǒng)
9、 最后設(shè)計并安裝車身
§3.1.5 課題的意義
曾經(jīng)有人說過決定21世紀(jì)發(fā)展的是能源,上世紀(jì)70年代全球三次石油危機爆發(fā)后，各跨國汽車公司先后開始研發(fā)各種類型的電動汽車。我國經(jīng)過“八五”、“九五”、“十五”三個五年計劃，在研發(fā)電動汽車的專項上投入了大量的人力、物力和財力，并取得了一系列科研成果，但是,迄今為止，這些科研成果真正能轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品，并實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的項目并不多。國外大汽車公司投入遠(yuǎn)比我國更多的資金和人力，已投入批量生產(chǎn)的電動汽車產(chǎn)品也寥寥無幾。隨著全球能源危機的不斷加深，石油資源的日趨枯竭以及大氣污染、全球氣溫上升的危害加劇，各國政府及汽車企業(yè)普遍認(rèn)識到節(jié)能和減排是未來汽車技術(shù)發(fā)展的主攻方向，發(fā)展電動汽車將是解決這二個技術(shù)難點的最佳途徑。從汽車工業(yè)的發(fā)展來看，電動汽車的迅速發(fā)展是不可逆的趨勢。因此，我國作為世界汽車生產(chǎn)大國應(yīng)該抓住這一機遇，加快電動汽車這一塊的發(fā)展。
就在前不久目前,我們的城市武漢剛獲批了國家綜合配套實驗區(qū)的頭銜.其中最大的意義就是要合理利用資源.尤其在環(huán)保方面.可以看出,環(huán)?，F(xiàn)在是世界上最熱門的話題.在汽車方面,發(fā)展電動汽車刻不容緩.在電動汽車的商業(yè)化運作上，無論從產(chǎn)品技術(shù)還是從市場開發(fā)方面。都還面臨許多亟待解決的問題，這就需要政府的大力支持。比如，加快制定相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，出臺對節(jié)能、 環(huán)保汽車的稅費減免和補貼措施，在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)上提供便利條件等電動汽車技術(shù)及產(chǎn)業(yè)的廣泛關(guān)聯(lián)性決定了電動汽車的開發(fā)是一個跨行業(yè)、跨部門、跨地區(qū)的產(chǎn)學(xué)研大聯(lián)合、技術(shù)大突破和產(chǎn)業(yè)大創(chuàng)新的系統(tǒng)工程。在世界電動汽車發(fā)展的關(guān)鍵時期，必須通過政府組織，充分發(fā)揮企業(yè)的主動作用，通過產(chǎn)、學(xué)、研大聯(lián)合，實施政府組織的國家汽車創(chuàng)新工程，實現(xiàn)新一代汽車和技術(shù)的新突破。
此次課題的目標(biāo)是由學(xué)生構(gòu)思、設(shè)計、制造一輛小型方程式賽車。通過該課題重點考察和培養(yǎng)參與學(xué)生的知識水平、創(chuàng)造力和想象力。在這樣一項具有非常意義的工程項目中，使我們獲得寶貴的實踐經(jīng)驗，同時提供給我們一個專注于團隊工作的機會，鍛煉合作、溝通技巧，培養(yǎng)團隊精神。
項目通過學(xué)生自主設(shè)計與創(chuàng)作，找出我們在設(shè)計過程中存在的問題及其原因，以及各個因素所占比重，對這些因素進(jìn)行優(yōu)化處理，從而得出提高的幾個關(guān)鍵點等問題進(jìn)行深入探討，逐步培養(yǎng)我們分析、設(shè)計以及動手能力的全面發(fā)展。
§3.2 賽車總體設(shè)計的一般順序
一、調(diào)查研究與初始決策
