大学生方程式赛车设计开题报告

大学生方程式赛车设计

开题报告

班级（学号）姓名

指导老师

一、综述

（本课题研究的意义、研究的现状及已有成果）（正文，宋体，五号）

(一)研究意义

作为一次简单的方程式比赛，中国汽车工程协会给予每个参赛学校的要求还是不低的。将本届大学生方程式大赛定义为由各大学车队的本科生和研究生构想、设

计、制造一辆小型方程式赛车并参加比赛。为此赛会在参赛理念上假定参赛车队是

为一家设计公司设计、制造、测试并展示一辆目标市场为业余休闲赛车的原型车。

赛车应该在加速、刹车、操控性方面有优异表现并且足够稳定耐久，能够成功完成

规则中列举的所有项目并参加CASE比赛。这样一来对于每一个车队的设计团队来

说其挑战在于开发一辆能最大程度满足CSAE赛车的设计目标且具有市场前景的样

品车。以上阐述已经很明显的表现出这次比赛的全部意义---而赛车仅仅是这其中

必要的一部分，制造一部比较成熟的“产品”才是该比赛所真正向大学生们推荐的。

总之这次的设计是在照顾比赛的同时开发出一款产品，在追求更佳的物理性能的同时对加工工艺性和成本的控制有不低的要求。

(二)研究的现状

(三)已有成果

二、研究内容

（研究方向，研究内容，系统功能）

本次毕业设计主要是围绕我校参加全国首届大学生方程式大赛的赛车展开的，由于总体设计涉及面很广，所以经过申请，指导老师同意由7位大四同学进行此次赛车的整体设计研究。

(一)研究方向

既然是一辆正式的参赛的车，其设计的理念与方向就要在不违反毕业设计要求的前提下进行展开，时时刻刻紧紧围绕赛会发布的比赛规则进行。

接下来要明确的就是比赛规则，这也是比赛参与者在开始着手之前要必须做的，我们参与设计的每一个人至少要熟读与自己负责设计内容息息相关的部分规则。由

于内容和篇幅限制，在这里就不一一细说了。但对于整车来说还是会有一个总的设

计方向，这个方向是由比赛具体方式和评分标准决定的。这里面重点有两个，比赛

详细项目与赛会进行的硬件限制。先说第一项，比赛的具体项目与对应评分。

静态项目：

报告陈述------------75分

赛车设计------------150分

成本分析------------100分

动态项目：

加速性能------------75分

转向性能------------50分

高速穿避障碍性能----100分

燃油经济性----------100分

耐久性--------------300分

总分：1000分

静态项目中赛车设计无疑占据着主要地位，这其中重点对比的是设计人员的机械设计基础，电脑应用能力，以及创新研发能力。但与此同时对于成本的考量所占的分数也同样不可小觑，这与赛会最初的办赛初衷是完全相符的。作为一款成熟的产品，只是具备优异的使用性能是远远不够的，还要考虑其生产工艺等因素，要使产品适合生产，容易生产，生产成本低。如何在性能与成本之间取得最好的平衡才是成功设计的关键。

动态项目的竞争才是每个车队最为关注的，其分数比重较静态来说多出很多，内容对整车的设计方向有决定性作用。经过研读规则，这其中高速穿避、燃油经济和耐久性的测试会在基本属同一种的赛道进行测试评比。比赛的所有赛道均由塑料桩筒码建而成。

