没错，这是一条送给广大工科僧的文案！

2016-11-03 by:CAE仿真在线来源:互联网

赛事简介Formula SAE(FSAE) 是一项面向大学生的综合性工程教育赛事,自1978年开办以来,距今已有30多年时间,赛事遍及全世界15个国家。30多年来,FSAE已发展成为由15个国家举办的20场赛事、并有数百支来自全球顶级高校的车队参与的青年工程师盛会。 2013年举办FSAE比赛的国家有:美国、加拿大、德国、英国、奥地利、意大利、西班牙、匈牙利、捷克共和国、巴西、澳大利亚、日本、印度、中国及泰国。

自2010年开始引进FSAE赛事以来,已经成功举办六届赛事,目前已囊括全国所有汽车专业王牌院校,国内高校车队发展迅猛,据2015年的报名情况,比赛已扩展至超过70余支车队的参赛规模,成绩喜人。现今已有清华大学、浙江大学、上海交通大学、同济大学、湖南大学、吉林大学、哈尔滨工业大学、北京理工大学、武汉理工大学等本科高校,已经成为各个985,211高校比拼学生能力的战场,具有很强的社会影响力。
西安交通大学广汽丰田方程式车队简介西安交通大学-广汽丰田方程式车队,成立于2015年12月,由西安交通大学机械学院与共青团西安交通大学委员会共同指导。第一届车队主力由第九届节能车队老队员担任,吸收各个专业人才,试图在加入方程式赛事的同时,完成车队的自我管理制度的建立。

车队今后每年针对FSAE赛事,设计、制造、调试、运营方程式赛车,定期参加国内、国外FSAE赛事。整个团队时刻铭记“精勤求学,敦笃励志,果毅力行,忠恕任事”的交大校训,同时在社团内部营造一种家的感觉。车队现有8个模块,共60余人。设有车架组、传动制动组、电控组、发动机组、车身与空气动力学组,宣传组、经理组、车手组。整个团队由机械学院、能动学院、电气学院、管理学院、人文学院等在各方面能力突出的同学组成。值得一提的是,本届车队主力10人全部靠成绩获得保研推免资格。
接下来进入文科生肯定不懂理科生也不一定懂的原理部分!赛车简介设计目标整车性能:自主研发结合工程实际,本车具有强劲的加速能力,良好的通过性能,较高的燃油效率和舒适的驾驶环境。安全和人机工程:结合人机工程,对赛车细节进行设计优化,改善驾驶体验;同时充分考虑赛车可能遇到的突发状况,采取了有效的措施对车手进行保护。可调教性能:赛道上的情况瞬息万变,我们在设计中综合考虑了赛车的各类工况,保证赛车各系统的调校能够快速、便捷和精准的实现,以发挥赛车的极限性能。
车架

为合理分配大学生方程式赛车车身质量和减少制造成本,运用人机工程学的原理,结合乘用车总布置设计经验,进行FSAE赛车包括发动机、驾驶室、踏板、座椅、仪表盘、方向盘在内的总布置设计。用眼椭圆校核驾驶员的视野,在CATIA中导入H点人体模型验证总布置设计的合理性,使驾驶的舒适性和操作性提高。

车架选用的是力学性能优良的航空用30CrMoA(4130)无缝钢管,为了减小车架质量,在满足规则的前提下,选用了不同规格的管件,在保证较大强度和刚度的情况下得到最小质量的车架。更加流畅的车型设计。

为了确保车架在各种工况下具有足够的刚度,利用ANSYS中Workbench模块对车架进行了各种工况下的刚度的校核。分别是:弯曲工况,扭转工况,转弯工况和制动工况。经校核发现车架在各工况下的刚度足够,有较好的综合性能。其中车架刚度重要参数之一扭转刚度更是达到了5000N.m/°,已经超过了大部分文献中的刚度数据,而车架的质量控制在了30KG 以内,与设计值基本一致。