其任務(wù)是選定設(shè)計目標(biāo)，并制定產(chǎn)品設(shè)計工作方針及設(shè)計原則，調(diào)查研究的內(nèi)容應(yīng)包括：老產(chǎn)品在服役中的表現(xiàn)及用戶意見；當(dāng)前本行業(yè)與相關(guān)行業(yè)的技術(shù)發(fā)展，特別是競爭對手的新產(chǎn)品與新技術(shù)；材料、零部件、設(shè)備和工具等行業(yè)可能提供的條件；本企業(yè)在科研、開發(fā)及生產(chǎn)方面所取得的新成果等等，它們對新產(chǎn)品設(shè)計是很有價值的。
二、總體方案設(shè)計
其任務(wù)是根據(jù)領(lǐng)導(dǎo)決策所選定的目標(biāo)及對開發(fā)目標(biāo)制定的工作方針、設(shè)計原則等主導(dǎo)思想提出了賽車的設(shè)想，因此又稱為概念設(shè)計或構(gòu)思設(shè)計。為此要繪制不同的總體方案圖（比例為1；10 ）供選擇。在總體方案圖上進(jìn)行初步布置和分析，對主要總成僅僅只畫出大輪廓而突出各方案之間的主要差別，使方案對比簡明清晰。經(jīng)過方案論證選出其中最佳者。
三、繪制總布置草圖，確定整車主要尺寸、質(zhì)量參數(shù)與性能指標(biāo)以及各總成的基本型式。
在總置草圖上要較準(zhǔn)確地畫出各總成及部件的外形和尺寸并進(jìn)行仔細(xì)的布置，對軸載荷分配和質(zhì)心高度作計算與調(diào)整，以便較準(zhǔn)確地確定汽車的軸距、輪距、總長、總寬、總高、離地間隙或車身地板高度等，并使之符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)；進(jìn)行性能計算及參數(shù)匹配。
四、車身造型設(shè)計及繪制車身布置圖
繪制不同外形、不同方向、不同色彩的車身外形圖。制作相應(yīng)造型的1：10整車模型；從中選優(yōu)后再制作精確模型。經(jīng)征求意見、工藝分析評審及風(fēng)洞試驗后作進(jìn)一步修改，審定后用三坐標(biāo)測量儀測量車身模型坐標(biāo)點。
五、編寫設(shè)計任務(wù)書
作為對以后的設(shè)計、試驗及工藝準(zhǔn)備的指導(dǎo)和依據(jù)。其內(nèi)容常包括：任務(wù)來源、設(shè)計原則和設(shè)計依據(jù)；產(chǎn)品的用途及使用條件；汽車型號、承載容量、布置型式及主要技術(shù)指標(biāo)和參數(shù)，包括空車及滿載下的整車尺寸、軸荷及性能參數(shù)，有關(guān)的可靠性指標(biāo)及環(huán)保指標(biāo)等；各總成及部件的結(jié)構(gòu)型式和特性參數(shù)；標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化水平及變型方案；擬采用的新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)、新裝備、新材料和新工藝；維修、保養(yǎng)及其方便性的要求；續(xù)駛里程；生產(chǎn)規(guī)劃、設(shè)備條件及預(yù)期制造成本和技術(shù)經(jīng)濟預(yù)惻等。有時也加進(jìn)與國內(nèi)外同類型汽車技術(shù)性能的分析和對比等。有的還附有汽車總布置方案草圖及車身外形方案圖。
六、汽車的總布置設(shè)計
其主要任務(wù)是根據(jù)汽車的總體布置及整車性能提出對各總成及部件的布置要求和特性參數(shù)等設(shè)計要求，協(xié)調(diào)整車與總成間、相關(guān)總成問、總成與有關(guān)部件間的布置關(guān)系和參數(shù)匹配關(guān)系，使之組成一個在給定使用條件下的使用性能達(dá)到最優(yōu)并滿足設(shè)計任務(wù)書所要求的整車參數(shù)和性能指標(biāo)的汽車。其具體工作有:
