巴哈赛车的车架设计与分析
巴哈越野赛车车架设计与结构优化
第30卷第13 2018年3月宁德师范学院学报E自然科学版）Journal of Ningde Normal University(Natural Science)V〇1.30No.lMar.2018巴哈越野赛车车架设计与结构优化陈刚口，3,4，郭荣辉1(1.三明学院机电工程学院，福建三明365004;2.机械现代设计制造技术福建省高校工程研究中心，福建三明365004;3.绿色铸锻及其高端零部件制造福建省2011协同创新中心，福建三明365004;4.福建省铸锻零部件工程技术研究中心，福建三明365004 )摘要：依据巴哈大赛赛事规则，对车架进行了设计计算，利用CATIA软件建立三维模型，采用ABAQUS 软件创建了车架的有限元模型.在指定工况下，模拟了车架所受实际载荷，分析了车架的应力、应变，得出其应力分布与车架变形情况，结果表明车架具有良好的强度和刚度特性，存在一定的优化空间.通过车架的模态分析，验证了车架设计可以避免共振的发生.优化过程在满足车架强度和刚度的前提下，通过改变局部车架构件的布置结构及管厚的方式实现优化目标.优化结果对赛车的实际制作具有较大的指导意义.关键词：巴哈越野车；车架；有限元；结构优化中图分类号：U463.32 文献标识码：A文章编号=2095-2481(2018)01-0081-06美国在1976年创办了第一届巴哈(Baja)大赛，2015年中国引人了巴哈大赛并举办了第一届中国汽 车工程学会巴哈大赛.比赛项目包括直线加速、牵引力测试、操控性测试、耐力测试等动态项目M其中耐 力测试涉及多种工况，赛道条件比较恶劣.因此，在巴哈赛车的设计中，车架的设计是赛车整车设计的重 要部分，车架必须具有良好的强度和刚度特性，保证比赛的安全性和赛车的可靠性.采用有限元方法对车架进行设计分析，可 大地缩短汽车的开发周期、减少生产成本，是一种有效的设计方法和手段.郑兆昌等-2/开创性地把模态分析应用在车架设计方面，并根据有限元计算结果评 价车架结构的动态性能.张心光等-3]以F S C赛车为对象，在满载工况、急转工况和紧急工况下对车架进行了有限元分析.赵强等-4/以巴哈赛车为研究对象，利用workbench软件对赛车车架进行了强度和刚度的有限元分析.尽管车架的有限元设计分析已经有了较为深人的研究，但是由于巴哈赛车在国内处于起步阶段，赛车设计方面的研究很少，特别是针对车架的有限元模态分析的研究.为此，本文针对比赛 工况，利用有限元方法对赛车车架进行了刚度、强度及振动特性分析，并依据分析结果进行了结构的优 设计.1车架结构有限元建模1.1基于C A T IA软件的车架几何建模设计的赛车车架采用 架的 ，其 、车架 、方 等 全 中国汽车工程学会巴哈大赛规则（2016)所要求m利用C A T I A软件建立了车架三维模型，如图1所示.几何 尺寸初步设计为长度2050 m m，宽度950 m m，局度1150 m m.主要钢管构件外径为30 m m、内径25 m m，次要钢管构件外径25 m m、内径22 mm.收稿日 &2017-12-02作者简介：陈刚（1985-)，男，讲师.E-mai1:347334026@.基金项目：中青年教师教育科研项目（JAT160475); 学科学展基金（B201624);2016国家大学创新创业训练计划项目（201611311017);2016 大学创新创业训练计划项目（201611311035).•82•宁德师范学院学报(自然科学版M2018年3月图1车架几何模型1.2 基于A B A Q U S软件的车架有限元建模1.2.1车架材料属性将巴哈赛车车架的C A T I A三维模型导人有限元软件A B A Q U S中，并对模型进行 几何清理与信息修复，以便达到高质量的网格精度[5].车架材料采用20&，其主要材料属性如表1所示.表i车架材料属性车架材料属性弹性模量/GPa泊松比度/(g/cm3)度/MPa度/MPa 数值2070.2547.838355401.2.2车架网格划分有限元网格质量是计算结果精准性的重要保障[f l A B A)U S中包括S2eep、Stmctured 和Free等网格划分技术[7].其中，结构化网格划分是将简单的规则形状的网格划分在几何区域上，适用于简单的模型.对于三维几何模型，中的网格单兀包含hex单兀、tra单兀和单兀.其中hex正六面体单元适用于简单的结构模型，而文中车架是扫掠钢管，如果采用正六面体单元在关节处容 易出现网格形状的畸变，故文中对车架采用四面体网格单元.划分后的有限元模型如图2所示，设置全 局种子尺寸为10 m m，共划分为57870个单元.2车架有限元分析2.1满载弯曲工况分析弯曲工况分析主要是针对赛车在满载情况下的车架强度和刚度校核，主要模拟赛车在良好路面上 直线行驶时的应力分布和变形情况[8].由于巴哈赛车车道环境比较恶劣，其所承受的质量和基本静第1期陈刚等：巴哈越野赛车车架设计与结构优化•83•载荷需要乘以动载荷系数，文中动载荷系数值选取2.5,将其作为模拟值p-1().赛车车架承受的载荷主要有发动机、变速器、减速器、油箱、车手、座椅总成及车架自身重量.在处理车架载荷时，各载荷采用集中 力和均布载荷相结合的方式加载[11].分析得到赛车车架的应力分布云图和变形云图，如图3所示.从应力分布云图和变形云图可以看出，在满载弯曲工况下车架应力最大值是285.7 M P a，最大应力发生在车架与悬架的位置，于钢管材料的强度极限(540 M P a);赛车车架在满载弯曲工况下，最大位移为0.1466 m m，最大位移出现 在纵梁中间位置处.从分析结果看，车架应力除局部较大外，其余钢管构件应力值远小于材料强度极限；车架最大位移 仅有0.1466 m m，最大变形量的 值;车架安全系 ，说明车架具有较好的抗变形力，时 车架 在 的 .2.2车架模态分析赛车车 况 ，是 赛中 赛车受到 动，车架进行模态分析可以了解车架激振力响应 ，以便消除共振、提髙驾驶舒适性，因此在车架 时对动态特性进行评价是十分必要的[12].2.2.1巴哈赛车车架的模态分析计算在A B A Q U S中计算车架的自由模态，这里直接采用前面已经建 立好的车架有限元模型，.模态分析的 条件采用自 条件，故不需要考虑车架的约束条件和外部载荷，对有限元模型进行自状态下的模态提取$13).在车架的振动模型分析时，通常比 较关心几个低阶模态[14].文中提取了车架的8阶自由模态进行分析，前八阶非零结果如表2,具体振如图 4.2.2.2巴哈赛车车架的模态评价巴哈越野赛车在赛道行驶中所受激励主要有路面激励、发动机激励、传动系统激励及车轮不平衡激励.当车架的某一固有频率与上述激振频率相吻合时将会产生共振.因此，在车架设计时要求车架低阶频率避开这些激振频率，避免整体共振的发生[15].—般情况下，路面激励 •20 H:，传动系统及车轮不平衡激励小于5 H:，而发动机的振动频率取决于发动机的类型及其转速，计 算公式如式（1):发动机振动频率；(转速x汽缸数x2)/(发动机冲程数x60). (1)赛车所使用的发动机是由组委会统一提供的百力通20S232/0036-F1型号的单缸四冲程发动机，为 了比赛安全考虑组委会要求发动机最大转速设置为3800 r/min或更低.根据上述公式可以计算得出发动 机在最髙转速下的振动频率为31.7 H:，在正常比赛行驶时发动机的激励频率会远小于最髙转速的振动• 84 •宁德师范学院学报4自然科学版52018年3月频率.