毕 业 设 计（论 文）
题目 大学生方程式混合动力电动赛车设计
大学生方程式混合动力电动赛车设计
摘 要
本次毕业设计，我进行了大学生方程式混合动力电动赛车的总体设计。在设计中，主要运用了对比分析的方法，各项参数通过优化设计和UG、MATLAB
我根据2012年大学生方程式汽车大赛规则确定了赛车整体布置方案，并进行论证与分析，初步确定混合动力电动赛车主要参数。通过计算与对比，确定发动机型号和电动机型号,并确定其混合形式——并联式。初选传动系最大传动比、最小传动比。
我设计中使用UG8.0三维软件对各个零部件总成进行建模和整体装配，并进行悬架、转向的运动干涉分析。利用发动机动力特性曲线和电动机动力特性曲线特点，用MATLAB软件绘制出混合动力电动赛车驱动力-行驶阻力平衡图、加速度曲线图等，并详细计算混合动力电动赛车的燃油经济性。利用UG8.0进行导出混合动力电动赛车总体布置二维工程图，并制成总体参数表，并将纯发动机赛车与此次混合动力电动赛车进行对比分析。
通过本次毕业设计，了解和掌握了对汽车进行总体设计的步骤和方法，并且使我认识到混合动力汽车的发展前景。巩固了本专业的所学的专业知识，增强了搜集资料、整合资料的能力，这些将为我毕业以后从事汽车设计工作打下良好的基础。
关键词：混合动力电动赛车，参数确定，总布置，动力性，经济性
如需全套图纸和其他文件，请咨询QQ 3129546159 FORMULA STUDENT HYBRID RACING DESIGN
ABSTRACT
My graduation design is the overall design of the formula hybird racing. I used the contrast analysis method mainly in the design, through optimizing the parameters optimization design and optimization of UG MATLAB, etc.
equation overall layout of the car, and the demonstration and analysis, the main parameter is determined primarily racing. Through calculation and comparison, sure engine type, primaries drivetrain maximum transmission ratio, minimum transmission.
The intermediate stage, we design UG8.0 3d software used in various parts of assembly for modeling and whole assembly, and suspension, steering movement interference analysis. Use of engine power characteristic curve characteristic, MATLAB software mapped drive car driving forces - resistance balance figure, acceleration curve, and etc, and detailed calculation racing fuel economy.
The final stages UG8.0 are derived by car, general layout, and two-dimensional engineering graphics overall parameter table, and made the first generation and the second generation racing cars are compared and analyzed. For considering the actual production of may change suspension, frame and steering parts, obligate scheme.
Through the graduation design, I understand and master the overall design of car of the steps and method, the professional knowledge of professional knowledge, enhance the data collection and integration of information, these ability after my graduation will be engaged in car design lay a good foundation for the job.
KEY WORDS: hybrid racing, parameter identification，general arrangement, the car power, econom
符号说明
ma 汽车总质量 kg
V 最高车速 km/h
L 轴距 mm
B1 前轮距 mm
B2 后轮距 mm
R 最小转弯半径 mm
hg 满载时质心高度 mm
hgˊ 空载时质心高度 mm
D 轮胎直径 mm
B 轮胎宽度 mm
P 轮胎气压 MP
A 汽车迎风面积
F 滚动阻力系数
空气阻力系数
驱动桥主减速比
变速器传动比
汽车行驶使的空气阻力
变速器Ⅰ挡传动比
车轮与路面的附着力
汽车总质量
汽车行驶速度
发动机转矩
为克服滚动阻力所消耗的功率
轮胎与路面的附着系数
传动系效率
是百公里油耗
目 录
第一章 大学生方程式混合动力电动赛车总体概况 1
§1.1 混合动力汽车发展现状 1
§1.2大学生方程式混合动力电动赛车发展现状 2
§1.3 大学生方程式混合动力电动赛车电动总体设计概述 3
§1.3.1汽车设计的规律、决策与设计过程 3
§1.3.2 大学生方程式混合动力电动赛车主要技术要求 4
§1.3.3 本次混合动力电动赛车动力性设计目标 4
§1.3.4 大学生方程式混合动力电动赛车项目意义 5
第二章 大学生方程式混合动力电动赛车总体设计 6
§2.1 总体设计目标 6
§2.2 赛车目标参数的初步确定 7
§2.2.1 发动动机的选择 8
§2.2.2 电动机的选择 9
§2.2.3 轮胎的选择 9
§2.2.4 传动系最小传动比的确定 10
§2.2.5 传动系最大传动比的确定 11
§2.3 混合动力电动赛车发动机和电动机选型 12
§2.4 混合动力电动赛车主要设计参数的确定 13
§2.4.1 尺寸参数 13
§2.4.2 质量参数 14
§2.4.3 性能参数 15
§2.5 赛车各系统设计 18
§2.5.1 悬架系统设计 18
§2.5.2 转向系统设计 19
§2.5.3 制动系统设计 19
§2.5.4 电器系统设计 22
§2.5.5 车身设计 23
§2.5.6 车架设计 24
第三章 大学生方程式混合动力电动赛车动力性与经济性 25