1、繪制汽車總布置圖：它是在總布置草圖和各總成、部件設(shè)計的基礎(chǔ)上用1 : 1 或1: 2 的比例精確地繪出，用于精確控制各部尺寸和位置，為各總成和部件分配準(zhǔn)確的布置空間，因此又稱為尺寸控制圖。要特別注意汽車整體布置的合理性，車廂內(nèi)部布置應(yīng)具有視野性好、駕駛操作方便、座位舒適、安全，維修方便等特點。
2、根據(jù)總布置設(shè)計確定的整車參數(shù)和性能指標(biāo)提出對各總成和部件的設(shè)汁要求．包括結(jié)構(gòu)型式、特性參數(shù)、尺寸與質(zhì)量限制等。提供整車有關(guān)數(shù)據(jù)與計算載荷等。
3、繪制轉(zhuǎn)向車輪跳動等有關(guān)部分的運動圖；用于校核布置空間以避免發(fā)生運動千涉。
4、確定有關(guān)總成和部件支承的型式、結(jié)構(gòu)參數(shù)與特性等，特別是對發(fā)動機前后支承、駕駛室支承和排氣管支承的位置和剛度要精心選擇。
5、確定各總成的質(zhì)心位置，核算汽車空載和滿載時的軸荷分配及整車質(zhì)心高度。
6、制作模型進(jìn)行布置空間的校核：通常制作1 : l 的車身內(nèi)、外模型來檢查駕駛操作及上下車的方便性、視野范圍、乘坐空間及舒適性等。
7、汽車總成、部件及零件的選型與設(shè)計：其任務(wù)除了要保證總成和整車的性能指標(biāo)外，還要考慮零部件本身的強度、壽命與可靠性等問題口
8、設(shè)計圖紙的工藝審查及必要的修改。
9、繪制汽車總裝配圖：其目的是進(jìn)行圖面裝配校核，仔細(xì)檢查相連接總成及部件的連接關(guān)系、連接部分的尺寸與配合以及拆裝的方便性；核算與標(biāo)注汽車整車和有關(guān)總成與部件的安裝尺寸鏈，為汽車總裝作技術(shù)準(zhǔn)備和提供依據(jù)。
10、試制、試驗、修改與定型。設(shè)計完成后投入樣品試制時，應(yīng)考慮有一定數(shù)量的零部件和總成投人臺架試驗，至少有3 一4 輛樣車投人整車室內(nèi)試驗與道路試驗。注意了解制造和裝配中的工藝問題及質(zhì)量控制情況并及時把關(guān)，杜絕不合格的樣品裝車。要查明整車、總成及零部件的尺寸參數(shù)、質(zhì)量參數(shù)、性能參數(shù)是否符合設(shè)計要求及問題所在，以便修改圖紙或采取其他措施予以糾正。應(yīng)按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)進(jìn)行全面的試驗，以檢查新產(chǎn)品的各項性能指標(biāo)。
§3.3 賽車各系統(tǒng)設(shè)計
FSAE賽車區(qū)別于民用車，和專業(yè)的F1、F3等專業(yè)賽車也是有一定區(qū)別，它具有自己獨特的技術(shù)特點，故而吸引無數(shù)大學(xué)瘋狂的投入FSAE賽車的設(shè)計。由于我國FSAE賽車設(shè)計起步較晚，從2010年開始以第一屆中國大學(xué)生方程式汽車大賽為契機，國內(nèi)高校紛紛投入這項賽事。
賽車采用國內(nèi)外FSAE普遍應(yīng)用的發(fā)動機中置后驅(qū)的布置方式。
§3.3.1 懸架系統(tǒng)設(shè)計
懸架總成是汽車的一個重要組成部分，它的功用是把路面作用于車輪上的垂直反力、縱向反力和側(cè)向反力以及這些反力所造成的力矩傳遞到車架上，以保證汽車的正常行駛。
