大学生方程式赛车车架的拓扑优化设计

10.16638/ki.1671-7988.2020.09.042大学生方程式赛车制动踏板拓扑优化设计薛科叙，李未*，龚成义（长春大学机械与车辆工程学院，吉林长春130022）摘要：为了更好实现赛车的轻量化设计目标，针对制动踏板，利用拓扑优化的方法对制动踏板进行结构优化并重建模型，并与原始制动踏板做强度分析与疲劳分析的结果对比。

结果表明，拓扑优化设计后的制动踏板，其变形量、应力分布均好于原始制动踏板，并且质量降低了22.1%，实现了轻量化设计目标，对赛车零部件设计思路具有一定的指导作用。

关键词：拓扑优化；轻量化；制动踏板中图分类号：U469.6+96 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2020)09-138-03The Topological Optimization Design of the Brake Pedal of the Formula SAEXue Kexu, Li Wei*, Gong Chengyi（College of mechanical and vehicle engineering, Changchun University, Jilin Changchun 130022）Abstract:In order to achieve the lightweight design goal of racing car better, For the brake pedal, the topological optimization method is used to optimize the structure of the brake pedal, then rebuild the model. At the meanwhile, the results of strength analysis and fatigue analysis are compared with the original brake pedal. The result shows that the deformation and stress distribution of the brake after topology optimization design are better than that of the original brake pedal, and the quality is reduced by 22.1%, achieving the goal of lightweight design. The paper has a certain guiding effect on the design of racing car parts.Keywords: Topology optimization; Lightweight; Brake pedalCLC NO.: U469.6+96 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2020)09-138-031 前言中国大学生方程式汽车大赛（简称“中国FSC”）是一项由高等院校汽车工程或汽车相关专业在校学生组队参加的汽车设计与制造比赛。

FSAE赛车车架的结构分析与优化的开题报告一、选题背景FSAE（Formula SAE）赛车竞赛是国际汽联主办的一项汽车竞赛项目，旨在培养青年人的汽车设计和制造能力。

赛车要求具备高性能、高可靠性和高安全性，其中车架结构是赛车设计的核心之一，直接影响车辆的性能和操控性。

因此，本课题选取了FSAE赛车车架的结构分析与优化为研究对象，旨在探讨其结构特点及优化方法，提高车辆的性能和竞赛成绩。

二、研究内容和目标（一）研究内容1. FSAE赛车车架的结构特点及材料选择；2. 车架结构的静力学分析，包括力学模型、受力分析等方面；3. 车架结构的动力学分析，包括振动模态、固有频率、模态分析等方面；4. 车架结构的优化方法，包括拓扑优化、结构优化等方面；5. 基于优化后的车架结构设计静态和动态试验，并对试验结果进行分析。

（二）研究目标1. 深入了解FSAE赛车车架的结构特点及其受力情况；2. 通过力学分析和动力学分析，了解车架结构在静态和动态条件下的应力和振动情况，为后续优化提供基础；3. 熟悉车架优化的方法和流程，针对车架结构特点，提出优化方案，提高车辆的性能和竞赛成绩；4. 对优化后的车架设计进行静态和动态试验，验证优化效果，规范车辆设计和制造流程；5. 为FSAE赛车竞赛提供优秀的车辆设计和制造构思和方案，提高中国赛车水平和竞争能力。

三、研究方法和技术路线（一）研究方法1. 理论分析法：通过文献调研和资料收集，深入了解FSAE赛车车架的结构特点及材料选择；2. 数值模拟法：建立车架的静力学和动力学模型，进行数值模拟，分析车架在静态和动态条件下的应力、振动等情况；3. 优化设计法：结合车架的结构特点，采用拓扑优化、结构优化等方法，提出优化方案，提高车辆的性能和竞赛成绩；4. 试验验证法：设计静态和动态试验方案，对优化后的车架进行验证，分析试验结果并对车架设计和制造流程进行规范。

（二）技术路线1. 车架结构特点和材料选择分析；2. 车架静力学分析和动力学分析，并确定车架应力和振动情况；3. 优化方案设计，包括拓扑优化、结构优化等方法；4. 实验设计和试验验证，对优化后车架进行静态和动态试验，分析试验结果。

专利名称：一种汽车车架拓扑优化方法专利类型：发明专利
发明人：梁恒明
申请号：CN201910946936.6
申请日：20191007
公开号：CN110727993A
公开日：
20200124
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种汽车车架拓扑优化方法，其步骤包括：建立汽车车架的初步模型；进行第一次拓扑优化；以汽车车架的厚度、车架的宽度、车架的长度、车架的高度为变量；得到第一次拓扑优化后的结构，取整相关尺寸，合理调整相连结构的形状；进行第二次拓扑优化；以车架的前中后三个架的宽度为变量；得到第二次拓扑优化后的结构，取整相关尺寸，合理调整结构形状。