文中模态分析的计算结果表明，车架前八阶固有频率在43.53〜95.28 H z 之间，车架的低阶振动频率可以 避开赛车行驶中所受激励的振动频率，不会发生共振，赛车车架具有良好的动态特性，符合车架设计要求.E+8.658e-01+7.741e-01+6.825e -01+5.908e -01+4.992e-01+4.075e-01+3_159e-01+2.242e-01+1.326e -01b .二阶模态振型图L I ； M agnitude+1.140e +00 +1.046e +00 ■ - +9.513e -01 ■- +8.569e -01 —-+7.624e -01--------H6.680e-01—-+5.735e -01 一-+4.791e -01+3.846e -01B+2.902e -01 +1.957e -01 +l_013e -01 +6_857e-03f .六阶模态振型图g .七阶模态振型图图4车架前八阶振型图2.八阶模态振型图Uj M agnitudem - +1.038e+00 ■- +9.820e-01 H - +9.261e-01+00+O +O 0+O 0-01-01-O 1-O 1-O 1-01-01-01-O 1 e e 66e e e e e 6e e e 6 d95064 83837 272 u 050416******* •-t j .2.1.1.0.9.3.8.2.7.1.6.0.5 3n l .l .l .l .9.9.8.8.7,7.6.6.5. ^+++++++++++++------- iD nl 11111111111 |e e e e e e e e e e e ee p - d 2826048269371 u 559 2692 6 9269 C Tk .0.8,l .5.8.l .5.8.l .5.8.l .R 3nl .9.9.8.7.7.6.5.5.4.3.3.2.|a g ++ ++ + + + + + + + + + |W B 三三i第1期 陈刚等：巴哈越野赛车车架设计与结构优化 •"5 •表2车架前8阶的固有频率和振型阶数固有频率/Hz振型最大 /mm143.53左右扭转 1.141247.62后部弯曲 1.132351.75前后弯曲 1.209456.43前部弯曲 1.309563.52前部弯曲 1.052670.83后部弯曲 1.038782.32弯曲6扭转 1.382895.28弯曲6 1.1403车架的优化设计根据赛事规则要求，设计了车架三维模型并进行了有限元分析，分析结果显示赛车车架的初步设计 可以满足特定工况的强度、刚度准则及动态特性要求，同时也表明车架在体积与轻量化方面还有进一步 的优化空间.因此，下面主要在满足赛事规则的前提下对车架进行进一步的优化设计.3.1车架优化目标函数和设计变量的确定设计结果显示，车架在满载弯曲工况下最大应力值为285.7 M P a，出现在车架与悬架耳片焊接处，其余钢管构件的应力值远小于钢管材料的强度极限(540 M P a)，车架有很好的强度特性.因此，本文以 优化车架刚度入手，以车架最小体积作为目标函数，车架 度、发动机舱和前舱钢管厚度选为设计变量，通过优化设计变量的尺寸实现车架的轻量化和紧凑性.由于车架前舱钢管的变形程 度很小，改进空间大，在定义设计变量时对三者尺寸分别优化更为合理.3.2优化结果分析通过反复对优化变量进行取值迭代，对车架尺寸进行了优化，优化后车架的应力分布云图和变形云 图分别如图5所示.优化前后车架主要数如表3所示.a.优化后车架应力分布云图b.优化后变形云图图5优化后车架应力与变形云图表3车架优化前后主要参数对比结果最大应力/MPa最大位移量/mm车架长度/mm车 架 度 /mm车 架 度 /mm车架量/kg 优化前285.70.14662050.0950.01150.052.0优化后215.00.10401680.0860.01165.046.0从优化结果可以看出，优化后车架的总体尺寸有了较大的减小，车架质量减小了近12.，应力分布更为合理，最大应力值减小至215 M P a,车架下方纵向钢管最大变形量减小至0.104 m m，增大了车架刚 度.总体而言，通过优化方案能使赛车车架在保证强度、刚度的前提下，实现结构的紧凑和轻量化的目的.图6为优化设计后车架及整车实物.图6优化后车架与实车4结论本文依据巴哈大赛的规则，在分析车架结构力学特性的基础上建立了车架的三维模型与有限元模 型，对车架的满载弯曲工况 了强度、刚度分析与评价，为车架的优化设计提了理依据;通过车架的有限元模态分析，得出了车架的前八阶模态固有频率，证了车架的设计可以有效地避免共振现象的 发生；以钢管构的长度和度为优化设计变量，在证强度、刚度的前提下，实现了车架结构的紧凑与 轻量化.论文的设计分析为实车的工及实提了有价值的参考.参考文献：[1] 中国汽车工程学会.中国汽车工程学会巴哈大赛规则[EB/OL]. [2017-11-12]./,2016.[2] 郑兆昌，吴建基，李承德.汽车车架的固有频率和振型计算[J].汽车工程，1982(2):27-34.[3] 张心光，高宾，王岩松.基于不同工况下的FSC赛车车架有限元分析[J].制造业自动化，2015, 37(19):44-46.[4] 赵强，张薇，齐含，等.基于workbench的baja赛车车架有限兀分析[J].时代农机，2016(1 ):43-44.[5] 谢龙汉，刘新让，刘文超.ANSYS结构及动力学分析[M].北京：电子工业出版社，2012:467.[6] 李丽.车架CAE工程应用研究[D].武汉：华中科技大学，2008.[7] 李鹏.某轻型越野车车架结构分析[D].南京:南京理工大学，2011.[8] 王青春.有限元法及Midas软件在汽车结构分析中的应用[M].北京：机械工业出版社，2014:15-18,31.[9] 尤晋闽.车辆对路面作用的动载荷研究[D].西安：长安大学，2006.[10] 胡溧，施耀贵，杨啟梁.基于有限元法的某型大学生方程式赛车车架优化设计[J].武汉科技大学学报，2015, 38(1):31-34.[11] 马迅，盛勇生.车架刚度及模态的有限元分析与优化[J].客车技术与研究，2004(4):8-11.[12] 李波.某载货车车架结构分析与优化设计[D].合肥:合肥工业大学，2009.[13] 柏林.载货车车架的模态分析及优化[J].汽车科技，2010,7(4):56-59.[14] 吴伟斌，廖劲威，洪添胜，等.山地果园轮式运输机车架结构分析与优化[J].农业工程学报，2016，32(11):39-46.[15] RAMA R，DUTTA B.Virbration analysis for detecting failure of compressor blade [J].Engineering Failure Aanalysis, 2012,25(3):211-218.!下转第96页）[编辑王洪涛]"责任编辑郭涓]Improvement of the method of experiment oninduction and culture of plant callusSUN Jian-chuan1, GUO Tuan-yu2!