沒錯，這是一條送給廣大工科僧的文案！

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

賽事簡介Formula SAE(FSAE) 是一項面向大學(xué)生的綜合性工程教育賽事,自1978年開辦以來,距今已有30多年時間,賽事遍及全世界15個國家。30多年來,FSAE已發(fā)展成為由15個國家舉辦的20場賽事、并有數(shù)百支來自全球頂級高校的車隊參與的青年工程師盛會。 2013年舉辦FSAE比賽的國家有:美國、加拿大、德國、英國、奧地利、意大利、西班牙、匈牙利、捷克共和國、巴西、澳大利亞、日本、印度、中國及泰國。

自2010年開始引進(jìn)FSAE賽事以來,已經(jīng)成功舉辦六屆賽事,目前已囊括全國所有汽車專業(yè)王牌院校,國內(nèi)高校車隊發(fā)展迅猛,據(jù)2015年的報名情況,比賽已擴(kuò)展至超過70余支車隊的參賽規(guī)模,成績喜人?，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985,211高校比拼學(xué)生能力的戰(zhàn)場,具有很強的社會影響力。
西安交通大學(xué)廣汽豐田方程式車隊簡介西安交通大學(xué)-廣汽豐田方程式車隊,成立于2015年12月,由西安交通大學(xué)機械學(xué)院與共青團(tuán)西安交通大學(xué)委員會共同指導(dǎo)。第一屆車隊主力由第九屆節(jié)能車隊老隊員擔(dān)任,吸收各個專業(yè)人才,試圖在加入方程式賽事的同時,完成車隊的自我管理制度的建立。

車隊今后每年針對FSAE賽事,設(shè)計、制造、調(diào)試、運營方程式賽車,定期參加國內(nèi)、國外FSAE賽事。整個團(tuán)隊時刻銘記“精勤求學(xué),敦篤勵志,果毅力行,忠恕任事”的交大校訓(xùn),同時在社團(tuán)內(nèi)部營造一種家的感覺。車隊現(xiàn)有8個模塊,共60余人。設(shè)有車架組、傳動制動組、電控組、發(fā)動機組、車身與空氣動力學(xué)組,宣傳組、經(jīng)理組、車手組。整個團(tuán)隊由機械學(xué)院、能動學(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,本屆車隊主力10人全部靠成績獲得保研推免資格。
接下來進(jìn)入文科生肯定不懂理科生也不一定懂的原理部分!賽車簡介設(shè)計目標(biāo)整車性能:自主研發(fā)結(jié)合工程實際,本車具有強勁的加速能力,良好的通過性能,較高的燃油效率和舒適的駕駛環(huán)境。安全和人機工程:結(jié)合人機工程,對賽車細(xì)節(jié)進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化,改善駕駛體驗;同時充分考慮賽車可能遇到的突發(fā)狀況,采取了有效的措施對車手進(jìn)行保護(hù)。可調(diào)教性能:賽道上的情況瞬息萬變,我們在設(shè)計中綜合考慮了賽車的各類工況,保證賽車各系統(tǒng)的調(diào)校能夠快速、便捷和精準(zhǔn)的實現(xiàn),以發(fā)揮賽車的極限性能。
車架

為合理分配大學(xué)生方程式賽車車身質(zhì)量和減少制造成本,運用人機工程學(xué)的原理,結(jié)合乘用車總布置設(shè)計經(jīng)驗,進(jìn)行FSAE賽車包括發(fā)動機、駕駛室、踏板、座椅、儀表盤、方向盤在內(nèi)的總布置設(shè)計。用眼橢圓校核駕駛員的視野,在CATIA中導(dǎo)入H點人體模型驗證總布置設(shè)計的合理性,使駕駛的舒適性和操作性提高。

