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广西科技大学鹿山学院18_FSC方程式赛车设计报告

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更新时间:2020/5/20(发布于广西)

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文本描述
参数 数值 参数 数值
型号 GLCP4026L0 重量 14kg
额定容量 30KVA 额定容量 60KVA
控制电源 24DCV 最高输出频

140Hz
额定输入电

312DCV
额定输出电

210ACV
额定输入电

90A
额定输出电

120A
参数 数值 参数 数值
型号 GLMP15L0 重量 40Kg
额定转矩 80 N.M 峰值转矩 180N.M
额定转速 3000rpm 峰值转速 9000rpm
额定功率 20kw 峰值功率 40kw
表 3-2 电机控制器主要参数
图 3-1 车架三维设计模型
图 3-2 人机工程校核
2)动力传动系统
① 传动方式
图 3-3 扭转刚度分析 图 3-4 碰撞分析 由于整车传动比较大,综合考虑整车结构性、轻量
2) 车身优化设计
车身设计综合运用空气动力学理论及视觉美学原理,
通过 ANSYS 软件进行车身空气阻力分析(图 3-5)。同
时,考虑车身轻量化及车身全碳纤维制造工艺,设计中
使车身与车架尽可能接近,去除所有不必要覆盖件,使
车身更为精致;从车身材料上,选择重量轻、强度高的
碳纤维材料,并采用闭式碳纤维真空制作工艺
化、维护性,赛车传动方式采用二级链条传动方式
② 差速器
通过对近年赛车采用的各种型式差速器的比较分析,
选用了 CUSCO 限滑式差速器。该差速器在设计上利用机
械、物理的控制方式,提高赛车过弯的平顺性。并通过
对原差速器外壳进行改装设计,减少了差速器总成重量,
并具有结构简单和便于维护等特点
图 3-7 优化前差速器总成
图 3-8 优化后差速器总成
图 3-5 车身表面压力分布图 图 3-6 车身设计效果图
2 电机驱动系统
1)电机与电机控制器
根据“鹿山 E1 号”动力表现及整车设计目标,
选用了 GLMP15L0 永磁同步电机和 GLCP4026L0 电
机控制器
表 3-1 永磁同步电机主要参数
3 动力电池系统
1)电池单体
通过“鹿山 E1 号”设计经验,通过理论计算分析,
电池单体采用 F12-63155225P 中倍率型电芯。动力电池
系统由 196 个电池单体采用 98 串 2 并的连接方式,
分三个电池箱体组装,总电压 312V,总容量 24Ah
2)AMS
AMS 主控模块及绝缘监控模块(IMD)布置在主控
电池箱内,采集模块及温度采集点布置在各电池箱内
主控模块与采集均衡模块、显示模块、绝缘检测模(IMD)
块间通过内部 CAN 总线通信,实现充放电管理、均衡管
理、温度管理、状态估计、安全管理和数据通信等功能
② 据资料,箱体 PC 材料最大承受冲击力为 3kg/cm ,假
3)动力电池散热系统
① 箱体采用强制风冷方式。在电池组间均匀布置散热片,
散热片置于箱内冷却风道,利用抽风扇使箱体内外气流
循环流动外,实现了对箱内的强制风冷
4 电气系统
1)整车电路
在符合 2014FSEC 规则的要求下,对整车线束布
置了优化。采用模块化设计理念,对电器盒模块、仪
表盘模块等等电气系统进行优化组合,使整车电气系
统框架更清晰、明了,线束也更简单,更易于维护
图 3-9 电池箱散热系统进、出风道口布置
② 参考“鹿山 E1 号”在 2013FSEC 比赛中的电池箱温度
数据,利用 ANSYS 工具进行流体仿真分析,最终“鹿山
E2 号”散热系统能满足要求
图 3-10 电池箱散热系统仿真分析
4) 动力电池箱体
① 箱体采用了阻燃等级通过 UL94-VO 认证的日本进口工
