#22 UJS 江苏大学Formula Student China 2014
- 2 -
今年空套的设计更偏向于稳定和实用。主翼设计综合考虑了地面
效应和攻角大小变化所产生的影响，通过对0到10度主翼攻角的CFD
分析确定最佳的cl和cl/cd。车身的设计着重于前尾翼的连接稳定性
以及获得压阻比的最大化。前翼的连接采用主翼伸长，与内端板一并
连接至车架，连接更为稳固，而且便于拆装。尾翼的连接依然采用六
杆对称支撑，用球头螺栓连接至车架，同时为了锁死自由度，增设了
交叉斜拉锁，避免赛车尾翼在高速跑动中晃动
由于前翼连接的限制，损失了一部分的前翼下压力，因而，在底板下方增设了导流通道，
能够有效增加一部分下压力。其次，由分析结果可知，轮胎所受的阻力较大，为了减小这部
分阻力，在前翼外端板边缘设计了导流边缘，对比分析发现，左右轮大约各减少15N阻力
为了获得更好的空气动力学性能，在扩散器尾部增设了格栅翼，保证在不增加整车质量的前
提下提高25N的下压力
悬架与转向
悬架系统沿用不等长双A臂独立悬架与10英寸铝合金轮
辋，但进行了更合理的布置，保证赛车良好的驾驶性能的同时，
减少了装配难度和夹具成本
操纵稳定性方面，悬架几何参数根据往届经验和车手的反
馈情况初定，通过整车虚拟样机仿真分析优化与调整，保证各
项基本数据变化在满意范围内。完整轮胎模型的引入，大幅提
高了仿真的准确性。同时，四轮定位参数与悬架弹性元件多参
数可调，以便后期调校
为减轻非簧载质量，在保证零件强度的同时，对大部分零件的结构设计进行了再次优化，
同时部分杆件使用碳纤维复合材料代替，使得非簧载质量较去年减轻了约15%。另一方面，
零件设计更注重面向加工和装配，工艺性得到改善，更加合理的设计使得原材料消耗减少，
尤其是轮毂采用了分体式设计，胚料利用率较去年提高了1/3
转向仍沿用去年30%阿克曼转角关系，保留部分入弯响应和载荷波动时路线修正灵敏
度，更注重8字绕环和高速弯中的操控性。通过与悬架的联合运动仿真，优化出梯形的最终
参数，保证在转向过程中前束变化较小，在悬架跳动过程中，转向也能达到理想的状态，使
转向跟悬架得到良好的匹配
转向采用自制齿轮齿条式转向器，齿条保留中间轮齿啮
合部分，两端焊接钢管，实现轻量化。同时，较去年拉长的
限位节叉不仅有防止机构反转的作用，也使得焊缝不会影响齿条移动。整个转向系统严格控
制传动间隙的大小，从而达到快速响应与良好操控的目的
制动系统
制动系统零件均经过准确的分析校核和优化设计，兼顾了设计轻量化和结构稳定性。对
于强度要求较高的制动踏板及踏板支架，采用7075-T6高强度铝合金；而对于强度要求较低
#22 UJS 江苏大学Formula Student China 2014
- 3 -
的油门踏板，则用6061-T6普通铝合金；踏板面采
用碳纤维复合材料。优化了踏板的定形尺寸和定位
尺寸，提高车手适应性。同时取消离合踏板（移至
驾驶舱），提高了车手响应速度
动力总成
今年选用07款YAMAHA R6发动机，充分利用MoTeC M84 的功能，通过宽频空燃比控制
对喷油脉宽做出了更加细致合理的调整。通过换挡断火控制提高换挡成功率，减少换挡时间
改进了发动机台架，缩短了联轴器长度，更好地完成了调试工作。标定了水温、进气温度、
进气压力和节气门位置传感器，使实验数据更加准确可靠。借助爆震传感器和示波器监测爆
震，对点火提前角进行了调整，使其分布于10-42deg。设置了温度补偿、电压补偿、点火
提前角修正、喷油修正等，使发动机在各种工况下都能发挥出最好的状态
进气系统的设计，结合理论并充分利用Fluent和GT-POWER进行CFD仿真和动力分析
根据波动效应，选择了174mm长度的歧管，使得发动机在常用转速时表现出充沛的动力性能