懸架系統(tǒng)的設(shè)計是根據(jù)大學(xué)生方程式汽車大賽的比賽規(guī)則及賽車設(shè)計具體參數(shù)要求，參考各種賽車懸架資料，分析各種懸架類型的優(yōu)缺點，并最終確定適合賽車運動的懸架形式---不等長雙橫臂式螺旋彈簧獨立懸架。
FSAE賽車懸架系統(tǒng)
賽車采用當(dāng)今廣泛應(yīng)用于方程式賽車的雙橫臂獨立懸架（double-wishbone）。獨立懸架有多種結(jié)構(gòu)形式，如雙橫臂式，燭式，麥弗遜式等?；诜匠淌劫愜嚨奶攸c選用雙橫臂式獨立懸架，不等長雙橫臂式獨立懸架的設(shè)計自由度大，懸架控制臂的長度可自行設(shè)定，有較小的非簧載質(zhì)量，可使賽車具有良好的轉(zhuǎn)彎性能、直線行駛性能。由于賽車采用較大的彈性剛度，雙橫臂懸架運動空間不足的特點也不會造成很大影響。綜合而論，這種裝置基本性能優(yōu)于其他形式的懸架裝置。
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(fēng)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。將彈簧與阻尼元件隱藏在車身中，利用推拉桿和搖臂盤的組合，達(dá)到外置式懸架同樣的效果。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(dá)到比賽需要。
§3.3.2 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計
賽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是關(guān)系到賽車性能的主要系統(tǒng)，它是用來保持或者改變賽車行駛方向的機構(gòu)，在賽車行駛時，保證各轉(zhuǎn)向輪之間有協(xié)調(diào)的轉(zhuǎn)角關(guān)系。
轉(zhuǎn)向系統(tǒng)方案的確定。
賽車的轉(zhuǎn)向機構(gòu)轉(zhuǎn)向梯形前置，轉(zhuǎn)向拉桿橫置，轉(zhuǎn)向機構(gòu)為齒輪齒條。
由于在轉(zhuǎn)向節(jié)臂、橫拉桿以及齒條機構(gòu)的連接必然存在微小的間隙，如果將轉(zhuǎn)向梯形后置將會帶來的結(jié)果是在車輛入彎時由于整個轉(zhuǎn)向系統(tǒng)將受到來自轉(zhuǎn)向輪的力，此作用力會壓縮連接部件之間的間隙，導(dǎo)致稍微增加轉(zhuǎn)向角度，造成微小的轉(zhuǎn)向過度感，不利于在彎中的操控性。同理，如果將整個轉(zhuǎn)向梯形前置，被壓縮的間隙造成的效果剛好和轉(zhuǎn)向梯形后置時相反，會導(dǎo)致轉(zhuǎn)向角度的稍微減少，造成微小的轉(zhuǎn)向不足。轉(zhuǎn)向不足對車手來說是一種穩(wěn)定的可控工況。所以樣車選擇了轉(zhuǎn)向梯形前置的布置方案。
齒輪齒條轉(zhuǎn)向機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量輕，成本低，工作可靠。非常符合Formula SAE 賽車的需要。
§3.3.3 制動系統(tǒng)設(shè)計
使行駛中的汽車減速甚至停車，使下坡行駛的汽車的速度保持穩(wěn)定，以及使已經(jīng)停駛的汽車保持不動，這些作用統(tǒng)稱為汽車制動。
汽車制動器幾乎均為機械摩擦式的，即利用旋轉(zhuǎn)元件與固定元件兩工作表面間的摩擦產(chǎn)生力矩使汽車減速或停車。摩擦式制動器按其旋轉(zhuǎn)元件的形狀分為鼓式和盤式兩大類。按摩擦副中的固定元件的結(jié)構(gòu)來分，盤式制動器分為鉗盤式和全盤式制動器兩大類。其中鉗盤式有以下三種：固定鉗式、滑動鉗式和擺動鉗式。