业 PC 板,密度仅为铁的 1/3,通过对箱体的结构优化,
电池箱体总重量同比去年减轻 20.7kg
图 3-14 整车安全电路 图 3-15 整车驱动系统电路
2)电气系统抗电磁干扰措施
对于高压驱动系统线缆与低压控制系统导线间
产生的耦合和串扰现象,采用以下技术措施:
① 抑制干扰源:电路中增加续流二极管,减少断开线圈
时产生的反电动势干扰
② 切断干扰传播路径:单片机和电机地线分别独立接地,
以减小相互干扰
③ 提高敏感器件抗干扰能力:布线时尽量减少回路环的
面积,以降低感应噪声;高频通讯线采用屏蔽线缆;
对单片机采用电源监控及看门狗监控
3)仪表系统
由于电动赛车数据信息量相对较大,所以设计了
CAN 总线模块用于数据通信,大屏显示器用于行车信
息显示,无线通讯模块用于传输整车信息到上位机
图 3-11 电池箱结构图设在箱体端面和侧面施加碰撞载荷,通过 ANSYS 有限元
图 3-16 仪表主控模块
图 3-17 仪表显示模块
分析,箱体强度满足 2014FSEC 规则要求。 ① 数据收集模块:采用 ISO1050CAN 总线收发器与
Silicon Labs CAN 总线控制器构成总线模块,收集整车控
制器、电机控制器和电池管理系统的相关信息
② 显示模块:采用 4.3 寸 TFT 智能显示屏,显示车速、
电机转速、SOC、电池温度、电机温度、状态及故障码
③ 无线通讯模块:采用蓝牙 4.0BLE 无线通讯模块,可
图 3-12 端面碰撞分析 图 3-13 侧面碰撞分析 将 CAN 总线模块收集到的信息以串口形式发出到手机
端或电脑端的上位机软件,用于实时监控整车运行状态
悬架参数 前悬架 后悬架
悬架形式 拉杆式双横臂悬架 拉杆式双横臂悬架
轮胎规格 20.5×7.5-13 20.5×7.5-13
轮辋规格 万丰 13×8 英寸 万丰 13×8 英寸
悬架线刚度 21.3N/mm 26.7N/mm
侧倾角刚度 395Nm/deg
悬架偏频 3.2Hz 3.2Hz
静态前束 0.2° 0.2°
主销后倾角 3°
主销内倾 6°
抗前倾/抗后仰 0% 0%
侧倾中心高度 31mm 39.8mm
5 制动系统
① 赛车踏板总成采用快速可调设计,踏板调节范围最大
达 90mm,可满足不同车手对踏板的操控需求;
② 制动主缸采用向上斜置平衡杆上置式布置方式,可最
大限度减少主缸活塞与缸壁摩擦
③ 平衡杆上置式更便于调节前后制动力分配,满足不同
附着路面对前后制动力分配的需求
2)结构优化
通过 ANSYS 有限元分析及实车道路试验,对摇臂
总成结构进行了优化改进,提高了摇臂传递效率,并针
对轮边总成结构进行轻量化,采用轻质高强度铝合金轮
芯,并对立柱结构进行进一步改进,降低簧下质量,提
高赛车操纵稳定性
图 3-19 前立柱有限元分析
7 转向系统
1)参数优化
图 3-20 前轮芯有限元分析
图 3-18 踏板总成三维模型
6 悬架系统
1)参数优化
为了提高赛车操纵稳定性,对悬架系统细化了以下
运用 ADAMS/Car 对赛车进行整车优化分析,以方向
盘转角的输入,分析赛车高速避障赛车绕桩的赛车横摆
角速度响应,分析系统的响应特性。图 3-21 分别为
10.12 秒及 10.13 秒时方向盘转角达到峰值
四个优化目标:
①在“鹿山 E1 号”赛车悬架参数基础上,对悬架主销
参数进一步优化,减小前轮转向倾角补偿,减少了赛车
转向不足;
② 降低悬架刚度并增大避震器运动行程,充分利用阻尼
特性;
③ 优化摇臂总成结构,提高摇臂传递效率,优化 A 臂定
位焊接工艺,提高了制造精度;
④ 使用轻质轮芯材料,优化轮边结构,降低簧下质量
表 3-3 悬架设计参数表
图 3-21 转向系统优化分析
2)结构优化
① 根据人机工程学,优化布置转向器及转向拉杆机构;
② 采用轻质材料,减少转向机构重量;
③ 改进加工工艺、使零件强度更高、装配更合理
图 3-22 转向系统总成布置

赛车三视图
图 4-1 赛车主视图。