武汉科技大学赤骥车队2014年设计报告悬架
悬架是赛车上的重要总成之一，其主要任务是把车架和车轮弹性地连接起来。根据FSC
大赛的要求，赛车悬架必须有减震器，并且在载有赛手的情况下悬架的上下行程不低于25.4mm；
悬架的所有连接点都可以直接看到或是通过移除覆盖件间接地看到
考虑比赛规则对悬架设计的要求、悬架的制造、装配、调试难易程度、可靠性等因素，
确定赛车前悬架采用推杆不等长双横臂独立悬架，方便布置，后悬架采用拉杆不等长双横臂
独立悬架，减震器下置，充分利用车架的空间，有利于降低整车重心。参数设计包括两大方
面，一是刚度和偏频的计算，二是悬架的几何计算。通过部分整车参数和自定的目标侧倾增
益来计算悬架的侧倾角刚度和偏频，并逐步计算悬架的各种刚度，包括乘适刚度、车轮中心
刚度、防侧倾杆刚度等，最后计算悬架行程和弹簧行程，确定杠杆比。前轮为转向轮，选取
了合适的车轮定位参数：主销后倾1°，主销内倾6°，车轮外倾-1°，前轮前束-1°。如下
图1所示，通过几何作图的方法，确定了主销偏距、静态侧倾中心高度、上下横臂长度、上
下横臂倾角、正视图等效摆臂长度、瞬时中心高度、横臂在车架上的安装位置等参数。在
Adams/Car中建立了前后悬架的模型，进行了运动学仿真，分析车轮定位参数是否在合理范
围内变化
设计悬架零部件时主要考虑其安全性、可调整性、制造方便性及在满足强度的条件下使
悬架尽可能的轻量化。在Catia中建立悬架模型，导入Ansys Workbench中进行有限元分析，
分别对赛车在静止、制动和转向时进行受力分析，分析结果显示强度满足要求。立柱材料选
用7075航空铝，这种材料密度小、强度大，可以在保证强度的条件下减轻簧下质量，增大悬
架的刚度。横臂一端使用向心关节轴承，一端用杆端关节轴承。推拉杆两端也是使用杆端关
节轴承，这样有利于调节悬架部分参数及便于安装
图1 前悬架正视几何空间图
转向
综合FSC大赛规则及车队赛车的实际情况，武汉科技大赤骥车队2014年赛车要转向灵敏，
且具有良好的转向轻便性
此次转向系的设计在综合赛车的实际情况的前提下，确定转向系各个相关参数与优化变
量及其约束条件，然后在Matlab中,利用该软件函数库中非线性最小二乘函数lsqnonlin对
转向梯形进行优化设计，最终优化结果使得实际与理论的内转向轮转角误差在1°以内
转向灵敏主要体现在方向盘自由行程和转向系角传动比两个方面，且大赛规定方向盘自
由行程不超过7°。本赛车严格控制转向系统各部件的装配精度及安装定位，保证方向盘自
由行程不超过7°，而我们设计赛车的转向系角传动比为5
转向轻便性主要体现在转向传动比,而传动比受转向节臂的长度以及转向机齿轮影响，考
武汉科技大学赤骥车队2014年设计报告虑到赛车行驶情况的多变，即转向梯形的传动角不断变化，可从等效转向节臂的角度来考虑
转向传动比。由于团队资金有限，转向机为沙滩车转向机改装而成。经测量转向机齿轮分度
圆直径为31.2mm，传动比约为等效转向节臂/齿轮分度圆半径，约为5.13
制动
通过整车相关参数的估算，分析计算出前后制动力，根据前后制动力等参数合理选取主
缸及卡钳。采用前后主动主缸、卡钳的缸径一致，并使用浮钳式盘式制动总成，以消除盘式
制动总成在轮胎轴向的误差影响。涉及到油路的零件采用高质量零件，确保制动安全。为保
证赛车在制动过程中使地面的附着条件发挥更充分，根据相关制动规则建立目标函数和相应
的约束条件，再运用粒子群优化算法结合Matlab软件对前后制动力分配比进行优化得到最佳
前后制动力分配比
采用踏板总成化设计，一体式构造，相对独立，方便安装拆卸。制动踏板根据人机工程
思想设计最合适的踏板力及行程来确定踏板比。制动踏板按照能承受2000N 力的规则要求创
新设计，在踏板总成安装的角钢处设置不同距离的安装点，使踏板相对座椅的位置可调，试
车手通过实际操作找到最舒适的座椅—踏板距离，以及使不同车手拥有各自的最适距离，达
到更好的人机效果。平衡杆采用可调形式，以便赛车在不同路面皆可达到最佳的制动效果
合理布置制动油路，尽量减少油路长度避免制动力的损失。另外加装防护罩保护油路安全
发动机
黄龙BJ600GS是一款升功率过百的高转速发动机，其进气系统结构非常紧凑，进气管短、
直而且粗，直接由空滤接出。为了满足比赛规则对进气系统限流及排气管的走向及噪音的要
求，该发动机原装的进排气系统就必须进行重新设计。我们通过发动机性能计算软件GT-power
和流体动力学软件Fluent利用一维和三维的数值模拟方法分析黄龙发动机进排气系统结构
参数变化对发动机动力性能的影响,对该发动机的进排气歧管长度及谐振箱体积进行了设计,