本发明提出的汽车车架拓扑优化方法，采用ANSYS软件进行两侧拓扑优化，将汽车车架的结构优化到最优，达到汽车车架的轻量、受力均匀的目的。

申请人：泰州市荣诚纸制品有限公司
地址：225300 江苏省泰州市民营科技园姜寺路北侧、吴陵南路东侧
国籍：CN
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摘要Formula SAE 赛事1980 年在美国举办第一次比赛，现在已经是为汽车工程学会的学生成员举办的一项国际赛事，其目的是设计、制造一辆小型的高性能方程式赛车，并使用这辆自行设计和制造的赛车参加比赛。

出于此项比赛的宗旨是让学生针对业余高速穿障的车手开发制造一个原型车，该原行车应该具备有可小批量生产的能力，并且原型车的造价要低于25,000 美元。

这项竞赛包含有3个最主要的基本元素，分别是：工程设计、成本控制以及静态评估,单独的动态性能测试,高性能的耐久性测试Formula SAE 赛事的主要参与者通常都是来自高校的学生组成的车队。

现在在美国、欧洲和澳大利亚每年都会举办Formula SAE 比赛。

Formula SAE 向年轻的工程师们提供了一个参与有意义的综合项目的机会。

为了促进民族汽车工业的发展，中国于2010年开始举办此赛事。

本次设计正因此而展开，本次设计主要是从车架的结构入手，为了让车架达到比赛所用赛车的刚度和强度进行设计和分析，本设计对整车做了总体布置，确定重心的位置。

然后将自己设计出的三个不同结构的车架运用Proe进行建模，然后将三个车架导入ansys软件进行静力结构分析与车架侧翻时候的静力分析，通过比较得到优化结果，将优化的车架进行模态分析。

由于车架看是简单实际上是比较复杂的，通过ansys软件的分析不但能满足设计的要求，而且缩短了设计的周期。

通过本次优化设计使中国FSAE赛车车架的设计能更加完美，同时通过比赛可以通过很多数据为民族汽车工业能提供很多重要的数据，进一步使民族汽车的更安全和实用。

关键词：车架；结构；静态分析；模态分析；优化设计ABSTRACTFormula SAE 1980 competition held in the first race in the United States, now is the student members of the Society of Automotive Engineers held an international event, whose purpose and designed using the Zheliang and manufactured race cars. For the purposes of this competition is to allow students to wear barrier for amateur drivers speed development and fabrication of a prototype vehicle, the original driving should have had the capacity to small batch product ion and prototype cars cost less than 25,000 dollars. The main competition includes three basic elements, namely: engineering design, cost control and static evaluation, a separate dynamic performance testing, durability testing high-performance Formula SAE competiti ons are usually the main participants from universities a convoy of students. Now in the United States, Europe and Australia will host an annual Formula SAE competition. In order to promote the national auto industry development, China started in 2010 to organize the event. This design is therefore to start, this design is mainly starting from the structure of the frame in order to allow the frame to match the car's stiffness and strength with the design and analysis, the design of the vehicle made a layout, determine the center of gravity position. And then design their own out of the use of three different frame structures Proe model, then three trailers into ansys structural analysis software for static and time frame roll static analysis, by comparing the optimized results will optimize the modal analysis of the frame. Since the frame is a simple fact to see is more complicated, not only through the analysis ansys software to meet design requirements, and shorten the design cycle. The optimal design by the Chinese FSAE car frame is designed to be more perfect, while a lot of data by race for the nation through the automotive industry can provide many important data, and further make the national car more secure and practical.Key words: Frame;Structure; Static analysis;Modal analysis; optimal Design第1章绪论全套图纸，加153893706研究的目的和意义(1)通过此次毕业设计能为FSAE赛车提供出车架的设计方案，能填补学校在这方面的空白之处，也能为学校组建FSEA方程式赛车作出微薄的贡献。

