结合赛车比赛工况，主要考虑赛车在动态过程中的
急加速、制动工况、碰撞试验等工况，运用ANSYS软件
对赛车车架抗弯、抗扭强度进行优化分析，并通过实
车试验确定赛车最优结构方案。车架扭转最大变形为
3.5mm，碰撞时最大变形为4.2mm
(a) 扭转刚度分析图(b) 碰撞分析图
图3-2 车架强度分析
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，。通过采用扩
散器，增加后轮扰流小挡板，减少赛车空气阻力，提高
赛车附着性。车身考虑了轻量化、造型美学和制造工艺
性，在设计上使车身与车架尽可能靠近，移除不必要覆
盖件，使车身更为紧凑。从制造上，选择质量轻、强度
高的碳纤维材料进行抽真空制造
(a) 车身表面压力分布 (b) 车身渲染效果
图3-3车身空气流场分析及渲染
2 悬架系统
1）优化目标
为了提高赛车的操纵稳定性，悬架系统主要考虑四
个优化目标设计目标（表3-1）
① 优化主销参数，减小前轮转向倾角补偿，减少赛车转
向不足；；
② 适当降低悬架刚度并增大避震器工作行程，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，改进A臂定
位焊接工艺，提高制造精度；；
④ 使用轻质轮芯材料，优化轮边结构，降低簧下质量
-表3-1 悬架设计参数表
2）结构优化
轮芯是连接轮胎和立柱的一个重要部件。制动时，
轮芯承受地面制动力和卡钳制动力作用。同时，由于赛
车制动过程中的载荷转移，使前立柱制动时受力较大，
并由于赛车过弯时立柱内外侧轴承载荷不同，通过有限
元强度分析，对立柱轴承位结构进行优化，设计选用了
内外侧并直径不等轴承位结构，前轮芯外轴承座直径为
65mm，内轴承座径径为50mm，使轮芯受力均匀
(a) 前轮立柱制动工况应力图(a) 前轮轮芯制动工况应力图
图3-4轮芯有限元分析
3 转向系统
在2013年赛车基础上对赛车的转向几何特性和方向
盘快拆器结构进行优化，进一步改善赛车操纵稳定性
1） 转向几何特性优化
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3-5，图3-6分别
为10.12秒与10.13秒时方向盘转角达到峰值
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
轮胎尺寸规格 20.5*7.0-13，R25B 20.0*7.5-13，R25B
轮辋宽度及结构 13*8英寸，一体 13*8英寸，一体
悬架的线刚度 26.7N/mm 30.7N/mm
侧倾角刚度 4.14 degrees per g
悬架偏频 3.2Hz 3.2Hz
侧倾外倾刚度 0.78°/deg 0.8°/deg
静态前束 0.2° 0.3°
主销后倾角 3° --
主销内倾 6° --
抗前倾/抗后仰 0 0
侧倾中心位置 28mm 34mm
图3-5 转向特性优化分析（10.12秒）
图3-6转向特性优化分析（10.13秒）
2）主要零部件优化
优化零部件结构，改进加工工艺。方向盘使用抽真
空碳纤维制作工艺，提高方向盘强度，减轻了重量，降
低了成本
图3-7 转向系统总成
4 动力系统
赛车采用川崎ZX-6R四缸发动机，操控系统运用气
动电磁阀换挡技术，差速器采用CUSCO限滑式差速器，
提高赛车动力性、便捷性、操控稳定性。改装设计原发
动机油底壳，降低了发动机安装位置，使整车重心下降
1）发动机主要参数
结合2013年FSC大赛新赛道以及设计目标，今年
继续采用川崎ZX-6R四缸发动机，提高了赛车动力性
表3-2 川崎ZX-6R发动机参数表
2）主要零部件设计
① 差速器半轴采用空心管材结构，保证了半轴强度，减
轻了半轴重量
② 油底壳采用不锈钢与锰钢焊接的工艺，较去年铝合金
数铣的设计结构，降低了成本和油底壳重量
（a）2013年铝合金油底壳(b) 优化的不锈钢油底壳
图3-8 发动机油底壳
③ 差速器使用CUSCO限滑差速器，提高了赛车弯道操
纵稳定性。根据装配要求，完成了差速器外壳的优化设
计，使结构更加紧凑，并降低了总成重量
(a) CUSCO限滑式差速器外壳图(b) 差速器支架三维模型
图3-9 差速器外壳及安装支架
④ 改装喷油嘴底座，底座采用铝合金材料，通过法兰与
发动机缸体刚性连接，便于装配并且达到轻量化效果
⑤ 排气歧管采用四合一排气管形式，四根排气歧管汇合
在一个空腔内能产生更大负压，形成稀疏波，有利于
提高发动机的排气效率，改善动力性
参数 数值 参数 数值
排量 599cc 压缩比 13.9:1
额定功率 91.7kw/13500rpm 额定扭矩 67Nm/11700rpm
气缸直径 67mm 活塞行程 42.5mm
总质量 65kg 冷却方式 水冷
图3-10发动机喷油嘴座 图3-11排气歧管
⑥ 建立进气谐振腔及进气歧管3D模型，分别运用
Gt-power及ansys fluent软件进行谐振腔内流场及进
气歧管长度仿真分析，并实车试验，最终确定最优结
构方案
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
④ 前后制动器制动力分配比根据制动性能要求，并通过
赛车道路试验实车验证，确定最佳前后制动器制动力分
配比范围为:(6.2±0.5):(3.8±0.5)
图3-12 可调制动踏板 图3-13 制动主缸布置方式
6电气仪表系统
为了使车手掌握赛车行驶信息与更好收集赛车
动态数据，电气系统主要针对仪表做了进一步优化改
进 改进仪表板显示方式，更方便车手观察，并提高
仪表主控模块的稳定性与抗干扰性
① 整车线束优化：采用自主加工新线束替代原车的线束，
减去原车不必要线束，降低了整车线束成本
② 赛车显示模块安装在方向盘上，使整车布置上更加紧
凑，增大驾驶舱空间
③ 根据方向盘大小及要求，设计采用显示较大、高发亮
数码管显示档位信息，采用长条阶梯式LED灯显示发动
机转速、发动机水温显示
图3-14整车线束
图3-15 仪表显示模块
④ 数据传输电路采用蓝牙模块转输数据，相比有线数
据传输方式具有以下优点：a.布置灵活；b.可以避免导线
连接出现接触不良现象；c.传输速度较快，符合赛车设计
的要求；d.转输数据比较稳定；e.符合现代信息化要求
图3-16蓝牙数据传输模块电路图
四赛车三视图
图4-1 赛车主视图。