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2016-11-03 by:CAE仿真在線來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

賽事簡(jiǎn)介Formula SAE(FSAE) 是一項(xiàng)面向大學(xué)生的綜合性工程教育賽事,自1978年開(kāi)辦以來(lái),距今已有30多年時(shí)間,賽事遍及全世界15個(gè)國(guó)家。30多年來(lái),FSAE已發(fā)展成為由15個(gè)國(guó)家舉辦的20場(chǎng)賽事、并有數(shù)百支來(lái)自全球頂級(jí)高校的車(chē)隊(duì)參與的青年工程師盛會(huì)。 2013年舉辦FSAE比賽的國(guó)家有:美國(guó)、加拿大、德國(guó)、英國(guó)、奧地利、意大利、西班牙、匈牙利、捷克共和國(guó)、巴西、澳大利亞、日本、印度、中國(guó)及泰國(guó)。

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自2010年開(kāi)始引進(jìn)FSAE賽事以來(lái),已經(jīng)成功舉辦六屆賽事,目前已囊括全國(guó)所有汽車(chē)專業(yè)王牌院校,國(guó)內(nèi)高校車(chē)隊(duì)發(fā)展迅猛,據(jù)2015年的報(bào)名情況,比賽已擴(kuò)展至超過(guò)70余支車(chē)隊(duì)的參賽規(guī)模,成績(jī)喜人?，F(xiàn)今已有清華大學(xué)、浙江大學(xué)、上海交通大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、湖南大學(xué)、吉林大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、北京理工大學(xué)、武漢理工大學(xué)等本科高校,已經(jīng)成為各個(gè)985,211高校比拼學(xué)生能力的戰(zhàn)場(chǎng),具有很強(qiáng)的社會(huì)影響力。
西安交通大學(xué)廣汽豐田方程式車(chē)隊(duì)簡(jiǎn)介西安交通大學(xué)-廣汽豐田方程式車(chē)隊(duì),成立于2015年12月,由西安交通大學(xué)機(jī)械學(xué)院與共青團(tuán)西安交通大學(xué)委員會(huì)共同指導(dǎo)。第一屆車(chē)隊(duì)主力由第九屆節(jié)能車(chē)隊(duì)老隊(duì)員擔(dān)任,吸收各個(gè)專業(yè)人才,試圖在加入方程式賽事的同時(shí),完成車(chē)隊(duì)的自我管理制度的建立。

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車(chē)隊(duì)今后每年針對(duì)FSAE賽事,設(shè)計(jì)、制造、調(diào)試、運(yùn)營(yíng)方程式賽車(chē),定期參加國(guó)內(nèi)、國(guó)外FSAE賽事。整個(gè)團(tuán)隊(duì)時(shí)刻銘記“精勤求學(xué),敦篤勵(lì)志,果毅力行,忠恕任事”的交大校訓(xùn),同時(shí)在社團(tuán)內(nèi)部營(yíng)造一種家的感覺(jué)。車(chē)隊(duì)現(xiàn)有8個(gè)模塊,共60余人。設(shè)有車(chē)架組、傳動(dòng)制動(dòng)組、電控組、發(fā)動(dòng)機(jī)組、車(chē)身與空氣動(dòng)力學(xué)組,宣傳組、經(jīng)理組、車(chē)手組。整個(gè)團(tuán)隊(duì)由機(jī)械學(xué)院、能動(dòng)學(xué)院、電氣學(xué)院、管理學(xué)院、人文學(xué)院等在各方面能力突出的同學(xué)組成。值得一提的是,本屆車(chē)隊(duì)主力10人全部靠成績(jī)獲得保研推免資格。
接下來(lái)進(jìn)入文科生肯定不懂理科生也不一定懂的原理部分!賽車(chē)簡(jiǎn)介設(shè)計(jì)目標(biāo)整車(chē)性能:自主研發(fā)結(jié)合工程實(shí)際,本車(chē)具有強(qiáng)勁的加速能力,良好的通過(guò)性能,較高的燃油效率和舒適的駕駛環(huán)境。安全和人機(jī)工程:結(jié)合人機(jī)工程,對(duì)賽車(chē)細(xì)節(jié)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化,改善駕駛體驗(yàn);同時(shí)充分考慮賽車(chē)可能遇到的突發(fā)狀況,采取了有效的措施對(duì)車(chē)手進(jìn)行保護(hù)。可調(diào)教性能:賽道上的情況瞬息萬(wàn)變,我們?cè)谠O(shè)計(jì)中綜合考慮了賽車(chē)的各類(lèi)工況,保證賽車(chē)各系統(tǒng)的調(diào)校能夠快速、便捷和精準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn),以發(fā)揮賽車(chē)的極限性能。
車(chē)架

