上海交通大学赛车队2014赛季设计报告
高散热效率，同时保证水路中有足够的冷却液；加装蜡式节温器，可调节水路循环路径，
保证发动机工作在合适的温度范围内；散热器面积减小厚度增大，加装大功率散热风扇弥
补散热效能的损失，使赛车布置更为紧凑；散热风扇由水温传感器开关自动控制，为发动
机散热提供合适的散热功率，保证发动机冷却水温在90摄氏度左右
进排气系统
为了保证发动机在限流阀处气流的平稳，降低限流阀的不利影响，赛车采用了较大
的稳压腔。并且以减小进气阻力和加快节气门响应为目标，优化了腔体的形状和体积。限
流阀的前后形状设计也针对赛车预计的运行速度做出了优化，提高了充气效率
基于成本上的考量，排气管选择了分段焊接的加工方法。根据整车的布局，选择了相
应的消音器安装位置，增加了整车运行过程中的稳定性的同时减小了车身后部布置的难
度
供油系统
油路采用金属编织油管，有效防止漏油，耐热性更强，更加安全；油路中串联燃油滤
清器，有效过滤掉燃油中的杂质，有利于气缸中混合气的燃烧
另外油箱采用碳纤维树脂复合材料制作，相比铝合金油箱质量可减少50%以上
传动系统
设计了电控气动换挡和机械换挡双重换挡机构。离合和换挡分别使用一个气缸作为
执行器，通过方向盘上的拨片和离合器按钮进行控制。由于升档不需要离合，而降档需要
离合。去年仅仅实现了全自动拨片升档，而降档需要手拉离合辅助。今年加入电控离合后，
也实现了全自动拨片降挡。同时，如果发生故障机械换挡机构可以完全替代电控换挡系
统
减速器和差速器方面，使用Torsen差速器齿轮组并自行设计外壳，使用调整垫片调
节链条张紧程度
底盘系统
底盘在设计时，在保证赛车操纵稳定性的前提下，尽可能实现轻量化，调节、拆装快
捷，降低成本
悬挂系统
采用前后拉杆五连杆独立悬挂的设计，减振器和摇臂布置在车身两侧。这样布置的
优点是拉杆、摇臂、减震器可以共面，便于设计，更重要的是，零件设计简洁，成本低，
质量轻
悬挂杆系在比较了钢管和碳纤维控制臂的制造成本以及性能之后，决定使用钢管控
制臂，以降低成本，在控制臂的设计中使用大量优化手段有效降低了控制臂的重量，使其
接近碳纤维控制臂
轮边结构方面，首先选用了Keizer CL-10的中心锁定式轮辋，既可以大幅加快更换轮
胎的速度，方便车辆调试，又可以把轮边结构布置得更加紧凑。另外，去年制动盘直接安
装在轮芯上，不便于刹车碟的拆卸和更换，并且会使轮芯接触处磨损。今年把制动盘安装
在一个法兰上，再把法兰固定在轮芯上这样极大地方便了拆装，如果和制动盘接触处磨损
也只需要更换法兰
转向系统
上海交通大学赛车队2014赛季设计报告
在转向器设计上，今年依旧使用齿轮齿条结构。但是斜齿轮齿条代替直齿轮齿条，有
利于减小转向自由行程，同时有效消除大模数齿轮带来的根切
在万向节的选用上，车队今年使用无间隙的三段式万向节，这样，不仅使得整个转向
装置的自由行程大幅度减小，并且使得转向更加线性，让车手更容易适应和驾驭赛车
制动系统
根据轻量、紧凑的设计思路，卡钳选择Wilwood PS-1。该卡钳为两活塞，尺寸较小重
量较轻，方便布置；制动性能方面，蹄片有效摩擦面积较大，有利于充分发挥制动能力
制动盘依然为全浮动式。由于发现去年单向制动盘（倒车推行时不能制动）的设计不利于
轻量化，布置也有一定难度，因此今年改为常规形式的刹车盘，通过浮动销传递制动力矩
浮动销数量由6个减少到4个，既减轻了自身结构重量，也方便了轮芯的设计
制动踏板采用了主缸纵置的布置，使得踏板布置紧凑。主缸和平衡杆分别采用了
Tilton 77系列主缸和Tilton 600系列平衡杆，两者均为小型轻量化的零件，制动踏板杠杆
比根据车手的脚踏力，满足规则2kN踩踏力要求的前提下，最大化踏板行程，将杠杆比
取到了4.8。油门踏板将转轴置于踏板中部，使得油门拉线可以从油门踏板底部穿过，同
时使得弹簧放置与油门行程得到了良好的控制。制动与油门踏板底座采用铝合金制作，在
布置紧凑的基础上底座面积设计得较小，使得整个踏板总成更加轻量化
车身系统
本赛季赛车仍采用铝蜂窝夹芯的碳纤维复合材料单体壳车身，采用真空灌注工艺
选择碳纤维单体壳是基于性能上考量，需要一个轻量化、高扭转刚度的车身，而继续
采用真空灌注工艺，是出于成本上的考虑，相比需要热压罐的预浸布工艺，制造成本较低