根據(jù)大學(xué)生方程式賽車賽事規(guī)則，賽車制動系統(tǒng)配備的制動系統(tǒng)必須有兩套獨立的液壓回路，以防系統(tǒng)泄露或失效時，至少在兩輪上還保持有有效地制動力。而盤式制動器的優(yōu)點就是易于構(gòu)成多回路制動驅(qū)動系統(tǒng)，使系統(tǒng)有較好的可靠性與安全性，以保證汽車在任何車速下各車輪都均勻一致的平穩(wěn)制動。結(jié)合賽事規(guī)則和賽車具體情況，賽車采用盤式制動器。
制動驅(qū)動機構(gòu)將來自駕駛員或其他力源的力傳給制動器，使之產(chǎn)生制動力矩。根據(jù)制動力源的不同，制動驅(qū)動機構(gòu)一般可分為簡單制動、動力制動和伺服制動三大類。而力的傳遞方式又有機械式，液壓式，氣壓式和氣壓-液壓式的區(qū)別。液壓式簡單制動系（通常簡稱為液壓制動系）用于行車制動裝置。液壓制動的優(yōu)點是：作用滯后時間短(0.1～0.3s)，工作壓力高(可達(dá)10～12MPa)，輪缸尺寸小，可布置在制動器內(nèi)部作為制動蹄張開機構(gòu)或制動塊壓緊機構(gòu)，使之結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、質(zhì)量小、造價低；機械效率高。故第二代賽車中采用液壓式的動力制動系統(tǒng)來作為制動驅(qū)動機構(gòu)的方案。
為了提高制動驅(qū)動機構(gòu)的工作可靠性，保證行車安全，驅(qū)動機構(gòu)采用了兩套獨立的系統(tǒng)，即應(yīng)是雙回路系統(tǒng)。
現(xiàn)代汽車制動主缸的形式有單腔和串聯(lián)雙腔制動主缸，根據(jù)大賽要求，每個液壓回路必須有其專屬的儲油罐，因此初步確定采用串聯(lián)雙腔形式的制動主缸，但考慮賽車的總體布局和空間問題，不排除采用并聯(lián)單腔制動主缸的可能。
制動主缸由灰鑄鐵制造，也可以采用低碳鋼冷擠成形；活塞可有灰鑄鐵、鋁合金或中碳鋼制造。
§3.3.4 車架設(shè)計
車架采用的是空間桁架式結(jié)構(gòu)，其作用是為賽車所有其他部件的連接基礎(chǔ)，同時通過前、中、后防滾架的設(shè)計對駕駛艙提供保護(hù)。
在設(shè)計時盡可能把懸架的連接點安排在框架結(jié)構(gòu)的節(jié)點附近以分散應(yīng)力提高連接強度。同時要使中防滾架和后防滾架之間的外包絡(luò)面完全覆蓋駕駛員的駕駛位置，并留有一定的空隙作為緩沖。還要在駕駛艙側(cè)面添加足夠的側(cè)面防撞保護(hù)。整個車架的設(shè)計還要為所有在內(nèi)部安裝的設(shè)備留下足夠的空間。在達(dá)到上述要求的同時，車架的設(shè)計還必須符合Formula SAE 比賽規(guī)則對于車架的相關(guān)規(guī)定和限制。
第四章 賽車主要參數(shù)的初步確定
§4.1 主要參數(shù)
§4.1.1 主要技術(shù)參數(shù)
經(jīng)過對第一、二代賽車分析及其在比賽中反饋的種種信息，初定賽車主要參數(shù)。具體參數(shù)如下
表4-1 賽車主要參數(shù)初選
外廓尺寸
長
寬
高
2360mm
1500mm
1200mm
輪距
前輪距B1
1300mm
后輪距B2
1280mm
最高車速
145km/h
整備質(zhì)量
280kg
軸距
1580mm
軸荷分配
45:55
離地間隙
50mm
§4.1.2 電動機的選擇
電機功率的選擇將對電動汽車的動力性和經(jīng)濟性有著重要的影響。對于純電動汽車用電機，在選擇電機的功率時還要考慮以下幾個因素:
1、最高車速
電機的功率必須能滿足電動汽車最高車速的功率要求，以保證汽車在良好路面和空載情況下，能獲得較高的行駛速度。
2、加速性能
