2014长安大学FSAE猎电车队设计报告
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型美观富有活力。在设计之初就充分考虑了车身的制造工艺性，注重翻边等细节，保证车身
设计质量
2. 碳纤维加工。借鉴去年车队在碳纤维制作方面的宝贵经验，我们今年采用更进一步
的抽真空技术，使树脂与碳纤维布之间的气泡减少，从而有更光洁的外表，更重要的是让树
脂与碳纤维布结合更紧密，强度大。碳纤维制作好后，再用加热炉加热以去除内应力
设计目标：①在赛车行驶时，保证轮胎与路面的良好接触与受载，提升动力性；②同时使赛
车可以承受更大的侧向力，提升过弯速度；③在满足性能的同时实现轻量化，改进悬架局部
结构；④与转向系统协同优化，匹配前后悬刚度，优化车辆操稳性
1. 赛车选取了合理的轮胎与UPRIGHT定位参数，赛车在弯道时，外侧车轮的负外倾角
绝对值增加，内侧车轮负外倾角绝对值减小，同时，赛车悬架设定有较大的静态负外倾角和
外倾角变化率， 保证在补偿侧倾外倾的影响之后轮胎能有合理的负外倾角，使赛车有更大
的横向抓地能力
2. 悬架采用了 FOX VAN RC 型阻尼可调减振器。通过调整减振器阻尼大小，可以实现
快速衰减悬架的振动的功效，同时改变赛车在加速、制动、入弯时整车的载荷转移率，从而
减小车身的纵倾和侧倾，控制车身姿态
3.前后悬架均匹配了刚度可调的横向稳定杆，进而增加整车的侧倾刚度。调节前后悬架
的横向稳定杆的刚度可以改变赛车的稳态转向特性
4．多体动力学仿真和有限元分析：使用 ADAMS/CAR 软件对设计方案进行仿真分析，
初步验证悬架参数和整车的动力性、操纵稳定性、制动性等性能，并得到悬架各个安装点在
不同工况下的受力大小；运用 ANSYS/workbench对摇臂、吊耳的结构尺寸进行了静力学分
析和轻量化设计；结合Catia/DMU模块与ADAMS/view模块进行运动校核，改进存在干涉的
部件，使结构更加合理
设计目标：①保证赛车转弯行驶时，尽量让车轮都围绕同一转向中心旋转且不与地面发生滑
动摩擦，保证赛车的行驶稳定性；②转向器结构简单，布置紧凑；③转向灵敏，操作轻便
1.赛车最小转弯半径设计为3750mm，满足赛场最小转弯半径要求，转向传动比设计为
4.36:1，方向盘最大角度为120°，齿条行程为28mm ，兼顾赛车转向灵活与轻便；
2.采用前置梯形形式，根据以往大赛经验采用50%阿克曼理论对转向梯形结构进行mat
lab的平面优化和Adams的空间优化，并用Adams进行悬架与转向的仿真与优化；
3.齿轮齿条表面采用渗氮处理，以提高表面强度，增加传动效率。横拉杆采用长度可调
式以实现与悬架横向稳定杆配合调试而达到最符合车手驾驶的转向性能；
4. 转向器采用自润滑轴承替代直线轴承，在结构上做了些相应的改变，进一步减小转
向器壳体的体积，继而减轻重量
设计目标：选择最优的传动比，保证低速高扭和加速性能；在强度和刚度许用范围内，
悬架系统
转向系统
传动系统
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优化零部件的结构设计，链轮和悬置进行镂空设计，并使结构紧凑；设计过程兼顾加工方
便，节约成本
1.本次大赛我队选用两级链传动，每级传动比为2.34，中间轴采用旋转式，通过悬置
装在车架上，链轮的张紧机构与差速器悬置设计为一体，通过正反丝螺纹机构，使得与中间
轴相连的链轮有一定的前后位移量，从而可以调整链条松紧，操作简单方便
2.差速器方面我们选择了CUSCO差速器，自行设计密封的CUSCO差速器壳体，设计的
差速器壳体在实现差速器功能的基础上，具有密封润滑的功能，壳体材料选用密度小且强度
高的7075铝，能减重约1.4KG，同时使后桥布置方便紧凑。差速器壳体通过悬置装在车架
上，其上的张紧装置与中间轴上的张紧装置形式相同
3.将短半轴和内球笼做成一体，结构简单且安装方便，对半轴和差速器进行严格的强
度校核和ANSYS分析
