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中國巴哈大賽賽車底盤設(shè)計開題報告
1.選題背景
中國汽車工程學會巴哈大賽Baja SAE China ( 簡稱BSC大賽)是由中國汽車工程學會(SAE China,簡稱中汽協(xié)會)主辦,在各院校間開展的小型越野賽車設(shè)計和制作競賽。此項賽事起源于美國,是大學生方程式賽車的前身,適合各職業(yè)院校和本科低年級學生參與。競賽包括多種靜態(tài)與動態(tài)項目測試,靜態(tài)項目包括技術(shù)檢查,賽車設(shè)計,成本與制造,商業(yè)營銷等。動態(tài)項目包括牽引力,繞樁,直線加速,操控性,耐力比賽等。2015年8月26日中國汽車工程協(xié)會在山東省濰坊市成功舉辦了第一屆巴哈大賽,成為世界上第六個舉辦巴哈比賽
2、的國家。
選題意義
中國的巴哈大賽起步較晚,仍處在一個起步階段,國內(nèi)參加參加比賽的多是職業(yè)院校,本科院校涉及較少,相關(guān)資料也比較匱乏。因此,本次我們團隊的選題研究對本校的巴哈賽車的研究開發(fā)有一定的現(xiàn)實,可為日后參加巴哈大賽奠定一定的理論和實踐基礎(chǔ)。同時激發(fā)同學們對于汽車運動的愛好和學習興趣,深入掌握汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計,制造,裝配,調(diào)教維修,市場營銷等多方面的專業(yè)知識和技能,提高我們的團隊協(xié)作能力。通過這樣與現(xiàn)實緊密貼合的選題研究,為我們以后進入汽車相關(guān)領(lǐng)域,積累了寶貴的經(jīng)驗。
2. 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
巴哈大賽在國外起源較早,1976年就已開始舉辦,技術(shù)積累相對深厚。在基礎(chǔ)參數(shù)選擇方面有了大量的
3、實踐經(jīng)驗,包括但不限于軸距的合理選擇,車重的合理估計,輪輞輪胎選擇,AISI 4130管件的加工工藝相對成熟。車輛各系同的輕量化改進。綜合近幾年國外參賽隊伍的設(shè)計情況來看,軸距在60到64英寸(152.4到160公分),離地間隙選取為12到16英寸(30到40公分),整備質(zhì)量在350到400磅(158.9到181.6千克),輪胎多選用22到25英寸的大尺寸越野輪胎。
長期的參賽經(jīng)歷,足夠的資金投入,在CVT變速箱的改裝方面,國外院校各有千秋。廣泛采用四速CVT,最大車速在35英里/小時,通過測功機標定最大扭矩和相應(yīng)轉(zhuǎn)速。通過有限元分析對CVT變速箱進行輕量化改進。
車架設(shè)計方面,都選擇桁架
4、式車架,結(jié)合各自的設(shè)備進行應(yīng)力分析,意圖做到最大程度輕量化,并兼顧穩(wěn)定性和耐用性。而且在車架頂梁結(jié)合處的彎曲度加工技術(shù)成熟。懸架系統(tǒng)由于賽事限制均采用雙A臂獨立懸架和彈簧阻尼系統(tǒng)。同樣進行有限元分析,輕量化改進,以減輕簧下質(zhì)量,提高穩(wěn)定性,并簡化其結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)采用機械轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu),主要在于方向機的優(yōu)化,相關(guān)機械零件的靜平衡,動平衡計算。
而國內(nèi)的巴哈大賽起步較晚,各參賽隊伍水平參差不齊。主要是高職院校和大學低年級同學參加,主要設(shè)計工作依靠外包。但是基本已經(jīng)實現(xiàn)傳動系統(tǒng)的布置,變速器的改進,制動系統(tǒng)的優(yōu)化布置。在車身車架設(shè)計方面目前主要致力于其穩(wěn)定性,安全性,加強筋較多,輕量化改進不足,車重過大