●高速穿避赛道的规格：

直道：两头都有发卡弯，不超过60米的直道，或尽头有大弯的不超过45米的直道。

连续弯：直径23米到45米。

发卡弯：最小直径径9米。

锥形筒：以7.62 米到12.19 米的间隔直线排列码放。

复合赛道：总长约0.805km其中包括减速弯，连续弯，半径渐小弯等。

赛道最小宽度：3.5米。

●耐力赛道的规格：

直道：两端为发夹弯的直道不超过77 米，(或者)两端为较宽弯道的直道不长于61 米。在一些位置会有超车区域。

连续弯道：直径为30米到54米。

发卡弯：弯道最小外径为9米。

锥形筒：圆锥桩子按9.0m（29.5英尺）到15.0m（49.2英尺）间隔直线放置。

复合赛道：减速弯，连续弯，半径渐小弯等。

赛道最小宽度：4.5米。

●燃油经济性测试与耐力赛同步进行（赛道是相同的）

从以上内容不难看出，中国方程式大赛供每一辆赛车比赛的赛道绝大部分属于多弯狭窄型的车道，所以车辆的速度肯定不会太快。很多弯道，尤其是发卡弯赛车基本上都是以低于25km/h的速度（实际没准会更慢，要看最后真的实验结果和赛会指定的赛道情况）。

上面是赛会中对赛道的硬性规定，还有另外一项就是赛会对赛车硬件的规定与限制。参加比赛的每一辆车都需要进行车检，为的是赛会便于检查每一辆车在实体结构与零部件上有没有达到主办方的最低要求，这些要求是组委会根据比赛的安全性与公平性进而制定的。具体条目有很多，比如车架的尺寸规格，进气限流器等等，在这里就不一一详举了，最直接影响设计方向的是发动机与轮胎的硬性供给，也就是说参赛车辆只允许使用赛会提供的春风CF188发动机与某品牌的两套轮胎（轮胎赞助商至今未定）。发动机为单缸四冲程四气门500cc排量汽油发动机，最大功率为24kw（约32.18匹），最大扭矩为38.8N·m。而根据国外FSAE赛车资料估算出来的重量要高达250kg以上，很明显质量功率比偏低，所以整车的加速和极速性能都不会十分理想，远达不到国外同级别赛车的平均水平。

如此总结来设计队伍的研究方向也逐渐明朗了。

第一，赛车的行驶环境属于狭窄并且多弯，这对于整车的操控性能要求是

不低的，必须要特别重视影响操控稳定性方面的设计

第二，由于车速以及整车轮上输出功率和扭矩较低，对轮胎的附着要求就

相对降低了，所以相对于整车的动态性能也会相应的下降，对悬架

的要求也就没有国外同等赛车那么高。在整车设计过程中需要综合

考虑与取舍。

总结起来，赛车最终出输出马力不大，整车的研究重点应该着眼于：

i.悬架系统的设计：悬架系统与整车的操控行走性能息息相关，且与整车的

直接物理关联不多，在后期制作与调教时灵活性较大。可以弥补其他对操

控稳定性不利部分的影响。所以整体参数的把握上，和系统可调程度上做

足功夫。

ii.减轻整车质量：这其中包括簧上质量与簧下质量两部分，减轻簧上质量会减少发动机与减震器的负担。提高加速与极速性能，同时有效降低了侧倾

力矩，减少了车轮的负载反应，提高过弯极限。减轻簧下质量会提高悬架

的对路面的敏感性，对提高赛车的平顺性以及附着能力都是非常直接的。

同时也减轻了整车质量。

iii.整车（包含驾驶员）质心位置的把握：这主要是在车架布局上进行研究的，尽量减少轴距的同时尽量将质心位置放低放在前后轴中间。它也是参与影

响整车操控性的重要参数。直接影响侧倾力矩大小与轴荷分配。

iv.发动机的改进：发动机的动力不足是拖累赛车动态性能的主要原因之一，如何减轻发动机自身的重量和体积是在不影响稳定性的前提下值得讨论

的。

v.转动系统的选择：传动级数，传动方式都直接决定赛车的传动效率，动力输出特性。在低速赛道上，注重扭矩表现是必不可少的。要尽量缩短加速

时间。

vi.转向系统设计：在狭窄的赛道中行驶需要精确的转向系统来转达车手的意图，减轻驾驶强度，使驾驶员尽量少的碰倒桩筒（碰倒一个桩筒罚时两秒）

也是非常重要的。

三、实现方法及预期目标

（包括实施的初步方案、重点、难点及环境）

四、对进度的具体安排

五、参考文献

指导老师：年月日

督导老师：年月日

领导小组审查意见：

审查人签字：年月日