大学生方程式赛车复合材料优化教程前言/摘要本教程介绍的复合材料设计方法已经在工业界得到应用。

材料属性从制造商提供的数据表中提取。

希望通过本教程，分析工程师能够了解复合材料优化设计的各个步骤，更方便地进行复合材料优化。

本教程利用简化后的学生方程式赛车单体壳来说明复合材料优化方法。

需要说明的是，由于不能与已有的单体壳进行设计和测量对比，所使用的模型仅仅作为说明复合材料优化过程的工具。

教程使用HyperWorks11.0，前处理使用HyperMesh，后处理使用HyperView，使用OptiStruct作为求解器。

要完成本教程，建议您首先熟悉相关软件。

模型简介这是一个带支架和前悬组件的单体壳模型。

支架和前悬组件已经赋予了材料和属性。

使用RBE2单元与单体壳进行连接。

单体壳分为两部分，主零件将作为后续优化对象，镶嵌件将作为优化中的非设计空间。

工况中的荷载扭矩Mx和-Mx按照标准方式计算并施加。

每一章节的hm或fem文件都已经给出。

如果一直在初始模型上进行设置和计算，由于存在不同的输入（从2.2节尺寸优化开始），得到的结果可能与本文的结果有差异。

模型下载地址：/structural/optimization/composites/composite-optimization-of-a-form ula-student-monocoque/目录1.准备模型 (1)1.1 检查并调整单元法向 (1)1.2 检查并调整材料方向 (1)1.3 使用PCOMPP属性创建铺层 (2)2.复合材料优化流程 (8)2.1 自由尺寸优化设置 (8)2.1.1 准备工作 (8)2.1.2 自由尺寸优化计算 (12)2.2 尺寸优化设置 (14)2.2.1预备步骤 (14)2.2.2连续尺寸优化计算 (18)2.2.3离散尺寸优化计算 (19)2.3 层叠次序优化的建立 (23)2.3.1 准备工作 (23)2.3.2层叠次序优化 (25)3.复合材料优化结果总结 (26)参考文献 (26)1.准备模型打开HyperMesh，User Profile选择OptiStruct或RADIOSS模板，并且打开文件：01_analysis_blank.hm1.1 检查并调整单元法向划分网格后，一个component 中的单元法向很有可能不在同一个方向。

技术创新31大学生方程式赛车车架设tt与优化◊常熟理工学院汽车工程学院冯弊张萌罗仕豪李彤王巍许晓怡对于大学生方程式赛车而言，赛车最终成绩评定的各项性能要求中，主要涉及重量和结构。

车架重量影响燃油经济性与动力性，结构影响其强度、可靠性及人机工程配合度，因此需要对方程式车架进行设计及优化。

随着有限元分析法的普及和计算机技术的迅猛发展，有限元分析法也广泛应用在赛车车架的设计中。

有限元技术可以贯穿在车架设计中，拓扑优化设计在设计初期阶段采用，优化材料布局，获得合理的结构方案。

这对于提高赛车的动力性、燃油经济性以及赛车的人机工程性都具有重要意义。

1引言Formula SAE比赛于1979^由美国车辆工程师协会(SAE)开创举办，参加比赛的大学生需要在一年内开发一辆排量为610cc以下的休闲赛车，该赛车同时需要满足装配简单紧凑这一要求，并且该赛车能够满足小工厂每天至少可以生产4辆这一条件。

这项比赛的重点是创造一种更具竞争力的车辆，比现有车辆更疑，更强大，更臨Formula SAE制h战本科生和研究生设计和制造微型方程赛车的能力。

它对整车的设计有一个相对较小的限制，以便为汽车的高弹性设计和自我表达提供创造力和想象空间。

比赛前的每辆车通常用于设计，制造，测试和赛车只有8至12个月。

在与来自世界各地的大学团队的交流和谈判中，比赛让每辆赛车和他们的车队都有机会展示他们的创造力和公平性。

2建模设计2.1车架的基本结构主环：它是位于驾驶员旁边或后面的滚动停止结构。

前环：一个滚动挡块位于驾驶员的脚上，靠近手柄。

防滚架：主环和前环防止侧翻。

防滚架斜撑支撑：用于从主环底部和前环支撑件拉出到主环和前环的结构。

侧边防撞区域：从座板表面到驾驶舱内框架的最低点为240mn逢320mm,车辆从前环到主环的侧面区域。

2.2车架类型的选择依据赛事规则要求，并通过査阅相关文献，总结出以下方案以供选择。

(1)单体壳一底盘结构由外部平板负载。

即车架与车身合为一体，车身就属于车架的一部分的结构。

基于拓扑优化的FSAE赛车车架结构设计吴佳秜;张诗博;解紫婷;陈浩杰【摘要】为了设计出兼顾轻量化与安全性的电动方程式赛车车架,文章同时结合有限元分析与连续体拓扑优化两种方法,使用CATIA软件设计车架并进行有限元力学与模态分析,通过Hyperworks软件的Optistruct求解器对车架进行拓扑优化,根据拓扑结果再次进行力学与模态的分析,得到满足设计要求且兼顾质量和性能的电动方程式赛车车架.最后通过实际比赛的检验,验证有限元分析与拓扑优化结合方法的可行性.【期刊名称】《汽车实用技术》【年(卷),期】2018(000)006【总页数】5页(P115-119)【关键词】车架;拓扑优化;有限元分析;轻量化;FSAE赛车【作者】吴佳秜;张诗博;解紫婷;陈浩杰【作者单位】成都农业科技职业学院机电技术分院,四川成都611130;南昌大学,江西南昌330031;南昌大学,江西南昌330031;南昌大学,江西南昌330031【正文语种】中文【中图分类】U463.83引言近年来，中国对汽车工业发展愈加重视，电动方程式赛车车队的要求便不仅仅局限于造出一辆的车，而着眼于打造一辆性能优异的赛车。

车架作为一辆车受力、传导力的重要结构部件，便对其有了更高的性能要求。

本文主要着重于车架的设计与拓扑优化，把如何设计一个兼顾轻量化与安全性的车架作为本文研究的目标。

拓扑优化中的连续体拓扑优化对于桁架结构比较适用。

连续体拓扑优化把定义空间分割成有限个单元进行设计，WEI K L[1]利用连续体拓扑优化中的变密度法对半挂车车架进行优化设计对变密度法进行了详细讨论，并给出了优化结果。