§3.1 汽车的动力性 25
§3.1.1 动力性的评价指标 25
§3.1.2驱动力—行驶阻力图 25
§3.1.3 汽车的加速能力 28
§3.1.4 动力特性图 29
§3.1.5 功率平衡 31
§3.2 燃油经济性 32
第四章 大学生方程式混合动力电动赛车总体布置 34
§4.1整车布置的基准线（面）-零线的确定 34
§4.2各部件的布置 34
§4.3总体设计参数表 37
第五章 结 论 39
参考文献 40
致 谢 41
第一章 大学生方程式混合动力电动赛车总体概况
混合动力汽车（Hybrid Electric Vehicle, HEV）是指车辆驱动系由两个或多个能同时运转的单个驱动系联合组成的车辆，车辆的行驶功率依据实际的车辆行驶状态由单个驱动系单独或共同提供，当前复合动力汽车一般是指内燃机车发电机，再加上蓄电池的汽车。因各个组成部件、布置方式和控制策略的不同，形成了多种分类形式。混合动力车辆的节能、低排放等特点引起了汽车界的极大关注并成为目前汽车研究与开发的一个重点。
Formula SAE 赛事的主要参与者通常都是来自高校的学生组成的车队。现在在美国、欧洲和澳大利亚每年都会举办Formula SAE 比赛。Formula SAE 赛事正在如火如荼的进行，而他们动力形式还采用纯发动机形式，随着混合动力的发展，为了面向未来汽车行业的发展，现在又提出了应用另一种动力形式的赛车——混合动力电动赛车。这又向年轻的工程师们提供了一个参与有意义的综合项目的机会。由参与的学生负责管理整个项目，包括时间节点的安排，做预算以及成本控制、设计、采购设备、材料、部件以及制造和测试。
§1.1 混合动力汽车发展现状
从目前世界范围内的整个形势来看，日本是电动汽车技术发展速度最快的少数几个国家之一，特别是在发展混合动力汽车方面，日本居世界领先地位。目前，世界上能够批量产销混合动力汽车的企业，只有日本的丰田和本田两家汽车公司。1997年12月，丰田汽车公司首先在日本市场上推出了世界上第一款批量生产的混合动力轿车PRIUS。到2012年时，其所有的车型将全部装上混合动力发动机。丰田汽车公司在实现混合动力系统的低能耗、低排放和改进行驶性能方面已经走在了世界的前列。
而美国和欧洲各国对混合动力汽车也慢慢的重视起来，现在美国三大公司也相继出产了自己的混合动力汽车。
图1-1 混合动力汽车
目前我国各大汽车集团都在进行混合动力电动汽车研发，多数以混合动力电动客车为主，这种研发方向符合我国国情，有利于我国电动汽车的研究发展。一汽研发的红旗HQ3于2006年投产；东风集团的混合动力公交车已于2005年7月完成最终产品定型样车试验并通过验收；长安集团具有完全自主知识产权的羚羊混合电动车已产出样车，其装备混合动力技术的长安CV9已经下线；奇瑞集团成立了国家节能环保汽车工程技术研究中心，将在2006年下半年重点推出第一自主品牌真正意义上的混合动力车，代号为“BSG”的混合动力车；吉利集团旗下的上海华普汽车已与同济大学汽车学院签署合作协议，预计3年内完成混合动力轿车商业化生产；深圳五洲龙汽车有限公司也表示，中国规模最大、投放车辆最多的混合动力示范运营线路即将在深圳市龙岗区开通。而广州本田更是紧跟丰田的步伐，于2006年中下旬推出国产雅阁混合动力车。上汽集团与通用签署协议，将联手开发混合动力轿车和公交客车。来自中兴汽车的消息，中兴汽车与美国在“汽车混合动力技术、转子发动机技术及飞行汽车技术”等方面有着雄厚的技术实力的梅尔莱普顿集团签订了合作意向书，正式介入“油汽混合动力技术”领域。与此同时，新能源汽车作为未来汽车的主要发展方向，国家一向给予支持和鼓励。如《汽车产业发展政策》、《“十一五”汽车产业发展规划》等政策和文件都鼓励清洁汽车、代用燃料及汽车节油技术的发展。
§1.2大学生方程式混合动力电动赛车发展现状
从2010年开始，大学生SAE方程式赛车比赛在美国、英国、澳洲、日本、意大利、德国、巴西、叙利亚等国家，不但深受汽车行业者瞩目，而且广受机械工程学生的欢迎。在美国每年吸引将近140支来自世界各地的队伍参加比赛；日本2006年前才开始举办，马上风靡了50余所大学参与；在欧洲也有70队以上的学校每年相互竞技。全世界已有数百队大学生车队，每年打造一辆新车互较高下。而这些车队中还很少有混合动力电动赛车的参赛，在去年滑铁卢大学制造了他们的第一辆混合动力方程式赛车准备用此参赛，这拉开了混合动力电动赛车比赛的序幕。
随着混合动力汽车的发展和受人的瞩目，和它逐渐在大学生方程式赛车阵营中的亮相，已经受到了各界的关注，以及现在方程式赛车对汽车动力性和经济性的要求越来越高，混合动力方程式赛车就成了解决这一问题的需求。随着赛事的发展另一种动力形式的混合动力方程式赛车必将成为受人瞩目的国际赛事。
2010年，第一届中国大学生方程式汽车大赛（Formula SAE China简称FSC）与上海举办。此次大赛是中国汽车工程学会及其合作会员单位，在学习和总结美、日、德等国家相关经验的基础上，结合中国国情，精心打造的一项全新赛事。
我校河洛风赛车队在参赛的两届比赛中都取得了优异的成绩，也为中国FSAE的发展做出了突出贡献，本课题就是结合赛事的发展，在此基础上设计出我校的第一辆混合动力电动赛车，以此迎接中国大学生方程式混合动力汽车大赛的到来。
§1.3 大学生方程式混合动力电动赛车总体设计概述
§1.3.1汽车设计的规律、决策与设计过程
汽车设计尤其是对赛车的设计，是根据赛车的使用要求而提出的整车参数与性能指标进行计算的，显然，那只能从宏观入手，即从整车的总体设计开始，然后通过总体设计的分析与计算，将整车参数和性能指标分解为有关总成的参数和功能后，再进行总成和部件设计，进而进行零件甚至某一更细微的局部设计与研究。
汽车设计过程一般分为1、调查与初始决策；2、总体方案设计；3、绘制总布置草图；4、车身造型设计及绘制车身布置图；5、编写设计任务书 ； 6、汽车的总布置设计；7、总成设计；8、试制、试验、定型。
§1.3.2 大学生方程式混合动力电动赛车主要技术要求
1、赛车式样：赛车必须车轮外露和座舱敞开（方程式赛车式样），并且四个车轮不能在一条直线上。
2、车身：除了驾驶舱必须开口以外，从赛车最前端到主防滚架（或者防火墙）的这段空间里，不允许车身有其他的开口。允许在前悬架的零件处有微小的开口。
3、轴距：赛车的轴距必须至少为1525mm（60 英寸）。轴距是指在车轮指向正前方时同侧两车轮的接地面中心点之间的距离。
4、轮距：赛车较小的轮距（前轮或后轮）必须不小于较大轮距的75%。
5、可视性：技术检查表格上的所有条目必须在不借助工具（比如内窥镜或是镜子）的情况下清楚地呈现给技术检查官。呈示时可以通过拆卸或移动车身板件来实现。
§1.3.3 本次混合动力电动赛车动力性设计目标
本次赛车设计与以往赛车设计相比动力配置不再是只有发动机而是发动机和电动机的混合动力。
混合动力汽车的燃油经济性能高，而且行驶性能优越，混合动力汽车的发动机要使用燃油，而且在起步、加速时，由于有电动马达的辅助，所以可以降低油耗，简单地说，就是与同样大小的汽车相比较，燃油费更低。而且，辅助发动机的电动马达可以在启动的瞬间产生强大的动力，因此，车主可以享受更强劲的起步、加速。同时，还能实现较高水平的燃油经济性。
根据混合动力驱动的联结方式，混合动力系统主要分为以下三类：