為合理分配大學(xué)生方程式賽車(chē)車(chē)身質(zhì)量和減少制造成本,運(yùn)用人機(jī)工程學(xué)的原理,結(jié)合乘用車(chē)總布置設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),進(jìn)行FSAE賽車(chē)包括發(fā)動(dòng)機(jī)、駕駛室、踏板、座椅、儀表盤(pán)、方向盤(pán)在內(nèi)的總布置設(shè)計(jì)。用眼橢圓校核駕駛員的視野,在CATIA中導(dǎo)入H點(diǎn)人體模型驗(yàn)證總布置設(shè)計(jì)的合理性,使駕駛的舒適性和操作性提高。

車(chē)架選用的是力學(xué)性能優(yōu)良的航空用30CrMoA(4130)無(wú)縫鋼管,為了減小車(chē)架質(zhì)量,在滿足規(guī)則的前提下,選用了不同規(guī)格的管件,在保證較大強(qiáng)度和剛度的情況下得到最小質(zhì)量的車(chē)架。更加流暢的車(chē)型設(shè)計(jì)。

為了確保車(chē)架在各種工況下具有足夠的剛度,利用ANSYS中Workbench模塊對(duì)車(chē)架進(jìn)行了各種工況下的剛度的校核。分別是:彎曲工況,扭轉(zhuǎn)工況,轉(zhuǎn)彎工況和制動(dòng)工況。經(jīng)校核發(fā)現(xiàn)車(chē)架在各工況下的剛度足夠,有較好的綜合性能。其中車(chē)架剛度重要參數(shù)之一扭轉(zhuǎn)剛度更是達(dá)到了5000N.m/°,已經(jīng)超過(guò)了大部分文獻(xiàn)中的剛度數(shù)據(jù),而車(chē)架的質(zhì)量控制在了30KG 以內(nèi),與設(shè)計(jì)值基本一致。