CHEN CF[2]等对抑制棋盘格现象而引入的惩罚因子ρ作了描述，对结果进行的验证也证明了其可靠性。

本文对FSAE赛车桁架式车架采用连续体拓扑优化的方法，建立有限个PSHELL单元和PBEAM单元的拓扑优化模型，借鉴与优化结果设计出兼顾轻量化与安全性的新车架，再对新车架进行力学及模态分析，保证车架结构满足设计要求，可以安全参赛。

大学生方程式赛车悬架系统参数优化设计刘寅童，邢立轩，卢泳陵*同济大学【摘要】大学生方程式赛车当前已经风靡全球。

其设计形式可谓五花八门。

作为一款赛车，悬架系统对于其整车性能的影响不可忽视。

为了能够使赛车的操控性能最优化，对于不同的赛车，即使采用相同的悬架结构形式，也应该具有不同的设计参数。

本文将以自行设计的赛车为基础，针对赛道路况，设计及优化悬架系统参数，以使赛车能够达到较好的操控性和平顺性。

【关键词】大学生方程式赛车，悬架系统，侧倾中心，前轮外倾角，悬架刚度Optimization for the Suspension Parameters of Formula SAE CarLiu Yintong, Xing Lixuan, Lu YonglingTongji UniversityAbstract: Formula SAE has been already very popular among the young people globaly. The design has also been diversified. As a racing car, suspension system has a great effect on the performance of the car. As a result, a similar suspension structure on different car must has differenet parameters, to optimize the performance. In this article, the design was based on a self-built car and the parameters was optimized for circuit condition to improve the controlling and riding performance.Key words: Formula SAE, Suspension system, Roll center, Camber, Suspension stiffness 1 研究背景大学生方程式赛车系列赛事（Formula SAE）由美国汽车工程师协会（SAE International）创办于1979年。

科技与创新┃Science and Technology&Innovation ·44·2020年第16期文章编号：2095－6835（2020）16－0044－03大学生方程式赛车整车优化设计王世权，任豪放（武汉理工大学汽车工程学院，湖北武汉430070）摘要：以武汉理工大学WUT车队2019赛季赛车为例，描述了一种以《2019中国大学生方程式大赛规则》为设计依据，利用CATIA软件进行建模，ANSYS软件进行仿真分析来对赛车进行设计的方法。

详细论述了赛车动力系统和底盘传动、转向、行驶、制动系统以及赛车车身车架、电气系统的优化设计方案，从而达到设计目标，为大学生方程式赛车整车设计与优化提供参考。

关键词：中国大学生方程式赛车；动力系统；传动系统；车身车架中图分类号：U462.2文献标识码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2020.16.018中国大学生方程式汽车大赛是一项由高等院校在校学生组队参加的汽车设计与制造比赛。

各参赛车队需遵照规则和制造标准，在一年时间内自行设计并制造出一辆性能优异的赛车，最后争取成功完成全部或部分赛事环节[1]。

随着中国大学生方程式汽车大赛的发展，越来越多的车队加入到比赛当中，并且合理地运用各项新技术，使赛车的性能有了很大的提高。

1总体设计概述1.1设计目标设计目标主要包括满足规则要求、提升赛车操纵性、提高赛车动力性、实现赛车轻量化。

1.2整车主要参数本赛季赛车主要参数如表1所示。

表1整车参数表序号名称数值1轴距/mm15802前轮距/mm12303后轮距/mm11704前后载荷比45∶555质心高度/mm3006主传动比 2.9097发动机类型HONDA CBR600-RR8差速器类型德雷克斯勒9换挡方式气动换挡2动力系统设计结合以往赛季经验，本赛季依旧采用HONDA CBR600-RR发动机。

动力总成各部分进行如下优化：①进气系统优化；②排气系统重新设计，自主设计制作阻抗式消音器；③低油底壳高度。

基于OptiStruct的大学生方程式赛车结构尺寸优化作者：朱伟吴杨来源：《科技创新与应用》2016年第27期摘要：为保持大学生方程式赛车力学性能不变，通过对车架不同部位的钢管进行减重来提升动力性能和减少燃油消耗，特对车架钢管厚度进行尺寸优化。

考虑到车行驶时受到弯扭等多种工况对车架的影响，在满足车架各项性能要求前提下，对车架进行尺寸优化，有限元分析结果标明，对车架钢管厚度进行重新设计，说明尺寸优化设计方法对进行方程式赛车车架优化的有效性和可行性。

关键词：有限元；OptiStruct；尺寸优化；结构优化前言汽车的轻量化，就是在保证汽车的强度和安全性能的前提下，尽可能地降低汽车的整备质量，从而提高汽车的动力性，减少燃料消耗，降低排气污染。

实验证明，若汽车整车重量降低10%，燃油效率可提高6%-8%；汽车整备质量每减少100公斤，百公里油耗可降低0.3-0.6升；汽车重量降低1%，油耗可降低0.7%。

大学生方程式赛车轻量化，就是在保证汽车强度、刚度等不变的前提下，尽可能降低整车质量，尤其是车架的优化对提高汽车动力性和燃油经济性具有重要作用。

针对车架的尺寸优化，必须同时满足下面几个要求[2]：（1）车架的刚强度必须满足动力总成要求，（2）车架的固有频率必须避开路面激励、发动机激励等频率范围，防发生共振。