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

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

懸架幾何資料顯示,不等長雙A臂獨立懸架可以大幅度提高賽車的操縱性能,并且推桿式的懸架布置形式簡單容易,不易與其他零件干涉,所以我們選用了推桿式的不等長雙A臂獨立懸架。根據(jù)賽車操縱性能要求選取車輪外傾角為-2°,主銷內(nèi)傾角為6°,主銷后傾角為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中以主銷參數(shù)和輪胎的定位參數(shù)為優(yōu)化目標(biāo),以懸架和車架的安裝點坐標(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)向本車梯形布置為下置后置型,根據(jù)阿克曼汽車轉(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,對斷開點距離及梯形臂長度進(jìn)行仿真運算使梯形逼近100%阿克曼。同時與懸架一同進(jìn)行Adams分析校核,對尺寸微調(diào)提升性能。轉(zhuǎn)向梯形設(shè)計為可調(diào)式,可通過改變轉(zhuǎn)向機前后位置調(diào)整阿克曼轉(zhuǎn)向比,為實車調(diào)試準(zhǔn)備。實車調(diào)試中,按照操穩(wěn)性試驗標(biāo)準(zhǔn),結(jié)合數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)以及車手反饋,對不同的比賽項目定制了不同的轉(zhuǎn)向特性。
傳動通過發(fā)動機標(biāo)定參數(shù),分析其輸出扭矩與輸出功率轉(zhuǎn)速曲線,結(jié)合了賽車運行情況及加速性能計算,得出其最優(yōu)傳動比為4,經(jīng)過實際加工分析優(yōu)化后取3.7;同時通過對整車動力性能分析,得出賽車的各檔位設(shè)計速度及加速性能。
傳動方式賽車采用鏈傳動方式,利用有限元分析方法對傳動鏈輪進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化,得出其最優(yōu)化的設(shè)計;鏈輪材料通過硬度分析選取40Cr(同時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,在減輕賽車質(zhì)量的基礎(chǔ)上確保耐用性。
本車采用Drexler摩擦片式限滑差速器,可通過調(diào)節(jié)其限滑比例改變賽車兩側(cè)輸出扭矩比值,可以修正賽車在轉(zhuǎn)彎過程中的兩側(cè)所需扭矩大小的差異,提高賽車轉(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,將整體設(shè)計安裝在發(fā)動機的固有安裝點上,縮小中心距的同時將整個安裝設(shè)計體積大大縮小,節(jié)省了賽車尾部的設(shè)計空間。材料選擇7075-T6鋁合金配以硬質(zhì)氧化加工支撐架,同時采用ANSYS有限元分析來進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計,同時進(jìn)行強度校核設(shè)計,以達(dá)到足夠的強度及輕量化的目的。
本車半軸采用密度為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%,同時強度大大提高。半軸設(shè)計采用全浮式半軸,使得半軸結(jié)構(gòu)更輕便,便于安裝調(diào)試;萬向節(jié)采用三球銷等速萬向節(jié),采用40Cr并配以特定的熱處理方式自己設(shè)計加工球籠,潤滑脂選用復(fù)合鋰基脂,提高了傳動系統(tǒng)的耐磨性與可靠性;制動輪邊合理可靠的輕量化設(shè)計。

輪邊立柱,輪轂等輪邊加工件,采用7075-T6航空鋁合金進(jìn)行機加工制造,并進(jìn)行硬質(zhì)氧化的表面熱處理。通過ANSYS對立柱,輪轂,制動盤進(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。對于制耳,螺栓等零配件,則利用 solidworks simulation進(jìn)行簡單評估,懸架制耳安全系數(shù)達(dá)到3。均滿足強度要求。
發(fā)動機本賽車以本田10年款CBR600RR發(fā)動機為主體,結(jié)合賽車運行環(huán)境、工程實際與大賽規(guī)則,在原機基礎(chǔ)上重新設(shè)計了進(jìn)排氣、供油、潤滑、電控等系統(tǒng),為賽車提供強勁動力。高效的進(jìn)氣系統(tǒng)。在參考國內(nèi)外較強車隊的設(shè)計經(jīng)驗的基礎(chǔ)上,我們設(shè)計了升斗型和圓柱形兩種進(jìn)氣穩(wěn)壓腔模型。通過Fluent仿真分析和對比,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,實現(xiàn)輕量化的設(shè)計目標(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,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)計油量高出耗油量30%以上。獨立設(shè)計加工的鋁質(zhì)油底殼配合0.5mm防浪板(固定在油底殼和發(fā)動機的接合面上,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)動機的重心,提高賽車的操穩(wěn)性;同時保證潤滑油油壓。
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,實現(xiàn)了在高溫高壓情況下的穩(wěn)定工作。通過軟件模擬和實驗數(shù)據(jù)結(jié)合分析確定散熱器位置的最優(yōu)角度,實現(xiàn)換熱效率最大化。通過流場分析確定合適的管道接頭,減小流動損失。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)計的無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),以STC公司的 89C52RC單片機為控制芯片,433 MHz頻段的E32TTL-500無限串口進(jìn)行無線接受與發(fā)送,傳送距離在空曠地帶可達(dá)4Km。基于MATLAB GUI自主開發(fā)的上位機軟件依靠其強大的數(shù)據(jù)處理與分析能力,依據(jù)轉(zhuǎn)速、加速度、方向盤轉(zhuǎn)角、制動油壓、水溫等實時監(jiān)測賽車的狀態(tài)并評價車手的表現(xiàn),以便賽車出現(xiàn)異常時能夠及時應(yīng)對。

采用MOTEC公司的CDL3跟蹤顯示設(shè)備,具有數(shù)據(jù)顯示、存儲,故障報警等功能,通過其I/O擴(kuò)展接口接收底盤和發(fā)動機的各項參數(shù),直觀動態(tài)的反應(yīng)賽車的狀態(tài),方便車手及時準(zhǔn)確的獲知賽車信息。

采用鋰電池供電,有過流、過充、過放、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,并且放電倍率高,能量密度大,更適合方程式賽車。布線之前繪制了整車電路圖,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,通過不同顏色對線束進(jìn)行區(qū)分。采用壓接、焊接相結(jié)合的連接方式,使整車線路更加可靠。