一是串联式混合动力系统。串联式混合动力系统一般由内燃机直接带动发电机发电，产生的电能通过控制单元传到电池，再由电池传输给电机转化为动能，最后通过变速机构来驱动汽车。在这种联结方式下，电池就象一个水库，只是调节的对象不是水量，而是电能。电池对在发电机产生的能量和电动机需要的能量之间进行调节，从而保证车辆正常工作。
二是并联式混合动力系统。并联式混合动力系统有两套驱动系统：传统的内燃机系统和电机驱动系统。两个系统既可以同时协调工作，也可以各自单独工作驱动汽车。这种系统适用于多种不同的行驶工况，尤其适用于复杂的路况。该联结方式结构简单、成本低。
三是混联式混合动力系统。混联式混合动力系统的特点在于内燃机系统和电机驱动系统各有一套机械变速机构，两套机构或通过齿轮系，或采用行星轮式结构结合在一起，从而综合调节内燃机与电动机之间的转速关系。与并联式混合动力系统相比，混联式动力系统可以更加灵活地根据工况来调节内燃机的功率输出和电机的运转。此联结方式系统复杂，成本高。
据上所述，此次混合动力电动赛车就是采用混合动力并联式，该联结方式结构简单，成本低，而且能够完成赛车规则内所需要的所有赛程，且动力性经济性都有显著的提高。
§1.3.4 大学生方程式混合动力电动赛车项目意义
目前，中国汽车工业已处于大国地位，但还不是强国。从制造业大国迈向产业强国已成为中国汽车人的首要目标，而人才的培养是实现产业强国目标的基础保障之一。
大学生方程式混合动力电动赛车活动将以院校为单位组织学生参与，赛事组织的目的主要有：一是重点培养学生的设计、制造能力、成本控制能力和团队沟通协作能力，使学生能够尽快适应企业需求，为企业挑选优秀适用人才提供平台；二是通过活动创造学术竞争氛围，为院校间提供交流平台，进而推动学科建设的提升；大赛在提高和检验汽车行业院校学生的综合素质，为汽车工业健康、快速和可持续发展积蓄人才,增进产、学、研三方的交流与互动合作等方面具有十分广泛的意义。
毫无疑问，对于对汽车的了解仅限于书本和个人驾乘体验的大学生而言，组成一个团队设计一辆纯粹而高性能的赛车并将它制造出来，是一段极具挑战，同时也受益颇丰的过程。在天马行空的幻想、大脑一片空白的开始、兴奋的初步设计、激烈的争执、毫无方向的采购和加工、无可奈何的妥协、令人抓狂的一次次返工、绞尽脑汁的解决难题之后，参与者能获得的不仅仅是CATIA UG ANSYS以及,更有汽车工程师的基本素养和丰富实践经验。与此同时，管理和运营整个团队让未来的企业管理者接受了一次难度十足的锻炼。FSAE
第二章 大学生方程式混合动力电动赛车总体设计
§2.1 总体设计目标
总体设计目的是制造一辆安全可靠、各方面性能均衡、有良好驾驶特性、调整方便并且足够快的赛车。
可靠性可以确保测试阶段的顺利进行，同时可以保证完成在竞赛中的所有比赛项目。一辆平衡和驾驶特性良好的赛车会让车手更有信心，这能有效提高所有动态项目中最快圈速，这对经验不足的新车手特别重要。
此次整车布局在方程式典型的开放式发动机中置后驱基础上再加入轮毂电机后轮驱动布局。
其基本结构主要包含以下系统：
1、车架及车身
主要包括车辆的承载部分、防滚架和外壳以及蒙皮。主要部件包括：各种踏板、变速杆（换档杆）及相关连接线、桁架、车身材料、车身附件、底板、定风翼、各种安装基座、连接紧固件等。
2、动力总成和传动系统
主要部件包括：发动机、轮毂电机、离合器、变速箱、进/排气歧管、消音器、空气滤清器、涡轮/机械泵增压器、化油器/节气门体、发动机座、机油滤清器、火花塞、燃油喷射系统、燃油箱、燃油泵、燃油滤清器、燃油管路、散热器、冷却液管路、散热器风扇、软管夹、机油冷却器、传动链/带、点火线圈/高压钱、驱动轴、差速器基座、链轮/皮带轮、差速器轴承、差速器、万向节、保护罩、连接紧固件等。
3、悬架系统
主要部件包括：减震器、弹簧、悬架机械系统、拉/挺杆、杆端球头、前/后A 臂或同等结构、前/后支柱、直角杠杆/换向机构、连接紧固件等。
4、制动系统
主要部件包括：制动管线、制动块、卡钳、液压缸/泵、制动盘、平衡杆、比例阀、连接紧固件等。
5、转向系统
主要部件包括：转向齿条/齿轮、转向节、主销、方向盘、转向横拉杆、方向盘快速释放机构，连接紧固件等。
6、车轮
主要部件包括：轮辋、带耳螺母、轮胎、气门嘴、车轮平衡块、轮毂轴承、前/后轮毂、车轮安装螺栓、连接紧固件等。
7、仪表、配线和附件
主要部件包括：转速表、HCU/发动机和轮毂电机电子控制系统、车载计算机、束线/接口、机油压力表、仪表板、熄火锁止开关、保险丝、刹车灯、启动机电磁开关、指示灯、蓄电池、继电器、启动开关、水温表、连接紧固件等。
8、其他
主要部件包括：座椅、车载灭火系统、安全带、车架/车身涂装、防火隔板、后视镜、安全护罩、头枕/约束保护等。
§2.2 赛车目标参数的初步确定
经过对以往赛车分析及其在比赛中反馈的种种信息，初定此次赛车主要参数。具体参数如下表
2-1 混合动力电动赛车主要参数初选
外廓尺寸 长 宽 高 轮距 2645mm 1660mm 1115mm 轴距 1680mm 整车整备质量 350kg 前轮距B1
后轮距B2
最高车速
离地间隙 1395mm
1660mm
150km/h
50mm
§2.2.1 发动动机的选择
1、发动机最大功率
根据做设计汽车应达到的最高车速（Km/h），用下式估算发动机最大功率（发动机功率滚动阻力功率+空气阻力功率）
（2-1）
——发动机最大功率（Kw)
——传动系效率（变速器、传动轴、万向节、主减速器），
W——汽车总重量（N) N
——滚动阻力系数，=0.012
——最高车速，初选=150Km/h
——空气阻力系数，赛车一般取0.2--0.4，初选=0.25
——汽车正面投影面积（），取前轮距B1总高H，
得
2、发动机最大转矩及其转速确定
用下式计算确定
（2-2）
式中，为最大转矩（）
为转矩适应系数，标志着当行驶阻力增加到发动机外特性曲线自动增加转矩的能力。初选=1.05。
为最大功率对应的转速，乘用车汽油机一般在3000-7000r/min，作为赛车，最大功率转速远高于乘用车，初选=7000r/min。
得=32.17
3、发动机适应性系数
发动机适应性系数，表示发动机转速适应行驶工况的程度，值越大，说明发动机的转速适应性越好。
采用值大的发动机可以减少换挡次数，减轻赛车手疲劳，减少传动系的磨损和降低油耗。
通常，汽油机取1.2~1.4，柴油机取1.2~2.6。
§2.2.2 电动机的选择
电动机的功率Pe
Pe——电动机最大功率（Kw)
——传动系效率（变速器、传动轴、万向节、主减速器）， W——汽车总重量（N) N
——滚动阻力系数，=0.012
Vc——纯电动车速，初选Vc=100 Km/h
——空气阻力系数，赛车一般取0.2--0.4，初选=0.25
——汽车正面投影面积（），取前轮距B1总高H，
Pe=5.16Kw
查电子手册选取的电机为绿驱超压版电动汽车轮毂电机
额定功率:1.8Kw 最大功率：3.6Kw
额定扭矩：15 最大扭矩：30
§2.2.3 轮胎的选择
1、轮胎的作用与影响
轮胎与车轮用来支撑汽车，承受汽车重力，在车桥（轴）与地面之间传力，驾驶人员经操纵转向轮可实现对汽车运动方向的控制。
轮胎与车轮对汽车的许多重要性能，包括动力性、经济性、通过性、操纵稳定性、制动性及行驶安全性和汽车的承载能力都有影响。因此，选择轮胎是很重要的工作。
