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FrameStructureFrameStructure&Bodywork&Bodywork胡程超hccidea@gmail.com车架篇车架篇FrameworkFramework•车架基本信息•FSAE车架•HNU07’08’对比•车架设计制造过程…FrameQ&AFrameQ&AQ:什么是车架?A:传统意义上车辆底盘行驶系统的组成部分之一,主要用于承载和连接各总成。目前越来越多的乘用车使用整体式车身,与车架相互整合。Q:FSAE车架是哪种类型?A:在目前FSAE赛车中使用的是由金属管件构成的空间刚架结构,用以承受全车载荷,并且是所有部件的安装基础。属于最基本的车架类型。Q:为什么采用这种形式的车架?A:FSAE广泛使用的有管件结构车架、单体壳车身两种,综合考虑制造、造价和性能因素后选用此种车架结构形式。MonocoqueMonocoqueF1cockpitCarbonfibermonocoqueHybridHybridMonocoqueMonocoqueCarbonFiberCarbonFiberMonocoqueMonocoque丙烯酸纤维碳纤维布(低温保存,常温下3天)碳纤维丝人造丝碳纤维型材(在20-2000℃强度随温度增加而增加)高温压力融制高温处理编织放在模具中,覆盖合成树脂FSAEFSAEMonocouqeMonocouqeFSAE比赛中所使用的整体式车身基本采用碳纤维(carbonfiber)制造。FSAE使用的空间管件结构车架基本使用钢管或铝合金管经焊接、铆接或高强度粘接加工而成。TubularTypeFrameTubularTypeFrameFramevs.Framevs.MonocoqueMonocoque单体壳(整体式车身)优点:高强度,轻量化,易于车身造型,安装一步到位,精度容易保证。缺点:制造加工困难,造价高昂,结构强度难控制,基本没有容错性。车架优点:加工制造方便,造价低廉,具有较好的容错性,强度较高。缺点:不利于空间布置和车身造型,需要覆盖车身,因而不利于轻量化。限制条件:1.经费有限;2.加工厂家少;3.最终效果难以保证。限制条件:1.结构设计;2.加工工艺水平;FrontbulkheadFrontrollhoopMainrollhoopMainrollhoopbracingSideimpactstructureFrontrollhoopbracingFrontbulkheadSupportFramecomponentsFramecomponentsFrameDesignFrameDesign车架的设计流程:1.根据总布置要求确定外廓尺寸;2.根据布置要求确定人机;3.根据悬架硬点、转向、制动、发动机悬置等要求确定车架结构;4.车架结构性分析,优化;5.定稿。ErgonomicErgonomic人机确定方法:1.模拟:2.实测:CockpitlayoutCockpitlayout驾驶舱布置集中体现在方向盘、换挡杆和座椅设计上。对于方向盘和换档杆而言,要求便于操纵,符合人机工程。(与总布置、转向、制动、和发动机组共同设计。)座椅要有良好的包裹性和支撑能力,能够在加速、制动以及转向时对驾驶员提供良好的支撑。RacingRacingSeatpro.Seatpro.F1F1SeatSeatF1的座椅根据每个驾驶员进行单独定做,通过扫描一定坐姿下驾驶员的身体曲面来确定完全贴合的座椅。F1是单独式座椅,为了能在特殊情况下将座椅与驾驶员一同抬出驾驶舱。SeatDesignSeatDesign单独式座椅整体式座舱SeatDesignSeatDesignFrameStructureFrameStructure目标:在符合强度和规则要求的前提下极限轻量化。具体情况具体分析…HNUHNUFrameSeriesFrameSeries2007200720082008尺寸2355×575×1075质量39kg(不含支架)管材(#20)25×2.5;25×2尺寸2410×580×1042质量27kg(不含支架)管材(16Mn)25×2.5;25×2;20×2;14×225×2.525×2HNUHNUFrame07Frame07’’外径×壁厚25×225×2.514×220×2HNUHNUFrame08Frame08’’外径×壁厚StructureAnalysisStructureAnalysis使用有限元计算软件对车架静刚度进行计算。通过计算结果进行结构优化。FrameFabricationFrameFabrication管件切割弯管管端口处理基座/夹具制作焊装完成(应力释放)TubeEndPreparationTubeEndPreparationFixtureFixtureImpactAttenuatorImpactAttenuator07’Steelpanelstructure钢制吸能筒08’Aluminumhoneycomb蜂窝铝质量300kg的车以7m/s的速度与不可变形的固体障碍发生碰撞,最大减速度不得超过40g,平均减速度不得超过20g。