S-Power V
华南理工大学广汽S-Power车队2.1运动学仿真
使用MSC.ADAMS的Car模块和Insight模块两者互相结合的方式对赛车悬架进行运动仿
真优化。在Car模块建立了悬架系统模型，对建好的模型进行跳动和侧倾仿真，在Insight
模块中设置优化目标，并对悬架硬点的坐标进行迭代优化。根据车队各总成的设计参数，建
立整车模型。结合相关比赛项目，对赛车进行动力性，制动性，操纵稳定性的仿真。最终得
出赛车具有良好的抗侧滑能力，并有很好的稳定性和灵活性
2.2悬架
S-Power V赛车为前后不等长双横臂独立悬架，前悬架侧倾中心高度为29mm，后悬架为
59mm；前后的垂直刚度分别为24836N/m和30191N/m，并通过加装横向稳定杆使侧倾梯度达
到了0.66deg/g，并尚有较大的调节范围供实车调试用
立柱的设计利用了HyperWorks等CAE软件，通过拓扑优化、有限元分析等方法对立柱
进行轻量化和刚度优化，使立柱在保持较高刚度情况下减重40%。在上接头和立柱之间加减
垫片以调节外倾角，简便又经济可行
在控制臂的设计上，继续对碳纤控制臂壁厚和接头尺寸的改变做探究，使用比上一年更
薄的壁厚和更短的接头，同时进行了拉伸实验，最终采用方案能承受力13-17KN，既远远满
足要求，又进一步轻量化
防倾杆使用空心圆管，在达到实心圆管防倾杆扭转刚度的条件下，能减重将近一半。摇
臂的制作使用了40Cr合金钢，采用三段分离的方法，通过粘接的方法连接，成本低廉，同
时保证了轻量化、刚度和强度以及可靠性的统一
2.3转向
转向系统的设计立足于历届的基础之上，主要提出三个改进点：首先是基于轮胎数据选
取转向梯形；其次通过巧妙利用单个万向节的力矩波动特性和转向梯形力矩波动特性减少转
向系统力矩波动；最后通过碳纤杆扭转实验，采取碳纤转向中间轴，以达到轻量化的目的
转向梯形选用和优化方面，首先先通过拟合出轮胎数据选用转向梯形，最终选用阿克曼
转向梯形。其次通过matlab编程优化使实际的转向梯形向理想的靠拢，最后还要通过Adams
运动学仿真改变横拉杆外端接头的z轴坐标，以减少其跳动转向量
为解决转向间隙小以及手力波动的问题，在转向系统中的中间轴万向节传动机构采用单
个万向节，放弃原先等速条件的布置，利用单个万向节角传动比波动特性，在常用转角范围
内，让角传动比尽可能的靠近5，在一定转角内减小了手力波动
而轻量化方面，在转向横拉杆，转向器壳体与副壳体的连接管以及中间轴采用碳纤管，
在转向中间轴也采用碳纤维杆件代替原来的铝合金杆件，而碳纤杆扭转实验证明，碳纤杆的
扭转破坏强度达到了180Nm，远远高于使用要求。齿条采用分段式代替原来的整体式齿条轴
同时设计了一套转向系统参数的测量工具，包括转向力测量装置、跳动转向测量及修正方法、
齿条间隙调整机构、前束角调节装置便于赛车调校
2.4制动系统及踏板总成
S-Power V制动系统使用II型布置方法，赛车在1.4的制动强度下拥有最高制动效率，
同时设计了可调节制动力分配装置，优化得到最优平衡杆分配比为0.58。制动踏板总成非
常注重轻量化设计，碳纤维复合材料制作的踏板总成底座和粘接方式制作的油门踏板，在保
证刚度强度同时大幅减少质量。踏板3级可调，可以满足不同身材车手的使用要求，结构简
单，调节简便
2.5数据采集系统
S-Power V的数采系统包括工业级数采及自行设计的无线数采两套系统。基于以往的深
厚基础引入了试验性的新元素，使数采系统更趋完善
第一部分为调车时使用的工业级数采。该部分硬件选定NIcRIO 9076、NI9205、NI9403
S-Power V