(".Department of Medicine,Ningde Normal University,Ningde ,Fujian352100, China；2.Department of Life Science,Ningde Normal University,Ningde,Fujian352100, China) Abstract：The improvement of the experimental processes such as experimental materials,experimental reagents, explants disinfection, aseptic manipulation and culture ofplant callus induction can make the experimental materials easily available and the method i s more optimized.The browning r a t e of the infected bacteria induced by the callus i s reduced.The experiment and teaching results are effectively improved .Key words：plant callus; experiment teaching; experiment method!责任编辑杨&玲](上接第86页）Design and optimization of the Baja off-road racing frameCHEN Gang1234, 9UO Rong-hui1(1. School of Mechanical&Electronic Engineer,Sanming University,Sanming,Fujian365004, China;2.Engineering Research Center in Fujian Province University for Modern Mechanical Design and Manufacturing Technology,Sanming,Fujian365004, China;3.Fujian Provincial Collaborative Innovation Center for Green Casting,Forging and Advanced Manufacturing,Sanming,Fujian 365004, China;4.Fujian Provincial Engineering Research Center for Casting and Forging Parts,Sanming,Fujian365004, China ) Abstract: According t o the Baja competition rule,we designed the 3D model with CATIA software and build the f i n i t e element model of the car frame using A B A Q U S. The stress and strain of the frame with actual load under specified condition were simulated and analyzed.The results showed that the car frame had good strength and stiffness properties,and there was a certain optimization space.The modal analysis of the car frame proved that the design could avoid the occurrence of resonance.On the premise of meeting the strength and stiffness of the frame,the optimization process can achieve the optimization goal by changing the layout structure of the local frame and the tube thickness.The optimization results have great guiding significance for the actual production of the car.Key words:Baja off-road racing;frame;f i n i t e element analysis; structure optimization。
基于钢管式结构的巴哈赛车车架设计
基于钢管式结构的巴哈赛车车架设计作者：付豪邓小禾徐颖航雷鸿谦来源：《设计》2020年第11期摘要：设计一款有足够的刚度和强度，同时满足结构简洁，性能可靠要求的巴哈赛车车架。
文章以武汉理工大学巴哈赛车队U26赛车车架为例，运用三维建模软件CATIA进行车架建模，通过ANSYS软件对车架进行校核。
得到性能优良的一款巴哈赛车车架。
该设计方法可以为其他相关赛车车架的设计提供参考。
关键词：巴哈赛车钢管式车架三维建模仿真分析轻量化中国分类号：TH692.9文献标识码：J文章编号：1003-0069（2020）06-0026-03Abstract： In order to design a sufficient stiffness and strength， while meeting therequirements of simple structure， reliable performance of baja racing frameTakingthe U26 racing frame of baja racing team of Wuhan University of Technology as anexample， the three-dimensional modeling software CATIA was used to model theframe， and then the ANSYS software was used to check and optimize the designTo get the requirements of a baja racing frame.lt provides reference for the design ofother relevant racing framesKeywords： Baja racing Steeltube frame 3d modeling The optimization designsimulated analysis 引言中国汽车工程学会巴哈大赛是由中国汽车工程学会举办，由高等院校职业院校汽车或相关专业在校学生组队后参加的越野汽车设计制造和检测的比赛。
巴哈车架方案
巴哈车架方案巴哈车架方案是一种创新的设计，旨在提供高效、灵活和可靠的解决方案，以满足不同类型车辆的需求。
本文将对巴哈车架方案的特点、设计原理和优势进行详细阐述。
一、巴哈车架方案的特点巴哈车架方案具有以下独特的特点：1. 强度与稳定性：巴哈车架采用高强度材料制造，确保车架在承受重压和不同道路条件下能够始终保持稳定和结构完整。
2. 可调式设计：巴哈车架方案拥有可调式的结构，可以根据不同车型和用途进行调整。
无论是载重货车还是越野越崎车，巴哈车架都能根据需求进行快速调整。
3. 轻量化：巴哈车架方案注重轻量化设计，减少不必要的重量，提高整车的燃油效率和操控性能。
