三、驱动系统
1、动力电池系统
本赛季动力电池系统的设计目标一样
紧扣整车的设计目标，以达到良好的稳定性，
可靠性，安全性以及轻量化程度。动力电池系
统从在整车的布置上就经过了细致考虑，最终
确定了动力电池系统后置的方案，具体位置位
于电机前方，驾驶员后方。这样的布置对整车
性能的三个方面有着积极的贡献，一是利于减
小了车辆的惯量，有利于横摆和侧倾的快速响
应；二是增加了后轴轴荷，加大了后轮附着，
有利于动力性能表现；三是单一电池系统的集
中配置，省去了多余部件及结构，轻量化程度
更高。动力电池系统作为电动赛车上质量最大
也最为集中的部分，其轻量化程度一定程度上
反映了车辆的设计水平。经过我们的对电池系
统的细致考虑以及结构和零部件的优化设计，
本年动力电池系统的质量达到了50kg的轻量化
水平，较去年减少质量16.7%
动力电池单体选用了聚合物锂离子电池
该单体电池的质量能量密度和体积能量密度分
别达到了192Wh/kg和424.5Wh/L，这样在充分
满足赛车能量需求的同时控制了电池重量。同
时，该单体电池放电倍率达到了15C，峰值放
电倍率可达30C，这为赛车急加速时对功率的
巨大需求提供了有效的保证。针对所选用的钴
酸锂电池，我们匹配了专门的AMS对其进行监
测和管理。这套AMS较上赛季在质量以及体积
方面有了大幅减小。单一电池箱的设计较上年
减少了一个熔断器以及两个接触器的布置，以
及电池箱间的动力线缆，大大减少了不必要的
质量增加，并同时提升系统可靠性
如此高功率的电池系统，且采用了相当紧
凑的布置，则对散热产生了很大的需求。为了
分析电池在不同工况下的温度表现以及散热方
案的确定，我们进行了单体电池的充放电循环
温升实验以及小型电池模组散热实验。考虑到
空间布置的问题、系统的复杂程度以及质量问
题，我们选取了风冷作为电池系统的散热形式
使用大风量、大风压风机组对电池系统进行串
行强制通风，同时配合电池组的散热鳍片系统
实现高效散热。最后，通过CFD仿真验证了风
冷方案的有效度
针对FSAE电动赛车的特点，我们采用了快
速平衡充电系统。这较于去年银鲨II赛车的分
步式独立平衡充电系统大大简化了系统复杂程
度，且将充电时间由原来的8-10h缩短为
2.5-3.5h。系统采用AMS通过CAN总线通讯控
制充电机，能够快速安全地对动力电池系统充
电，同时均衡各单体电池电压，使得电池组的
工作效率和使用寿命达到最佳状态
2、电机
考虑到赛车设计对动力性能的需求，以及
对于驱动效率的追求，我们选用了精进电动
GM4001永磁同步电机，其峰值功率达85kW，
峰值扭矩达到180Nm。配合自主开发制造的集
成化行星轮减速机，以及高效链传动，不仅增
加了轮上扭矩，还使得电机的比赛长时工作的
效率区间保持在92%以上
为了保证驱动系统的稳定性和可靠性，保
证电机以及电机控制器工作的高效，我们采用
水冷的方式对电机以及电机控制器进行散热
置于侧箱中的散热器保证了对行驶时的空气来
流的有效利用，同时根据设计计算，省去了散
热器上的风扇，减小了不必要的能耗
3、传动系统
为了满足赛车的动力性，在电机高效运转区
间和整车加速目标的前提下，银鲨Ⅲ设计了总
传动比为6.46的行星轮减速器及链传动系统
自制的行星轮减速器具有高度集成、高效率、
轻量化、同轴输出等多项优点，使得银鲨Ⅲ的
轻量化程度进一步提高。采用偏心圆张紧方式
的链传动系统，不仅调节精度高，而且其中的
非自润滑链条及由7075铝制成的一体式大链轮
进一步减小了系统的转动惯量。银鲨Ⅲ过弯时，
轻巧且锁紧系数可调的Drexler限滑差速器能将
动力尽量转移到外侧车轮以增加过弯速度，提
高操控稳定性。依据去年经验，为提高系统整
体可靠性，传动系统的关键零部件采用ANSYS
校核，平均安全系数在2以上，能够充分满足
比赛需求
四、行驶系统
1、车架与人机工程学
银鲨Ⅲ赛车车架由进口4130钢材焊接而成，
整体采用桁架式结构，各区域管件尺寸严