1 车几何模型和有限元模型1.1 车架三维模型根据中国大学生方程式赛车车架结构要求及布局[1]，如图1，采用CATIA设计如下图2所示的车架。

1.2 有限元模型建模若采用实体网格对车架进行网格划分较麻烦，建模时对车架采用杆单元来进行模拟，然后赋予杆单元圆管截面。

网格划分时采用ID中line mesh中的bar2单元来进行模拟，不同颜色赋予不同的属性，材料均采用4130钢材。

1.3 车架模态分析运用有限元计算方法求取赛车车架固有频率和固有振型来避开因各种振动而引起的共振。

赛车的激励源主要有来自路面激励，频率通常低于20Hz，发动机怠速为 3000r/min时，频率100Hz左右，发动机常用转速7000～10000r/min 时，由公式得频率在233～333Hz之间，为避开车架的共振区，就是要各种激励频率与车架各级固有频率不能太相近[3]。

河南科技大学毕业设计（论文）题目大学生方程式赛车设计（总体设计）大学生方程式赛车设计（总体设计）摘要本次毕业设计为期二个多月，进行了方程式赛车的总体设计。

在设计中，主要运用了对比分析的方法，各项参数通过优化设计和UG、MATLAB等进行优化。

初期阶段，我们根据2011年大学生方程式汽车大赛规则确定了赛车整体布置方案，并进行论证与分析，初步确定赛车主要参数。

通过计算与对比，确定发动机型号，初选传动系最大传动比、最小传动比。

中期阶段，我们设计中使用UG6.0三维软件对各个零部件总成进行建模和整体装配，并进行悬架、转向的运动干涉分析。

利用发动机动力特性曲线特点，用MATLAB软件绘制出赛车驱动力-行驶阻力平衡图、加速度曲线图等，并详细计算赛车燃油经济性。

最后阶段，利用UG7.5进行导出赛车总体布置二维工程图，并制成总体参数表，并将第一代赛车与第二代赛车进行对比分析。

对于考虑到的实际生产中可能发生变化的悬架、车架和转向部件，预留方案。

通过本次毕业设计，了解和掌握了对汽车进行总体设计的步骤和方法，巩固了本专业的所学的专业知识，增强了搜集资料、整合资料的能力，这些将为我毕业以后从事汽车设计工作打下良好的基础。

关键词：FSAE，总体参数，参数确定，总布置、赛车动力性、燃油经济性ABSTRACTFor two months, My graduation design is the overall design of the formula racing. we used the contrast analysis method mainly in the design, through optimizing the parameters optimization design and optimization of UG MATLAB, etc.Initial stage, we according to 2011 auto contest rules determine college equation overall layout of the car, and the demonstration and analysis, the main parameter is determined primarily racing. Through calculation and comparison, sure engine type, primaries drivetrain maximum transmission ratio, minimum transmission.The intermediate stage, we design UG6.0 3d software used in various parts of assembly for modeling and whole assembly, and suspension, steering movement interference analysis. Use of engine power characteristic curve characteristic, MATLAB software mapped drive car driving forces - resistance balance figure, acceleration curve, and etc, and detailed calculation racing fuel economy.The final stages UG7.5 are derived by car, general layout, and two-dimensional engineering graphics overall parameter table, and made the first generation and the second generation racing cars are compared and analyzed. For considering the actual production of may change suspension, frame and steering parts, obligate scheme.Through the graduation design, I understand and master the overall design of car of the steps and method, the professional knowledge of professional knowledge, enhance the data collection and integration of information, these ability after my graduation will be engaged in car design lay a good foundation for the job.KEY WORDS:FSAE, general parameters, parameter identification, general arrangement,the car power, fuel economy特殊符号m a 汽车总质量kgV 最高车速km/hL 轴距 mmB1 前轮距 mmB2 后轮距 mmR 最小转弯半径mmhg 满载时质心高度mmhgˊ空载时质心高度mmD 轮胎直径mmB 轮胎宽度mmP 轮胎气压MPA 汽车迎风面积F 滚动阻力系数C空气阻力系数Do i驱动桥主减速比g i变速器传动比F汽车行驶使的空气阻力w1g i变速器Ⅰ挡传动比F车轮与路面的附着力ϕm汽车总质量au汽车行驶速度aP发动机最大功率emaxT发动机转矩eP为克服滚动阻力所消耗的功率fϕ轮胎与路面的附着系数η传动系效率tQ是百公里油耗s目录第一章FSAE赛车总体概况 (1)§1.1 FSAE赛车起源 (1)§1.2 FSAE赛车现状 (2)§1.2.1国际赛车概况 (2)§1.2.2国内赛车概况 (2)§1.2.3我校赛车概况 (2)§1.3 FSAE赛车总体设计概述 (3)§1.3.1汽车设计的规律、决策与设计过程 (3)§1.3.2 FSAE赛车主要技术要求 (3)§1.3.3 第二代赛车设计目标 (4)§1.3.4 FSAE赛车项目意义 (5)第二章FSAE赛车总体设计 (7)§2.1 总体设计目标 (7)§2.2 赛车目标参数的初步确定 (8)§2.2.1 发动机选择 (9)§2.2.2 轮胎的选择 (10)§2.2.3 传动系最小传动比的确定 (11)§2.2.4 传动系最大传动比的确定 (11)§2.3 赛车发动机选型 (12)§2.4 赛车主要设计参数的确定 (13)§2.4.1 尺寸参数 (13)§2.4.2 质量参数 (14)§2.4.3 性能参数 (15)§2.5 赛车各系统设计 (17)§2.5.1 悬架系统设计 (18)§2.5.2 转向系统设计 (19)§2.5.3 制动系统设计 (19)§2.5.4 电器系统设计 (21)§2.5.5 车身设计 (23)§2.5.6 车架设计 (23)第三章赛车动力性与燃油经济性 (25)§3.1 汽车的动力性 (25)§3.1.1 动力性的评价指标 (25)§3.1.2驱动力—行驶阻力图 (25)§3.1.3 汽车的加速能力 (28)§3.1.4 动力特性图 (29)§3.1.5 功率平衡 (31)§3.2 燃油经济性 (32)第四章赛车总体布置 (34)§4.1整车布置的基准线（面）-零线的确定 (34)§4.2各部件的布置 (34)§4.3总体设计参数表 (37)第五章结论 (39)参考文献 (40)致谢 (42)第一章FSAE赛车总体概况Formula SAE 赛事1980年在美国举办第一次比赛以来，现在已经成为汽车工程学会的学生成员举办的一项国际赛事，其目的是设计、制造一辆小型的高性能方程式赛车，并使用这辆自行设计和制造的赛车参加比赛。