4. 易于维修和更换：巴哈车架方案采用模块化设计，便于维修和更换。
无论是车架的部件还是整个架构，都能够快速更换，减少维修时间和成本。
二、巴哈车架方案的设计原理巴哈车架方案的设计基于下述原理：1. 钢材选择：巴哈车架采用高强度钢材制造，以提供更好的强度和刚度，确保车辆在高速行驶和载重时不会发生扭曲变形。
2. 结构设计：巴哈车架采用框架式结构设计，以提供更好的稳定性和支撑力。
同时，框架式结构还可以实现更好的防护效果，为车辆提供更高的安全性。
3. 调整机制：巴哈车架方案具备可调节的机制，可以根据不同道路条件和载荷进行调整，以提供最佳的行驶稳定性和舒适性。
4. 制造工艺：巴哈车架采用先进的焊接技术和组装工艺，确保车架的结构牢固耐用，能够承受各种条件下的振动和冲击。
三、巴哈车架方案的优势巴哈车架方案具有以下优势：1. 提高安全性能：巴哈车架方案的高强度材料和框架式结构设计，可以提供更高的安全性能，有效减少事故风险。
2. 提升操控性能：巴哈车架方案的轻量化设计和调整机制，使得车辆具有更好的操控性能，提高驾驶者的驾驶体验。
3. 适应性强：巴哈车架方案的可调式设计，可以满足不同类型车辆的需求，包括载重货车、SUV和跑车等。
4. 维修便捷：巴哈车架方案的模块化设计，使得维修和更换更加便捷，节省时间和成本。
巴哈赛车车架仿真分析与优化设计
巴哈赛车车架仿真分析与优化设计作者：倪彰何宇来源：《科技创新与应用》2017年第28期摘要：基于巴哈赛车平台，利用CATIA对赛车车架设计和建模；利用ANSYS软件对车架进行强度和刚度分析，根据分析结果提出车架优化方法。
通过修改车架的结构参数，对优化后的车架进行强度和刚度分析，在满足强度和刚度的条件下，降低车架质量，实现车架轻量化设计，对提高赛车动力性和经济性有重要意义。
关键词：赛车车架；ANSYS；仿真分析；轻量化设计中图分类号：U469.6+96 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）28-0009-05Abstract： Based on the Baja racing platform，a car frame was built and designed by CATIA. The model was imported into the finite element software ANSYS to analyze the strength and stiffness. According to the analysis results， the optimization method was proposed. Under conditions of strength and stiffness， the quality of the frame was reduced and the lightweight design of frame was realized by modifying the frame parameters of the frame. It is important to improve the dynamic and economical efficiency of the car.Keywords： race car frame； ANSYS； simulation analysis； lightweight design引言“中国汽车工程学会巴哈大赛”是2015年由中国汽车工程学会创办，面向高等院校开展的越野汽车设计和制造的赛事。
大学生巴哈越野赛车车架设计与仿真研究
载都将作用于该结构。在这种情况下，若想 提升赛车的整体性能，就必须对车架进行优 化，使其能够承受赛车环节的各项冲击力， 进而保护赛车手的安全。
3 巴哈越野赛车的车架模型
巴哈越野赛车的车架设计应该以高安 全性、成本低、高性能、轻量化为目标， 而且在设计环节还应该遵从《中国汽车工 程学会巴哈大赛规则（2019）》的内容要求， 让赛车的主要结构件以及次要结构件都得 到优化。
3.1 选择车架材料 通常来说，巴哈越野赛车的车架都属于 桁架式车架。为了能满足轻量化要求，设计 人员应该在保证车架结构的合理性、可靠性 和动力性以外，尽可能地降低车架质量。在 设计工作中，相关工作人员保证巴哈越野赛 车的车架重量不超过车身总重的 15%。但即 便要控制车架的质量，也不能降低车身的刚 度和强度，以免在赛车时出现危险。为此， 相关工作人员应该合理选择车架的制作材料。 比如，选定多种密度相等的钢材，对它们的
3.2 制作车架模型 在设计巴哈越野赛车模型时，相关工作 人员应该完全按照比赛规定设计其结构尺 寸、焊接方式以及车架材料，以保证空间桁 架结构的科学性和标准性。在实践中，可以 基于 CATIA 软件完成车架的几何建模，将车 架的初始设计方案以直观方式呈现出来。然 后，可将基于 CATIA 建立的三维模型导入到 ABAQUS 软件中，基于有限元软件开展车架 模型信息修复和几何清理，为提高网格精度 奠定基础。 从 车 架 有 限 元 模 型 中 可 看 出， 车 架 制 作 材 料 的 弹 性 模 量 为 207GPa、 泊 松车
大学生巴哈越野赛车车架设计与仿真研究
史家昊 中国人民解放军国防科技大学 湖南省长沙市 410000
摘 要：我国将美国的巴哈大赛引入国内后，于 2015 年举办了首届中国汽车工程学会巴哈大赛，丰富了我国技能 型人才培养平台。本文着眼于中国汽车工程学会巴哈大赛的参赛用车，对大学生巴哈越野车的车架设计工 作进行了研究，以提高赛车车架使用安全性为目标，进行了建模和仿真分析，希望能为相关工作人员带来 参考。
巴哈赛车车架的优化
巴哈赛车车架的优化摘要：越野车的设计是严格的，生产什么样的车架结构也是关键。
我们使用汽车理论角度决定了斜撑框架更在越野和减重的情况下，通过应力分析软件对整个框架上下左右前后的应力分析，所以确保我们选择创建一个适用所有地形的巴哈越野赛车，并确定了越野式车架选择的可行性。
对于巴哈赛车的设计来说，结构形式、材料的选择、车辆参数的选取原则以及后期处理的设计要求极高，对于比赛来说也是至关重要的，所以车架在各种条件的冲击下，对赛车车架的结构强度、刚度和抗疲劳性等都影响着车架的安全性和可靠性。
因此对巴哈车架进行了优化和改进，以改善车架的结构和综合性能，从而实现汽车的轻量化和成本控制。
关键词：越野车；减重；可行性前言本文围绕巴哈赛车的车架对车架进行优化，巴哈赛车车架采用高强度合金钢材料，对车架进行优化和改进，改善车架的结构和综合性能，从而实现汽车的轻量化和成本控制。
本文通过确定车架的尺寸参数，并进行结构强度、刚度和应变载荷的分析校核，确定其可靠性和安全性，节约材料消耗，减轻车架的重量，满足设计要求，采用三维建模，绘制图形。
然后通过有限元分析对车架的各种工况进行应力应变分析，包括碰撞分析等，最后对不合理的地方进行改进，最终符合巴哈赛车车架的设计要求。
1.巴哈赛车1.1 大学生巴哈赛车的研究意义巴哈赛车比赛是为来自全国各地的大学生举办的比赛。
这为每个队提供了一个国家级大学巴哈队的比赛机会，通过比赛来展示每个队的设计水平和创造力。
比赛对巴哈汽车的整体设计没有什么限制，但巴哈的商业价值高，其独特的魅力吸引着数百万观众。
许多领域的新技术、新技术的实践最初都是在这类赛车上进行的，其中空气动力学、电气和电气工程应用最成功、最频繁。
1.1.1巴哈赛车国内外研究现状国内巴哈赛车现状中国虽然是汽车生产、制造、销售大国，但在巴哈竞争中起步较晚。