格遵循规则要求，并对高压部分加以高强
度保护，确保结构在极限工况下、事故情
况下均安全可靠，整体布置上既协调了各总成
配重，又充分考虑了基于第95百分位人体模板
的人机因素，最大限度保证车手的操作灵活性、
乘坐舒适性
一方面，由于车架刚度影响着赛车的弯道
平稳性，故而采用了大量三角结构，以增大其
刚度。另一方面，基于CATIA软件对车手的坐
姿进行了模拟，辅之人机试验台试验，确定最
佳坐姿。此外，为了实现轻量化目的，根据各
工况下强度、刚度所需，采用不同尺寸的管件，
以节省不必要的材料，辅以ANSYS仿真手段，
尽可能获得较高的强度及“刚度—质量比”。实
测表明，银鲨III车架扭转刚度约1770N·m/deg，
达到桁架车国际水平，质量为37kg，与银鲨II
相持平，但其总体比刚度较之银鲨II提高40%
焊接过程采用圆形孔平台及铝制夹具定位，定
位精确，在一定程度上有效抵抗焊接变形，整
体误差被控制在2mm范围内
2、悬架系统
为了赛车能够在赛道上表现的更加灵活，
我们重新设计了悬架系统，在悬架几何、零部
件设计和整体布置上都进行了突破性的改革，
实现了轻量化与高刚度的完美结合
悬架布置形式依然采用不等长双横臂的布
置形式，通过对Hoosier LC0轮胎测试数据的分
析，我们完成了轮胎模型的建立，再借助
ADAMS多体动力学软件的整车模型样机，创新
性的完成了整车虚拟g-g图的绘制，通过仿真优
化使得赛车的极限侧向加速度突破了2g，为实
车测试提供了参考依据和优化方案
在悬架结构设计上，根据ANSYS对杆系进
行的受力分析，全面优化悬架杆系直径为
12mm-14mm，壁厚1.5mm-2mm，同时采用一
体式焊接接头设计，减重20%。前悬架转向节
设计成外大内小轮毂轴承结构；简化下横臂与
转向节连接方式，在提升零部件刚度的同时减
重30%；另外考虑到前轮车轮外倾角快速调整
的需求，上横臂安装座设计成机械式快拆结构；
避震器车架下部平行布置，摇臂为两片式铝合
金，结构可靠，传递比可调。后悬架采用推杆
式减震系统，并使避震器水平对置，实现左右
两侧力的抵消，最大限度减小对车架的影响，
增强了避震系统的可靠程度；车轮束角连杆与
上横臂连接，省去一个车架焊接耳片和杆端关
节轴承，减重10%并且安装方便
车轮总成使用单螺栓设计方案，自主设计
的车轮轮辐相较购买件减重15%且刚度提升
5%，轮辐与轮毂使用6根直径为10mm的不锈
钢圆柱销传递转矩，腔体式一体轮毂设计省去
了多余的连接件，在保证车轮总成刚度的同时，
实现悬架簧下质量减重12%，极大的提升了悬
架系统的响应速率
根据之前赛车测试的经验，前轮主销定位
参数对转向力矩影响较大，因此，银鲨Ⅲ通过
动力学仿真分析，将主销内倾角、主销后倾角
调整为原来的205%和62%，内倾拖距和后倾拖
距分别为去年的92%和64%，在保持赛车高速
稳定性的同时，降低高速行驶时的转向力矩，
以达到降低车手长时间驾驶疲劳程度的目的
3、转向系统
赛车转向系统要求结构可靠、操作灵敏、
转向几何精确。我们根据车内空间的使用情况，
采用了前置转向梯形结构，并对每一个零件进
行了合理的受力分析，确保了结构的安全可靠；
我们根据车手操纵方向盘的角度以及赛道的最
小转弯半径，确定了方向盘的转角为±110°，转
向传动比为5，保证了转向系统操作灵敏；我们
设计了合理的转向几何，保障赛车能满足赛道
转弯要求
在此基础上，今年转向的设计目标是进一
步提高刚度、减重和转向梯形的优化。为此，
我们采用了大间距的支撑耳片，并对耳片强度
进行了优化提高。今年设计了新的夹具，解决
了支撑耳片焊接变形大的问题，提高了转向系
统安装精度。我们针对每个零件进行了强度校
核，优化了齿条接头、转向壳体等结构，同时
尝试碳纤材质限位块，尽可能的减轻转向系统
质量。结合去年的经验，今年转向梯形选取了
30%、60%、80%阿克曼的可调方案，可以根据
赛道和天气情况进行调整
4、制动系统