5、。動力匹配方面的技術(shù)積累不足,多次出現(xiàn)參賽車輛動態(tài)測試中因故障無法完成比賽。賽事規(guī)則放開后,也有企業(yè)車隊參與,設(shè)計,加工水平相對較高,資金投入也大。
3. 設(shè)計初步構(gòu)想
由于是初次涉及巴哈賽車,因此這次的車輛底盤設(shè)計主要是依據(jù)2017年最新的賽事規(guī)則。首先使車輛符合賽車規(guī)則,通過靜態(tài)測試。因此車架的設(shè)計依據(jù)巴哈大賽2017年最新規(guī)則中給出的車架(如圖一所示)為基礎(chǔ),進行改進加強設(shè)計。主要是加強筋的增加以及進行一定的輕量化設(shè)計。
圖一
難點部分是后部防滾環(huán)的加工制作
RRH是位于駕駛員后部,有平面彎管結(jié)構(gòu)組成的防滾環(huán),定義為座艙的后端面。駕駛員和座椅應(yīng)完全位
6、于RRH前端。理論上RRH應(yīng)該是垂直的。但是根據(jù)設(shè)計和車輛布置的需要,可以與垂直面最多成20度夾角。在內(nèi)部座椅底部上方688mm點處測得的RRH最低寬度至少為736mm。RRH的垂直部分可以是平直的或彎曲的,其兩端與頂部和底部水平面LC相交點進行連接,垂直構(gòu)件和LC構(gòu)件都是連續(xù)鋼管,不得有其他連接方式。
傳動系統(tǒng)的設(shè)計主要是CVT變速箱的匹配和機箱的制作。一般采用4速CVT變速箱。傳動效率為88%。那么接下來的就是傳動比的確定以及在賽事條件下最大車速的估算。賽事要求發(fā)動機最大轉(zhuǎn)速為3800RPM,我們就要確定在0到3800轉(zhuǎn)的范圍內(nèi)的車速扭矩,進行CVT的擋位標定,使得賽車盡量保持最大車速通
7、過越野路段。
然后是固定裝置,機箱,集油盤的制作,尤其是機箱和集油盤要按照賽車規(guī)則進行制造。初步設(shè)想如下圖
轉(zhuǎn)向系統(tǒng)采用機械轉(zhuǎn)向,選擇三幅式方向盤。關(guān)鍵元件為轉(zhuǎn)向機,剩下的機械機構(gòu)的布置??山栌眯兄囮牭霓D(zhuǎn)向機,根據(jù)初步估計的轉(zhuǎn)向最大角度45度(最小轉(zhuǎn)彎半徑21m),轉(zhuǎn)向極端位置有限位裝置。進行機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計和布置,進行強度計算,合理簡化結(jié)構(gòu),由于不使用差速器,因此要通過幾何結(jié)構(gòu)和車速控制,使車輛在幾何轉(zhuǎn)向過程中接近阿克曼幾何。
選型輪胎為行知車隊18in輪胎,高寬比約為三比一,據(jù)此進行懸架系統(tǒng)的設(shè)計。依據(jù)賽事規(guī)則進行雙A臂獨立懸架的制作,確定叉臂角度和長度,反復(fù)核算安裝空間,避免反
8、復(fù)加工。根據(jù)離地間隙,布置空間初選彈簧—減震器,根據(jù)壓縮回彈行程,選擇合適的阻尼特性。壓縮行程迅速干脆,回彈行程輕緩柔和。根據(jù)主銷傾角和側(cè)偏特性調(diào)整懸掛角度。
制動系統(tǒng)采用簡單的液壓雙管路制動。依據(jù)賽事規(guī)則,制動必須在一個制動動作下同時制動四個車輪,且制動管路的布置應(yīng)布置與車架上部,防止在糟糕路況中的沖擊,防止制動失效。對管路進行多次檢查,防止管路滲漏。兩個前輪采用活塞卡鉗輪制動,后輪由于剛性軸連接,采用單個活塞卡鉗軸制動。對于賽車規(guī)則中要求的制動燈,可通過在剎車踏板上加裝霍爾元件連接紅色制動燈。
轉(zhuǎn)向,傳動,制動,懸架系統(tǒng)確定之后,即進行輪心立柱的制作,反復(fù)驗證,多次模擬,防止多次加工材
9、料浪費.
4. 主要參數(shù)
軸距
1500mm
輪距
1300mm
離地間隙
35mm
輪輞/輪胎
10in/18in
最大轉(zhuǎn)向角
45度
整備質(zhì)量
180kg
前后配重比
1:1
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