华南理工大学广汽S-Power车队搭建数据采集器。基于Labview2011实现数据的采集，存储，无线传输，动态显示和离线分
析等功能，同时优化了上位机系统，采用TDMS文件格式实现数据存储和读取，兼顾了数据
的存储速度，逻辑组织性以及后期易用性。在此基础上实现了尾翼下压力测试，攻角实验等
一系列车身数据采集实验
第二部分为车手及赛场上实时监测设计的无线数采系统。通过CAN传输的数据同时供
给赛车仪表与自行设计的单片机。通过单片机获取CAN中传输的信息，通过433无线模块以
及设计的通讯协议实现与外界通讯，之后于自主设计的上位机程序中获取信息并整合信息后
在程序中显示出来，实现实时获取赛车信息以及数据变化曲线，并在比赛时通过Team Radio
给予车手建议，系统传输距离达500m以上，同时数据延时少于0.5秒
在传感器安装方面，分析了往届部分传感器安装方案不足的情况，在保证强度和DAQ
系统可靠性的前提下，以轻量化为目标对安装方案进行设计。重点分析了路面不平激励下悬
架的响应，并利用等半径稳态转向试验初步判断赛车转向特性，为底盘调教指明了方向。同
时今年也考虑了横摆角速度传感器的安装及布置方案，为以后进行操控稳定性实验打下基础
3.动力总成
为了在追求轻量化、经济性的同时又不过多损失动力性，今年我们换装了全新的亚翔
LD450发动机。全新设计和精心标定的电喷系统带来了更为精确的喷油控制；经历流体CFD
仿真计算的谐振腔和进气管提高了充气效率，使得限流后的发动机较原装几乎没有动力损失；
更为精致的台架调教，带来了极为宽泛的扭矩功率输出平台，涵盖了比赛最常用的转速区间
这一系列的改进，保证动力同时提高了燃油经济性，也更利于整车轻量化
3.1全新的工艺带来更加高的强度和更加低的成本
S-Power V首次创造性的将3D打印技术和碳纤维技术结合在一起，降低了模具开发成本
的同时，提高了强度。通过3D打印谐振腔，减少模具开发流程，提高了产品开发效率；同
时，创造性在3D打印之后的谐振腔表面粘结碳纤，大幅度提高了产品的强度，同时实现了
轻量化
3.2电路控制系统
发动机电喷系统在曲轴飞轮加装12齿参考信号盘、凸轮轴加装同步信号盘及传感器，配
合节气门开度、燃油压力等8种发动机传感器对喷油量进行修正。通过台架试验对多个工况
点下的喷油脉宽和点火提前角进行标定，以获得理想的动力输出。自主改造发电线圈，满足
整车电器供电需要。并进行赛车起步控制和牵引力控制的研究
3.3供油系统更轻更稳定
S-Power V油箱容积为3.5L，碳纤维副油箱和活门的加入，确保油泵在各种工况下的工作
更加稳定，新增燃油压力传感器，可更精确监控供油系统的工作情况
3.4气动拨片换挡系统进一步优化
在第四代S-Power赛车上实现了气动拨片换挡系统的稳定可靠运行后，进一步优化拨片
控制与气动方案，采用高电磁兼容性的MoTeC M800 ECU作为控制核心，在上一代车的基础
上进行了优化设计。在气源方面，摒弃充气较为困难的二氧化碳，使用可自行随时充气的空
气。在操控方面，制作更易于操控的拨片。在轻量化方面，对赛车的起步离合拉手和气缸支
座等也进行了拓补优化，为整车轻量化做出贡献
3.5冷却系统
使用双水箱，并在侧箱加入碳纤导流罩，S-Power V冷却效果令人满意，CFD计算表明，
加入导流罩之后，空气流速增加了40%，换热系数的提高，进一步强化了散热能力。计算表
明，冷却系统使得耐久赛时水温保持在105-110°C
S-Power V
华南理工大学广汽S-Power车队4.车身车架
S-Power V的车身车架设计是以车手为起点的。以人机工程为出发点，保证乘员有足够