電機的功率越大，則電動汽車的后備功率就越多，從而其加速性能越好。但過多的后備功率又會增加純電動汽車不必要的能量消耗。
3、轉(zhuǎn)矩
由于汽車的行駛工況較為復(fù)雜，需要電機具有一定的過載能力，即能承受較大的過載電流，能發(fā)出高于額定轉(zhuǎn)矩2倍以上的轉(zhuǎn)矩。
異步電機其特點是結(jié)構(gòu)簡單、易于冷卻、壽命長、堅固耐用、成本低廉、運行可靠，低轉(zhuǎn)矩脈動，低噪聲，不需要位置傳感器，轉(zhuǎn)速極限高并且異步電機矢量控制調(diào)速技術(shù)比較成熟，使得異步電機驅(qū)動系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)勢，因此被較早應(yīng)用于電動汽車的驅(qū)動系統(tǒng)，目前仍然是電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的主流產(chǎn)品。
要選擇合適的電機，首先要知道電動車所需要的功率。
電機的功率計算所需的公式如下：
...................................（4-1）
：機械效率（整車技術(shù)參數(shù)為0.87）
：汽車總重（N）
：良好路面上的汽車的行駛阻力系數(shù)（取0.015）
：最高車速（Km/h）
：空氣阻力系數(shù)（整車技術(shù)參數(shù)為0.55）
：汽車迎風(fēng)面積
迎風(fēng)面積A= （車高-輪胎半徑）×車寬
則A=（1.200-0.247）×1.500=1.43
帶入上述公式（3-1）計算得：
=20.48KW （4-2）
我所選用的是三相異步電機。
我所選擇的電機的一些參數(shù)如下：
額定功率?30kW
額定電壓380V
額定轉(zhuǎn)矩233Nm
最大轉(zhuǎn)矩?466Nm
額定轉(zhuǎn)速2940r/min
最高轉(zhuǎn)速?4500r/min
防護(hù)等級?IP54
冷卻方式?自然風(fēng)冷
重 量55kg
與傳統(tǒng)賽車相比，純電動最大的特點是采用電機驅(qū)動系統(tǒng)。故電機的選擇需要滿足純電動賽車的性能參數(shù)。電機一方面為純電動車在啟動和運行時提供能量，另一方面還在純電動車減速或者制動時回收制動能量，將能量送給儲能系統(tǒng)。
電機驅(qū)動車輛行駛，電機功率的大小與車輛在行駛過程中受到的各阻力息息相關(guān)，由前面所述，其關(guān)系公式如下：
+ （4-3）
根據(jù)汽車最高車速確定電機功率
采用最高車速確定電機功率時，要忽略加速阻力與坡度阻力的影響，此時電機的輸出功率為：
（4-4）
式中：Pemax……最大功率，kw
ηT………傳動系效率，對于單級減速器取0.85
g…………重力加速度，m/s2
f…………滾動阻力系數(shù)，取0.0165
CD…….空氣阻力系數(shù)，取0.7
A…………汽車的正面迎風(fēng)面積，本車A=1.5㎡
ma………汽車總質(zhì)量，280kg
Vamax……汽車最高車速，145km/h
帶入相關(guān)數(shù)據(jù)，可得：Pemax ==20.42kw
通過以上分析，初步選定電機的額定功率為30KW。
§4.1.3電動車電池面臨的主要問題
1、行駛里程有限
目前市場上使用的電動汽車一次充電后的續(xù)駛里程一般為100-300 km，并且這個數(shù)字通常還需要保持適當(dāng)?shù)男旭偹俣燃熬哂辛己玫碾姵卣{(diào)節(jié)系統(tǒng)才能得到保證，而絕大多數(shù)電動汽車在一般行駛環(huán)境下的續(xù)駛里程只有50~100 km。比起傳統(tǒng)燃油汽車而言電動汽車的較短續(xù)駛里程成為其致命的弱點.