2015年8月，在中国汽车协会及各知名汽车零部件品牌的大力支持下，首届中国大学生以巴哈命名的越野车大赛在湖北襄阳举行。
巴哈越野车车架结构优化设计及仿真分析
巴哈大赛（Baja SAE China，BSC）是由中国汽 车工程学会主办、于 2015 年创办的主要面向职业院 校和本科院校开展的小型越野汽车设计和制作赛 事［1］。在保证赛车车架足够强度和合适刚度的同 时，又要防止车架的质量过大。要求车架结构简 单、质心低，须对车架进行整体的优化来提高赛车 行驶的稳定性和机动性［2］。巴哈比赛过程中较容易 发生各种危险的碰撞，车架在赛车发生危险时要防 止赛车手受到伤害，并且要保证其车架结构的完 整，使得车架不发生大的变形［3］。车架设计在整车 设计中至关重要，车架性能的优劣极大地影响整车 表现［4］。
抗弯刚度 EI 表示构件抵抗弯曲变形的能力。 由于车架可以自由移动，由前后悬架支撑，故把车
架理想化为简支梁。简支梁的抗弯刚度为［13］
EI = Fxy ( L2 - x2 - y2) /( 6LW ) （1）
将加载力 F 理想化作用于梁的中点，即 x=y=
L/2 代入式（1）得
EI = FL3 ( 48W )
1 赛车车架结构设计以及建模
由 于 赛 车 的 复 杂 工 况 ，进 行 车 架 设 计 时 应 充 分考虑 4 个基本要求：① 要满足比赛要求；② 要有 足够的强度；③ 要有足够的刚度；④ 结构上要设 计得相对紧凑和合理。由于各个截面尺寸受到的 力 的 大 小 和 方 向 不 同 ，因 此 ，各 个 截 面 的 尺 寸 不 同 ，初 步 结 构 设 计 如 表 1 所 示 。 其 中 ， ϕ31.75 mm×1.8 mm 表示钢管直径为 31.75 mm， 钢管壁厚为 1.8 mm。
巴哈赛车钢管式车架吊耳设计与分析
科技与创新┃Science and Technology&Innovation ·84·2021年第02期文章编号：2095－6835（2021）02－0084－02巴哈赛车钢管式车架吊耳设计与分析艾天乐，苏炜（武汉理工大学国际教育学院，湖北武汉430000）摘要：巴哈赛车在设计过程中需要根据大赛的设计要求添加相应的边板，一般采用铝板或碳纤维板。
由于巴哈赛车是一体式钢管式车架，因此钢管式车架与铝板是通过吊耳与螺栓连接在一起的。
在设计的过程中，由于巴哈赛车的空间限制以及车架的结构设计限制，导致有一些地方的吊耳很难做到完美定位从而进行焊接固定。
因此此次设计的新型吊耳在原有的基础上进行了一些改变，从而使得整体的吊耳变得更轻，以满足轻量化的需求。
同时吊耳变得与钢管更加契合，使得定位变得简单且精确，为边板的安装提供了便利。
通过CATIA进行模型的建立并通过ANSYS-WORKBENCH进行受力分析，从而得出此次吊耳的设计与优化是合理且有效的。
关键词：巴哈赛车；钢管式车架；吊耳；CAITA中图分类号：U463.33文献标志码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2021.02.029巴哈赛车是一种全地形的越野式赛车，其车架采用一体式钢管构造。
为了保证在行驶的过程中对车手的保护，需要对车架结构之间的空缺处运用边板进行维护。
常常使用的材料为碳纤维板，碳纤维板与一体式钢管式车架的连接是需要运用螺栓与吊耳的配合进行机械固定的。
而在固定的过程中为了能够牢固、精确地将吊耳固定在车架上，需要耗费大量的时间进行定位以及修补，在这个过程中对整车车架会产生伤害。
为了优化此过程，通过对原有的吊耳进行优化，新型的吊耳不仅质量变小，同时与钢管可以紧密接触而无需肉眼定位。
1建立吊耳模型通过CATIA软件可以建立出吊耳的初步模型。
根据《2018中国汽车工程学会巴哈大赛竞赛规则》，在CAITA 软件中建立所需要的车架模型，主构的钢管外径为31.75mm，次构的钢管外径为12.7mm，因此此次设计的吊耳的弯曲半径也会根据主构与次构之间的不同而进行改进。
巴哈赛车车架仿真分析与优化设计
的 构 件 上 ，杆 件 与 座 椅 接 触 部 分 支 撑 车 手 和 座 椅 的 总 质 量 ； (3 )发动机总成与支撑板通过螺栓连接，支撑板与车架通过焊 接 的 方 式 达 到 刚 性 连 接 ，可 将 发 动 机 总 成 简 化 为 一 个 质 量 点 ， 通过质量点对车架施加预定载荷。其他部件均采用均布载荷 的 方 式 进 行 载 荷 施 加 ，在 施 加 载 荷 之 前 ，需 要 乘 以 选 择 的 动 载 荷 系 数 3.4。
引言 “中国汽车工程学会巴哈大赛”是 2 0 1 5 年由中国汽车工 程 学 会 创 办 ，面 向 高 等 院 校 开 展 的 越 野 汽 车 设 计 和 制 造 的 赛
参事赛。参队赛员车对队B需aj要a赛依车据的赛整事车的布规置则、要车求架以构及件工、动程力实系践统能、力底，盘由
等进行设计。赛车必须在加速、制 动 、操作和安全等方面具备 优 异 的 性 能 ，同 时 要 保 证 足 够 的 耐 久 性 ，以便较 好 的 完 成 多 个 项目的激烈竞技。
车架是赛车其他零部件安装的基体，它是承载赛车各部 件 的 基 础 。在 比 赛 时 ，还 将 承 受 来 自 路 面 和 车 体 内 部 各 种 动 载 荷以及各部件静载荷的作用，车架的好坏直接影响了赛车的 安 全 性 、操 纵 性 、耐 久 性 以 及 经 济 性 。
采 用 先 进 的 计 算 机 辅 助 软 件 ，利 用 有 限 元 分 析 法 对 车 架 构件进行分析和研究，对车架构件的强度、刚 度 、变形量、总应 力 、应力分布等情况进行分析计算，再根据分析结果对车架进 行 改进 ，确保赛车车架质量和整车性能达到协调一致，同时保
计 ，对 提 高 赛 车 动 力 性 和 经 济 性 有 重 要 意 义 。
巴哈赛车双叉臂悬架的优化设计及分析
2 双轮同向激振仿真
赛车在比赛过程中，由于赛道的复杂状 况和弯道会引起车轮的上下跳动，尤其在崎 岖的山路更是如此。因此跳动过程中，双轮 同向激振仿真很重要，在 Adams/Car 中利用
图4 悬架下跳动仿真模型
AUTO TIME 107
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巴哈赛车双叉臂悬架的优化设计及分析
李赫 吉林电子信息职业技术学院 吉林省吉林市 132021
摘 要：本文以巴哈赛车双叉臂式悬架系统为设计和分析对象，进行了动力学建模，在 Adams/Car 中利用装配 好的悬架系统进行仿真分析，得到其 4 个定位参数的仿真变化曲线，使用 Adams/Insight 进行仿真优化 设计，从而得到优化目标的最终结果。
关键词：悬架系统 Adams 仿真分析
Optimal Design and Analysis of Double Wishbone Suspension for Baja Racing
Li He A b s t r a c t ：T his article takes the Baja racing double wishbone suspension system as the design and analysis object, carries out dynamic modeling, uses the
4.0
3.0
2.0
1.0Leabharlann 0.0-1.0-2.0 -100.0
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Length(mm)