摘自《2009FormulaSAE®Rules》DocumentsRequiredDocumentsRequired根据规则需要事先提交的文件有:SEF(StructuralEquivalencyForm)结构等价性表格ImpactAttenuatorDataReport碰撞吸能装置报告车身篇车身篇BodyworkBodywork•车身的类型•FSAE车身•空气动力学基本概念•造型设计•车身设计制造过程…承载非承载BodyBodyAudiA6CaterhamFSAEFSAEBodyworkBodywork承载(单体壳)非承载RMIT08’TexasA&M07’BodyworkBodywork非承载车身外覆盖件造型美学空气动力学结构设计承载车身BodyworkBodywork非承载车身造型美学空气动力学承载车身结构设计外覆盖件/结构件AerodynamicsDFAerodynamicsDFDownforce(下压力):气流经过前翼、尾翼以及车身其他空力组件时产生的负升力,以此将车辆压向地面,从而增加轮胎载荷,提升附着力,改善过弯性能。速度越高效果越明显,一般在低速弯作用不大。当高速攻弯时能最大限度发挥轮胎效能。下压力并非越大越好,在下压力增加的同时阻力也在增加,在F1比赛中车队会根据不同赛道使用不同的空力设定,保证合适的下压力。AerodynamicsGEAerodynamicsGEGroundeffect(地面效应):离地高度越低,进入底部前段的气流速度越快,这样会在汽车底部的前部形成向下的负压区,从降低汽车前部的气动升力,导致车辆被吸向底面。在地面效应中,“下压力”随着离地间隙的改变而非线性改变。而当间隙增大到一定程度会因流场变化反而变成升力。AerodynamicsDiffuserAerodynamicsDiffuser当离地间隙过小时,在底部后段,由于车底附面层和地面次生附面层的阻滞,会减缓气流流速而降低车底后部的向下负压区增加后部气动升力。Diffuser(扩散器):从前向后逐渐升高或设置纵向凹槽,运用地面与车底部之间构成的拉伐尔管,亚声速气流在该管收缩段加速,形成向下的负压区,底部与上部的压差增加从而获得下巨大的压力。AerodynamicsDiffuserAerodynamicsDiffuserAerodynamicsAerodynamicsFSAEWest1km长的赛道上就有20个弯道,为了提高车辆的弯道性能,一些车队通过使用“大型”空力组件来到达增大下压力的目的。但是效果值得讨论…AerodynamicsAerodynamics通过CFD(ComputationalFluidDynamics计算流体动力学)软件进行车辆气动外形分析,对于FSAE而言主要考虑气动阻力系数和负升力大小。AerodynamicsAerodynamics气阻系数在20m/s时约为0.5+(含轮胎)08年的HNU赛车的正侧面流线分布图StylingKeywordsStylingKeywords造型关键词:速度感-流线型、出众/另类-未来感、跃动/灵活-圆滑、侵略感、锋利-机械感、流行时尚-气派…Outstanding?Outstanding?Orthisone?Orthisone?Outstanding!Outstanding!机械感流线型传统/简单另类/未来感GeneGeneBMW501BMWM3BMW独特的双肾进气格栅一直都是其最重要的品牌特征,将它作为车型基因一直延续至今。GeneGene作为FSAE赛车有没有其造型延续性呢?如何去发掘并保留特定的造型基因,使得车型有特定的系列?HNUFSAE赛车的造型基因?070608050201000403UniversityofTorontoUniversityofToronto08RMITRMIT07060405UniversityofWisconsinUniversityofWisconsin05060708MissouriS&TMissouriS&T08070605TUGrazTUGrazHNUHNUBody07Body07’’30kgHNUHNUBody08Body08’’12kgtransgenationtransgenation有遗传就有突变。我们可以将这种突变理解为对外界元素的提取、转化与使用。例如Audi从A6,A8加入的“大嘴”前脸造型元素,宝马班戈火焰曲面的使用等…StylingElementsStylingElementsStylingElementsStylingElementsLamboReventon-JetfighterStylingElementsStylingElementsStylingElementsStylingElementsSketchSketchBodyworkModelingBodyworkModeling08’HNUbodyworkdesignedinCADsoftware(Alias).车身CAD设计08’HNUbodyworkdesignedinCADsoftware(Unigraphics).车身CAD设计BodyworkModelingBodyworkModelingRenderingRendering表面色彩与图案设计3DRendering3DRendering1:1model1:1model通过五轴数控铣床将最终定稿的数字化车身模型加工成1:1的泡沫模型。FiberGlassFabricationFiberGlassFabrication玻璃纤维布阳模表面处理翻模与车架试装配车身分面上漆FinalAssemblyFinalAssemblyHNUFSAE07’&08’
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