一種基于fsae賽事的電動(dòng)方程式賽車的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種基于FSAE賽事的電動(dòng)方程式賽車，包括車架、車輪、車身、前防撞結(jié)構(gòu)、制動(dòng)踏板、動(dòng)力踏板、方向盤(pán)、座椅、制動(dòng)系統(tǒng)、電源、懸架系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，所述的前防撞結(jié)構(gòu)安裝在車架的前端，所述的車身安裝在車架上，所述的座椅安裝在車架內(nèi)，所述的制動(dòng)踏板和動(dòng)力踏板安裝在座椅前方的車架前端空間內(nèi)，所述的方向盤(pán)安裝在座椅前方的車架內(nèi)并安裝在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)上，所述的制動(dòng)系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)均安裝在車架上，所述電源安裝在車架兩側(cè)及車架尾部，呈“品”字布置，所述的車輪安裝在車架的底部。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)合理，采用純電動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)，在保證動(dòng)力的前提下避免了煙氣的污染。
【專利說(shuō)明】
_種基于FSAE賽事的電動(dòng)方程式賽車
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種基于FSAE賽事的電動(dòng)方程式賽車。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國(guó)發(fā)展新能源汽車，是應(yīng)對(duì)節(jié)能減排重大挑戰(zhàn)的需要，同時(shí)也是汽車產(chǎn)業(yè)跨越 式發(fā)展和提升國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的需要。歐美日這些國(guó)家，都把新能源汽車作為戰(zhàn)略制高點(diǎn)來(lái)考 慮，國(guó)家投入力量加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。我國(guó)傳統(tǒng)汽車領(lǐng)域和國(guó)外相比還比較落后，但在新能源 汽車方面，我們和發(fā)達(dá)國(guó)家是站在同一個(gè)起跑線上，說(shuō)法較多的是"彎道超車"，我們有機(jī)會(huì) 在新能源汽車領(lǐng)域與西方發(fā)達(dá)國(guó)家在一個(gè)平衡的層面上創(chuàng)新。我國(guó)汽車工業(yè)以純電驅(qū)動(dòng)作 為技術(shù)轉(zhuǎn)型的主要戰(zhàn)略方向，重點(diǎn)突破電池、電機(jī)和電控技術(shù)，推進(jìn)純電動(dòng)汽車、插電式混 合動(dòng)力汽車產(chǎn)業(yè)化，實(shí)現(xiàn)汽車工業(yè)跨越式發(fā)展。近幾年，我國(guó)陸續(xù)出臺(tái)了節(jié)能與新能源汽車 示范推廣以及私人消費(fèi)補(bǔ)貼的相關(guān)政策，并在不斷擴(kuò)大試點(diǎn)的范圍。在政策的支持下，我國(guó) 新能源汽車消費(fèi)市場(chǎng)開(kāi)始啟動(dòng)，電動(dòng)汽車基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也得到了初步發(fā)展，部分城市已經(jīng) 形成了網(wǎng)絡(luò)雛形。隨著2009年"十城千輛"工程的實(shí)施，電動(dòng)汽車能源供給基礎(chǔ)設(shè)施的潛在 機(jī)會(huì)開(kāi)始受到重視，國(guó)家電網(wǎng)公司、南方電網(wǎng)公司、普天海油公司等能源企業(yè)，圍繞國(guó)家新 能源汽車發(fā)展戰(zhàn)略，強(qiáng)勢(shì)介入充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，各示范城市和社會(huì)各界也積極響應(yīng)。截至 2010年年底，已經(jīng)建設(shè)各種類型充電站大約100座，充電粧300多個(gè)。在全國(guó)的大背景及其所 學(xué)專業(yè)和學(xué)生的興趣，我們決定組建電動(dòng)方程式賽車車隊(duì)。
