沒錯，這是一條送給廣大工科僧的文案！

2016-11-03 by:CAE仿真在線來源:互聯網

賽事簡介Formula SAE(FSAE) 是一項面向大學生的綜合性工程教育賽事,自1978年開辦以來,距今已有30多年時間,賽事遍及全世界15個國家。30多年來,FSAE已發展成為由15個國家舉辦的20場賽事、并有數百支來自全球頂級高校的車隊參與的青年工程師盛會。 2013年舉辦FSAE比賽的國家有:美國、加拿大、德國、英國、奧地利、意大利、西班牙、匈牙利、捷克共和國、巴西、澳大利亞、日本、印度、中國及泰國。

自2010年開始引進FSAE賽事以來,已經成功舉辦六屆賽事,目前已囊括全國所有汽車專業王牌院校,國內高校車隊發展迅猛,據2015年的報名情況,比賽已擴展至超過70余支車隊的參賽規模,成績喜人。現今已有清華大學、浙江大學、上海交通大學、同濟大學、湖南大學、吉林大學、哈爾濱工業大學、北京理工大學、武漢理工大學等本科高校,已經成為各個985,211高校比拼學生能力的戰場,具有很強的社會影響力。
西安交通大學廣汽豐田方程式車隊簡介西安交通大學-廣汽豐田方程式車隊,成立于2015年12月,由西安交通大學機械學院與共青團西安交通大學委員會共同指導。第一屆車隊主力由第九屆節能車隊老隊員擔任,吸收各個專業人才,試圖在加入方程式賽事的同時,完成車隊的自我管理制度的建立。

車隊今后每年針對FSAE賽事,設計、制造、調試、運營方程式賽車,定期參加國內、國外FSAE賽事。整個團隊時刻銘記“精勤求學,敦篤勵志,果毅力行,忠恕任事”的交大校訓,同時在社團內部營造一種家的感覺。車隊現有8個模塊,共60余人。設有車架組、傳動制動組、電控組、發動機組、車身與空氣動力學組,宣傳組、經理組、車手組。整個團隊由機械學院、能動學院、電氣學院、管理學院、人文學院等在各方面能力突出的同學組成。值得一提的是,本屆車隊主力10人全部靠成績獲得保研推免資格。
接下來進入文科生肯定不懂理科生也不一定懂的原理部分!賽車簡介設計目標整車性能:自主研發結合工程實際,本車具有強勁的加速能力,良好的通過性能,較高的燃油效率和舒適的駕駛環境。安全和人機工程:結合人機工程,對賽車細節進行設計優化,改善駕駛體驗;同時充分考慮賽車可能遇到的突發狀況,采取了有效的措施對車手進行保護。可調教性能:賽道上的情況瞬息萬變,我們在設計中綜合考慮了賽車的各類工況,保證賽車各系統的調校能夠快速、便捷和精準的實現,以發揮賽車的極限性能。
車架

為合理分配大學生方程式賽車車身質量和減少制造成本,運用人機工程學的原理,結合乘用車總布置設計經驗,進行FSAE賽車包括發動機、駕駛室、踏板、座椅、儀表盤、方向盤在內的總布置設計。用眼橢圓校核駕駛員的視野,在CATIA中導入H點人體模型驗證總布置設計的合理性,使駕駛的舒適性和操作性提高。

車架選用的是力學性能優良的航空用30CrMoA(4130)無縫鋼管,為了減小車架質量,在滿足規則的前提下,選用了不同規格的管件,在保證較大強度和剛度的情況下得到最小質量的車架。更加流暢的車型設計。

為了確保車架在各種工況下具有足夠的剛度,利用ANSYS中Workbench模塊對車架進行了各種工況下的剛度的校核。分別是:彎曲工況,扭轉工況,轉彎工況和制動工況。經校核發現車架在各工況下的剛度足夠,有較好的綜合性能。其中車架剛度重要參數之一扭轉剛度更是達到了5000N.m/°,已經超過了大部分文獻中的剛度數據,而車架的質量控制在了30KG 以內,與設計值基本一致。