图9 外倾角优化对比曲线
2.0 1.0
巴哈赛车悬架的设计与制作
巴哈赛车悬架的设计与制作陈淼;耿杰;王新建;郭跃【摘要】对悬架的受力情况进行计算分析,借助三维软件UG进行结构设计,利用ADAMS建立前悬架仿真模型,对模型进行上下跳动仿真分析,得到车轮在跳动时的主要参数变化曲线,最终确定前悬架的主要参数为:主销后倾角5°,主销内倾角7°,车轮前束角2°,车轮外倾角-1.5°,侧倾中心高度113.6 mm,前轮距1 142 mm.根据设计和分析结果进行悬架实物加工制作并测试,得出其测试结果满足比赛要求.【期刊名称】《汽车零部件》【年(卷),期】2019(000)005【总页数】4页(P22-25)【关键词】巴哈赛车;悬架设计;制作;仿真【作者】陈淼;耿杰;王新建;郭跃【作者单位】天津职业技术师范大学汽车与交通学院,天津300222;天津职业技术师范大学汽车与交通学院,天津300222;天津职业技术师范大学汽车与交通学院,天津300222;天津职业技术师范大学汽车与交通学院,天津300222【正文语种】中文【中图分类】U469.6+960 引言巴哈大赛(Baja SAE China，BSC)是由中国汽车工程学会主办、在各院校间展开的小型越野赛车设计和制作竞赛。
赛事围绕牵引力、操控性、耐力几个方面进行，因此要求各队所造出的赛车具有强劲的动力加速性、优良的越野通过性、灵活的操纵性能及可靠的耐久性能。
在所有这些性能的体现中，悬架发挥了关键的作用，承载了车轮和车架之间的各种力和力矩，并缓冲由不平路面传给车架或车身的冲击力，减少由此引起的振动，以保证汽车能平顺地行驶。
悬架的结构和性能好坏对整车操控性和平顺性都有很大的影响。
1 结构选型与设计1.1 整体选型整车参数如表1所示。
表1 赛车的整车参数名称参数名称参数轴距/mm1 650总质量/kg335前轮距/mm1 142前后轴分配45/55整车装备质量/kg235文中在设计前悬架时选用的双横臂式悬架，具备便于制造、加工和安装的好处，这也是在众多整车上得到认可的原因。
中国巴哈大赛赛车总体设计开题报告
中国巴哈⼤赛赛车总体设计开题报告开题报告⼀辆巴哈赛车的基本构成包括：车架，悬架，轮毂⽴柱，刹车系统，转向系统，座椅、安全带等安全装备，发动机（统⼀提供），传动系统赛车底盘设计完全是围绕⼤赛组委会体出的参赛标准，并受赛车车⾝车架结构、悬架系统、以及制动系统等相关结构制约下⽽设计。
除此以外加⼯能⼒、⽣产成本也是必须要考虑的必要因素。
本⽂主要研究以下⼏⽅⾯的问题：（⼀）赛车的车⾝车架结构设计车架是赛车的重要零部件，车架需要承载发动机以及附属件和驾驶员的重量，还需要承载转向⼒、侧移⼒和惯性⼒等。
因此它需要⾜够的强度，并完善发动机、传动系、驱动系和转向系各系统的布局，确保在各种⼯况下赛车驾驶员的安全。
为了实现以上⽬标，赛车车架应根据⼤赛赛车结构规则、汽车⼈机⼯程学和赛车总布置的要求进⾏设计。
对赛车车架尺⼨要求如下：全⾼≤ 1.8m；轴距≥ 1.0m；全长≤3.5m；轮距d≥0.5m；全宽e≤1.7m；排⽓管不能超出车⾝后⾯≥10cm。
（⼆）发动机和传动1）发动机是统⼀提供，使⽤美国百⼒通公司（Briggs & Stratto） M20 汽油发动机，四冲程，风冷，最⼤功率约为10马⼒。
2）传动系统有着很宽泛的选择，可以选择轴传动，链条传动和⽪带传动等，⽽变速箱既可以是CVT也可以是齿轮，即可以采购也可以⾃⼰制作。
（三）转向系转向将⽤最原始的齿轮齿条设计，采⽤断开式梯形设计，转向柱⽤单万向节结构；基于回正性和轻便性设计注销定位参数，基于前轮侧滑机理匹配设计轮胎外倾⾓和前束⾓；转向这部分的难点在于转向机的设计、转向梯度、转向和悬架的⼏何结构配合，是车辆在转向⼏何中接近阿克曼⼏何。
（四）制动系制动系统设计内容：.盘式制动器总成、制动主缸总成、.制动管路、制动踏板总成、.制动灯总成；在这个过程中主要是计算踏板⼒设计踏板和计算所需要的摩擦⼒设计刹车盘和对制动主缸、卡钳进⾏选型，通过计算分析算出制动⼒分配的⼤⼩，对制动散热性进⾏分析。
AWD型巴哈赛车车架结构设计方法
126学研探索图1 后支撑结构车架的指定点、主要横杆和支撑结构图2 赛车空间坐标系及车架系统三区域划分图3 前舱底部布置形式摘要：将巴哈赛车的车架结构设计系统化。
基于赛事规则将车架结构按区域划分后结合重要结构细化设计；给出车架重要结构的设计方法和常见形式；提供部分车架重要结构的常用设计尺寸和尺寸范围；将基于CATIA 软件建立巴哈赛车车架的实体模型在Workbench 中进行仿真分析以验证结构的安全性。
系统的提出了一套全轮驱动（AWD ）型巴哈赛车车架结构的设计方法。
该方法可以用于指导巴哈赛车车架设计以缩短设计周期，并能简化部分车架结构的加工。
关键词：巴哈赛车 车架 区域 主要横杆 支撑结构 安全系数中图分类号：TH692.9 文献标识码：J 文章编号：1003-0069（2020）07-0126-04Abstract：To systematize the frame design of Baja racing car.Based on the rules of the race, the frame structure is divided into different regions and then the importantstructure is designed in detail.The design method and common form of important structure of frame are given.Provide commonly used design dimensions and size ranges of some important frame structures;Based on CATIA software, the physical model of Baha racing frame was built and simulated in Workbench to verify the safety of the structure.A set of all - wheel - drive (AWD) baja racing car frame structure design method is presented.This method can be used to guide the frame design of Baja racing car to shorten the design cycle and simplify the processing of some frame structures.Keywords：Baja racing The frame Area The main bar Support structure Safety factor武汉理工大学汽车工程学院 朱子凡 田哲文引言职业院校汽车及相关专业在校生组队参加的越野汽车设计、制造和检测的比赛，要求参赛车队在赛事规则约束下，于规定时间内，设计制造一辆单座、发动机中置的小型越野车。
巴哈赛车悬架设计
10.16638/ki.1671-7988.2019.19.044巴哈赛车悬架设计*权春锋（陕西国防工业职业技术学院，陕西西安710302）摘要：巴哈大赛起源与美国，2014年由汽车工程学会在中国职业院校进行推广。
目前参赛队已达到上百所院校，包括大专和本科院校。