大学生方程式赛车车架结构设计1、方程式赛车车架结构综述1.1 方程式赛车车架的功用与要求1.1.1 车架的功用大学生方程式赛车车架作为赛车的承载基本是赛车的主要承载构件，其功用是支撑车身各主要总成的安装机体，同时承受这些总成的重力以及其传给车架的各种力和力矩，因此，车架应有足够的弯曲强度，以使装在其上的有关机构之间的相对位置在汽车行驶过程中保持不变并使车身变形量较小:车架也应有足够的强度，以保证其具有足够的可靠性和寿命，车架主要零件在使用期内不应有严重变形或者开裂。

同时在保证强度、刚度的前提下车架的自身质量应尽可能小，以较少整车质量从被动安全性考虑车架应具有吸收撞击能力的特点，此外，车架设计时，还要考虑大学生方程式赛车技术规范中的要求。

1.1.2车架的要求(1) 车架应满足中国大学生方程式汽车大赛车规则（2016）的要求。

1) 方程式赛车车架应有足够的强度，保证赛车在比赛期间的转弯、制动等各种工况下赛车的零部件不会因受力过大而失效。

2) 保证赛车车架的刚度，包括扭转刚度和抗弯刚度，车架保证赛车正常使用。

另一方面，车架具有一定的柔度，即但车架弯曲扰度（扭转刚度）不宜过大，避免变形过大影响车架上总成的正常配合和各零部件的过早损坏。

3) 车架的整体质量应尽可能的小，有效的降低赛车的整备质量，同时结构简单，便于制造。

4) 赛车还需要适合从第5 百分位的女性到第95 百分位的男性车手驾驶。

5) 车架要有一定的韧性。

(2) 方程式赛车车架的结构设计要求1) 赛车的车架被主环和前环分成三部分。

2) 从侧视图来看，主环斜撑在主环侧倾的一边，在下端通过三角形结构回到主环底部，从而提高车架的稳定性。

前环斜撑延伸到脚部之前，保护脚部。

3) 车架的最前端是前隔板，设计为平面结构，能够吸能缓冲的结构，纵向安装在平而中部，一起保护脚部和腿部。

4) 赛车的侧面为防撞结构，减少侧面撞击时车手受到的伤害。

1.2 赛车车架的结构形式方程式赛车的车架不同于普通汽车，由于方程式赛车的高负荷和极限工况等工作环境使得方程式赛车的车架要求较高。

毕业设计（论文）题目大学生方程式赛车设计（模具及卡具设计）2013年5月30日方程式赛车模具及卡具设计摘要本文依据大学生方程式汽车大赛FSAE赛事技术规则对大学生方程式赛车整体车架、悬架进行了模具及卡具设计。

在卡具设计当中不仅需要考虑赛车车架各杆件是否定位完全以及夹紧可靠，同时必须考虑支撑杆件的强度和刚度能否满足要求，最终还必须考虑焊接空间是否与支撑杆干涉。

在模具设计当中不仅要考虑凸、凹模的加工精度以及冲压机的选择，同时还必须考虑凸、凹模的强度和刚度。

本文在完全满足上述要求的前提下对模具及卡具进行了设计。

在模具及卡具设计之初，将方程式汽车大赛的有关规定和评分标准，作为后续模具及卡具设计的技术规范要求；为了达到卡具设计合理性的目的，本设计参考了湖南大学、天津大学以及部分国外大学的赛车模具及卡具。