懸架幾何資料顯示,不等長雙A臂獨立懸架可以大幅度提高賽車的操縱性能,并且推桿式的懸架布置形式簡單容易,不易與其他零件干涉,所以我們選用了推桿式的不等長雙A臂獨立懸架。根據賽車操縱性能要求選取車輪外傾角為-2°,主銷內傾角為6°,主銷后傾角為4°。并結合輪輞的內部空間確定懸架導向桿系的初步位置坐標。將硬點坐標輸入到Adams/car模塊中的坐標表里,建立前懸架系統仿真模型。并在 Adams/insight中以主銷參數和輪胎的定位參數為優化目標,以懸架和車架的安裝點坐標為優化變量,以側傾中心高度為約束,進行優化。轉向本車梯形布置為下置后置型,根據阿克曼汽車轉向理論,我們選用100%阿克曼轉向。使用MATLAB建立轉向梯形數學模型,對斷開點距離及梯形臂長度進行仿真運算使梯形逼近100%阿克曼。同時與懸架一同進行Adams分析校核,對尺寸微調提升性能。轉向梯形設計為可調式,可通過改變轉向機前后位置調整阿克曼轉向比,為實車調試準備。實車調試中,按照操穩性試驗標準,結合數據采集系統的數據以及車手反饋,對不同的比賽項目定制了不同的轉向特性。
傳動通過發動機標定參數,分析其輸出扭矩與輸出功率轉速曲線,結合了賽車運行情況及加速性能計算,得出其最優傳動比為4,經過實際加工分析優化后取3.7;同時通過對整車動力性能分析,得出賽車的各檔位設計速度及加速性能。
傳動方式賽車采用鏈傳動方式,利用有限元分析方法對傳動鏈輪進行拓撲優化,得出其最優化的設計;鏈輪材料通過硬度分析選取40Cr(同時選擇表面高頻淬火等相應提高表面硬度的熱處理手段),傳動大鏈輪選擇 7075-T6硬質氧化,大小鏈輪形成相應的硬度差,在減輕賽車質量的基礎上確保耐用性。
本車采用Drexler摩擦片式限滑差速器,可通過調節其限滑比例改變賽車兩側輸出扭矩比值,可以修正賽車在轉彎過程中的兩側所需扭矩大小的差異,提高賽車轉彎性能;差速器的安裝方式采用了可調節式的設計,將整體設計安裝在發動機的固有安裝點上,縮小中心距的同時將整個安裝設計體積大大縮小,節省了賽車尾部的設計空間。材料選擇7075-T6鋁合金配以硬質氧化加工支撐架,同時采用ANSYS有限元分析來進行拓撲優化設計,同時進行強度校核設計,以達到足夠的強度及輕量化的目的。
本車半軸采用密度為4.5g/cm^3的TC4鈦合金作為半軸材料,相比較于通用半軸材料40Cr,質量降低了42.8%,同時強度大大提高。半軸設計采用全浮式半軸,使得半軸結構更輕便,便于安裝調試;萬向節采用三球銷等速萬向節,采用40Cr并配以特定的熱處理方式自己設計加工球籠,潤滑脂選用復合鋰基脂,提高了傳動系統的耐磨性與可靠性;制動輪邊合理可靠的輕量化設計。

輪邊立柱,輪轂等輪邊加工件,采用7075-T6航空鋁合金進行機加工制造,并進行硬質氧化的表面熱處理。通過ANSYS對立柱,輪轂,制動盤進行了多種工況下的力學分析,發現輪轂安全系數達到2.7,立柱安全系數達到2.8。對于制耳,螺栓等零配件,則利用 solidworks simulation進行簡單評估,懸架制耳安全系數達到3。均滿足強度要求。
發動機本賽車以本田10年款CBR600RR發動機為主體,結合賽車運行環境、工程實際與大賽規則,在原機基礎上重新設計了進排氣、供油、潤滑、電控等系統,為賽車提供強勁動力。高效的進氣系統。在參考國內外較強車隊的設計經驗的基礎上,我們設計了升斗型和圓柱形兩種進氣穩壓腔模型。通過Fluent仿真分析和對比,最終確定了進氣效率更高,加工更為便捷的升斗型穩壓腔進氣系統;在優化設計后,有效地減小了進氣渦流和進氣損失,進氣限流閥、穩壓腔和進氣歧管我們采用3D打印加工,實現輕量化的設計目標。

使用本田原裝內置油泵,較外置泵輕得多。結合油泵外形,在其四周包圍濾網減輕油面震蕩。同時油箱為窄高型(油泵占據底面近一半空間),使得處于低的油量時,油箱有較高的油面。但出于內置油泵冷卻(汽油冷卻)的目的,設計油量高出耗油量30%以上。獨立設計加工的鋁質油底殼配合0.5mm防浪板(固定在油底殼和發動機的接合面上,使油底殼中的油只能從少量縫隙中流到防浪板之上)能有效地降低發動機的重心,提高賽車的操穩性;同時保證潤滑油油壓。
第一代冷卻系統采用鋁制雙水箱并聯結構,總容積達4L。使用了優質硅膠管,實現了在高溫高壓情況下的穩定工作。通過軟件模擬和實驗數據結合分析確定散熱器位置的最優角度,實現換熱效率最大化。通過流場分析確定合適的管道接頭,減小流動損失。使用傳統的膨脹箱保證換氣工作的穩定。
電氣部分

自主設計的無線數據采集系統,以STC公司的 89C52RC單片機為控制芯片,433 MHz頻段的E32TTL-500無限串口進行無線接受與發送,傳送距離在空曠地帶可達4Km。基于MATLAB GUI自主開發的上位機軟件依靠其強大的數據處理與分析能力,依據轉速、加速度、方向盤轉角、制動油壓、水溫等實時監測賽車的狀態并評價車手的表現,以便賽車出現異常時能夠及時應對。

采用MOTEC公司的CDL3跟蹤顯示設備,具有數據顯示、存儲,故障報警等功能,通過其I/O擴展接口接收底盤和發動機的各項參數,直觀動態的反應賽車的狀態,方便車手及時準確的獲知賽車信息。

采用鋰電池供電,有過流、過充、過放、短路保護等功能,相較于鉛酸蓄電池,質量更輕,壽命更長,并且放電倍率高,能量密度大,更適合方程式賽車。布線之前繪制了整車電路圖,直觀反映各部件之間的連接關系。不同功率用電設備使用不同直徑的電線,通過不同顏色對線束進行區分。采用壓接、焊接相結合的連接方式,使整車線路更加可靠。