另外，为了尽可能提升车辆的操纵稳定性，加装了前翼、尾翼空气动力学套件
车身设计
本赛季车身设计是从机械感，紧凑感的设计理念出发，以半开放以及多截面为基础进
行设计与建模。在CATIA建模的过程中大量使用直线，平面等元素。整车以平面为主的设
计既方便与车身连接的各机构的连接件设计与加工，又极大的方便了碳纤维——铝蜂窝
结构的铺层过程
从最初的车鼻，车前，座舱，车尾底面高度不同的四段式设计到最后的车身座舱部分
最低的三段式车身使得车身在满足人机工程及规则要求的情况下尽量降低车身表面积，
达到轻量化的目的。水平一体的分模线以及上下车身分别具有的脱模角都是为了方便在
车身制作过程中更好的合模与脱模
空气动力学
今年的赛车以减小阻力为目标，优化了车身和侧箱的几何外形
另外，今年引入了鼻翼、尾翼，以增强赛车的操纵稳定性。翼型在比较了NACA等翼
型库后，经过自行仿真微调确定。前后翼使用相同的翼型及等大小的主副翼片，通过两翼
前后位置的调整来最终实现整车的气动平衡。连接上，鼻翼通过金属支架和贯穿翼片的碳
管连接在车身，尾翼则是借助六根杆支撑在车身和主环上，并且长度可调，以把尾翼调整
到合理的姿态。另外，为了更好地对车辆进行调教，尾翼的副翼角度可调
铺层设计
上海交通大学赛车队2014赛季设计报告
单体壳的原材料上，我们采用美国Huntsman公司的碳纤维固化树脂，中国澳盛公司
的碳纤维布。芯材上，有芳纶蜂窝和铝蜂窝两种选择，尽管芳纶蜂窝在厚度上选择自由，
但价格较高，也对轻量化帮助不大，因此统一使用了20mm厚的铝蜂窝作为单体壳三明治
结构的芯材
为了使单体壳在最优性能下拥有尽可能轻的质量，我们进行了铺层和预埋件优化。通
过对整车进行模态分析，对单体壳的相应部分进行强化，减小了车身振幅，也避开了悬挂、
发动机的工作频率，避免共振。另外，也对预埋件进行拓扑优化分析，设计出形状合理、
轻量化、加工方便的预埋件
在结合计算机仿真的同时，车队也制作了多块不同碳纤维布层数的实验板，对每一种
铺层设计都进行了三点弯曲实验和环向剪切实验，以获得不同设计的实际产品性能数据
我们在确保赛车符合规则要求的前提下，尽可能通过铺层设计来得到最轻的产品。今年预
估车身的重量在30kg左右
工艺
在成型工艺方面，真空灌注树脂成型工艺具有产品质量好，生产效率高等多种优点，
被成熟而广泛地应用与航空、汽车等领域的复合材料制造中。最关键的是，此工艺的设备
及模具的使用制造成本较低，在保证产品性能的前提下，相比预浸布热压罐工艺能够降低
车身的制造成本30%以上。同时对工艺技术进行优化改进，大幅度地提高了车身产品的性
能。例如在真空灌注树脂固化内侧面碳纤维时，使用传统工艺时流动的树脂会侵入蜂窝铝
孔隙中造成产品树脂含量变高，影响碳纤维性能的同时还会大大增加产品的重量。我们从
航空航天以及一些军工产品的复合材料制造工艺中获得了灵感，采用了原创的独特方法
良好地解决了这一难题
电子系统
电子系统的设计宗旨就是简洁可靠，缩短设计周期，减少研发成本。这就要求系统需
要相当的独立性与可升级空间
仪表盘
仪表盘采用较为简约合理的布局，参考了大量赛车上的设计例子，保证了在改进设计
中不再需要对于车体外形进行修改，并且预留了端口甚至可以不需要重新加工电路板。同
时，采用了软件上的优化，使得在简单的仪表盘上的可以呈现出完整的必要的信息。这样
既保证了在研发过程中的成本控制又有了在今后的变化中的快速适应性
数据采集
设计数据采集系统的基本思路是满足实时性与可靠性。对于高实时性，首先解决的
是信号强度问题，依靠大功率的zigbee模块，这部分系统做到了高实时性的数据采集，
在较短的时间内保证了数据的实时传回，并且在测试中保证了信号的强度，可以在最短时
间内检测到车辆数据的异常，减少不可预料结果的发生
由于无线数据不可能完整的记录下每一刻的数据，因此电子部分还拥有内置闪存来
详细的记录赛车每一刻的情况，当赛车静止时，可以使用无线模式或是有线模式，将数据
下载到电脑上，通过专业的wintax软件有效的分析数据。依靠wintax 的快速分析，可以
非常好的了解到车辆的每一个动态情况
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