[0003] 中國(guó)大學(xué)生方程式汽車大賽(英文簡(jiǎn)稱:FSC)是一項(xiàng)由高等院校汽車工程或汽車 相關(guān)專業(yè)在校學(xué)生組隊(duì)參加的汽車設(shè)計(jì)與制造比賽，此賽事被譽(yù)為"汽車工程師的搖籃"， 2010年，中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)聯(lián)合中國(guó)21所大學(xué)院校在上海舉辦了首屆大賽，到2013年第三 屆舉辦時(shí)，已囊括全國(guó)所有汽車專業(yè)王牌院校，63支車隊(duì)，參賽學(xué)生近兩千人，并吸引了多 只國(guó)外車隊(duì)前來(lái)參賽，成為與國(guó)際青年汽車工程師的交流盛會(huì)。
[0004] 2015年7月8日，國(guó)內(nèi)最大汽車互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)易車與中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)、中國(guó)宋慶齡 基金會(huì)共同在北京召開(kāi)發(fā)布會(huì)，宣布2015中國(guó)大學(xué)生電動(dòng)方程式大賽(FSEC)正式啟動(dòng);今 年將過(guò)往中國(guó)大學(xué)生方程式大賽(FSC)的電動(dòng)汽車組別獨(dú)立出來(lái)，升級(jí)組建中國(guó)大學(xué)生電 動(dòng)方程式大賽(FSEC)，以更好地培育汽車人才，服務(wù)汽車產(chǎn)業(yè)未來(lái)發(fā)展。
[0005] 現(xiàn)在使用的賽車存在以下的不足：
[0006] 1、賽車懸架非簧載質(zhì)量大，使賽車整體質(zhì)量提高，影響效率，賽車附著性低，不安 全因素尚；
[0007] 2、車架結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，強(qiáng)度和硬度無(wú)法滿足高速行駛的狀態(tài)；
[0008] 3、賽車輪胎磨損大，操作穩(wěn)定性不夠；
[0009] 4、賽車采用普通電機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)效率低，結(jié)構(gòu)復(fù)雜；
[0010] 5、賽車采用鋰電池成本高，電流性能差，安全無(wú)法保障，采用鉛酸電池的質(zhì)量較 重，無(wú)法做到快充深放，而且使用壽命較短；
[0011] 6、車身強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度不夠，賽車手安全無(wú)法保障；
[0012 ] 7、四螺栓輪轂，拆卸慢，影響比賽成績(jī)；
[0013] 8、賽車大多數(shù)參數(shù)由大賽規(guī)則和經(jīng)驗(yàn)確定，沒(méi)有準(zhǔn)確的公式和科學(xué)有效的手段來(lái) 進(jìn)行分析計(jì)算；
[0014] 9、燃油賽車耗油，污染環(huán)境。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0015] 本實(shí)用新型為了解決上述問(wèn)題，提出了一種基于FSAE賽事的電動(dòng)方程式賽車，本 實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)合理，采用純電動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)，在保證動(dòng)力的前提下避免了煙氣的污 染。
[0016] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案：
[0017] -種基于FSAE賽事的電動(dòng)方程式賽車，包括車架、車輪、車身、前防撞結(jié)構(gòu)、制動(dòng)踏 板、動(dòng)力踏板、方向盤(pán)、座椅、制動(dòng)系統(tǒng)、電源、懸架系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，所述的前防撞結(jié)構(gòu)安裝 在車架的前端，所述的車身安裝在車架上，所述的座椅安裝在車架內(nèi)，所述的制動(dòng)踏板和動(dòng) 力踏板安裝在座椅前方的車架前端空間內(nèi)，所述的方向盤(pán)安裝在座椅前方的車架內(nèi)并安裝 在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)上，所述的制動(dòng)系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)均安裝在車架上，所述電源安裝在車 架兩側(cè)及車架尾部，呈"品"字布置，所述的車輪安裝在車架的底部，所述的制動(dòng)系統(tǒng)與車輪 連接，所述的懸架系統(tǒng)分別與車輪和制動(dòng)系統(tǒng)連接，所述的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與懸架系統(tǒng)連接，所述 車輪為輪轂電機(jī)，直接為賽車提供動(dòng)力。