3.5L的稳压腔经过内部结构优化后，最大限度地增大进气量，减小进气涡流，降低进气不
均匀性。排气设计依然采用4-2-1的形式，动力分析与实际布置相结合，计算各段排气歧管
长度，使发动机在各个转速下均匀稳定输出扭矩，在常用转速下达到峰值
发动机冷却系统采用两个相同的散热器并联左右对称布置。相对去年，主要对散热数
据做了优化。通过实验对水温和空气温度进行了记录，对散热面积进行了
再次校核以满足发动机运转所需散出的热量，保证发动机内水温适宜。在
设计过程中对冷却管路进行了模拟装配，以解决在实际连接中和排气等的
干涉问题
换挡采用机械气动一体化设计，控制系统核心为STM32F103型单
片机，系统安全可靠，执行效率高。分开式换挡拨片利用ECU断火模
块，在换挡同时断火，离合不分离，换挡时间短，动力恢复快，便于
操作。单片机与ECU通过CAN通信读取数据，信息反馈更加准确直接，
而自主设计电路并制作的PCB板，布局紧凑，方便布置。电磁阀为三
位五通中泄式电磁阀，气缸则选择了SMC CD55C20-50-M9N薄型气缸，
结构紧凑，搭配直接与发动机吊耳连接的自制气缸支架，因而即使拆
装发动机也不会影响气缸定位。单片机结合发动机已有的空挡信号，在空挡时自动校对挡位
信息。显示部分采用LED数码管，亮度高、性能稳定、可视角度大、简单实用，能够显示挡
位、车速、转速等信息。电路板安装在前环下方碳纤维隔板背面并加以保护，数码管安装在
碳纤维面板上，方便车手准确快速了解车况
传动系以轻量化、响应迅速、装配合理为设计目标。整个传动系比13年减重2kg以上，
通过理论计算和分析重新对差速器外壳进行设计；链轮通过内花键直接把动力传递到差速器
外壳，并用卡环实现轴向限位。链轮采用7075-T6高强度铝合金制造，并采用拉杆式调节中
心距，增大其可调节范围。内外球笼组合的设计，增大半轴跳动空间，外球笼与轮毂设计成
#22 UJS 江苏大学Formula Student China 2014
- 4 -
一体，提高传递效率，并用弹簧实现轴向限位。通过Matlab理论计算主减速比为47/13，
并设计三组不同齿数的链轮进行实车测试，综合考虑赛车动力性和燃油经济性，选择最合适
的主减速比
工程工具与分析测试详单
设计部分 工程工具与分析测试详情
悬架
1、Adams 2013运动学分析
2、Optimum Kinematics运动学仿真分析
3、万能拉伸试验机测试碳纤维-铝粘接工艺
ANSYS
14.5
进行
结构
的刚
度强
度分
析
CATIA V5 R20
进行三维建
模
Autocad2007
CAXA2013进
行二维出图
车架
1、Hypermesh 车架拓扑优化
2、13年车架扭转刚度实验，分析理论值与实际值误差
传动/转向 Matlab 最高速度计算，主减速比分析；转向梯形计算
制动 测力计测量踏板力
换挡
1、Altium designer 9.4 绘制PCB板
2、Keil uVision 4.7单片机程序编写
3、气动换挡实验确定换挡气压及时间
车身 犀牛5.0车身建模 1、ANSYS ICEM CFD 14.5
进行前处理生成流体计
算的网格文件
2、ANSYS fluent14.5
进行流场计算及后处理
进排气
1、GT-POWER v7.3.0进行进排气各
段管长的辅助设计
2、气道实验台进行进气的气道稳流
实验
散热 散热实验
电控
1、MoTeC M84 ECU Manager进行ECU设定
2、MoTeC i2 Standard分析发动机数据
3、VISIO绘制电路图
4、测功机完成台架试验
汽车驱动力-行驶阻力图 传动零件优化
#22 UJS 江苏大学Formula Student China 2014
- 5 -
进气管优化GT-POWER排气部分模型
整车空气动力学分析图
台架试验 ECU管理。