cit3.0赛车制动系统的设计与优化【字数：9570】
赛车是一项激烈的运动，赛车制动系统的好坏不仅影响着赛车的操纵性能，更影响着赛车的行驶安全性能，故一套性能优异的制动系统必不可少。基于FSC比赛规则与CIT车队17赛季的整车参数与实测数据，确定了制动回路的布置形式与液压盘式制动系统。为了提高整车制动性能，通过对赛车整车受力分析，并根据赛道附着系数，计算出制动器相关参数，优化前后制动力分配，以解决16赛季出现的制动力过剩的问题。通过计算，确定制动踏板与制动底板所能承受的最大力，利用CATIA软件对制动踏板、制动底板进行建模，并用ANSYS Workbench软件对其进行有限元分析，然后利用ANSYS的Shape Optimization模块对其进行拓扑优化，最终确定制动底板与制动踏板的形状尺寸，然后建模并利用ANSYS Workbench软件进行校核。
目 录
1 绪论 1
1.1 FSC赛车介绍 1
1.2 FSC赛车制动系统现状和发展趋势 1
1.3 FSC赛车制动系统研究的内容 2
1.4 FSC赛车制动系统设计目的 2
2 制动系统结构方案的确定 3
2.1 FSAE赛车制动系统设计要求 3
2.2 制动回路布置形式 3
2.3 制动部件的选用 4
3 制动系统的参数设计计算 5
3.1 制动时整车受力分析 5
3.2 制动时最佳制动力的分配计算 7
4 踏板总成设计 11
4.1 制动踏板设计 11
4.1.1 制动踏板设计理念与受力分析 11
4.1.2 制动踏板的选材 11
4.1.3 制动踏板拓扑优化 11
4.1.4 制动踏板校核 12
4.2 制动底板设计 13
4.2.1 制动底板设计理念与受力分析 13
4.2.2 制动底板材料的选择 14
4.2.3 制动底板建模 14
4.2.4 制动底板校核 14
5 制动系统的加工与装配 16
结语 19
参考文献 20
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
致谢 22
1 绪论
1.1 FSC赛车介绍
国际汽车工程师学会(SAE International)在1978年创立了Formula SAE (FSAE)，它的概念来源于一家虚拟制作工厂，FSAE学会向在校大学生设计团队搜集设计并制造一辆类似于标准方程式的小型赛车，要求该赛车在操控、加速、制动等方面都有卓越的表现，而且能够在规定时间或圈数内运行良好。现如今已经有数百名世界顶级高校参加该赛事，该赛事为全球汽车产业注入年轻活力[1]。参赛车队需要在9至10个月时间里进行设计、制造、调试来准备赛车，去完成例如成本分析、营销报告等静态项目与八字环绕、高速避障等动态项目。该赛事充分锻炼了大学生的理论知识与实践能力。同时，随着汽车行业的不断发展，以纯电动汽车与无人驾驶汽车为主的大学生赛事也迅速发展。
中国大学生方程式汽车大赛（简称FSC）是由中国汽车工程学会举办的面向全国各地高校的竞赛。这项赛事由各高等院校汽车工程或与汽车相关专业的在校学生组队参加，要求各团队依据竞赛规则和赛车制造标准，自行设计并制造一款小型方程式单人座休闲赛车，各参赛车队携带赛车参加各部分赛事环节[2]。在比赛中，参赛队员们可以充分将在大学中所学的理论知识应用于实践中。同时，参赛队员还会学到市场营销、组织管理、物流运输等多元化的知识，也会培养良好的人际交往能力和团队合作精神，成为满足社会需求的全方位人才。随着FSAE在中国的进一步发展，势必将提高各高校大学生的技术和管理能力，并增强大学综合实力，扩大大学影响力，为中国的汽车行业提供高水平、高素质人才。
1.2 FSC赛车制动系统现状和发展趋势
赛车制动系统涉及到前后轮制动力分配、制动回路布置方式、制动卡钳与制动主缸缸径选择、踏板总成设计。制动系统必须作用在四个轮子上，并必须由一个控制机构控制，且必须有两套独立的液压制动回路[3]。目前，大部分车队摒弃了以前的卧式主缸布置方式，而采取立式主缸布置方式，这样不仅节约了制动系统的布置空间，而且大大提高了制动性能。更多车队选用体积小巧的四活塞卡钳，体积小意味着轮辋内空间变大，有利于立柱轮芯的布置，而且减重；四活塞相较双活塞而言制动性能更加灵敏，效果更好。更多车队就踏板总成方面而言，大多数车队采用7075航空铝，在踏板与底板不致损坏情况下进行减重，从而提高整车性能。