[0018] 所述電源為蓄電池。
[0019] 所述蓄電池為鎳氫動(dòng)力電池，單組65隊(duì)，電壓72￥，功率91(1，快速充放電為3.5~ 230mA〇
[0020] 所述蓄電池放置在電池箱內(nèi)。
[0021] 所述電池箱底部設(shè)有用于將電池箱安裝在車架上的吊耳。
[0022] 所述電池箱一側(cè)的側(cè)壁上設(shè)有透氣孔，另一側(cè)與透氣孔相對(duì)的位置設(shè)有排風(fēng)扇。
[0023] 所述懸架系統(tǒng)為推桿式不等長(zhǎng)的雙橫臂懸架，采用鋁制立柱與輪芯。
[0024]本實(shí)用新型的有益效果為：
[0025] (1)本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，使賽車的性能得到優(yōu)化；
[0026] (2)本實(shí)用新型采用輪轂電機(jī)作為賽車的驅(qū)動(dòng)裝置，免去了動(dòng)力系統(tǒng)和傳動(dòng)系統(tǒng) 的布置，使賽車結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化。
【附圖說(shuō)明】
[0027]圖1是本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2是本實(shí)用新型的俯視圖結(jié)構(gòu)不意圖；
[0029] 其中，1、前防撞機(jī)構(gòu)，2、車架，3、方向盤(pán)，4、座椅，5、電源，6、車輪，7、后懸架系統(tǒng)， 8,輪胎，9、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，10、制動(dòng)踏板，11、前懸架系統(tǒng)，12、車身，13、輪轂電機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0031] 如圖1和圖2所示，一種基于FSAE賽事的電動(dòng)方程式賽車，包括車架2、車輪6、車身 12、前防撞機(jī)構(gòu)1、制動(dòng)踏板10、動(dòng)力踏板、方向盤(pán)3、座椅4、制動(dòng)系統(tǒng)、電源5、懸架系統(tǒng)和轉(zhuǎn) 向系統(tǒng)9,所述車架2選用Q235鋼材，楊氏模量為210MPa，泊松比0.3。車架2縱向采用縱梁一 體式結(jié)構(gòu)，橫向運(yùn)用了很多三角加固結(jié)構(gòu)，保證了傳力效果和扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度。其次我們對(duì)車架2 模型進(jìn)行了 ANSYS有限元分析，對(duì)網(wǎng)格大小進(jìn)行了合理的控制和分配，對(duì)于受力復(fù)雜的下層 車架2鋼管劃分網(wǎng)格分得細(xì)密些，尺寸單元約為5_，其對(duì)于受力較少的上層車架2單元網(wǎng)格 劃分得粗些，其尺寸單元約為25~45mm，對(duì)于與懸架硬點(diǎn)和發(fā)動(dòng)機(jī)固定點(diǎn)相連接的車架2管 件網(wǎng)格劃分更細(xì)。為了保證賽車的強(qiáng)度和剛度，我們對(duì)賽車車架2進(jìn)行了靜態(tài)受力分析，并 通過(guò)優(yōu)化車架2結(jié)構(gòu)保證其固有頻率不會(huì)與賽車行駛時(shí)的激振頻率相接近而發(fā)生共振破 壞?？紤]車內(nèi)物體的安放空間，其次充分考慮人機(jī)工程學(xué)，需要結(jié)合第95百分位的人體模板 進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)設(shè)計(jì)充分考慮到規(guī)則的限制。綜合以上因素，可以完成總體布置。在規(guī)則中 有很多是專門(mén)保證車架2乘坐空間和車架2強(qiáng)度的，諸如腿部空間、95模板下的頭部離主環(huán) 前環(huán)連線的距離，以及側(cè)面防滾架、前環(huán)斜撐、主環(huán)斜撐結(jié)構(gòu)等等。因此要對(duì)車架2結(jié)構(gòu)不斷 細(xì)化和調(diào)整，從而滿足結(jié)構(gòu)要求。確定方案后，利用三維軟件建模，得到模型。不同部位鋼管 參數(shù)如下表：