对于制动系统与踏板总成，我们致力于实
现一个可靠的轻量化设计。相比去年，制动踏
板的行程增大了约20%，油门踏板首次
采用了碳纤维材料以实现轻量化并确保
其强度可靠。对于制动盘，进行了瞬态热场分
析，以确保在紧急制动的工况下，制动盘不会
因温度过高导致扭矩传递能力下降，产生制动
失灵的问题
五、电子系统
赛车的稳定运行与电子系统的高效良好运
作密不可分。因此，为了获得电子系统良好的
匹配性及易编制性，我们自主设计制造了整车
控制器。在设计中，考虑到电动赛车对于运算
速度、硬件接口的要求以及比赛时所处电磁环
境，我们优化选型了适当的处理单元，并合理
设计了外围各模块，提高了可靠度。整车控制
器通过CAN总线与其余各个电控模块紧密联系，
实现数据的传输和共享，方便了不同的模块从
总线上读取数据，并且扩展性能良好。从总线
上读取数据的外接设备可以方便地挂接在总线
上或脱离总线，而不影响系统其他部分工作
考虑到赛车电机输出扭矩大，容易使车轮
打滑，出现牵引力损失和影响赛车稳定性的现
象，我们引入了牵引力控制系统（TC）。通过在
整车控制器中的牵引力程序控制，能够实现目
标滑移率六档可调，在不同条件下根据车手需
求调整车轮滑移率，使牵引力在各种赛道环境
下最大限度发挥的作用
考虑到行车数据是车手驾驶的重要参考信
息，也是车队制定比赛策略甚至赛车设计改进
的信息来源，因此我首次增加了数据显示与采
集系统。该系统分为显示和采集两部分子模块
数据显示子模块采用了自制OLED模块作为行
车状态仪表盘。它能够实时反映赛车的行驶信
息以及电池的状态，从而方便车手了解车况，
及时采取适当的比赛策略。另一个子模块为数
据采集系统。该模块基于SD卡存储模块开发，
能够根据需求采集各项例如车速，加速度，减
震器位移，转向盘转角等各项赛车行驶参数，
以及电池组电压，单体电池电压，电池温度等
电池系统参数。根据这些数据，可以进行赛车
的检测以及车手驾驶行为的优化。此外，赛时
数据积累也将对日后的赛车设计提供宝贵的数
据支持。在此基础上，辅助GPS系统的加入，
能够实现行车数据与赛道的映射关系，从而使
得数据与赛道高度结合
无线数据传输系统是今年新加入的一个模
块，采用基于IEEE802.15.4标准的Zigbee低功
耗通信协议，它的特点是远距离、低复杂度、
自组织、低功耗、高数据速率。模块首先将整
车行车数据从CAN总线上采集下来进行数据筛
选，去除不必要传输的多余数据。后再将整理
过的数据通过无线手段发送至接收端，将数据
可视化。接收端可以是自制数据显示器、电脑
甚至手机。本模块可以让在赛场旁观察比赛的
队内工程师们更好的了解赛车的实时状态，通
过远程数据制定比赛策略，通过Team Radio与
赛手沟通，让整个车队可以更好的完成比赛
考虑到赛车上的电子电控模块众多，且布
置位置各异，因此优化整车线路，提升线路可
靠性及维修方便性显得尤为重要。本赛季的布
线方式依照电子模块化的思路，从线路走向出
发，优化归纳了线路分支节点，使用连接器在
节点处进行连接整理。这样，我们绘制了整车
布线拓扑结构图，方便实际布线作业，较上年
赛车大大提高了接线效率。此外，我们详细考
虑了线路的线型、线径、走线方向，以增强电
源线的绝缘性，减少信号线之间的串扰。这样
的布线方式使得赛车电子电气系统的稳定性、
可靠性、简洁性得到了很大程度的提高
六、分析与测试技术细节清单
电池系统散热分析 有限元分析Fluent
轮胎测试数据拟合
Matlab数据拟合工具
箱/魔术公式MF5.2
整车及分系统虚拟样
机赛道仿真
高自由度赛车动力学
模型Matlab/Simulink
强度校核 有限元分析ANSYS
单体电池性能测试 擎天动力电池自动检
测装置
电池模组大电流充放
电散热实验
Digatron整组电流测试
系统（EVT）
零件强度试验 拉伸试验机
车架扭转刚度测试
电子地磅、千斤顶、螺
旋测微仪
静态轮胎定位测试 四轮定位水平仪。