的操纵空间、乘坐舒适度以及乘员支撑。设计中运用了多种优化手段，有效合理地得出了设
计结果。车身线条优美流畅，加装空气动力学套件，使赛车具有鲜明的速度感以及科技气息，
是对历年华南理工大学S-Power车队优秀赛车设计的传承。尾翼安装了可变尾翼系统（DRS），
可在设定工况下有效地减小空套带来的阻力或者增大整车下压力
4.1车架
车架设计以拓扑优化作为设计的驱动，在轻量化的前提下不断提高结构的刚度，努力探
索结构性能的极限。由于资金以及技术限制，形式仍然选定为全空间管阵式结构，设计目标
扭转刚度2000N*m/deg，目标质量控制为27kg。首先是按照管件的布置空间构建拓扑优化
模型，进行了多工况的拓扑优化，分析对比得出了比较优秀的管阵布置方案，之后根据规则
要求对管件进行了离散的尺寸优化，最后进行了各个工况的校核验算，计算各工况的刚度强
度值。仿真结果表明，扭转刚度最终计算值为2227N*m/deg，设计质量为26.25kg，比前四
届分别轻了22.79%、12.5%、2.7%和3.3%，达到车队历届最高水平。车架进行了模态实验和
扭转刚度实验，通过实验验证了车架实际与仿真分析结果相吻合，为未来车架进一步优化设
计指明方向
为提高加工精度，车架采用了新的加工方式和焊接平台。开创性地应用了激光切管技术
获得钢管各类型的相贯线口，切割精度高，并且工件变形小，切缝的几何形状好，减小了人
力付出和加工成本，极大地提高了工作效率。精心设计的焊接平台和焊接夹具，使得钢管装
配定位的精度显著提高，夹持可靠，焊接热变形得到很好的控制
4.2车身
车身设计集合速度感、美感，优美流畅的线条，符合了S-Power一贯对极致速度的追求；
简洁但是又不失美感的形状，是华南理工车队一向的理念，精致优雅；实用简洁、易于装卸
的壳体分块，表明我们工程学上的严谨和对完美的向往；车身壳体通过多次的空气动力学流
场分析、优化，务求使空气阻力降至最低
4.3人机工程
整车的布置，设计都是以人机工程为核心，坐姿重心低，视野良好，有宽阔的操纵空间
而且适应性很高，可以针对不同体型的乘员进行坐姿的调节。主要利用了CATIA的人机模块
对不同体型的人体进行了眼椭圆、手肘、腿部空间、质心等系列参数的校核。针对本辆赛车，
又针对性地开发了乘员的座椅，对乘员两肋、脊柱、肩部等都有良好的支撑作用，配合安全
带，对乘员有良好的保护，同时不会使乘员容易感到疲惫
4.4空气动力学
今年我们针对空气动力学，有了更深入的研究，明确了空气动力学的设计与优化方向，
对整车进行了流场仿真. S-Power V赛车采用单主翼双襟翼式前、尾翼，在翼型的选择上，为
尽可能提高升阻比和负升力的绝对值，通过 CFD 分析，对翼型攻角、缘半径、开缝大小进
行优化，最终前翼攻角为20，尾翼攻角为25，翼展设计为 1400mm，同时也对端板的尺
寸与形状也进行了优化，降低了侧风的影响。前翼尾翼均采用碳纤维制成，翼型芯层为 pvc
最终制作出的前翼与尾翼总重为10kg。在车速为 60km/h 的情况下，引入空气动力学套件，
使整车下压力提升了约 531N，显著地提升了赛车的附着力和操纵稳定性
本次赛车使用的是通过高速舵机及连杆驱动的可变尾翼系统，通过航模电池驱动整套系
统。通过与无线数采共用的单片机，从CAN中数据提取节气门开度，方向盘转角，车速以
及制动踏板位置等数据作为参数进行开环控制；其通过柔性软垫连接在主翼的预埋件上，通
过连杆传动使尾翼攻角实时变化，实现直线加速时攻角减少令阻力减少，过弯时攻角增加增
大下压力两种模式自动转换，实现动力性与操控稳定性的统一
S-Power V
华南理工大学广汽S-Power车队S-Power V 正视图。