从历年成绩来看，轻量化程度越来越重要，是取得好成绩的重要因素之一，并且在静态赛和动态赛中都能够使赛车表现优异[4]。近阶段，零部件轻量化和与之相对的可靠性是一种趋势，是各个车队追求的目标。经过各车队不断探索，就踏板总成方面而言，越来越多的车队选用7075航空铝材料，更多的车队在踏板总成方面将轻量化和可靠性等性能做到极致，尽最大程度减轻制动系统重量，从而减轻整车质量，使赛车表现更加优异[5]。
1.3 FSC赛车制动系统研究的内容
根据FSC大赛规则确定制动系统回路布置方式，并且根据车队15赛季主缸卧置与16赛季主缸立置对比，选取主缸立置的布置方式。由于车队经费有限，依旧选用WilwoodPS1卡钳与卡瑞森主缸。针对17赛季制动力过剩和制动散热不足问题，通过对整车受力分析，计算出前后轮垂直载荷力和地面制动力，从而推算出制动器制动力，并且确定制动力分配系数；再依次计算出制动卡钳活塞压在制动盘上的力，通过压力公式转化为制动液压力，分析计算赛车制动四轮抱死的情况下施加在平衡杆上的最小力，因为车手施加给制动踏板最大的力大致为400N，再通过设计制动踏板与制动主缸形成的封闭三角形结构，从而确定制动主缸底部安装点与制动踏板底部安装点的距离，通过调节平衡杆，从根本上解决制动过剩问题[6]。
1.4 FSC赛车制动系统设计目的
该文设计目的是为FSC赛车制动系统提供一个优化制动力的设计思路，主要解决制动力过剩与制动散热不足问题，其中制动力过剩是指赛车在制动时的制动力太大而使赛车在弯道处容易丧失稳定性；制动散热不足是由于赛车在长时间驾驶并连续制动时使赛车制动盘与摩擦片温度升高。高温使得制动油管中的制动液沸腾而暂时失去一部分粘性，致使油管中没有足够的压力来推动制动卡钳的活塞，从而没有足够的制动力使车轮停转，最终导致制动失效。FSC赛车制动系统设计中还包括优化设计制动系统零件部分（制动踏板及其吊耳、制动底板及其固定吊耳、制动盘、三通等），主要从选材、强度分析两个角度入手。选材原则为在保证强度条件下选用轻质量材料，特别是对于大件零件，其减重效果明显；强度分析主要运用ANSYS Workbench模块，对零件主要受力点施加一定大小的力，在应力不大的地方尽可能合理对零件镂空。总之，在保证赛车可靠性的同时，对赛车进行轻量化设计[7]，从而使整车轻量化，使赛车在静态赛与动态赛中都能取得优异的成绩。
目 录
1 绪论 1
1.1 FSC赛车介绍 1
1.2 FSC赛车制动系统现状和发展趋势 1
1.3 FSC赛车制动系统研究的内容 2
1.4 FSC赛车制动系统设计目的 2
2 制动系统结构方案的确定 3
2.1 FSAE赛车制动系统设计要求 3
2.2 制动回路布置形式 3
2.3 制动部件的选用 4
3 制动系统的参数设计计算 5
3.1 制动时整车受力分析 5
3.2 制动时最佳制动力的分配计算 7
4 踏板总成设计 11
4.1 制动踏板设计 11
4.1.1 制动踏板设计理念与受力分析 11
4.1.2 制动踏板的选材 11
4.1.3 制动踏板拓扑优化 11
4.1.4 制动踏板校核 12
4.2 制动底板设计 13
4.2.1 制动底板设计理念与受力分析 13
4.2.2 制动底板材料的选择 14
4.2.3 制动底板建模 14
4.2.4 制动底板校核 14
5 制动系统的加工与装配 16
结语 19
参考文献 20
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
致谢 22
1 绪论
1.1 FSC赛车介绍
国际汽车工程师学会(SAE International)在1978年创立了Formula SAE (FSAE)，它的概念来源于一家虚拟制作工厂，FSAE学会向在校大学生设计团队搜集设计并制造一辆类似于标准方程式的小型赛车，要求该赛车在操控、加速、制动等方面都有卓越的表现，而且能够在规定时间或圈数内运行良好。现如今已经有数百名世界顶级高校参加该赛事，该赛事为全球汽车产业注入年轻活力[1]。参赛车队需要在9至10个月时间里进行设计、制造、调试来准备赛车，去完成例如成本分析、营销报告等静态项目与八字环绕、高速避障等动态项目。该赛事充分锻炼了大学生的理论知识与实践能力。同时，随着汽车行业的不断发展，以纯电动汽车与无人驾驶汽车为主的大学生赛事也迅速发展。