进入设计阶段，本设计通过分析比较几种模具及卡具的结构形式，决定选择定位与夹紧一体化的卡具设计，采用压弯模制得对强度要求较高的主环。

然后依据技术规范、车架的最终尺寸确定了卡具及模具的结构形式和具体尺寸，。

再对模具及卡具进行受力分析，使各杆件能合理的定位、夹紧，使主环能满足强度和精度的要求，直至模具及卡具结构满足各个方面的要求。

关键词：FSAE，模具，卡具，建模，工艺分析FORMULE SAE—A MOLD AND FIXTURE DESIGNABSTRACTBased on equation FSAE car competition event technical regulations of university students for the college students formula overall frame, suspension for the mould and fixture design. In fixture design not only need to consider whether or not the car frame each bar of positioning and clamping completely reliable, at the same time must consider the strength of the support bar and stiffness can meet the requirements, the final must also consider whether the welding space interference with the support bar. During mold design should not only consider the machining precision of the convex, concave die and punch, also must consider the intensity of the convex, concave die and stiffness. In this paper, on the premise of fully meet the above requirements on the mould and fixture design.At the beginning of the mould and fixture design, the formula car contest regulations and criteria, as the follow-up mold and fixture design of the technical specification requirements; In order to achieve the purpose of fixture design rationality, the design reference of Hunan university, Tianjin university and some of the foreign car mold and fixture. Entered the stage of design, this design through the comparative analysis several kinds of mould and the structure of fixture, decided to choose integration of positioning and clamping fixture design, USES the bending molding of strength to demand higher main ring. Then according to specification, to obtain the final size of the frame the structure of the mould and fixture and the specific size, and set up in the frame models of the fixture. Stress analysis was carried out on the mold and fixture, make each bar can reasonable positioning, clamping, the main ring can meet the accuracy requirement of the strength and, until the mold and fixture structure meet the requirements of all aspects.Key words: FSAE, mould, fixture, modeling, process analysis目录第一章绪论 (1)§赛事简介 (1)§大赛性质 (2)§大赛理念 (2)§愿景与使命 (2)§组织结构 (3)第二章焊接卡具的设计 (4)§焊接的主要类型 (4)§点焊 (4)§凸焊 (4)§钎焊 (5)§二氧化碳焊 (5)§车用焊接卡具分析 (5)§焊接夹具的分类 (6)§无驱动夹具 (6)§气动夹具和手动夹具 (6)§焊接夹具的结构设计 (7)§六点定位原则在车身焊装夹具上的应用 (7)§焊装夹具设计原则 (8)§焊装夹具的基本要求 (8)§工艺分析 (9)§车架的分析 (9)§基准的选择 (9)§制定工艺路线 (9)§定位、夹紧元件的选择 (11)§定位元件及定位方式的选择 (11)§工件的夹紧及对夹紧装置的要求 (13)§定位误差的分析与计算 (13)§工件的夹紧 (14)§夹紧装置的设计原则 (15)§夹紧力确定的基本原则 (16)§减小夹紧变形的措施 (18)第三章模具的设计 (20)§模具的发展与现状 (20)§国内模具的发展与现状 (20)§模具CAD/CAE/CAM技术 (22)§零件工艺性分析 (23)§材料选择 (23)§结构分析 (23)§工艺分析 (24)§ U形件弯曲模结构设计 (25)§模具的整体结构 (25)§凸、凹模的结构和固定形式 (25)§模具零件的设计与计算 (26)§凸、凹模的间隙 (26)§弯曲力计算 (27)§凸模长度的确定 (28)§凹模尺寸的确定 (28)§冲压设备的选用 (29)§冲压设备主要技术参数 (29)§冲压力的计算 (31)§选择压力机 (31)§模具强度和刚度的计算 (32)第四章结论 (35)参考文献 (36)致谢 (37)第一章绪论§赛事简介Formula SAE 赛事由美国汽车工程师协会（the Society of Automotive Engineers 简称SAE）主办。

FSC大学生方程式赛车悬架设计与研究FSC大学生方程式汽车悬架设计与研究摘要悬架的系统设计与优化，是汽车总体设计中极其重要的一个环节。

本设计以北京理工大学珠海学院FSC车队2020年赛车悬架系统的结构设计为研究目标，主要进行了几个方面的研究工作。

本设计结合赛事规则要求，先确定设计思路，对轮距、轴距、前后悬架立柱等相关部件进行计算与设计，分析车轮定位参数对赛车性能的影响，在确定采用不等长双横臂式悬架结构后，选择弹性元件、减振器、导向机构与其他元件的类型，确保其符合赛车悬架设计的相关原则，并利用CATIA软件对其中重要元件进行三维建模设计，最后，基于ADAMS仿真平台，建立赛车悬架的运动学仿真模型，对其进行仿真分析，得到悬架参数模型后，对初选参数进行结果分析，并利用ADAMS对悬架参数进行优化。