2、蓄電池使用壽命問題
普通蓄電池充放電次數(shù)僅為300~400次，即使性能良好的蓄電池充放電次數(shù)也不過700~900次，按每年充放電200次計算，一個蓄電池的壽命最多為4年，與燃油汽車的壽命相比太短。另外，不同類型的電池在性能方面都有各自的優(yōu)勢和不足，例如，鉛酸電池成本低，原材料豐富且易于回收，但續(xù)駛里程短、加速動力差且壽命短。鎳鎘電池加速動力足、壽命較長．但其成本高、可回收性差。鈉硫電池的比能量較高，能夠提供較長的續(xù)駛里程。但它要求的工作環(huán)境較苛刻．且其沽性物質(zhì)具有強腐化性并易爆炸。就整體來看．成熟電池的壽命都相對較短。
3、蓄電池尺寸和質(zhì)量的制約
現(xiàn)有電動汽車所使用的電池都不能在儲存足夠能量的前提下保持合理的尺寸和質(zhì)量。如果電動汽車自身裝備質(zhì)量大．就會影響加速性能和最大車速的提高。例如，現(xiàn)有電動汽車電池的外體積一般要達(dá)到550 L．當(dāng)把這么大體積的電池用于家庭轎車上時，就必然要擠占轎車的行李廂空間。
4、電動汽車價格昂貴
主要是電池技術(shù)復(fù)雜，成本太高，另外也由于采用一系列新材料、新技術(shù)，致使電動汽車的造價居高不下。電動汽車蓄電池的價格約為100美元／kW·h，甚至有的高達(dá)350美元／kW·h，成本太高，用戶難以承受。
5、間接污染嚴(yán)重
電動汽車本身雖無排放污染，但其間接污染也是不容忽視的。如鉛酸電池中的鉛，從開采、冶煉到生產(chǎn)的排污，都會對環(huán)境造成污染。再如所用電能，相當(dāng)大一部分來自火力發(fā)電，煤炭燃料也會造成大氣污染。
§4.1.4電動車電池的選擇
在選擇了電機和電池的類型后，就要確定電機的額定電壓和電池的電壓。在電機功率一定的情況下，電壓越高，電流越低，線路功率損失就越小，電池以小電流放電時，可獲得較大的容量。但電壓過高，又影響電子元器件的性能和安全。
電池容量選擇
眾所周知，目前影響電動汽車商品化和實用化進(jìn)程的關(guān)鍵因素是電動汽車的續(xù)駛里程和電池的使用性能(包括電池的充電時間、安全性、價格和使用壽命等)。在選擇電池的容量時，既要滿足汽車的續(xù)駛里程的設(shè)計要求，又要考慮整車的空間結(jié)構(gòu)和底盤承載能力。因為選擇電池容量過大，電池組所貯存的電能越多，續(xù)駛里程相應(yīng)延長，但電池組的重量增加，整車的整備質(zhì)量增加，導(dǎo)致行駛阻力也增加，反過來又影響純電動汽車的續(xù)駛里程。
考慮到成本與我所設(shè)計的電動車的實際性能，我決定使用高功率磷酸鐵鋰動力電池作為該電動車的動力源。電池的電壓由電動機決定，容量由電動車的續(xù)行駛里程決定。因為電動機已經(jīng)暫時定了下來，于是電池的電壓也定了下來。那么下面就要根據(jù)電動車的續(xù)行駛里程來決定電池的容量。
根據(jù)設(shè)計要求和已知條件，我所要設(shè)計的電動車賽車最高車速為145km/h，電機功率為30KW.。
則電動車能夠續(xù)行駛的時間為：
t=S/Ua=6/145=0.041h
電動車電池的容量應(yīng)為:
R=P×t/U=30000×0.041/380=3Ah
從上面的計算可知，所選電池的容量至少為3Ah，我選擇的是6Ah的高功率磷酸鐵鋰動力電池組，該電池組單體電池的具體參數(shù)如下：
名稱GBS-LFMP100Ah
額定電壓：3.2V
額定容量：100Ah
外型尺寸（mm）：長寬高=1196
每個電池的電壓為3.2V，電機的額定電壓為380V，故需要120個這樣的電池來驅(qū)動電機。
§4.1.5 輪胎的選擇
1、輪胎的作用與影響
輪胎與車輪用來支撐汽賽車，承受賽車重力，在車軸與地面之間傳力，駕駛?cè)藛T經(jīng)操縱轉(zhuǎn)向輪可實現(xiàn)對汽車運動方向的控制。
輪胎與車輪對汽車的許多重要性能，包括動力性、經(jīng)濟性、通過性、操縱穩(wěn)定性、制動性及行駛安全性和汽車的承載能