中国大学生方程式汽车大赛（简称FSC）是由中国汽车工程学会举办的面向全国各地高校的竞赛。这项赛事由各高等院校汽车工程或与汽车相关专业的在校学生组队参加，要求各团队依据竞赛规则和赛车制造标准，自行设计并制造一款小型方程式单人座休闲赛车，各参赛车队携带赛车参加各部分赛事环节[2]。在比赛中，参赛队员们可以充分将在大学中所学的理论知识应用于实践中。同时，参赛队员还会学到市场营销、组织管理、物流运输等多元化的知识，也会培养良好的人际交往能力和团队合作精神，成为满足社会需求的全方位人才。随着FSAE在中国的进一步发展，势必将提高各高校大学生的技术和管理能力，并增强大学综合实力，扩大大学影响力，为中国的汽车行业提供高水平、高素质人才。
1.2 FSC赛车制动系统现状和发展趋势
赛车制动系统涉及到前后轮制动力分配、制动回路布置方式、制动卡钳与制动主缸缸径选择、踏板总成设计。制动系统必须作用在四个轮子上，并必须由一个控制机构控制，且必须有两套独立的液压制动回路[3]。目前，大部分车队摒弃了以前的卧式主缸布置方式，而采取立式主缸布置方式，这样不仅节约了制动系统的布置空间，而且大大提高了制动性能。更多车队选用体积小巧的四活塞卡钳，体积小意味着轮辋内空间变大，有利于立柱轮芯的布置，而且减重；四活塞相较双活塞而言制动性能更加灵敏，效果更好。更多车队就踏板总成方面而言，大多数车队采用7075航空铝，在踏板与底板不致损坏情况下进行减重，从而提高整车性能。
从历年成绩来看，轻量化程度越来越重要，是取得好成绩的重要因素之一，并且在静态赛和动态赛中都能够使赛车表现优异[4]。近阶段，零部件轻量化和与之相对的可靠性是一种趋势，是各个车队追求的目标。经过各车队不断探索，就踏板总成方面而言，越来越多的车队选用7075航空铝材料，更多的车队在踏板总成方面将轻量化和可靠性等性能做到极致，尽最大程度减轻制动系统重量，从而减轻整车质量，使赛车表现更加优异[5]。
1.3 FSC赛车制动系统研究的内容
根据FSC大赛规则确定制动系统回路布置方式，并且根据车队15赛季主缸卧置与16赛季主缸立置对比，选取主缸立置的布置方式。由于车队经费有限，依旧选用WilwoodPS1卡钳与卡瑞森主缸。针对17赛季制动力过剩和制动散热不足问题，通过对整车受力分析，计算出前后轮垂直载荷力和地面制动力，从而推算出制动器制动力，并且确定制动力分配系数；再依次计算出制动卡钳活塞压在制动盘上的力，通过压力公式转化为制动液压力，分析计算赛车制动四轮抱死的情况下施加在平衡杆上的最小力，因为车手施加给制动踏板最大的力大致为400N，再通过设计制动踏板与制动主缸形成的封闭三角形结构，从而确定制动主缸底部安装点与制动踏板底部安装点的距离，通过调节平衡杆，从根本上解决制动过剩问题[6]。
1.4 FSC赛车制动系统设计目的
该文设计目的是为FSC赛车制动系统提供一个优化制动力的设计思路，主要解决制动力过剩与制动散热不足问题，其中制动力过剩是指赛车在制动时的制动力太大而使赛车在弯道处容易丧失稳定性；制动散热不足是由于赛车在长时间驾驶并连续制动时使赛车制动盘与摩擦片温度升高。高温使得制动油管中的制动液沸腾而暂时失去一部分粘性，致使油管中没有足够的压力来推动制动卡钳的活塞，从而没有足够的制动力使车轮停转，最终导致制动失效。FSC赛车制动系统设计中还包括优化设计制动系统零件部分（制动踏板及其吊耳、制动底板及其固定吊耳、制动盘、三通等），主要从选材、强度分析两个角度入手。选材原则为在保证强度条件下选用轻质量材料，特别是对于大件零件，其减重效果明显；强度分析主要运用ANSYS Workbench模块，对零件主要受力点施加一定大小的力，在应力不大的地方尽可能合理对零件镂空。总之，在保证赛车可靠性的同时，对赛车进行轻量化设计[7]，从而使整车轻量化，使赛车在静态赛与动态赛中都能取得优异的成绩。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jxgc/qcgc/616.html