并对进气系统三维建模结构细节进行优化。通过GT-power发动机性找到进排气系统的最优参
数组合,降低发动机优化成本。由于进气歧管长度变化对该发动机中高转速区间动力性能影响
较大,而对发动机低转速区间动力性能的影响较小，加长进气歧管长度有助于提升发动机在常
用转速区间(5500r/min-9500r/min)的动力性能,但为了兼顾发动机在高转速区间
(9500r/min-11000r/min)动力性能降低不能太大,故将进气歧管长度增加至150mm。谐振箱体
积对发动机峰值功率及扭矩影响基本呈线性关系,为了使发动机转速随节气门开度快速响应,
因此谐振箱体积也不能过大,选择为4L。考虑到排气歧管与车架的相对位置关系及满足比赛
规则，将排气歧管设计为4-2-1形式，有效长度为80mm。并通过对限流阀进行流场分析,拟
定采用14度减缩和7度渐扩。由于散热器及油箱搭载于一辆运动摩托车，其安装位置不符合
赛事要求，故须做调整。冷却系统拟采用原装水冷散热器，置于车身侧翼镂空区域，油箱置
于座椅之下远离排气管安装牢靠，燃油路管道及水路管道布置依据发动机与车架之间实际空
间位置而定。选择加工材料时，考虑到国内目前的加工工艺水平及成本和重量等因素，决定
选用不锈钢管来加工排气管，选用碳纤维来加工限流阀、谐振腔和进气管，选用铝合金来加
工油箱
传动装置
传动系统的任务是与发动机协同工作，保证汽车具有在各种行驶条件下所必需的牵引力、
车速，以及保证牵引力与车速之间协调变化等等功能，使汽车具有良好的动力性以及燃油经
济性。通过对链传动的计算确定了链轮的尺寸型号为10A，根据整车的布置确定零件的结构，
进行了动力性的计算分析。在激烈的比赛中，车手一边要观察路况，一边要注意发动机的工
武汉科技大学赤骥车队2014年设计报告作情况，还要推拉手柄换挡，这不仅延长了换挡时间，而且增加了驾驶难度。因此，我们增
添了气动换挡机构，该机构是以压缩气体为工作介质，由电磁阀调节气流方向，在压缩气体
的作用下，气缸往复运动，从而带动顺序式变速箱换挡轴转动，实现换挡。气动换挡比机械
换挡快0.3秒左右，而且方便换挡
在结构设计上我们主要遵循轻量化原则。采用三维软件Catia，根据已有差速器、车架
及装配关系来设计其它零件，对零件进行严格的三维建模并装配，以设计其余零件并检查干
涉情况与限位情况，同时采用Ansys软件对链轮和差速器支承做了应力和变形分析，以确保
其强度满足要求
电子部分
赛车电气系统主要由发动机电控系统、数字仪表系统及紧急控制系统组成。赛车与一般
汽车一样采用蓄电池负极搭铁(接地)的布线方式，发电机通过调压整流器后并联到蓄电池
赛车线束采用单边走向呈E型布置。发动机电控系统采用原装的电控系统，该控制系统通过
各类传感器实时地检测发动机的运行状态，通过合理的计算、以及自学习控制输出装置，在
优化了各个工况下车辆的驾驶性的同时，又保证了原车排放以及燃油经济性。当系统有故障
时发动机控制器也可以惊醒自诊断，这样可以减小因改装不当造成的系统故障和发动机损坏
的风险。紧急控制系统严格按照规则的要求进行设计
仪表对于赛车手来说是了解赛车状况最好的工具，它能直观快速的反应赛车的车速、 转
速、油位等信息。速度的测量是根据车轮的转速和半径来间接测量，因此速度表的设计主要
是对车轮转速的测量。转速测量的方案选择,一般要考虑传感器的结构、安装以及测速范围与
环境条件等方面的适用性。光电式传感器由于其安装方便，无需测速齿轮，采样精确，采样
速度快，范围广，无电磁干扰等优点，因此，我们用光电式传感器采集转速信号。转速的测
量原理如图：
各部分模块的功能：传感器，用来对信号的采样；放大、整形电路，对传感器送过来的
信号进行放大和整形，在送入单片机进行数据的处理转换；单片机对处理过的信号进行转换
成转速的实际值，送入 LED；LED 显示，用来对所测量到的转速进行显示
建模和分析软件
三维建模：Catia V5R20
悬架：悬架设计和仿真：Adams2012
悬架有限元分析：Ansys Workbench 14.5
转向：转向梯形优化：Catia V5R20， Matlab2010a， Adams2012
发动机进排气系统设计：Pro/E, Gamma Technologies Suit 7.4(GT)， Ansys Workbench 14.5
车身车架：CatiaV5R20， Ansys Workbench 14.5 ，PVC模型，Fluent
部分分析结果截图
见附图
单片机 放大整形电路 传感器 LED显示
武汉科技大学赤骥车队2014年设计报告主视图。