设计
1.车架与车身
车架的设计在遵守大赛规则的前提下，主要从稳定可靠，结构紧凑轻量的角度出发
车架采用4130合金钢无缝钢管材料，采用氩弧焊的方式进行焊接。采用简单的三角结
构布置管件，以达到结构简单可靠的目的。车身采用全碳纤维的设计，并且加入底部
扩散器用来增大赛车在高速行驶状态下的下压力。车架及车身分别进行了车架刚度CAE
分析，车架强度CAE分析，赛车外流场CAE分析，整车碰撞CAE分析
车架刚度CAE分析
分析描述：
弯曲刚度：约束后悬架与车轮连接处，前悬架与车轮连接处。施加Z方向1.8倍重力加
速度；
扭转刚度：约束后悬架与车轮连接处，在左右前悬架与车轮处施加大小相等方向相反
的20mm强制位移
结果分析：
弯曲工况最大垂向位移2.7mm，轴向拉应力45.6MPa，压应力18.5MPa；
扭转工况前环上部最大位移5.0mm，轴向拉应力116MPa，压应力113MPa
车架强度CAE分析
分析描述：
约束：车架与悬架安装点所有自由度；
载荷：侧向冲击工况：垂向1G的重力加速度，侧向1.5G重力加速度；
前行制动工况：垂向1G的重力加速度，Y向1.1G重力加速度
结果分析：
侧向冲击工况，最大应力为164MPa，最大位移0.5mm；
前行制动工况，最大应力为78.4MPa，最大位移0.26mm
赛车外流场CAE分析
分析描述：分析赛车速度为120kph时的风阻系数
结果分析：前部有蒙皮包裹部分气流贴合性较好，车轮、车身后部支架及动力总成外
露，气流在这些部位形成大尺度涡流，不利于降低风阻；暴露在外的车轮、进气管迎
风面压力系数较大不利于降低风阻，另外车身两侧的散热器压力系数也较大
气动阻力
（N）
正投影面积
（m2）
风阻系数
Cd
升力系数 前轮升力系数 后轮升力系数
GSF-1 340.68 0.8918 0.5722 0.309 0.14320.1658
整车碰撞CAE分析
分析描述：车辆以25.2km/h的速度撞击静止固定的刚性墙。仿真分析中车辆速度定义
为沿整车坐标系X轴负向的初速度，时间设为0.15s。试验车辆100%重叠冲击固定不可
变形壁障
结果分析：经由于碰撞速度不高，变形集中在整车前端(缓冲装置)，车身框架变形较
小、结构完整。 整车最大加速度峰值39.3g（82ms时刻），最大减速度不超过40g；变
形集中在车架前部安装缓冲块区域，中部变形主要位于钢管搭接处
2.悬架与转向
悬架主要考虑的设计目的是使轮胎更好的贴合地面，使赛车在行驶过程中跟易于操控，
从确定轮胎的数据开始，确定轮胎的最佳定位角度，以这些参数为标准去设计悬架的
杆系和零部件。出于成本考虑选用了13寸的轮毂，所以只能通过更优化的悬架设计来
达到降低质心的目的。GSF-1的悬架设计参考了CFGP赛车的设计，采用了前后双横臂式
的形式，前悬采用推杆的换向结构，后悬采用拉杆的换向结构。最终我们将质心高度
设定在了280mm
为了减轻非簧载质量，对立柱和轮毂以极限工况分析，实现轻量化。立柱选用7075铝，
通过数铣，表面阳极硬化处理的方式进行加工。并在设计时就开始进行CAE分析
转向机构选用最简洁直接的齿轮齿条转向机构，齿轮齿条采用45号钢制作，转向机壳
体使用7075铝制作，轻量化壳体，使用最简洁的设计实现最直接的操纵效果
为了保证悬架，转向，等运动件之间不存在干涉。我们在整车总装后对悬架，转向等
运动部件进行了DMU分析。确保各运动部件之间不存在干涉，且保证可靠运行
3.制动
制动的设计根据整车质量和最大体重车手的总质量为依据，选取最合适主缸和轮缸的
缸径比，为保证赛车在高速行驶时四轮抱死时不出现甩尾等危险动作，采用了前大后
小（前制动轮缸径1.75in后制动轮缸径1.38in）和可调节前后制动比例的设计。为保
证制动的可靠性，刹车盘在经过分析后采用铸铁工艺定制了通风孔式刹车盘，在散热
和轻量化设计的同时又保证了刹车盘的强度。刹车踏板采用可前后调节的设计并对刹
车踏板面进行了左右的限位，能保证不同身高的车手都能有最佳的操作空间和安全性
4.动力总成
GSF-1使用CBR600RR发动机。在加装限流阀之前，我们对原车发动机进行测功，记录原
始数据，以便于后期改装进排气系统，加装power commander外挂电脑后，进行调校时
有据可依
利用三维扫描技术对发动机进气及油底壳安装孔位进行扫描，以便于后期制作的进气
系统和改造后的油底壳可以精准安装。然后对进气系统中喷油器的安装角度进行三维
扫描，并优化设计，使发动机在改造后能在各工况下达到最佳工作状态
对进气系统进行重新设计时使用Ansys进行了流场分析，实现利用进气谐振达到脉动效
应，同时保证稳压腔在不影响进气效率的情况下实现各缸之间进气均匀的作用
排气系统对原有管路进行优化改造。通过Ansys对排气进行流体分析，使背压达到最优
状态，并使排气噪声在大赛规则的范围内
进气系统中，进气管路运用碳纤维复合材料制作，已达到整体轻量化，内壁光滑减小
进气阻力。进气系统涉及到喷油器底座的部分使用3D打印技术，实现喷油器孔位与设
计尺寸精准无误，以保证后期发动机运转时喷油角度的精确控制，同时降低底座整体
质量
油底壳采用7075铝料，根据设计图纸进行数铣加工，在减轻质量的同时，降低了发动
机整体重心，对降低整车质心和提升操控提供了有利支持
在变速箱操纵方面，加入气动换挡机构的同时也设计了手动拉线式换挡机构。以确保
换挡机构的可靠性。气动换挡机构由51单片机控制三位五通中泄式电磁阀作动迷你气
缸实现换挡动作。并且利用电磁气缸和气缸位置电磁开关配合工作，试制了气动一键
归空档的功能
5.人机优化
从车手视角出发，方向盘，操纵踏板进行了人机设计及优化
方向盘采用碳纤维塑造成型，高度集成化操作按钮包含加减档按钮，气动离合器按钮，
行车电脑菜单设置按钮，以及集成式仪表盘
操纵踏板设计为前后可调节式，能适应不同身高的车手。座椅以标准男性后背为模具，
翻模制作出能紧密贴合的座椅，并且座椅可上下调节，极大程度上适应了不同身高体
型的车手
工程软件的分析
分析项目 使用软件 分析内容
车架CAE强度分析 CATIA
SOLIDWORKS
ANSYS
车架刚度
车架CAE刚度分析 车架强度
整车CAE外流场分析 整车空气动力学
转向节CAE分析 转向节强度分析
整车碰撞CAE分析 车辆模拟碰撞测试
悬架转向DMU干涉分析 悬架转向模拟作动实验
进排气流场分析 进排气流场演示
附加材料
车架CAE强度分析 转向节强度分析
整车外流场分析
整车CAE碰撞动画截图
悬架转向DMU模拟分析。