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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’