大学生方程式赛车车架结构设计与分析(2)
参考文献 46
1 绪论
中国大学生方程式汽车大赛，它是一项学生方程式赛车比赛，只能由在校本科生或研究生参加。其目的是让在校大学生制造出一辆原型车，完成动态性、耐久性、经济性的赛事测试[2],要求大学生根据组委会给定的大赛规则，自行设计、加工和调试出既能够符合比赛规则的安全性要求，又能在急加速、急减速和高速避障中具有较高性能的赛车[3]。
大学生方程式赛车的车架是赛车的重要组成部分，由于赛道中弯道密集、壁障过多，赛车承受来自各方向的不均衡载荷，从而导致车架变形、噪声振动等问题[4]。赛车的行驶性能受车架好坏的严重影响，因此，为了在比赛中取得良好的成绩，必须设计出一个符合大学生方程式汽车大赛规则的车架[5]。大学生方程式赛车车架是非承载式车身[6]，以车架为基础，将赛车的悬架、转向系统、制动系统、传动系统、电子及电气系统等各总成安装在车架上，形成一个整体[7]。
1.1 课题研究背景及意义
据相关调查显示，30年前，在汽车工业较发达的国家和地区，就有大学同各大知名汽车生产厂商进行合作，设计、研发、制作大学生方程式赛车。经过多年的经验积累，这种合作模式不仅为汽车工业培养了大量业界人才，而且现在已形成了一种独特的汽车文化[8]。
中国大学生方程式汽车大赛规定参赛者必须全部是在校大学生，比赛时，参赛车队可以和来自全国各地大学的车队相互竞争、相互学习；比赛也有利于发现和培养国内汽车工业的创新型人才，提高国内汽车工业的整体水平。大赛不仅可以锻炼同学们赛车方面的设计能力和汽车性能方面的完善技巧，而且也培养了同学们从汽车文化、汽车制造、汽车技术等方面展开深入合作的能力。
大学生方程式汽车大赛对于赛车整体的设计只做了很少的限制，其目的是为了培养大学生的创造力和想象力，同时为了给予大学生足够大的发挥空间。因此，制作出一辆能够符合大赛所有规则以及完成大赛各项目的赛车，这是参赛车队所面临的真正挑战。
比赛的基本规则如下：
(1)轴距不小于1525mm(60英寸)；
(2)轮辋不小于8英寸；
(3)悬架行程不小于50.8mm(2英寸)；
(4)大量安全和结构强度要求；
项目分值分配如表1.1
表1.1
项目名称 最高分值
静态项目 技术检查 不计分
成本与制造分析 100
营销报告 75
赛车设计 150
动态项目 直线加速测试 75
8字绕环测试 50
高速避障测试 150
燃油经济性测试 100
耐久测试 300
总分 1000
1.2 国内外发展现状
自大学生方程式汽车大赛举办以来，国外在车架方面的研究水平就远远高于国内，主要原因是我国的研究工作起步较晚。另外国外拥有先进的加工制作设备，能够保证制作加工方面的精度要求，使得制作的车架和理论设计的相差不大。
1.2.1 国外方程式赛车车架发展
在20世纪60年代中后期，国外开始将有限元分析方法应用于车架的设计中，并随着计算机技术的飞速发展，计算机辅助工程也逐渐应用在车架结构设计与分析中[9]。进入21世纪后，计算机技术再度取得突破，优化设计方法也逐渐被应用在汽车的结构设计与优化中[21]。在近几年的国外大学生方程式汽车比赛中，单体壳几乎已经取代普通赛车车架，成为在大学生方程式赛车上的一大技术飞跃。国外大学生方程式赛车所用单体壳的发展也取得了很大的成功，目前在设计思路、加工过程、制造单体壳所用材料的类型和尺寸等方面正在进行更深入的探索和研究，每一次的大学生方程式赛车比赛，国外的大学生方程式赛车总会给我们带来惊喜，车架方面就包括单体壳的设计思路、加工制造工艺，每次都令人叹为观止。单体壳车架重量轻、具有足够的刚度和强度，对整车来说，既满足了《2015年中国大学生方程式汽车大赛规则（2015.03.24）》[1]要求的车架强度和刚度要求，又实现了整车的轻量化，因为车架占整车总重的很大比例，车架的减重对于整个方程式赛车来说具有很大意义，这样整车的速度就更快，所以国外大学生方程式赛车的车速远远领先于国内，其很大一部分原因就在于车架。
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