悬架几何资料显示,不等长双A臂独立悬架可以大幅度提高赛车的操纵性能,并且推杆式的悬架布置形式简单容易,不易与其他零件干涉,所以我们选用了推杆式的不等长双A臂独立悬架。根据赛车操纵性能要求选取车轮外倾角为-2°,主销内倾角为6°,主销后倾角为4°。并结合轮辋的内部空间确定悬架导向杆系的初步位置坐标。将硬点坐标输入到Adams/car模块中的坐标表里,建立前悬架系统仿真模型。并在 Adams/insight中以主销参数和轮胎的定位参数为优化目标,以悬架和车架的安装点坐标为优化变量,以侧倾中心高度为约束,进行优化。转向本车梯形布置为下置后置型,根据阿克曼汽车转向理论,我们选用100%阿克曼转向。使用MATLAB建立转向梯形数学模型,对断开点距离及梯形臂长度进行仿真运算使梯形逼近100%阿克曼。同时与悬架一同进行Adams分析校核,对尺寸微调提升性能。转向梯形设计为可调式,可通过改变转向机前后位置调整阿克曼转向比,为实车调试准备。实车调试中,按照操稳性试验标准,结合数据采集系统的数据以及车手反馈,对不同的比赛项目定制了不同的转向特性。
传动通过发动机标定参数,分析其输出扭矩与输出功率转速曲线,结合了赛车运行情况及加速性能计算,得出其最优传动比为4,经过实际加工分析优化后取3.7;同时通过对整车动力性能分析,得出赛车的各档位设计速度及加速性能。
传动方式赛车采用链传动方式,利用有限元分析方法对传动链轮进行拓扑优化,得出其最优化的设计;链轮材料通过硬度分析选取40Cr(同时选择表面高频淬火等相应提高表面硬度的热处理手段),传动大链轮选择 7075-T6硬质氧化,大小链轮形成相应的硬度差,在减轻赛车质量的基础上确保耐用性。
本车采用Drexler摩擦片式限滑差速器,可通过调节其限滑比例改变赛车两侧输出扭矩比值,可以修正赛车在转弯过程中的两侧所需扭矩大小的差异,提高赛车转弯性能;差速器的安装方式采用了可调节式的设计,将整体设计安装在发动机的固有安装点上,缩小中心距的同时将整个安装设计体积大大缩小,节省了赛车尾部的设计空间。材料选择7075-T6铝合金配以硬质氧化加工支撑架,同时采用ANSYS有限元分析来进行拓扑优化设计,同时进行强度校核设计,以达到足够的强度及轻量化的目的。
本车半轴采用密度为4.5g/cm^3的TC4钛合金作为半轴材料,相比较于通用半轴材料40Cr,质量降低了42.8%,同时强度大大提高。半轴设计采用全浮式半轴,使得半轴结构更轻便,便于安装调试;万向节采用三球销等速万向节,采用40Cr并配以特定的热处理方式自己设计加工球笼,润滑脂选用复合锂基脂,提高了传动系统的耐磨性与可靠性;制动轮边合理可靠的轻量化设计。

轮边立柱,轮毂等轮边加工件,采用7075-T6航空铝合金进行机加工制造,并进行硬质氧化的表面热处理。通过ANSYS对立柱,轮毂,制动盘进行了多种工况下的力学分析,发现轮毂安全系数达到2.7,立柱安全系数达到2.8。对于制耳,螺栓等零配件,则利用 solidworks simulation进行简单评估,悬架制耳安全系数达到3。均满足强度要求。
发动机本赛车以本田10年款CBR600RR发动机为主体,结合赛车运行环境、工程实际与大赛规则,在原机基础上重新设计了进排气、供油、润滑、电控等系统,为赛车提供强劲动力。高效的进气系统。在参考国内外较强车队的设计经验的基础上,我们设计了升斗型和圆柱形两种进气稳压腔模型。通过Fluent仿真分析和对比,最终确定了进气效率更高,加工更为便捷的升斗型稳压腔进气系统;在优化设计后,有效地减小了进气涡流和进气损失,进气限流阀、稳压腔和进气歧管我们采用3D打印加工,实现轻量化的设计目标。

使用本田原装内置油泵,较外置泵轻得多。结合油泵外形,在其四周包围滤网减轻油面震荡。同时油箱为窄高型(油泵占据底面近一半空间),使得处于低的油量时,油箱有较高的油面。但出于内置油泵冷却(汽油冷却)的目的,设计油量高出耗油量30%以上。独立设计加工的铝质油底壳配合0.5mm防浪板(固定在油底壳和发动机的接合面上,使油底壳中的油只能从少量缝隙中流到防浪板之上)能有效地降低发动机的重心,提高赛车的操稳性;同时保证润滑油油压。
第一代冷却系统采用铝制双水箱并联结构,总容积达4L。使用了优质硅胶管,实现了在高温高压情况下的稳定工作。通过软件模拟和实验数据结合分析确定散热器位置的最优角度,实现换热效率最大化。通过流场分析确定合适的管道接头,减小流动损失。使用传统的膨胀箱保证换气工作的稳定。
电气部分

自主设计的无线数据采集系统,以STC公司的 89C52RC单片机为控制芯片,433 MHz频段的E32TTL-500无限串口进行无线接受与发送,传送距离在空旷地带可达4Km。基于MATLAB GUI自主开发的上位机软件依靠其强大的数据处理与分析能力,依据转速、加速度、方向盘转角、制动油压、水温等实时监测赛车的状态并评价车手的表现,以便赛车出现异常时能够及时应对。

采用MOTEC公司的CDL3跟踪显示设备,具有数据显示、存储,故障报警等功能,通过其I/O扩展接口接收底盘和发动机的各项参数,直观动态的反应赛车的状态,方便车手及时准确的获知赛车信息。

采用锂电池供电,有过流、过充、过放、短路保护等功能,相较于铅酸蓄电池,质量更轻,寿命更长,并且放电倍率高,能量密度大,更适合方程式赛车。布线之前绘制了整车电路图,直观反映各部件之间的连接关系。不同功率用电设备使用不同直径的电线,通过不同颜色对线束进行区分。采用压接、焊接相结合的连接方式,使整车线路更加可靠。