大赛要求以学校组队，通过大约通过一年时间完成一辆赛车制作，发动机核心部件有百力通公司提供，其他所有零部件学生自行设计并加工。
最终团队组装一辆单人驾驶的小型越野车进行比赛。
因为赛车比赛的环境极其恶劣，比赛不确定因素很多，所以在设计赛车时，必须考虑到赛车的可靠性。
通过大赛故障分析，比赛中车辆悬架系统和转向系统故障率最高。
文章主要研究巴哈赛车悬架系统设计，为巴哈赛车设计提供指导。
关键词：巴哈赛车；悬架系统；强度设计中图分类号：U462 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2019)19-126-03Baha Racing suspension Design*Quan Chunfeng( Shaanxi National Defense Industry V ocational and Technical University, Shaanxi Xi'an 710302 )Abstract:The origin of the Baha Competition is in the United States. In 2014, it was promoted by the Automotive Engineering Society in Chinese vocational colleges. At present, the teams have reached hundreds of colleges, including colleges and undergraduate colleges. The competition required the school team to complete a racing car production in about one year. The core components of the engine were provided by Briggs, and all other components were designed and processed by the students themselves. The team eventually assembled a small, off-road vehicle that was driven by a single person. Because the environment of the racing game is extremely harsh, there are many uncertainties in the game, so the reliability of the car must be considered when designing the car. Through the failure analysis of the competition, the vehicle suspension system and steering system have the highest failure rate during the competition. This article focuses on the design of the Baja racing suspension system and provides guidance for the design of the Baja racing.Keywords: Baja; Racing Suspension System; Strength DesignCLC NO.: U462 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2019)19-126-031 巴哈大赛背景中国汽车工程学会巴哈大赛是由中国汽车工程学会主办，在全国大专院校开展，制作一辆单人乘坐的越野赛车，发动机有赛事承办方提供，其它车辆系统有各个院校自行设计制造和装配。
巴哈赛车车架仿真分析与优化设计
巴哈赛车车架仿真分析与优化设计基于巴哈赛车平台，利用CATIA对赛车车架设计和建模；利用ANSYS軟件对车架进行强度和刚度分析，根据分析结果提出车架优化方法。
通过修改车架的结构参数，对优化后的车架进行强度和刚度分析，在满足强度和刚度的条件下，降低车架质量，实现车架轻量化设计，对提高赛车动力性和经济性有重要意义。
标签：赛车车架；ANSYS；仿真分析；轻量化设计Abstract：Based on the Baja racing platform，a car frame was built and designed by CATIA. The model was imported into the finite element software ANSYS to analyze the strength and stiffness. According to the analysis results，the optimization method was proposed. Under conditions of strength and stiffness，the quality of the frame was reduced and the lightweight design of frame was realized by modifying the frame parameters of the frame. It is important to improve the dynamic and economical efficiency of the car.Keywords：race car frame；ANSYS；simulation analysis；lightweight design引言“中国汽车工程学会巴哈大赛”是2015年由中国汽车工程学会创办，面向高等院校开展的越野汽车设计和制造的赛事。
中国巴哈大赛赛车总体设计
中国巴哈大赛赛车总体设计摘要：本次毕业设计大概为时三个月，任务时进行巴哈大赛赛车的总体设计的内容。
此次毕业设计大概可以分为三个大步骤。
开始阶段，我们从2017年新出台的巴哈大赛规则中初步制定了赛车整车的总体设计方案，并详细的通过讨论与计算研究，最后敲定了巴哈赛车的主要参数。
通过后期的计算与讨论进一步修改。
中期阶段，我们运用caita 三维制图软件结合参数进行3D图的绘制，并完成对赛车总体的布局与设计。
最后阶段，我们一起通过老师的指导参与到了制车的过程，从而制作成赛车。
