完成了中南大学2016赛车的整车设计,主要包括以下几个部分.
设计目标:车架整体构型合理,方便各系统的便捷安装以及精确定位,轻量化及保证足够的扭转刚度.
流线型设计,空气阻力小,包裹率大,拆装方便,电气系统防雨遮盖;气流在通过车身的时候十分的流畅没有产生涡流故新赛季的车身设计在空气动力学上符合设计要求.空套:前翼的参数为:主翼翼型:NACA6413,弦长350mm,靠近端板侧攻角为10°,中间部分攻角为0°;襟翼翼型:NACA6413,弦长200mm,攻角为20°.前翼产生的下压力为292.4N,阻力为51.2N.尾翼的参数为:顶层主翼及副翼的攻角参数为20°+40°,翼型为NACA6413,底层主翼的翼型为CH10,攻角为4°.全模型负升力:344.82N 阻力:106.82N.
制动系统采用Tilton 76系卧式主缸.主缸置于底板底部,结构紧凑,节省了车架空间,为车架减重1.7Kg.为了适应不同车手的身高,制动布置可以有在x轴方向上100毫米的可调范围.踏板使用高强度的7075铝,可以承受2000牛顿以上的力;加速踏板改为四根拉簧回位,简单有效;利用线位移传感器传感器进行加速的控制.前卡钳使用Wilwood GP200后卡钳为Wiwood PS1,良好配合10寸轮辋,前后制动盘均采用全浮动式结构,材料为马氏体不锈钢2Cr13,耐磨耐热.制动力前后比为62:38;油压比近似为6:5.
转向系统在保证可靠性的基础上进行轻量化,合理设置了角传动比,轮胎前束,转弯半径以及梯形的参数等等.利用Adams来进行动力学仿真,优化梯形参数.采用一体式转向机,解决转向机装配问题,采用精密万向节,减小转向系统的间隙,方向盘用碳纤维板做底板,利用3D打印手把,便于握持.方向盘上集成显示屏以及操作按钮,方便快捷.并对转向系统关键零部件进行了Ansys分析.
电机选择德国ENSTROJ 公司EMRAX228电机,具有IP65防护等级,连续功率30-50kW,重量仅8.3kg.配套电机控制器选择的是BAMOCAR D3-700,配有功能强大的上位机,方便电机控制参数优化.电池箱电池单体选用三元聚合物锂电池,电压为3.7V,容量为16.5Ah.最大放电倍率为10C.电池箱内部将电池分为六个电池组,每个电池组为18个单体,总电压66.6V,能量1.1kWh.电池箱总电压400V,电量为6.6kWh.电池模组为采用铝合金加工而成,经过阳极氧化处理,且在内外表面粘贴绝缘纸,保证电池组之间的绝缘效果.电池箱采用铝合金材料制作,底板厚度为4mm,侧板厚度为4mm,中间隔板厚度为2.5mm,各块铝板之间采用焊接成型.BMS(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM)电池管理系统由科列提供,电池管理系统由一个主监控绝缘模块,型号为BMU05-I-G-12/24V-400V,两个从控模块,型号为BSU05-48S20T-12V/24V-100K-I组成.可以监测108块电池电压以及36路温度信息,其中温度传感器平均分布在电池箱内.整车线路作为电气系统各部分的联系桥梁,对保障整个赛车控制系统和驱动系统运行的稳定性起着至关重要的作用,线路划分为安全回路,电池连接回路,ECU回路,MCU回路.下图赛车的整车线路图.
选用高转速低扭矩的电机,采取单级链传动的减速方案提高扭矩,降低转速.基于此我们选择了Emrax228这款峰值功率在100kW最高转速为5500转的电机,并做了相关动力匹配和设计计算.动力性性能指标:75m加速:3.9s.最高车速:115km/h.在底盘测功机上对相关工况进行模拟,测试了赛车的动力性,也一定程度上验证了设计的可靠性.采用X射线残余应力检测仪对立柱等承受交变应力并且受力比较复杂的零部件进行了残余应力检测.检测结果显示我们的设计效果良好,工件加工后的残余应力较小,且都是残余压应力,这将有助于提高立柱的疲劳强度和耐腐蚀性.