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4. 人体工程学：首先对每位车手的体型进行了三维扫描，对于身体尺寸按X轴为测量长度，
Y轴为发生频率，计算出中间值与最频值，绘制正态频率分布曲线，并计算标准偏差得出最佳参
数，确定车队车手调整座椅靠背的脚踝度数为100度，即最佳倾角和坐面角度
三、悬架系统
设计目标：①选择合适的前轮定位参数和偏频、设计合适的侧倾角刚度、减震器阻尼等，提
高整车的操纵稳定性；②设计合理的悬架几何并基于ADAMS对悬架动力学特性进行优化，有效
提高了赛车的极限驾驶能力，使其具有稳定、快速得过弯能力和良好的直线行驶能力。③设计
过程中充分考虑加工与装配的可实现性，以及前轮定位参数和阻尼的可调性
1. 基于减轻簧下质量和整车轻量化考虑，选择10寸Keizer轮辋，偏距为3.8mm，并选取了
与之匹配的佳通轮胎，型号为18*6-10
2. 悬架形式采用不等长双横臂推杆悬架，选取了合理的前轮定位参数，使赛车在转弯时能
够最大得发挥轮胎附着力。综合考虑转向轻便和尽量小的磨胎半径确定主销内倾角为4°，主
销后倾角为4.56°可为赛车提供足够的回正力矩，外倾初定-1°，并设计为可调，根据赛车不同
工况进行调节，最大程度发挥轮胎的性能，前束与直线行驶和转向性能都有关，初定-1°，可调
节。考虑前轮定位参数、侧倾中心位置、抗点头率等参数，初步确定悬架几何，并运用ADAMS
软件进行仿真优化，得到外倾角、侧倾中心高度、轮距等参数随轮跳变化的合理曲线
3. 考虑减小赛车振动的要求，选取前偏频为3.5Hz，后偏频为3.0Hz。经过计算可得前悬架
所需弹簧刚度为243.2ibs/in，后悬架所需弹簧刚度为402.6ibs/in。前后悬架的阻尼值在0.6附近
时，车身位移响应被限制在最小范围内。根据阻尼值选取了FASTACE避震器，弹簧自制，其刚
度更加匹配设计要求
4. 关键零部件结构设计除了考虑轻量化和强度外，也充分考虑了工艺性，缩短了零件加工
时间，降低了成本。摇臂的设计要考虑杠杆比的变化，使其随轮跳过程的变化范围尽量减小
分三种不同工况详细分析了悬架的受力情况，包括加速工况、制动工况和侧倾工况。计算出了
各种工况下轮毂、立柱和摇臂的受力，并在ANSYS中进行强度校核
四、转向系统
设计目标：①转向系统要满足赛道最小转弯半径的要求；②选择适当的阿克曼转向特性，使
前后车轮围绕同一转向中心旋转，而不发生侧滑，减少轮胎磨损，提高赛车转弯时的稳定性；
③转向器结构简单、布置紧凑，设计夹紧装置，减小自由行程
1. 把轮胎跳动时转向梯形空间运动情况在ADAMS软件中进行仿真模拟，进一步拟合阿克曼
曲线，并将轮胎侧偏性及悬架的刚度等因素考虑进去，使得转向特性更加贴近实际情况
2. 转向器自行设计制造，采用齿轮齿条机构，结构紧凑，加工简单，斜齿传动，啮合性好，
传动平稳。齿条两端采用聚四氟乙烯塑料润滑，保证了齿条运动的精确性以及平顺性。齿条背
面采用润滑塑料弹簧顶块，保证了在润滑塑料磨损时不影响齿轮齿条的啮合情况，有效减小了
传动间隙，将自由行程控制在理想范围之内。转向器两侧拉杆固定耳片采用螺纹紧定固定方式，
在保证耳片朝向的同时可以以导程为单位进行限位块的调整，可实现转向梯形的微调，为后续
赛车调校留下空间
3. 方向盘设计遵循人机工程学原理以及轻量化原则，采用尼龙材料进行3D打印，完全与手
部轮廓相贴合，提高车手握持舒适度与施力便捷性，再以碳纤维布进行封装，在提高手模强度
的同时降低了整车质量
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五、发动机动力系统
设计目标：①通过进气系统及排气系统的流场分析确定进气歧管、排气歧管设计；②通过设
计进气稳压腔提高发动机的动力性
1. 选用嘉陵JH600X02发动机，其作为单缸发动机，重量相比于四缸发动机较轻，价格适中，
且在限流阀限制下也有较好的动力输出
2. 进气系统：为减小进气时的阻力和压力损失，考虑到限流阀对发动机的影响主要集中在
中、高转速时，设计稍短的进气管以提高其高转速时的容积效率。同时为了避免进气管陡变的
情况，采用了限流阀后直径逐渐增加的设计。稳压腔也采用比较平滑的圆球形状，从而避免了
节流后尾流产生的涡旋。根据大赛限流阀要求，并经过ANSYS流场分析最终确定了小稳压腔涡
旋，低流体阻力，高进气效率的最优方案。该方案，限流阀前端渐缩角5.83°，末端渐扩角5.53°
3. 排气系统：根据整车布局以及对排气管的CFD模拟，重新设计了发动机的排气系统，减
小了排气压力和噪音，提升了发动机工作效率。最终模型比原始模型噪音减少了14分贝
4. 冷却系统：根据发动机产热量的分析，和散热器布置，综合计算得出散热面积需要3平
方米。最终选用了JH600原装的散热系统（铝制散热板风扇强化传热）。为了最大化散热水箱的
迎风面积，散热器布置在赛车的右侧，倾斜放置，根据空间要求最大限度迎风设置
六、传动系统
设计目标：①选择最优传动比，保证传动系统的稳定性，提升赛车的加速性能；②保证刚度
和强度的前提下，对传动系统各部件进行轻量化设计