[0032] 表1:
[0033]
[0035]所述的前防撞機(jī)構(gòu)1安裝在車架2的前端，起緩沖作用，保護(hù)駕駛者的安全，所述的 車身12安裝在車架2上，所述車身12采用PC材料拉伸板，兩次加工，在設(shè)計(jì)上結(jié)合空氣動(dòng)力 學(xué)原理，運(yùn)用ANSYS軟件進(jìn)行流體分析，減少賽車空氣阻力，提高賽車附著性。所述的座椅4 安裝在車架2內(nèi)，所述的制動(dòng)踏板10和動(dòng)力踏板安裝在座椅4前方的車架2前端空間內(nèi)，所述 的方向盤(pán)3安裝在座椅4前方的車架2內(nèi)并安裝在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)9上，所述的制動(dòng)系統(tǒng)、懸架系統(tǒng) 和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)9均安裝在車架2上，所述制動(dòng)系統(tǒng)采用液壓式簡(jiǎn)單制動(dòng)，其主缸向上斜置安裝 在車架2上，所述電源5安裝在車架2兩側(cè)及車架2尾部，呈"品"字布置，所述電源5為蓄電池。 所述蓄電池為鎳氫動(dòng)力電池，單組65KG，電壓72V，功率9KW，快速充放電為3.5~230mA。所述 蓄電池放置在電池箱內(nèi)，電池箱對(duì)蓄電池起到保護(hù)作用。所述電池箱底部設(shè)有用于將電池 箱安裝在車架2上的吊耳，能夠?qū)崿F(xiàn)固定的同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)快速拆卸，縮短更換電池的時(shí) 間，為賽事?tīng)?zhēng)取時(shí)間。所述電池箱一側(cè)的側(cè)壁上設(shè)有透氣孔，另一側(cè)與透氣孔相對(duì)的位置設(shè) 有排風(fēng)扇，排風(fēng)扇和透氣孔形成一個(gè)通路，能夠及時(shí)將電池散發(fā)的熱量排除，使電池保持正 常工作狀態(tài)。所述的車輪6安裝在車架2的底部，所述的制動(dòng)系統(tǒng)與車輪6連接，所述的懸架 系統(tǒng)包括前懸架系統(tǒng)11和后懸架系統(tǒng)7,前懸架系統(tǒng)11和后懸架系統(tǒng)7分別與前車輪6、后車 輪6和制動(dòng)系統(tǒng)連接，所述的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)9采用前置式的梯形布置的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)9,并與懸架系統(tǒng) 連接，我們根據(jù)已有轉(zhuǎn)向系統(tǒng)9參數(shù)依據(jù)阿克曼轉(zhuǎn)向原理初步確定了有一定調(diào)節(jié)范圍的梯 形轉(zhuǎn)向系統(tǒng)9,并根據(jù)相關(guān)公式計(jì)算了角傳動(dòng)比、原地轉(zhuǎn)向阻力矩等進(jìn)行校核改進(jìn)，并利用 matlab編程根據(jù)非線性最小二乘法對(duì)該轉(zhuǎn)向梯形進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，得出合適臂長(zhǎng)，并進(jìn)行了 三維建模和adams/car仿真，分析轉(zhuǎn)向系統(tǒng)9的動(dòng)力學(xué)特性，最終確定了阿克曼比例理想值 和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)9設(shè)計(jì)。所述車輪6為輪轂電機(jī)13，直接為賽車提供動(dòng)力，輪轂電機(jī)13將動(dòng)力裝 置、傳動(dòng)裝置和制動(dòng)裝置都整合一起到輪轂內(nèi)，使得賽車的結(jié)構(gòu)機(jī)械部分大為簡(jiǎn)化。所述懸 架系統(tǒng)為推桿式不等長(zhǎng)的雙橫臂懸架，采用鋁制立柱與輪芯，有效地減少了非簧載質(zhì)量，賽 車附著性提高。減震器類型為充氣式減震器，作用方式為雙向作用式，能量在壓縮行程和伸 張行程都可以進(jìn)行耗散；因?yàn)檐囕?上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，不等長(zhǎng)懸架的上臂比下臂運(yùn)動(dòng)弧度小，這 會(huì)使得輪胎8上部輕微地內(nèi)外移動(dòng)，而底部影響很小。這種結(jié)構(gòu)有利于減少輪胎8磨損，提高 汽車行駛平順性和方向穩(wěn)定性。同時(shí)減震器外置便于調(diào)節(jié)阻尼。采用鋁制立柱與輪芯，有效 地減少了非簧載質(zhì)量，賽車附著性提高。