懸架幾何資料顯示,不等長(zhǎng)雙A臂獨(dú)立懸架可以大幅度提高賽車(chē)的操縱性能,并且推桿式的懸架布置形式簡(jiǎn)單容易,不易與其他零件干涉,所以我們選用了推桿式的不等長(zhǎng)雙A臂獨(dú)立懸架。根據(jù)賽車(chē)操縱性能要求選取車(chē)輪外傾角為-2°,主銷(xiāo)內(nèi)傾角為6°,主銷(xiāo)后傾角為4°。并結(jié)合輪輞的內(nèi)部空間確定懸架導(dǎo)向桿系的初步位置坐標(biāo)。將硬點(diǎn)坐標(biāo)輸入到Adams/car模塊中的坐標(biāo)表里,建立前懸架系統(tǒng)仿真模型。并在 Adams/insight中以主銷(xiāo)參數(shù)和輪胎的定位參數(shù)為優(yōu)化目標(biāo),以懸架和車(chē)架的安裝點(diǎn)坐標(biāo)為優(yōu)化變量,以側(cè)傾中心高度為約束,進(jìn)行優(yōu)化。轉(zhuǎn)向本車(chē)梯形布置為下置后置型,根據(jù)阿克曼汽車(chē)轉(zhuǎn)向理論,我們選用100%阿克曼轉(zhuǎn)向。使用MATLAB建立轉(zhuǎn)向梯形數(shù)學(xué)模型,對(duì)斷開(kāi)點(diǎn)距離及梯形臂長(zhǎng)度進(jìn)行仿真運(yùn)算使梯形逼近100%阿克曼。同時(shí)與懸架一同進(jìn)行Adams分析校核,對(duì)尺寸微調(diào)提升性能。轉(zhuǎn)向梯形設(shè)計(jì)為可調(diào)式,可通過(guò)改變轉(zhuǎn)向機(jī)前后位置調(diào)整阿克曼轉(zhuǎn)向比,為實(shí)車(chē)調(diào)試準(zhǔn)備。實(shí)車(chē)調(diào)試中,按照操穩(wěn)性試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn),結(jié)合數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)以及車(chē)手反饋,對(duì)不同的比賽項(xiàng)目定制了不同的轉(zhuǎn)向特性。
傳動(dòng)通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定參數(shù),分析其輸出扭矩與輸出功率轉(zhuǎn)速曲線,結(jié)合了賽車(chē)運(yùn)行情況及加速性能計(jì)算,得出其最優(yōu)傳動(dòng)比為4,經(jīng)過(guò)實(shí)際加工分析優(yōu)化后取3.7;同時(shí)通過(guò)對(duì)整車(chē)動(dòng)力性能分析,得出賽車(chē)的各檔位設(shè)計(jì)速度及加速性能。
傳動(dòng)方式賽車(chē)采用鏈傳動(dòng)方式,利用有限元分析方法對(duì)傳動(dòng)鏈輪進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化,得出其最優(yōu)化的設(shè)計(jì);鏈輪材料通過(guò)硬度分析選取40Cr(同時(shí)選擇表面高頻淬火等相應(yīng)提高表面硬度的熱處理手段),傳動(dòng)大鏈輪選擇 7075-T6硬質(zhì)氧化,大小鏈輪形成相應(yīng)的硬度差,在減輕賽車(chē)質(zhì)量的基礎(chǔ)上確保耐用性。
本車(chē)采用Drexler摩擦片式限滑差速器,可通過(guò)調(diào)節(jié)其限滑比例改變賽車(chē)兩側(cè)輸出扭矩比值,可以修正賽車(chē)在轉(zhuǎn)彎過(guò)程中的兩側(cè)所需扭矩大小的差異,提高賽車(chē)轉(zhuǎn)彎性能;差速器的安裝方式采用了可調(diào)節(jié)式的設(shè)計(jì),將整體設(shè)計(jì)安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)的固有安裝點(diǎn)上,縮小中心距的同時(shí)將整個(gè)安裝設(shè)計(jì)體積大大縮小,節(jié)省了賽車(chē)尾部的設(shè)計(jì)空間。材料選擇7075-T6鋁合金配以硬質(zhì)氧化加工支撐架,同時(shí)采用ANSYS有限元分析來(lái)進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì),同時(shí)進(jìn)行強(qiáng)度校核設(shè)計(jì),以達(dá)到足夠的強(qiáng)度及輕量化的目的。
本車(chē)半軸采用密度為4.5g/cm^3的TC4鈦合金作為半軸材料,相比較于通用半軸材料40Cr,質(zhì)量降低了42.8%,同時(shí)強(qiáng)度大大提高。半軸設(shè)計(jì)采用全浮式半軸,使得半軸結(jié)構(gòu)更輕便,便于安裝調(diào)試;萬(wàn)向節(jié)采用三球銷(xiāo)等速萬(wàn)向節(jié),采用40Cr并配以特定的熱處理方式自己設(shè)計(jì)加工球籠,潤(rùn)滑脂選用復(fù)合鋰基脂,提高了傳動(dòng)系統(tǒng)的耐磨性與可靠性;制動(dòng)輪邊合理可靠的輕量化設(shè)計(jì)。

輪邊立柱,輪轂等輪邊加工件,采用7075-T6航空鋁合金進(jìn)行機(jī)加工制造,并進(jìn)行硬質(zhì)氧化的表面熱處理。通過(guò)ANSYS對(duì)立柱,輪轂,制動(dòng)盤(pán)進(jìn)行了多種工況下的力學(xué)分析,發(fā)現(xiàn)輪轂安全系數(shù)達(dá)到2.7,立柱安全系數(shù)達(dá)到2.8。對(duì)于制耳,螺栓等零配件,則利用 solidworks simulation進(jìn)行簡(jiǎn)單評(píng)估,懸架制耳安全系數(shù)達(dá)到3。均滿足強(qiáng)度要求。
發(fā)動(dòng)機(jī)本賽車(chē)以本田10年款CBR600RR發(fā)動(dòng)機(jī)為主體,結(jié)合賽車(chē)運(yùn)行環(huán)境、工程實(shí)際與大賽規(guī)則,在原機(jī)基礎(chǔ)上重新設(shè)計(jì)了進(jìn)排氣、供油、潤(rùn)滑、電控等系統(tǒng),為賽車(chē)提供強(qiáng)勁動(dòng)力。高效的進(jìn)氣系統(tǒng)。在參考國(guó)內(nèi)外較強(qiáng)車(chē)隊(duì)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,我們?cè)O(shè)計(jì)了升斗型和圓柱形兩種進(jìn)氣穩(wěn)壓腔模型。通過(guò)Fluent仿真分析和對(duì)比,最終確定了進(jìn)氣效率更高,加工更為便捷的升斗型穩(wěn)壓腔進(jìn)氣系統(tǒng);在優(yōu)化設(shè)計(jì)后,有效地減小了進(jìn)氣渦流和進(jìn)氣損失,進(jìn)氣限流閥、穩(wěn)壓腔和進(jìn)氣歧管我們采用3D打印加工,實(shí)現(xiàn)輕量化的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