1. 以CUSCO限滑差速器为传动部件结构设计的核心，配合其法兰盘的大小以及整车参数设
定，选定最适合的大小链轮齿数之比（46：18）和主减速比2.556
2. 以轻质的7075硬质铝合金为材料设计差速器的外壳，保证了差速器及相关部件的密封、
后桥各零部件的连接与紧固。外壳的作用仅为密封而不承受扭矩，故可大大减小其壁厚以达到
轻量化的目的。对差速器轴承支座的设计还考虑到了后桥间的游动与轴承的预紧，以达到传递
效率高、系统运行稳定的目的
3. 根据本田飞度内球笼的原型，自行设计了的内球笼，缩短了半轴游动的长度，并改变了原
半轴端的结构以配合差速器端的要求。内球笼总的质量减少了约三分之一。两根半轴的不等径
设计也提高了动力响应的同步性
4. 采用手刹式离合，将离合的操纵装置集成到了换挡杆上，既减少了整车的质量，也为车手
操控提供了便捷
七、制动系统
设计目标：①设计一套简洁、可靠的制动系统，并可以调节前后制动力分配；②提供足够的
制动力及制动稳定性，并在必要时迅速有效的抱死车轮；③设计过程充分考虑加工和选材，尽
量降低加工成本
1. 采用四轮独立盘式制动，与台湾世盟公司联合研发了卡钳(壳体、活塞、油管等)、制动盘，
对其进行轻量化优化。经过理论计算，采用缸径为32mm（前）、28mm（后）的卡钳和直径为
180mm（前）、160mm（后）的制动盘，配合tilton 76系列主缸及72-260系列平衡杆，使其达
到最佳制动效果并保证了制动系统的稳定性和可靠性
2. 踏板总成采用快速三级式可调设计，将踏板、主缸、平衡杆、制动超程开关和制动灯开关
集成于踏板总成的底板，能够快速可靠的调节踏板的位置以适应不同车手的需要，调节范围为
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0-200mm。优化了主缸布置方案，使踏板总成的纵向间距缩小为240mm
3. 踏板、底板的材料分别为钣金件和7075铝，在保证强度的同时减轻了质量。钣金件采用
“非去除表面”的加工方式，与“去除表面”的加工方式相比，可大大降低加工成本和材料成本
八、电气系统
设计目标：① 以单片机为核心制作电气控制板，完成显示和控制功能；②制作赛车仪表，
输出发动机转速，轮速和档位信号等一系列信息；③完成气动换挡的控制；④开发基于myRIO
的赛车无线检测系统
1. 设计制作电气控制板，控制板可完成赛车仪表以及气动换挡功能
2. 采用MC9S12DG128作为微处理器，uC/OSII系统作为程序载体搭建电气控制板。采用和
windows类似的分时复用构架思路，对微型机十分实用，具有占用空间小，可靠性强等优点
3. 以myRIO为中心的硬件系统用作赛车的测试分析。在赛车测试期间，以my RIO作为中心
处理器，采集赛车各方面的性能状态，包括车速、档位、水箱温度、弹簧位移，并通过wifi将
传感器采集的数据上传至上位机。在测试过程中会用到的传感器包括发动机水温传感器，油箱
液面传感器，位移传感器。按照赛车设计所需将采集的数据生成报表，以便解决赛车各方面的
问题
分析工具与测试详单
设计项目 软件 分析与测试详情
车架 SolidworksANSYS 1、 Solidworks建立车架三维模型；
2、 ANASYS进行结构优化、强度分析、模态分析与刚度计算；
车身 SketchbookPro/E
ANSYSKeyshot
SPSS
1、 Sketchbook方案设计快速表达出图；
2、 SPPS软件分析受众心理曲线；
3、 Pro/E建立车身三维模型；
4、 ANSYS Fluent进行空气动力学分析；
5、 Keyshot整车模型渲染；
悬架系统 CatiaANSYS
Adams
1、 Catia建立悬架系统三维模型；
2、 ANSYS进行关键零部件的强度校核与结构优化；
3、 Adams进行运动学仿真与优化；
转向系统 CatiaANSYS
Adams MATLAB
1、 Catia建立转向系统三维模型；
2、 ANSYS进行关键零部件的强度分析；
3、 Adams进行运动学仿真；
4、 MATLAB进行转向梯形设计计算；
发动机动力
系统
Catia ANSYS Fluent 1、 Catia建立进排气、油箱、散热器等三维模型；
2、 ANSYS Fluent进行进排气流场分析；
传动系统 CatiaANSYS 1、 Catia建立传动系统三维模型；
2、 ANSYS进行关键零部件的强度分析与结构优化；
制动系统 CatiaANSYS 1、 Catia建立制动系统三维模型；
2、 ANSYS进行踏板强度分析与结构优化；
电气系统 AltiumDesigner
Multisim CodeWarriorIDE
Labview
1、 AltiumDesigner绘制印刷电路板；
2、 Multisim绘制总装电路图、接线图和电路仿真；
3、 CodeWarrior编写程序代码；
4、 Labview做上位机；
图1 整车渲染图
图2 进气歧管流场分析 图3 车身外流场分析
图4 ADAMS前束角优化曲线 图5 基于ANSYS的车架有限元分析
图7 Matlab前悬架幅频特性