北京航空航天大学AERO方程式赛车队
AERO-2014设计报告的半封闭稳压室，特殊的开口结构，使
得在1.5g的侧向或纵向加速度时，燃
油不会溢出，保证了赛车燃油的供给
油箱前部采用斜面设计，能在车刹车时
将燃油导入稳压室中，保证燃油的供
应。使用橡胶全透明加油管，代替了往
届示油管与加油管并联的结构。建模优
化高压油管的走线，使发动机舱更整洁
并减小发动机热量对油路的影响
传动系统：
首次采用高效、可自锁的CUSCO
摩擦片式限滑差速器，有效提升过弯时
驱动轮的动力分配。采用航空超硬铝设
计全新的差速器壳体，使差速器整体重
量减轻59%。使用链传动对发动机到差
速器壳体的动力传递方式进行了合理
化设计。差速器支承延续了往届可调中
心距式支撑方式，轴承座采用三点式支
撑以保证差速器轴向位置的稳定。另
外，轴承座也为举升杆提供支撑，解决
了其布置困难的问题。半轴总成角度接
近零度，有效改善万向节受力状况并大
幅提高传动效率
悬架系统
结构方面，前悬为单龙骨形式，左
右下A臂内点对置到同一吊耳上
吊耳采用单片设计，减重且降低加工成
本。采用新的焊接定位工艺，保证单片
吊耳焊接精度
前后均使用拉杆降低重心。防倾杆扭臂
长度六级可调，吊耳为铝制活动吊耳，
整个系统可拆卸
运动学方面，单龙骨前悬令车轮参
数保持相对稳定。刚度方面，偏频控制
在3Hz以上，且前悬刚度较大，转向特
性趋于不足。部分重要参数如下表
参数 前悬 后悬
轮跳外侧deg/m -11 -32.7
轮跳转向deg/m 0.63 0
适乘刚度deg/m 26.5 26.0
偏频Hz 3.30 3.12
侧倾刚度deg/g 0.44～0.52 0.40～0.55
前Upright的上部吊耳为分体式，
通过吊耳后部垫片静态调节车轮外倾
角。经有限元法仿真优化，upright重
量控制在316g，极限应力约为186MPa，
强度合格
轮辋与轮胎
选用国产铝制十寸轮辋，性价比高
（对比参考下侧表格），强度满足要求
Upright结构紧凑，轮系装配的最小间
隙为卡钳距轮辋内侧5mm.。前Upright
的上部吊耳为分体式，通过吊耳后部垫
片静态调节车轮外倾角。经有限元法仿
真优化，upright重量控制在316g，极
限应力约为186MPa，强度合格
Keizer 10 i 国产铝轮
价格 ￥1800 ￥165
质量 2.1kg 2.46 kg
ET等尺寸 可订制 不可订制
材料及成型
6061铝
CNC
A360铝
低压铸造
赛车后轮轮毂采用三球销外球笼
一体式，选用45号钢材制造以增强耐
磨性能。优化传动轴及后轮毂设计，相
比往届降低重量2.5kg。该系统兼容成
品10×5.5”轮辋与10×7”轮辋，可
在实车调试中按需求更换
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AERO-2014设计报告转向系统
使用一个双十字轴万向节让转向
轴夹角最大，减少连接件。转向轴采用
钢管，重量降低，抗扭性能强。吊耳与
套筒拆卸方便，转向齿条轴线低于吊耳
中心（硬点由悬架变形转向最小化确
定），既降低重心，又增大驾驶舱空间
铝制齿条罩与齿轮罩重量轻，用法兰盘
固定后既作为加工定位，又保证齿轮齿
条啮合间隙。在齿轮底部安装角位移传
感器，实时监测方向盘转角
转向主要参数如下表所示，阿克曼
率可由upright上双孔吊耳调节，让车
手感受不同转向特性带来的影响
最小转弯半径m 3.3
角传动比 4.38
阿克曼率% 4.5 或 42.8
制动系统
后卡钳采用性价比较高的
wildwood。 前卡钳采用ISR 22-048-OC，
布置形式为对置四活塞式，小尺寸仍能
提供足够的制动力，且单个卡钳减重
500g, 完美适应10寸轮辋。前后轴各
一套独立液压回路，制动力前后比
74:26。刹车盘为浮动式，制动反应迅
速灵敏，紧固件数量少
放弃选择昂贵四倍的Tilton立式
制动主缸，选用Wildwood制动主缸置
于分隔板之下，结构紧凑，使车架长度
在车鼻处缩短150mm，显著提高赛车
的机动性
车架与车身
人机工程：
优化人体模型，增加腰部直区域和
背部弯曲区域，更符合实际。针对不同
体型的车手，调整聚氨酯发泡填充座椅
的形状，使背部角度从30°到48°变
化，保证车手视野；使用不同宽度填充
剂，使车手拥有良好的座椅包裹性。将
往届全包围式防火墙座椅改成半包围
式，重量低至2kg，比去年减重35%；
防火墙分成两部分，降低装卸难度。自
制金属夹层碳纤维板作为驾驶舱底部
覆盖版，重量轻且强度高。铺设的覆盖
板使整个驾驶舱整齐干净，为车手提供
安全舒 适的驾驶环境
优选轻质安全带，较往届减轻
3.2kg，减重65%。自制碳纤维挡脚块
和踏板，增加侧板以确保车手双脚不会