2、赛车轮胎与民用车轮胎区别
民用车的车胎讲究的是耐用性和可以全天候使用，不管冬天还是夏天，刮风还是下雨都可以正常使用，而且寿命非常长，可达3万公里或者更长。而赛车的轮胎，往往只能在特定的条件下使用，轮胎的温度对摩擦力影响非常大，下雨天有下雨天专用的轮胎，干地有干地专用轮胎，而这些轮胎的寿命一般都只有几十公里到几百公里。赛车轮胎的橡胶会在达到工作温度的时候变成半融化状态，摩擦系数可以达到1.4，就像轮子上涂了胶水一样把车粘在地上，不容易出现打滑，刹车距离也比民用轮胎短非常多。由此才可以将赛车的性能发挥到极致。而民用轮胎的摩擦系数通常都在1.0以下，如果装在赛车上使用，不仅重量非常重，而且极易出现打滑的现象，对赛车来说将是一种灾难。
3、轮胎的选用
国外的FSAE基本上都使用以下几个公司的轮胎：Hoosier，Goodyear和Michelin（日本车队大多使用Bridgestone，但在欧美比赛中非常少见），这些轮胎均为小尺寸的低温光头热熔胎（雨胎有花纹）。
当比赛中遇到下雨的天气时，车队会换上雨胎，雨胎的质地非常软，可以在低温下仍然产生高摩擦力并且很好地排水，但是在干燥的路面上极易磨损，而且抓地力非常小。轮胎的更换在任何赛车中都是看点，FSAE也同样如此。所以各车队不仅应该选择一套好的干胎，同样需要选择一套好的雨胎。在平时的测试中也应该多收集一些数据，以便在比赛发生天气突变的情况下仍然使赛车性能最佳化。
轮胎初定锦湖雨胎，型号为180/530 R13,半径260.5mm。
轮辋初定为万丰奥威F3 13x8 铝合金轮辋。
§2.2.4 传动系最小传动比的确定
初选传动比
（2-3）
设五挡为直接挡，则=1，则传动系的最小传动比等于主减速比。
式中，为驱动轮的滚动半径，；
为变速器最高档传动比，=1.0；
为发动机最大功率对应转速，=13000rpm；
为电动机最大功率对应转速，=1200rpm；
得，=（8.51~10.66），我们初选=9。
§2.2.5 传动系最大传动比的确定
传动系最大传动比为变速器I挡传动比与主减速比的乘积。
根据汽车行驶方程式
（2-4）
即 （2-5）
（驱动力=滚动阻力+空气阻力+坡度阻力+加速阻力）
1、根据行驶阻力
汽车爬坡时车速不高，空气阻力与加速阻力可忽略，最大驱动力用来克服轮胎与地面的滚动阻力与坡度阻力。
故 （2-6）
式中：G—作用在汽车上的重力，，—汽车质量，—重力加速度，=2352N；
—发动机和电动机啮合最大转矩，=65.954N.m；
—主减速器传动比，=9；
—传动系效率。对于双曲面主减速器，当≤6时，取=90%， ?6时，=85%。本赛车初选9.0，故=85%。所以 =×=85%×96%=81.6%；
—车轮半径，=0.2605m；
—滚动阻力系数，良好沥青或混凝土路面，取0.01-0.018，初选=0.015；
—爬坡度。赛车主要行驶于平直路面，对爬坡能力几乎没有要求，但是考虑到赛场条件与平时实际训练，初选=16.7°。
所以=0.387
2、根据驱动车轮与路面附着条件
·φ （2-7）
式中，φ为道路附着系数，在沥青混凝土干路面，φ=0.7~0.8，取φ=0.8
与实际情况向结合，我们选变速器=3.5。
§2.3 混合动力电动赛车发动机和电动机选型
以往赛车都是纯发动机，而对于此次赛车，我们是采用发动机和电动机的混合动力，我选择的发动机为CBR600，是一款本田公路赛摩托车发动机，电选择的电动机为绿驱超压版电动汽车轮毂电机，他们主要参数如下：
表2-2绿驱轮毂电机和CBR600发动机主要参数
绿驱轮毂电机 CBR600 排量
型式
压缩比
最大净功率
最大扭矩 超压，轮毂电机
3.6kw/2000rpm
30N.m/1600rpm 599cc
四缸，四冲程，电喷
12.0:1
86kw/13000rpm
65.954N.m/11000rpm
CBR600发动机和超压轮毂电机的混合动力与以往的纯发动机相比不仅拥有了更好的动力性，而且赛车的经济性显著提高。
§2.4 混合动力电动赛车主要设计参数的确定
§2.4.1 尺寸参数
汽车的主要尺寸参数包括外廓尺寸、轴距、轮距、前悬、后悬等。
1、外廓尺寸
汽车的长、宽、高称为汽车的外廓尺寸。对于赛车而言，赛车长度尺寸小些，赛车的整备质量相应减少，这对提高比功率、比转矩和燃油经济性有利。总长等于轴距、前悬和后悬之和。它与轴距有下述关系：=L/C，式中C为比例系数，其值在0.52-0.66之间，发动机后置后轮驱动汽车的C值约为0.52-0.56。
赛车宽度由赛车手与车身造型决定，同时也应保证布置下发动机、车架、悬架、转向系和车轮等。乘用车总宽Ba与车辆总长之间有下述近似关系：Ba=(La/3)+(195±60)mm，对于赛车而言具有参考意义。
影响赛车总高的因素有轴间底部离地高、地板及下步零件高和主环高度h等。
2、轴距L
轴距L对整备质量、汽车总长、汽车最小转弯半径、传动轴长度、纵向通过半径等有影响。当轴距短时，上述指标减小。此外，轴距还对轴荷分配、传动轴夹角有影响。轴距过短时车厢长度不足或后悬过长：上坡或制动时轴荷转移过大使制动性和操纵稳定性变坏；纵向角振动增大平顺性下降；传动轴夹角增大。
对于赛车而言，赛车更强调机动性，因此轴距应适当的取短一些。2011年大赛规则规定赛车轴距不得小于1525mm。
3、前轮距B1和后轮距B2
改变汽车轮距B会影响赛车总宽、总质量、侧倾刚度、侧倾刚度、最小转弯直径等因素发生变化。增加伦军则赛车宽度随之增加，并有利于增加侧倾刚度，汽车横向稳定性好；但是汽车的总宽和总质量及最小转弯直径等增加，并导致汽车的比功率、比转矩指标下降，机动性变坏。
乘用车总宽不得超过2.5米，轮距不宜过大。在选定的后轮距B1范围内，应能布置下发动机、悬架和轮胎；前轮距要保证有足够的转向空间，同时转向杆系与车架、车轮之间有足够的运动间隙。
4、前悬LF和后悬LR
前悬尺寸LF对汽车通过性、碰撞安全性、驾驶员视野及其汽车造型等均有影响。增加前悬尺寸，减小了汽车的接近角，使通过性减低，并使赛车手视野变坏。后悬尺寸LR同样影响汽车通过性，并取决于轴距和轴荷分配的要求。
5、尺寸参数的初步确定
经过计算与分析，尺寸参数初定如表2-1：
表2-1 尺寸参数初定
外廓尺寸 长 宽 高 轮距 2645mm 1660mm 1115mm 轴距 1680mm 前轮距B1
后轮距B2
前悬LF
后悬LR 1395mm
1660mm
639.5mm
260.5mm §2.4.2 质量参数
1、整车整备质量m0
整车整备质量是指车上带有全部装备（包括随车工具、备胎等），加满燃料、水，但没有装货和载人时的整车质量。整车整备质量对汽车的制造成本和燃油经济性有影响。
整车整备质量在设计阶段需估算确定。在日常工作中，搜集大量同类型汽车各总成、部件和整车的有关质量数据，结合目标车辆设计的特点、工艺水平等初步估算各总成、部件的质量，再累计构成整车整备质量。
2、载质量
对于赛车而言，载质量主要指的是赛车手质量及其车手装备质量。载质量越轻，赛车总质量相对越轻。
根据目前已购的赛手装备，如赛手服、手套、头盔、赛手鞋等，共计5kg，因此，同等驾驶水平下，赛车手质量越轻，就越能发挥出赛车的优良性能。
3、质量系数
质量系数是指汽车载质量与整车整备质量的比值，即=me/m0.该系数反映了汽车的设计水平和工艺水平，值越大，说明该汽车的结构和制造工艺越先进。