设计目标：①实现前后制动力分配的快速可调； ②紧急制动时四轮抱死且不跑偏；③有两
套独立的液压制动回路
1. 制动设计初期，通过分析对比与理论计算，我们确定了各部件的结构形式及最佳几
何参数；选取制动部件时，采购了性能优异的 wildwood 制动主缸、制动卡钳和制动衬块，
并根据赛车要求，使用浮动式制动盘，更好地提高了制动性能和减轻轮边的质量
2. 使用Wilwood平衡杆对制动压力进行合理分配，使得赛车在不同路面条件下制动时，
都能获得优良的制动效能，为赛车的优异性能提供了保障
3.轮毂轴采用铝合金材料，减少了重量，同时通过钢丝螺套与轮毂螺栓连接，提高了连
接强度，又保护了轮毂轴上的螺纹孔
4. 前后的Upright采用7075铝为原材料，与以往的Upright相比较，在质量上前轮单边
可以减重约0.6kg，后轮单边可以减重约0.5kg
设计目标：①简化踏板结构；②制动主缸竖直放置缩减踏板的纵向尺寸；③使用铝合金材料，
并进行ANSYS强度分析校核
1.设计脚踏平面可绕踏板顶点转动，使驾驶员脚面受力更加合理，脚感舒适
2.将制动主缸竖直放置，使制动踏板受力更合理的同时可以减小踏板的纵向尺寸，座舱
空间更大
3.使用铝合金材料制作踏板支架以及踏板体，保证轻量化
设计目标：①根据设计目标匹配电机类型、电机动力性指标；②对整车进行动力性分析与仿
真验证是否实现动力性设计目标；③设计电机悬置并对其优化
1. 在整车动力方面我们选择高功率密度的永磁同步电机，额定功率30kw，峰值功率
60kw，额定扭矩96Nm，峰值扭矩190Nm，电压平台312v，质量44kg。1.36kw/kg的比功率，
为整车提供了充足的动力之外，很好的控制了动力总成的质量
轮边制动系统
踏板总成
电机
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2. 使用专业汽车动力性仿真软件AVL Cruise对赛车进行建模分析，得到整车动力性能数
据为整车动力性目标设定提供依据。得到最大加速度9.68m/s2，，75米加速时间4.25s
3.电机悬置采用四点固定。对电机进行受力分析，使用ANSYS对电机悬置进行结构优化
在满足结构强度的条件下，成功减重49.7%
设计目标：①满足大赛规则；②保证整车电气系统工作安全，可靠，稳定；③优化线路布置
方案，便于维护检修
1. 电气系统是在符合大赛规则的前提下，参照一般汽车电气系统的设计要求，并充分
考虑到大赛的特殊性进行设计的，在满足性能要求的前提下，尽可能的简化设计，以提高整
个系统的可靠性
2. 对于自行设计的电气装置，使用MULTISIM进行仿真，验证电气设计的合理性，为了
保证在线路维护和修理时的简便性，利用CATIA的Electrical Harness Assembly模块和
MULTISIM对整车线束进行了设计和优化，简化了线束
设计目标：①满足电机对电流要求；②选择大倍率，高功率密度动力电池；③对电池发热进
行分析保证电池在大倍率放电时的热安全
1.镁基锂电池是一种新型锂离子电池，能量密度高，放电倍率大，特别是低温放电能力
优异，目前多用于军工，其放电能力符合赛车动力要求，故选择为动力电池
2.镁基锂电池化成工艺过程的多次放电的电化学反应使其产生大量的热量。用Fluent
求解器对电池单体生热温度场进行仿真计算，得到环境温度为50℃时，电池单体在现有充
电柜中且不考虑其余部件对其温度场的影响情况下的温度分布情况
分析与测试技术清单
电器系统
电池
结构优化分析
车架静载强度分析
基于有限元分析的车架结构优化
车架扭转刚度分析
车架模态分析
基于有限元分析的踏板结构优化
基于有限元分析的upright结构优化
基于有限元分析的悬架摇臂结构优化
基于有限元分析的差速器支撑结构优化
关键部件疲劳寿命分析
热分析
制动盘热分析
电池放电热分析
流体分析 车身气动阻力性能流体分析
仿真分析 Adams整车性能分析
测试技术
电机性能测试
电机外特性测试
2014 FSEC E06。