脱离踏板
车架设计：
利用有限元软件进行车架模态和
扭转刚度分析，得到车架低阶固有频率
在32.37Hz-86.03Hz，避开了发动机高转
速的激振频率；车架扭转刚度为
1226Nm/deg，在许可范围内。通过仿
真优化设计，车架由2013年的31kg降
至28kg，减重10%。采用自主设计焊
接平台保证车架加工精度及悬架装配
精度，选用不易变形且低成本的铝型材
作为焊接平台基本框架，使用根据车架
管径设计的夹具夹套紧固车架单元
车身：
车身设计融合战斗机与几何线条
元素。整体造型借鉴后掠翼战斗机形
式，使AERO-2014在视觉上具有静则蓄
势待发，动则迅电惊雷的美感。空气沿
车鼻两侧曲面流向侧箱，并从侧箱后部
鲨鱼鳃形开口处流出，利于散热，同时
流出的空气沿着侧箱外导流斜面流向
后翼，提高后翼空气动力学性能。车身
上表面平整一体化以减少升力的产生
车身进行全车风洞CFD仿真，在产生紊
流的区域加装扰流片，提高车身整体的
空气动力学性能
前后翼：
前翼与后翼均为双层格式。对多组
高升力翼型进行最大升力系数、最大升
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AERO-2014设计报告阻比以及失速攻角的综合对比后，选取
了CH-10翼型。对前后翼相对位置进行
等步长仿真分析，确定上翼片位置相对
于下翼片前缘，纵向0.9倍弦长，法向
0.1倍弦长处可获得双层形式组合中的
最大升力系数与升阻比。又对上下翼片
的攻角进行优化，确定下翼片攻角-5
度，上翼片攻角25度。前翼的下翼片
在展向中间位置有下凹，令气流顺畅流
进前鼻下方。前翼的上下翼以两侧的端
板、中部的翼刀作为连接，增加结构强
度的同时也起到减阻增压作用
后翼通过在端板的上层添加百叶
结构来平衡翼尖部分的气压，减小产生
的涡流；同时端板上部缺口为气流扩散
提供了充足空间，减小阻力。直线加速
时可减小后翼的上翼片攻角，进而减少
后翼阻力70%。在前后翼的翼片尾端安
装 Gurney Flap，改善前后翼尾端的流
动，下压力提高8%。仿真得出20m/s
车速下前翼能产生32.4kg下压力，后
翼能产生60kg下压力
扩散器：
总体构型采用前部成品碳板，后部
开模加工三通道设计，简约实用。通道
起始斜率阶跃至0.17，有效刺激气流增
速；吸气贪婪有力，进口段起始宽达
983mm，外扩设计初始夹角45度，流
线贴壁而过，有效减少能量损失；辅助
流道外壁曲线呈拉瓦尔喷管形式，空间
二次扩张，并充分利用低压区。通道末
端与举升杆固连，解决了钢丝连接法向
约束不足的问题。仿真显示，添装扩散
器后整车升力系数从0.71降至0.16，
扩散器整体在20m/s下产生20kg下压
力
仪表、配线和附件
自制方向盘及仪表：
用碳纤维手工制作方向盘与仪表
壳体，减轻零件质量。沿用去年模具大
大降低成本。方向盘上集成了4个按
钮，前部两个为空挡与自动挡按钮，后
部两个为升挡与降挡按钮并且依靠拨
片带动，可实现方便快捷的气动换挡，
提升赛车操控性，同时拨片提高了换挡
操作的可靠性。仪表使用OLED大对比
度屏幕，可接收上位机发送的指令、数
据，实时显示当前圈数/最大圈数，本
圈时间与进步秒数
气动换挡：
气动系统辅助车手换挡，在提高操
控性的同时极大提升赛车的动力性能
依据理论计算选型2个亚德客系列25
×25气缸，分别用于换挡与离合；利
用Fluent仿真模拟，进行换挡过程的气
体特性分析，得到系统响应特性。搭建
实验平台，验证仿真结果的可信性，并
以仿真结果与试验数据为依据进行换
挡策略的调整分析。选型1L的铝制气
瓶，能够保证升挡500次，降挡500
次的换挡要求。配合Motec的换挡切火
功能，极大的减少赛车升档动力中断的
时间，提升赛车动力性能
气动换挡的控制电路集成在数据
采集系统之中，调试方便，成本低廉
配合换挡切火功能，实现了升挡时间
0.1s，降挡0.5s的目标
数据采集与通讯：
自制行车数据记录仪，与SDL3相
比，仅用十分之一不到的价格，便实现
了专业赛车数据记录仪的功能。赛车上
安装多达13个传感器，可采集发动机
转速、水温、悬架行程、3向加速度、
GP等21路数据。使用Zigbee无线传
输技术将赛车数据实时地显示在场下
的监控电脑中，为赛车调试和优化提供
即时数据；安装车载对讲机方便了赛场
上的战术布置。PC机中的上位机软件
可以实时显示各项数据，并进行后期的
数据分析，绘制图谱
硬件总体架构图
硬件PCB图
北京航空航天大学AERO方程式赛车队
AERO-2014设计报告Upright仿真应力云图
后轮辋仿真应力云图
整车空气动力学仿真
气动换挡Fluent流体仿真
自制数据记录仪
进气系统仿真
车架扭转刚度位移云图
车架模态分析
前悬侧倾仿真。