4、汽车总质量ma
汽车总质量ma是指装备齐全，并按规定装满客、货时的整车质量。对于此次赛车而言，赛车的总质量ma等于整备质量m0、载质量me两大部分组成，即ma=m0+me。
5、轴荷分配
汽车的轴荷分配是指汽车正在空载或满载静止状态下，各车轴对支撑平面的垂直载荷，也可以用占空载或满载总质量的百分比来表示。
轴荷分配对轮胎寿命和汽车的许多使用性能如牵引性、通过性、操纵性、制动性等有影响，它主要受汽车的驱动形式、发动机的位置、汽车结构特点、车头形式和使用条件决定。
6、质量参数的初步确定
经过计算与分析，尺寸参数初定如表2-2：
表2-2 轴荷分配表
整车整备质量 280kg 装载质量
总质量
轴荷分配
70kg
350kg 空载
前110后170 满载
前175后175
§2.4.3 性能参数
汽车的性能参数主要包括动力性参数、燃油经济性参数、汽车最小转弯半径、通过性参数、操纵稳定性参数、制动性参数、舒适性。
一、动力性参数
汽车动力性参数主要包括最高车速、加速时间t和、最大爬坡度（对于赛车可以不考虑）、比功率和比转矩等。
1、最高车速
最高车速是指汽车满载是在水平良好的路面（混凝土或沥青）所能达到的最高行驶速度。
2、加速时间t
汽车在平直的良好路面上，从原地起步开始以最大加速度加速到一定车速所用的时间，称为加速时间。对于最高车速大于100km/h的汽车，加速时间常用加速到100km/h所需的时间来评价。
在比赛中，赛车的加速能力将直接决定动态项目直线加速项目（赛车从静止加速通过一段75米得平直路面）的成绩。
二、燃油经济性参数
汽车的燃油经济性用汽车在水平的水泥或沥青路面上，以经济车速或多工况满载行驶百公里的燃油消耗量（L/100km）来评价。该值越小，燃油经济性越好。
三、汽车最小转弯半径
转向盘转至极限位置时，汽车前外转向轮轮辙中心在支撑平面上的轨迹圆的直径，称为汽车最小转弯直径。用来描述汽车转向机动性，是汽车转向能力和转向安全性能的一项重要指标。
对于赛车而言，影响汽车的因素有汽车转向轮最大转角、汽车轴距、轮距等。转向轮最大转角越大，轴距越短，轮距越小，汽车的最小转弯半径越小。对机动性要求高的汽车，应取小些。
四、通过性几何参数
总体设计要确定的通过性几何参数有：最小离地间隙，接近角，离去角，纵向通过半径等。
五、操纵稳定性参数
汽车操纵稳定性的评价参数较多，与总体设计有关并能作为设计指标的有：
转向特性参数
为了保证良好的操纵稳定性，汽车应具有一定程度的转向不足。通常用汽车以0.4°的向心加速度沿定圆转向时，前、后轮侧偏角之差作为评价参数，此参数在1°—3°为宜。
车身侧倾角
汽车以0.4°的向心加速度沿定圆等速行驶时，车身侧倾角控制在3°以内较好，最大不允许超过7°。
3、制动前俯角
为了不影响乘坐舒适性，要求汽车以0.4g的减速度制动时，车身前俯角不大于1.5°。
4、制动性参数
汽车制动性是指汽车在制动时，能尽可能短的距离内保持方向稳定，下长坡时能维持较低的安全车速并在一定坡度上长期驻车的能力。目前常用制动距离、平均制动减速度和行车制动的踏板力及应急制动时的操纵力来评价制动效能。
5、性能参数的初步确定
经过计算与分析，尺寸参数初定如表2-3、表2-4表2-5表2-6：
表2-3 动力性参数
最高时速 加速时间（100m） 比功率 比转矩 145km/h 9s 26kw 42.8N/M
表2-4 通过性几何参数
最小离地间隙 接近角 离去角 40 3.17 90
表2-5 操纵特性参数
转向特性参数 车身侧倾角 制动前俯角 1.35度 3度 1.3度
表2-6 制动性参数
制动距离St 平均制动减速度j 行车制动的踏板力 应急制动操纵力 60m 3.5s 9.8m/s2 600N §2.5 赛车各系统设计
大学生方程式混合动力电动赛车区别于民用车，和专业的F1、F3等专业赛车也是有一定区别，它具有自己独特的技术特点，故而吸引无数大学疯狂的投入FSAE赛车的设计。由于我国FSAE赛车设计起步较晚，从2010年开始以第一届中国大学生方程式汽车大赛为契机，国内高校纷纷投入这项赛事。
此次赛车采用国内外普遍应用的发动机中置和后轮轮毂电机驱动的布置方式，各个系统设计如表2-7：
表2-7 此次赛车各系统设计
发动机 型号 CBR600，四缸，四冲程，电喷 排量 599cc 最大功率 86kw/13000rpm 最大扭矩 65.954N.m/11000rpm 轮毂电机 最大功率 3.6Kw/2000rpm 最大扭矩 30N.m/1600rpm 车架 33kg，4130钢，钢管桁架式 悬架 不等长双横臂独立悬架 转向 齿轮齿条转向机 制动 串联双腔制动总泵控制的Ⅱ型双回路液压盘式制动 轮胎轮辋 轮胎：锦湖180/530 R13，轮辋：FM 13×8 车身 玻璃纤维 2.5.1 悬架系统设计
悬架总成是汽车的一个重要组成部分，它的功用是把路面作用于车轮上的垂直反力、纵向反力和侧向反力以及这些反力所造成的力矩传递到车架上，以保证汽车的正常行驶。
悬架系统的设计是根据大学生方程式汽车大赛的比赛规则及赛车设计具体参数要求，参考各种赛车悬架资料，分析各种悬架类型的优缺点，并最终确定适合赛车运动的悬架形式---不等长双横臂式螺旋弹簧独立悬架。
1、大学生方程式混合动力电动赛车悬架系统
此次赛车采用当今广泛应用于方程式赛车的双横臂独立悬架（double-wishbone）。独立悬架有多种结构形式，如双横臂式，烛式，麦弗逊式等。基于方程式赛车的特点选用双横臂式独立悬架，不等长双横臂式独立悬架的设计自由度大，悬架控制臂的长度可自行设定，有较小的非簧载质量，可使赛车具有良好的转弯性能、直线行驶性能。由于赛车采用较大的弹性刚度，双横臂悬架运动空间不足的特点也不会造成很大影响。综合而论，这种装置基本性能优于其他形式的悬架装置。
2、大学生方程式混合动力电动赛车悬架系统的特殊性
该系统采用将弹性元件内置于车身外壳中的形式，这样可以降低高速行驶中的风阻，避免了避震弹簧上的横向力影响，减小了由于横向力而造成的车身振动，并且减小了悬架运动部分的质量和转动惯量。将弹簧与阻尼元件隐藏在车身中，利用推拉杆和摇臂盘的组合，达到外置式悬架同样的效果。真实比赛中，由于天气、温度、赛道形式等因素，需要通过不同的悬架参数设定来确保赛车的表现，通过独特的机构，可以方便地改变悬架参数，达到比赛需要。
§2.5.2 转向系统设计
赛车转向系统是关系到赛车性能的主要系统，它是用来保持或者改变赛车行驶方向的机构，在赛车行驶时，保证各转向轮之间有协调的转角关系。转向系统方案的确定
此次赛车的转向机构转向梯形前置，转向拉杆横置，转向机构为齿轮齿条。
由于在转向节臂、横拉杆以及齿条机构的连接必然存在微小的间隙，如果将转向梯形后置将会带来的结果是在车辆入弯时由于整个转向系统将受到来自转向轮的力，此作用力会压缩连接部件之间的间隙，导致稍微增加转向角度，造成微小的转向过度感，不利于在弯中的操控性。同理，如果将整个转向梯形前置，被压缩的间隙造成的效果刚好和转向梯形后置时相反，会导致转向角度的稍微减少，造成微小的转向不足。转向不足对车手来说是一种稳定的可控工况。所以样车选择了转向梯形前置的布置方案。
齿轮齿条转向机构结构简单，质量轻，成本低，工作可靠。非常符合FormulaSAE 赛车的需要。