关键词：大学生方程式赛车；悬架系统；结构设计；仿真优化Design and Study of Suspension for a FSC CarAbstractThe design and optimization of suspension system is an essential part of the overall design for a race car. This design takes the suspension system of FSC race car designed by the race team ,which is from Beijing institute of technology, Zhuhai, as the research objective. The the design mainly work in several aspects. This design was based on the competition rules of FSC. The calculation of the wheel track and spread of axles as well as the design of some related components including the front and rear suspension column have been conducted after a clear idea of the design had been made. The next step is the analysis of wheel alignment parameters in order to make out whether it affects the performance of the car. When unequal-length wishbone suspension is selected, the paper chose the type of flexible components, absorder, guide mechanism and other parts, and make sure it in the line with some basic principles. After that, we established 3D model with the help of the software of CATIA. Finally, based on the simulation platform of ADAMS, the kinematics simulation model of racing car suspension was established, and the simulation analysis was carried out. After the suspension parameter model was obtained, the results of primary parameters were used to analyze, and the suspension parameters were optimized by ADAMS.Keywords: FSC Race Car; Suspension system; Design of Structure;Simulate and Optimize目录1绪论 (1)1.1本设计的目的与意义 (1)1.2FSC大赛概况 (1)1.3国内外方程式赛车悬架的研究现状 (2)1.3.1国外研究现状 (2)1.3.2国内研究现状 (3)1.4设计研究的主要内容 (3)1.5本章小结 (4)2悬架系统设计 (5)2.1设计原理与思路 (5)2.2悬架形式的确定 (7)2.3相关部件的设计与选型 (8)2.3.1轮辋与轮胎的选型 (8)2.3.2车轮定位参数 (8)2.3.3 轴荷比、轴距与轮距的设计 (9)2.3.4 悬架导向机构的设计 (10)2.3.5 性能参数的计算 (11)2.3.6 前后悬架立柱的设计 (13)2.3.7 减震器的选型 (13)2.3.8悬架基本参数 (15)2.4章节小结 (16)3 悬架三维建模与装配 (17)3.1悬架零部件的三维建模 (17)3.2悬架的装配 (18)3.3章节小结 (19)4 ADAMS悬架建模与仿真 (20)4.1悬架动力学建模 (20)4.2悬架仿真 (21)4.3仿真结果分析 (23)4.4章节小结 (25)5硬点坐标的优化 (26)5.1仿真结果优化 (26)5.2优化前后结果分析 (28)5.3章节小结 (31)6 结论 (32)参考文献 (33)致谢 (34)附录 (35)附录1英文文献原文 (35)附录2中文翻译 (43)附录3前悬架左耳片CAD二维图 (49)附录4前悬架左立柱CAD二维图 (50)1绪论1.1本设计的目的与意义悬架，作为汽车连接车架与车桥的传力装置，是现代汽车上的重要总成之一。

大学生方程式赛车总布置设计及优化大学生方程式赛车总布置设计及优化一、引言方程式赛车是一项非常具有挑战性和刺激性的赛车运动，它要求赛车设计师们在有限的资源下，构建出高性能的赛车，以在赛场上取得优异的成绩。

本文将探讨大学生方程式赛车的总布置设计及优化策略。

二、总布置设计总布置设计是指整个方程式赛车的整体结构和各个系统的选择、位置等方面的设计。

设计师们首先需要确定动力系统（发动机、传动系统）、悬挂系统、底盘构架和车身的总体结构。

1. 动力系统动力系统是赛车的“心脏”，直接影响整车的性能表现。

大学生方程式赛车常常采用内燃机作为动力系统，选择适当的发动机并进行优化调校非常重要。

此外，传动系统的设计也需要考虑到合理的齿轮比、传动效率等因素。

2. 悬挂系统悬挂系统对于大学生方程式赛车的操控性和稳定性具有重要影响。

在总布置设计中，设计师们需要选择适当的悬挂类型（如双横臂悬挂、麦弗逊悬挂等）和悬挂参数（如减振器硬度、悬挂角度等），以满足赛车在高速弯道、减震等方面的要求。

3. 底盘构架底盘构架的设计需要考虑到赛车的刚性、轻量化和用材成本等因素。

设计师们可以采用碳纤维复合材料等轻量化材料，结合适当的构架形式（如单壳体、铝合金悬臂等）来实现平衡的设计。

4. 车身车身设计需要综合考虑空气动力学性能和安全性。

设计师们需要根据方程式赛车的要求，对车头、侧面和尾部的气流进行优化，以提高赛车的下压力和降低风阻系数。

此外，也需要合理设置车身的保护结构，以确保驾驶员的安全。

三、优化策略在进行总布置设计之后，设计师们需要通过一系列优化策略来改进赛车的性能。

以下是几种常见的优化策略：1. 材料优化通过优化材料的选择和使用，可以降低赛车的整体重量，提高强度和刚性。

如采用轻量化材料、优化材料厚度等手段来实现。

2. 空气动力学优化通过车身造型的改进和空气动力学模拟，可以提高赛车的下压力和降低风阻系数，提高赛车在高速行驶和弯道加速时的稳定性和性能。