使用本田原裝內(nèi)置油泵,較外置泵輕得多。結(jié)合油泵外形,在其四周包圍濾網(wǎng)減輕油面震蕩。同時(shí)油箱為窄高型(油泵占據(jù)底面近一半空間),使得處于低的油量時(shí),油箱有較高的油面。但出于內(nèi)置油泵冷卻(汽油冷卻)的目的,設(shè)計(jì)油量高出耗油量30%以上。獨(dú)立設(shè)計(jì)加工的鋁質(zhì)油底殼配合0.5mm防浪板(固定在油底殼和發(fā)動(dòng)機(jī)的接合面上,使油底殼中的油只能從少量縫隙中流到防浪板之上)能有效地降低發(fā)動(dòng)機(jī)的重心,提高賽車(chē)的操穩(wěn)性;同時(shí)保證潤(rùn)滑油油壓。
第一代冷卻系統(tǒng)采用鋁制雙水箱并聯(lián)結(jié)構(gòu),總?cè)莘e達(dá)4L。使用了優(yōu)質(zhì)硅膠管,實(shí)現(xiàn)了在高溫高壓情況下的穩(wěn)定工作。通過(guò)軟件模擬和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)合分析確定散熱器位置的最優(yōu)角度,實(shí)現(xiàn)換熱效率最大化。通過(guò)流場(chǎng)分析確定合適的管道接頭,減小流動(dòng)損失。使用傳統(tǒng)的膨脹箱保證換氣工作的穩(wěn)定。
電氣部分

自主設(shè)計(jì)的無(wú)線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),以STC公司的 89C52RC單片機(jī)為控制芯片,433 MHz頻段的E32TTL-500無(wú)限串口進(jìn)行無(wú)線接受與發(fā)送,傳送距離在空曠地帶可達(dá)4Km?；贛ATLAB GUI自主開(kāi)發(fā)的上位機(jī)軟件依靠其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理與分析能力,依據(jù)轉(zhuǎn)速、加速度、方向盤(pán)轉(zhuǎn)角、制動(dòng)油壓、水溫等實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)賽車(chē)的狀態(tài)并評(píng)價(jià)車(chē)手的表現(xiàn),以便賽車(chē)出現(xiàn)異常時(shí)能夠及時(shí)應(yīng)對(duì)。

采用MOTEC公司的CDL3跟蹤顯示設(shè)備,具有數(shù)據(jù)顯示、存儲(chǔ),故障報(bào)警等功能,通過(guò)其I/O擴(kuò)展接口接收底盤(pán)和發(fā)動(dòng)機(jī)的各項(xiàng)參數(shù),直觀動(dòng)態(tài)的反應(yīng)賽車(chē)的狀態(tài),方便車(chē)手及時(shí)準(zhǔn)確的獲知賽車(chē)信息。

采用鋰電池供電,有過(guò)流、過(guò)充、過(guò)放、短路保護(hù)等功能,相較于鉛酸蓄電池,質(zhì)量更輕,壽命更長(zhǎng),并且放電倍率高,能量密度大,更適合方程式賽車(chē)。布線之前繪制了整車(chē)電路圖,直觀反映各部件之間的連接關(guān)系。不同功率用電設(shè)備使用不同直徑的電線,通過(guò)不同顏色對(duì)線束進(jìn)行區(qū)分。采用壓接、焊接相結(jié)合的連接方式,使整車(chē)線路更加可靠。