§2.5.3 制动系统设计
使行驶中的汽车减速甚至停车，使下坡行驶的汽车的速度保持稳定，以及使已经停驶的汽车保持不动，这些作用统称为汽车制动。
1、制动器方案的确定
汽车制动器几乎均为机械摩擦式的，即利用旋转元件与固定元件两工作表面间的摩擦产生力矩使汽车减速或停车。摩擦式制动器按其旋转元件的形状分为鼓式和盘式两大类。按摩擦副中的固定元件的结构来分，盘式制动器分为钳盘式和全盘式制动器两大类。其中钳盘式有以下三种：固定钳式、滑动钳式和摆动钳式。
根据大学生方程式赛车赛事规则，赛车制动系统配备的制动系统必须有两套独立的液压回路，以防系统泄露或失效时，至少在两轮上还保持有有效地制动力。而盘式制动器的优点就是易于构成多回路制动驱动系统，使系统有较好的可靠性与安全性，以保证汽车在任何车速下各车轮都均匀一致的平稳制动。结合赛事规则和赛车具体情况，第二代赛车采用盘式制动器。
2、驱动机构方案确定
制动驱动机构将来自驾驶员或其他力源的力传给制动器，使之产生制动力矩。根据制动力源的不同，制动驱动机构一般可分为简单制动、动力制动和伺服制动三大类。而力的传递方式又有机械式，液压式，气压式和气压-液压式的区别。液压式简单制动系（通常简称为液压制动系）用于行车制动装置。液压制动的优点是：作用滞后时间短(0.1～0.3s)，工作压力高(可达10～12MPa)，轮缸尺寸小，可布置在制动器内部作为制动蹄张开机构或制动块压紧机构，使之结构简单、紧凑、质量小、造价低；机械效率高。故第二代赛车中采用液压式的动力制动系统来作为制动驱动机构的方案。
3、液压回路方案确定
为了提高制动驱动机构的工作可靠性，保证行车安全，驱动机构采用了两套独立的系统，即应是双回路系统。
双轴汽车的液压式制动驱动机构的双回路系统有多种形式，其中常见的有五种，分别是II、X、HI、LL、HH型。如下图2-1；
图2-1 液压回路系统的形式
II型管路的布置较为简单，可与传统的但轮缸盘式制动器配合使用，成本较低，目前在各类汽车特别是商用车上用得最广泛对于这种形式，若后制动回路失效，则一旦前轮抱死即极易丧失转弯制动能力。
X型的结构也很简单，一回路失效时仍能保持50%的制动效能，并且制动力的分配系数和同步附着系数没有变化，保证了制动时与整车负荷的适应性。此时前，后各有一侧车轮有制动作用，使制动力不对称，导致前轮将朝制动起作用车轮的一侧绕主销转动，使汽车失去方向稳定性。HI、LL、HH型的结构均较II型、X型复杂。LL型和HH型在任意回路失效时，前、后制动力比值均与正常情况相同，剩余总制动力可达正常值的50%左右。HI型单用一轴半回路时剩余制动力较大，但此时与LL型一样，紧急制动情况下后轮很容易先抱死。
综合上述情况，赛车选用II型回路系统。
4、制动主缸形式的选择
图2-2 串联双腔制动主缸内部结构
现代汽车制动主缸的形式有单腔和串联双腔制动主缸，根据大赛要求，每个液压回路必须有其专属的储油罐，因此初步确定采用串联双腔形式的制动主缸，但考虑赛车的总体布局和空间问题，不排除采用并联单腔制动主缸的可能。
制动主缸由灰铸铁制造，也可以采用低碳钢冷挤成形；活塞可有灰铸铁、铝合金或中碳钢制造。
§2.5.4 电器系统设计
电器与电子设备是方程式赛车的重要组成部分，其性能的好坏会直接影响到赛车的经济性、可靠性与安全性。电气系统的设计在保证安全性、可靠性和经济性的基础上尽量使线路简单，容易制造。
1、电气系统总体方案
参考CBR600的整车电路原理图进行整车电路的设计，点火系统要能产生足够高的次级电压，且点火电压能随发动机的工况而改变；要有足够的点火能量保证跳火后能够确保可燃混合气迅速燃烧；点火时刻要适当，在发动机不同的工况下能够调节点火提前角确保可燃混合气的燃烧及时、完全；起动部分起动机能够提供足够的转矩和转速，使发动机能够可靠且快速的起动；仪表的设计要保证仪表显示准确，在驾驶舱内可以看的清楚。
根据以上的要求，点火系统采用电子点火可以改善传统点火系统的不足，传统点火系的不足有：工作可靠性差，次级电压不稳定，点火能量低，对火花塞积碳敏感且对无线电干扰大。启动系统采用有辅助继电器的起动机驱动电路，仪表设有档位显示和时速表，档位的显示采用二极管直接照明，时速表采用电子式指针速度表，较机械式时速表工作更可靠。
2、电气系统线束的总体布置方案
本次方程式混合动力电动赛车的电气系统的线路较简单，所以采用一个主线束，布置方案根据整车的接线图和电器总成进行设计。根据整车电气原理图、线束专用件清单进行设计，完整正确的体现整车电气系统的功能，根据原理图分配用电设备的电源类型、保险丝容量、搭铁位置。根据线束所处的工作环境及在汽车内的空间布置合理选择电线的保护层和固定方式。
电气系统的整体布置不仅影响到整车电气系统工作的可靠性，对线束的的长
度、重量也有影响。此次方程式混合动力电动赛车的线束整体布置。方案如图2-3所示。
图2-3 线束整体布置方案示意图
线束沿钢管布置，便于固定。该布置的优点在于线束便于固定，散热风扇在车身的导风口后方，有助于水箱的冷却。整流器位于外侧，也有利散热。
§2.5.5 车身设计
大学生方程式赛车传承了F1赛车车身低矮、车身短、行驶稳等优点，低矮和流线型的车身使赛车在快速行驶过程中，可以增加轮胎与地面的附着力，减小空气阻力，提高赛车的操作稳定性。
此次混合动力电动赛车采用的是玻璃钢车身，覆盖位置为车头和驾驶舱。
车身的制作过程是制作泡沫塑料模型－敷设玻璃纤维布并涂刷树脂－固化－脱模－表面处理－喷漆。首先根据车架外形设计车身外形，并制作泡沫塑料模型。采用整块的泡沫塑料加工成形。由于泡沫塑料非常容易加工，可以采用纯手工制作。在制作完成之后需要用砂纸将表面打磨光滑。采用泡沫塑料制作模型最大的好处在于成本低，加工方便。成本仅为一般的玻璃钢木模和石膏模几十甚至上百分之一，同时可以使用简单的工具手工操作，完全不受加工条件的限制。
把泡沫塑料模型作为一个阳模，在其外表上涂抹一层树脂，开始敷设玻璃纤维布。一共需要敷设5 层以获得所需要的强度。在树脂充分固化之后，将泡沫塑料模型从固化的玻璃钢壳中取出。由于树脂会将外壳和泡沫塑料牢固地粘结在一起，所以取出的过程对泡沫塑料模型来说是破坏性的。脱模后，对车壳的内表面进行打磨处理，除去粘连的泡沫塑料，根据具体的安装位置，在其他部件如悬架的安装点，开孔后，便可将车壳安装到车架上。对车壳进行表面处理，首先使用原子灰作为腻子将车壳表面填平，使用#0砂纸对车壳进行打磨，在车壳表面基本光滑之后，使用#360 水砂纸进行抛光。最后对车壳进行喷漆即完成了对车身的制作。
§2.5.6 车架设计
车架采用的是空间桁架式结构，其作用是为赛车所有其他部件的连接基础，同时通过前、中、后防滚架的设计对驾驶舱提供保护。样车车架的设计模型如图2-4所示。
图2-4 车架示意图
在设计时尽可能把悬架的连接点安排在框架结构的节点附近以分散应力提高连接强度。同时要使中防滚架和后防滚架之间的外包络面完全覆盖驾驶员的驾驶位置，并留有一定的空隙作为缓冲。还要在驾驶舱侧面添加足够的侧面防撞保护。整个车架的设计还要为所有在内部安装的设备留下足够的空间。在达到上述要求的同时，车架的设计还必须符合Formula SAE 比赛规则对于车架的相关规定和限制。
第三章 大学生方程式混合动力电动赛车动力性与经济性
§3.1 汽车的动力性
§3.1.1 动力性的评价指标
1、汽车的最高车速