減震器類型為充氣式減震器，作用方式為雙向作用 式，能量在壓縮行程和伸張行程都可以進(jìn)行耗散。根據(jù)懸架參數(shù)建立設(shè)計(jì)點(diǎn)，我們利用 adams/car模塊進(jìn)行了建模分析，通過(guò)對(duì)主銷內(nèi)傾角，主銷后傾角，前輪外傾角等重要參數(shù) 的測(cè)量與優(yōu)化，得到了優(yōu)化后的懸架幾何參數(shù)。通過(guò)優(yōu)化車輪6外傾角變化范圍，使賽車轉(zhuǎn) 彎時(shí)可以提供足夠側(cè)向力，并最大程度利用輪胎8附著能力，并且我們?cè)O(shè)計(jì)了與車輪6外傾 角相匹配的前束角，有助于保持直線行駛能力，適當(dāng)?shù)闹麂N內(nèi)傾角使轉(zhuǎn)向能夠自動(dòng)回正，減 少駕駛負(fù)擔(dān)。提高了懸架的可調(diào)整性能，有利于之后的調(diào)校。
[0036] 整車車輛參數(shù)如下表所示：
[0037] 表2:車輛參數(shù)
[0038]
[0039]
[0040] 上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本實(shí)用新 型保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本實(shí)用新型的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng) 域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本實(shí)用新型的保護(hù)范 圍以內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于FSAE賽事的電動(dòng)方程式賽車，其特征是：包括車架、車輪、車身、前防撞結(jié) 構(gòu)、制動(dòng)踏板、動(dòng)力踏板、方向盤(pán)、座椅、制動(dòng)系統(tǒng)、電源、懸架系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，所述的前防 撞結(jié)構(gòu)安裝在車架的前端，所述的車身安裝在車架上，所述的座椅安裝在車架內(nèi)，所述的制 動(dòng)踏板和動(dòng)力踏板安裝在座椅前方的車架前端空間內(nèi)，所述的方向盤(pán)安裝在座椅前方的車 架內(nèi)并安裝在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)上，所述的制動(dòng)系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)均安裝在車架上，所述電 源安裝在車架兩側(cè)及車架尾部，呈"品"字布置，所述的車輪安裝在車架的底部，所述的制動(dòng) 系統(tǒng)與車輪連接，所述的懸架系統(tǒng)分別與車輪和制動(dòng)系統(tǒng)連接，所述的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與懸架系 統(tǒng)連接，所述車輪為輪轂電機(jī)，直接為賽車提供動(dòng)力。2. 如權(quán)利要求1所述的一種基于FSAE賽事的電動(dòng)方程式賽車，其特征是:所述電源為蓄 電池。3. 如權(quán)利要求2所述的一種基于FSAE賽事的電動(dòng)方程式賽車，其特征是:所述蓄電池為 鎳氫動(dòng)力電池，單組65KG，電壓72V，功率9KW，快速充放電為3.5~230mA。4. 如權(quán)利要求3所述的一種基于FSAE賽事的電動(dòng)方程式賽車，其特征是:所述蓄電池放 置在電池箱內(nèi)。5. 如權(quán)利要求4所述的一種基于FSAE賽事的電動(dòng)方程式賽車，其特征是:所述電池箱底 部設(shè)有用于將電池箱安裝在車架上的吊耳。6. 如權(quán)利要求5所述的一種基于FSAE賽事的電動(dòng)方程式賽車，其特征是:所述電池箱一 側(cè)的側(cè)壁上設(shè)有透氣孔，另一側(cè)與透氣孔相對(duì)的位置設(shè)有排風(fēng)扇。7. 如權(quán)利要求1所述的一種基于FSAE賽事的電動(dòng)方程式賽車，其特征是:所述懸架系統(tǒng) 為推桿式不等長(zhǎng)的雙橫臂懸架，采用鋁制立柱與輪芯。
【文檔編號(hào)】B62D21/02GK205589311SQ201620394878
【公開(kāi)日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年5月4日
【發(fā)明人】劉運(yùn)凱, 郝彭帥, 賈博文, 張文森, 臧琳
【申請(qǐng)人】劉運(yùn)凱, 郝彭帥, 賈博文, 張文森