关键词：baja；总体设计；主要参数；赛车制作Overall design of Baja SAE China racing carAbstract：This graduation design is about three months, the overall design of the Baja competition racing when the task content. The graduation design can be divided into three main stages. The early stage, we determine the vehicle overall design scheme according to the society of automotive engineering China 2017 Baja contest rules, and discuss and research, to determine the main parameters of Baja further modified by car. The calculation and discussion later. The middle stage, we use the Caita rendering 3D graphics software with 3D parameters, and complete the design and layout of the car's overall. The final stage, we together with teacher's guidance to participate in the process of making cars, which made the car.Keywords：baja; overall design; main parameter; Racing production目录摘要............................................................................................................................................错误!未定义书签。
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面产生的激励[2]。巴哈赛车在各种复杂路况下进行比 会影响到各部件的耐用性及可靠性;3 ) 要进行模态分
赛 ，比起一般公路汽车，巴哈赛车车架承受更复杂的路 析 ，在保证车架整体有足够结构刚度的同时避免发生
面激励力，因而要求车架必须满足在各种复杂工况下 共振现象[3];4)结构上要设计得相对紧凑和合理，在满
对车架结构进行静力学分析的目的是在承受最大 外 部 载 荷 作 用 时 ，车 架 结 构 所 能 承 受 的 应 力 以 及 变 形 程度要在理想的变化范围之内。 3 . 1 赛车工况分析
赛车在行驶过程中，车 架 受 到 来 自 3 个方向的作
3
1.主 环 ！25.4 x 3 主 环 斜 撑 ！25.4 x 3 ;3.悬 架 安 装 杆 ！25.4 x 3 ； 侧 边 防 撞 杆 ！25.4 x 3;5,6,10,l l . 支 撑 杆 件 ！25.4 X 2.4; 7,8,9.辅 助 杆 ！25.4x 2.4。
车 架 进 行 了 模 态 分 析 ，结 果 表 明 ，该 赛 车 车 架 结 构 设 计 合 理 ，符 合 赛 车 运 行 要 求 ，为 巴 哈 大 赛 参 赛 赛 车 实 体 车 架 制 作 提 供 了
良好的参考依据。
关 键 词 ：巴 哈 赛 车 ;车 架 ;优 化 分 析 ;ANSYS
Design and Analysis of the Frame of Baja Racing Car<
图 1 巴哈赛车车架整体结构模型图
使赛车车架结构更加合理，为实车制作提供了理论依 制 作 管 件 。经 一 系 列 建 模 、修 改 及 组 装 后 ，最终得
据。
到 车 架 整 体 装 配 模 型 ，如 图 1 所示 。车 架 长 x 宽 x 高:
1 车架结构设计基本要求
2 090 mm x 886 mm x 1 324 mm,轴距 1 650 mm。
FOCUS技术聚焦
技术看点
杜灿谊1‘麦 兴 业 喻 菲 菲 龚 永 康 屈 卓 '燊
摘 要 ：为 了 设 计 更 合 理 的 巴 哈 大 赛 赛 车 车 架 ，首 先 利 用 SolidWork*设 计 车 架 三 维 实 体 模 型 ，再 导 入 ANSYS建 立 有 限 元 模
型 ，通 过 静 力 学 分 析 方 法 进 行 多 种 状 态 下 的 车 架 应 力 分 布 和 变 形 程 度 分 析 ，在 此 基 础 上 对 车 架 进 行 了 结 构 优 化 ，并 进 一 步 对
的强度和刚度要求，才能获得优异的驾驶操控性能。文 足必须强度和刚度的前提下减轻自身质量，以达到轻
章 利 用 SolidWork设计巴哈赛车车 架 的 实 体 三 维 模 量化设计的目的。
型 ，通 过 ANASYS进行有限元分析和结构的优化设计，
为 保 证 车 架 结 构 强 度 ，选 用 30CrMo钢 管 作 为
[M].北 京 :机 械 工 业 出 版 社 ,2016:170-183.
(收 稿 日 期 1017-10-27)
[ ] 聂 根 辉 ，谢 新 生 ，欧 阳 春 平 .PP-LGF4 0 材 料 发 动 机 罩 结 构 设 计 与 性
第2 期
En勰f r 汽 车 工 _师
FOCUS技 术 聚 焦
应力将通过连接节点的传递直接作用到车架上。 3 车架的静力学分析
! 基 金 项 目 ：广东省高等学校优秀青年教师培养计划资助项目（Y q2014110);广东高校青年创新人才类项目（ 2014KQNCX176)
39-49.
能 分 析 []•研究与开发,2017(4) 11-15.
[ ] 张 胜 兰 ，郑 冬 黎 ，郝 琪 ，等 . 基 于 HyperW ok的 结 构 优 化 设 计 技 术 [ ] 刘 鸿 文 .高 等 材 料 力 学 [M].北 京 :高 等 教 育 出 版 社 , 1 8 5 10-79.
根 据 巴 哈 大 赛 规 则 ，参 赛 车 要车架设计时应充
形的运动型汽车，其设计和制造应符合汽车工程实践 分 考 虑 4 个基本要求:1)要有足够的强度，避免车架在
的技术要求[1]。车架作为汽车各大总成装配与安装的承 弯曲和扭转等多种应变力作用下出现较大的变形;2) 载 体 ，不但承受汽车各部件总成载荷，还要承受来自地 要有足够的扭转及抗弯刚度，否则过大的车架变形将
Abstract：Modeling and emulation technology is used to design the frame of Baja racing car. Firstly SolidWorks software is used to establish 3D model of the racing frame, then it is imported into ANSYS software to establish the finite element analysis model of the frame, stress analysis of the frame is carried out by static analysis method, the structure of frame is optimized and modal analysis for the frame is also operated. The results show that the frame structure design is available, meets the design requirements. This design will provide the analysis basis and reference for the production of solid frame of Baja racing car. Key words：Baja racing car; Frame; Optimization analysis; ANSYS