汽车的最高车速是指汽车满载时在水平良好的路面上所能达到的最高车速。
2、汽车的加速时间
常用原地起步加速时间与超车加速时间来表明汽车的加速能力。FSAE大赛一般是用从静止加速通过一段75m平直路面所用的时间来测试加速能力
3、汽车的最大爬坡度
最大爬坡度是指汽车满载时用变速器最低挡位在良好路面上等速行驶所能克服的最大道路坡度。由于该赛车只在标准赛道上行驶，几乎没有坡度，因而不需要对最大爬坡度进行匹配计算。
§3.1.2驱动力—行驶阻力图
1、驱动力
汽车的驱动力是由发动机转矩经传动系传至驱动轮上与轮毂电机扭矩啮合得到的。
驱动力计算公式：
（3—1）
式中：——发动机扭矩
——电动机扭矩
——变速器传动比
——主减速器传动比
——总传动效率
——轮胎滚动半径
2、滚动阻力
车轮滚动时，轮胎与路面在接触区域内产生法向和切向的相互作用力，以及相应的轮胎和支撑路面的变形。无论是轮胎还是路面的这些变形都伴随着能量的损失。这些能量损失是产生滚动阻力的根本原因。
滚动阻力系数公式：
f=0.014×（1+ ua2/19440） （3-2）
式中： f ——滚动阻力系数；
3、空气阻力
空气阻力是指汽车直线行驶时受到的空气作用力在形式方向上的分力。
空气阻力公式：
Fw=Cd×A×ua2/21.15 （3-3）
式中：Fw ——空气阻力；
A ——迎风面积；
Cd ——空气阻力系数；
4、驱动力-行驶阻力平衡图绘制
我们用matlab程序绘制混合动力电动赛车的驱动力-行驶阻力图，如下
图3-1 驱动力—行驶阻力平衡图
5、驱动力-行驶阻力平衡图MATLAB绘制程序
m1=65 ； %装载质量
m2=240 ; %整车整备质量
m=305 ; %总质量
r0=0.2605 ; %车轮半径
gt=0.85 ; % 传动系机械效率
f=0.013 ; % 波动阻力系数
CDA=0.548 ; % 空气阻力系数×迎风面积
i0=3.5 ; %主减速器传动比
If=0.218 ; %飞轮转功惯量
Iw1=1.798 ; % 二前轮转动惯量
Iw2=3.598 ; % 四后轮转功惯量
Ig5=[3.5 2.56 1.87 1.368 1];%变速器传动比
%绘制功率平衡图，以五档为例
for i=1:3401;
n(i)=i+599;
Ttq(i)=-19.313+295.27(n(i)/1000)-165.44(n(i)/1000).^2+40.874(n(i)/1000).^3-3.8445(n(i)/1000).^4;%转矩拟合曲线
end
for i=1:3401;
for j=1:5;
Ft(i,j)=Ttq(i)i0Ig5(j)gt/r0;%计算驱动力
ua(i,j)=0.377r0n(i)./(Ig5(j)i0);%计算车速
F(i,j)=fm9.8+CDAua(i,j).^2/21.15;%计算行驶阻力
end
plot(ua,Ft,ua,F)
xlabel(''ua/(km/h)'');%对 汽车驱动力-行驶阻力平衡图 进行标注
ylabel(''F/N'');
title(''汽车驱动力-行驶阻力平衡图'');
gtext(''Ft1'')
gtext(''Ft2'')
gtext(''Ft3'')
gtext(''Ft4'')
gtext(''Ft5'')
gtext(''Ff+Fw'')
grid
axis([90 100 1500 2000])
ginput(2)
§3.1.3 汽车的加速能力
1、汽车的加速度
汽车的加速能力可用它在水平良好路面上行驶时能产生的加速度来评价。由汽车行驶方程得
（3—4）
式中：为汽车旋转质量换算系数，一般值可用下式计算
（3—5）
其中： ——变速器传动比
在发动机转速5000r/min和电动机1200r/min以上时
高挡 计算得
低挡 计算得
代入数据，计算得各车速的加速度，绘制如下汽车加速度曲线图
图3-2 汽车加速度曲线
2、加速时间
由于加速度的数值不易测量，实际中常用加速时间来表明汽车的加速能力。根据加速度图可以进一步求得由某一车速加速至另一车速所需的时间。
有运动学可知
（3—6）
（3—7）
即加速时间可用计算机进行积分计算或用图解积分法求出。
将数据代入，绘制如下加速度倒数曲线图
图3-3汽车加速度倒数曲线
曲线下面对应的面积即为加速时间。
注：在坐标图上用amm表示1km/h,用bmm表示1,（1km/h)x(1)=1s/3.6
§3.1.4 动力特性图
驱动力—行驶阻力平衡图确定的最高车速、加速时间、最大爬坡度，可以评价同一类型汽车的动力性。动力因数包括汽车重力和空气阻力，因而作为表征汽车动力特性的指标比较合理。
将汽车行驶方程
（3—8）
两边同时除以汽车重力并整理如下
（3—9）
令D表示汽车的动力因数，则
（3—10）
高挡时：（车速为108km/h~145km/h)
（3—11）
算得：
（3—12）
低挡时：（车速为65km/h~85km/h)
算得：
绘制动力特性图：
图3-4 汽车动力特性图
由动力特性图可确定汽车在各车速下的加速能力，评定加速能力，是在良好平直路面
（3—13）
（3—14）
因此，D—Ua曲线与f—Ua曲线之间距离的倍即为加速度
§3.1.5 功率平衡
汽车行驶与其他物体运动一样，不仅作用在汽车上的外力存在着平衡关系，同时也遵循能量守恒定律。就是说，在汽车行驶的每一瞬间，发动机发出的功率始终等于机械传动与全部运动阻力所消耗的功率之和。
将汽车行驶方程式两边乘以行驶车速Ua，得汽车功率平衡方程式
（3—15）
或 （3—16）
式中，为克服滚动阻力所消耗的功率，为克服空气阻力所消耗的的功率，为克服坡度阻力所消耗的功率，为克服加速阻力所消耗的的功率。
功率平衡方程式可用图解法表示，在以汽车行驶速度为横坐标，以功率为纵坐标的坐标系内，将发动机功率及汽车在平直良好路面上等速行驶所遇到的阻力功率与车速的关系曲线绘出，该赛车的功率平衡图如下
图3-5 汽车功率平衡图
其中，为汽车的后备功率。
§3.2 燃油经济性
汽车的燃油经济性常用一定运行工况下，汽车行驶百公里的燃油消耗量或一定燃油量能使汽车行驶的里程来衡量。一般可由等速百公里油耗和循环工况行驶百公里油耗量来评价。
汽车百公里油耗可以用下面的表达式表示
（3—17）
式中，是百公里油耗量（L/100km);q是汽车通过路段的燃油消耗量（ml)；s是路段长度（m）。
燃油消耗量的计算
等速行驶单位时间内的燃油消耗量为
（g/h) （3—18）
把换算成（ml/s）为
（3—19）
其中，，b为燃油消耗率，对于汽油
设车速为Ua，则行驶S m所需的时间
（3—20）
则行驶S m的燃油消耗量为
（3—21）
折算为等速百公里燃油消耗量
（3—22）
赛车以最高车速145km/h行驶时
（3—23）
赛车以经济行驶车速100km/h行驶时
（3—24）
即，该赛车的百公里燃油消耗量约为4~6L。
第四章 大学生方程式混合动力电动赛车总体布置
在初步确定汽车的载质量、驱动形式、车身形式、发动机和电机形式等以后，要深入做更具体的工作，包括绘制总布置草图，以需求合理的总布置方案。
§4.1整车布置的基准线（面）-零线的确定
1、前轮中心线
通过左、右前轮中心，并垂直于车架平面线的平面，在侧视图和俯视图上的投影线，称为前轮中心线。它作为标注纵向尺寸的基准线（面），即x坐标线，向前为“-”、向后为“+”，该线标记为。
2、汽车中心线
汽车纵向垂直对称面在俯视图和前视图上的投影线，称为汽车中心线。用它作为标注横向尺寸的基准线（面），即y坐标线，向左为“-”、向右为“+”，改线标记为。
3、地面线
地平面在侧视图和前视图上的投影线，称为地面线。此线是标注汽车高度、接近角、离去角、离地间隙等尺寸的基准线。
4、前轮垂直线
通过左、右前轮中心，并垂直于路面的平面，在侧视图和俯视图上投影线，称为前轮垂直线。此线用来作为标注汽车轴距和前悬的基准线。当车架和路面平行时，前轮垂直线与前轮中心线重合。
§4.2各部件的布置
一、发动机的布置
1、发动机的上下位置
发动机的上下位置主要对离地间隙有影响。赛车发动机油底壳至路面的距离应保证满载状态下对最小离地间隙的要求。为使赛车有更好的操纵稳定性和避免高速转弯侧翻，必须尽可能的降低整车的质心，发动机要放置地尽可能地低，但发动机固定又不能干涉，因而发动机最低处距地面约50mm左右（最终视发动机尺寸定）。
在发动机高度确定以后，风扇、散热器、水箱、空气滤清器等得高度也随之而定，但是考虑到赛车外观原因，风扇、散热器、水箱、空气滤清器等的布置要根据车身设计的具体要求来安排。
2、发动机的前后位置
发动机的前后位置会影响赛车的轴荷分配等。发动机前后位置应保证与驱动桥的距离。一般，发动机的前后位置和上下位置是一起布置。
3、发动机的左右位置
发动机曲轴中心线在一般情况下与汽车中心线一致。这对底盘承载系统的受力和对发动机悬置支架的统一有利。
二、传动系的布置
由于发动机、离合器、变速器装成一体，所以在发动机位置确定后，包括发动机、离合器、变速器在内的动力总成位置也随之而定。驱动桥的位置取决于驱动轮的位置。驱动桥的位置决定驱动轮的位置，同时为了使左、右半轴通用，差速器壳体中心线应与汽车中心线重合。
三、转向装置的布置
1、转向盘的位置
转向盘安装在前环中，为了保证赛车手能舒适地进行转向操作，应注意转向盘平面与水平面的夹角。转向盘与转向传动轴之间有快拆机构。
2、转向器的位置
因转向器固定在车架上，其轴线常与转向盘中心线不在一条直线上，为此用万向节和转向传动轴连接起来。
我们选用的齿轮齿条式转向器最主要的优点是：结构简单、紧凑；壳体采用铝合金或镁合金压铸而成，转向器的质量比较小；传动效率高达90%；齿轮与齿条之间因磨损出现间隙以后，利用装在齿条背部、靠近主动小齿轮处的压紧力可以调节的弹簧，能自动消除齿间间隙。
转向摇臂的设计要考虑到与前悬架的干涉情况。
四、悬架的布置
FSAE赛车悬架普遍采用不等长双横臂独立悬架，第二代赛车也不例外，因此在保证车架上悬架安装点正确以外，在悬架转配过程中，保证轴距、轮距等主要设计参数。
后悬架各个杆件应保证与半轴不干涉。
五、制动系的布置
踩下制动踏板所需要的力比踩下油门踏板要大得多，因此，制动踏板应布置在一个赛车手能够轻易操纵、能使上力的位置。布置踏板时，应检查杆件运动时有无干涉和死角，更不应当在车轮跳动时自行制动。布置制动管路要注意安全可靠，整齐美观。
六、踏板的布置
因为汽车行驶赛车手需要不停的踩油门踏板，所以要求踩下时轻便。赛车手应当用脚后跟只靠在地板上，变化操纵时仅仅是通过踝关节角度达到。为了操纵方便，从赛车手方向看，油门踏板布置成朝外转的样子。
七、油箱、蓄电池的布置
油箱布置的原则是远离消声器和排气管等热源。由于赛车空间较小，因此油箱布置在座椅左侧偏后，与发动机用防火墙隔开，避免受热。
蓄电池布置字座椅右侧偏后，与起动机同侧，并且两者越近越好，以缩短线路，同时还要考虑到拆装方便性和良好的接近性。
八、座舱的布置
大赛规则对座舱大小有明确规定，如图4-1：
图4-1 座舱尺寸要求模板
除了要满足要求外，还要考虑换挡机构、安全带固定位置、车手入舱方式、车身造型等因素。
§4.3总体设计参数表
此次赛车总体设计参数如下表4-1：
表4-1 此次混合动力电动赛车总体设计参数表
此次混合动力电动赛车总体设计参数表 外廓尺寸 长 2645 宽 1660 高 1115 尺寸参数 轴距 1680 前轮距B1 13950 后轮距B2 1660 质量参数 整车整备质量 280Kg 装载质量 70KG 总质量 350KG 轴荷分配 50:50 动力性参数 最高车速 150km/h 加速时间 4.8s 型号 排量 最大功率 最大扭矩 发动机参数 CBR600RR 599cc 86kw 65.95n.m 轮毂电机 绿驱电机 3.6Kw 30N.m 变速器参数 型号 前进挡传动比 倒档传动比 主减速器 型号 主减传动比 轮胎参数 型号 胎面宽 扁平率 轮胎直径 锦湖 180 530 R13 轮辋参数 型号 万丰奥 F313X8 燃油经济性 百公里油耗：4-6升 最小转弯半径 3.5m 通过性参数 最小离地间隙 接近角 离去角 50mm 3.17 60° 操稳性参数 转向轮定位参数 主销后倾角 主销内倾角 车轮外倾角 车轮前束 1.35° 1° 3° -1° 2.775mm 后轮定位参数 后倾角 0 前束 车身侧倾角 制动前俯角 制动距离 40M 平均制动减速度 3.5s 行车制动踏板力 9.8m/s2 应急制动操纵力 600N
本次总体设计于五月末圆满结束。我制定并完善了混合动力电动赛车的各项总体参数，成功完成了对各项性能指标的计算、校核和优化。
1、此次赛车为方程式混合动力电动赛车,我采用了混合动力并联式，加速过程中电动机和发动机同时提供动力扭矩,显著提高了赛车的加速性能。
2、由于此次混合动力电动赛车多加了电机装置，又考虑赛车的空间性要紧凑，此次混合动力电动赛车电机采用后轮轮毂电机，这样使赛车的空间性更加合理。
3、经过方案对比分析，链传动质量轻，整车轴距短；轴传动质量大轴距长；综合考虑后，选择了链传动方案。
4、多使用玻璃纤维车身材料和部分合金车架，有效降低了车总装质量。
5、考虑赛车转弯加速度较大，且倾翻测试为60°，要求赛车质心越低越好。为此我专门设计了发动机、人体座椅和车架的连接，使两者质心最低化，这些措施有效的降低了整车质心高度。
由于时间仓促和个人能力有限，赛车设计还有一些疏漏和可以改进的地方。根据个人经验，主要是以下两个方面
1、随着混合动力控制技术的更加成熟，赛车的混合动力控制系统还可以进一步优化，使发动机进一步工作在最佳工作状态进一步提高赛车的动力性和经济性。
2、制动系统存在较大的制动潜力，轮毂电机可以和制动系统一起进一步优化设计，减轻其质量及提高制动性的同时提高其经济性。
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致 谢
本次设计是在我的指导老师高建平和郗建国老师的精心指导下完成的，在我的毕业设计选题、调研、开题以及撰写过程中始终严格要求，同时及时地给我指导和批评指正。在此次毕业设计完成过程中给于了我很大的帮助和支持，值此论文完成之际，我向高建平和郗建国老师致以最诚挚的感谢和深深的敬意！
另外，设计过程中，我得到了同组组员陈会会，陈茂昌，杨鹏伟等同学的帮助与支持，共同探讨，共同学习，共同进步，才得以圆满完成设计任务，在此我表示深深的感谢！
最后，对一直关心支持我的同学、朋友表示最真挚的感谢！向审阅本设计的各位专家老师表!
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