设计报告 华南理工大学东风日产启辰车队
型建模和恒电流放电仿真，观察其SOC值以
及工作电压的变化规律，从而分析模型与实
际电池的工作状态的符合程度
※赛车仪表无线化
考虑到不同人群可以随时更换个人专
属仪表盘，方便记录个人赛车数据，做到实
时线上分享赛车动态以及轻量化，我们采用
iPad mini2作为赛车的仪表盘。基于NI在
IOS系统上的应用软件Data Dashboard，该
软件支持自主设计UI、自定义布局，相比传
统的仪表，界面更为美观和人性化。iPad
mini2通过LabVIEW中共享变量与整车控制
器在WLAN局域网通讯，减少了车上的线束，
提高了整车稳定性，并且更迎合女性群体
※电动车性能仿真更针对比赛工况
通过Advisor软件，依照上年油车比赛
时采集到的数据，建立了襄阳赛道比赛的循
环工况，通过整车的动力性参数和传动性能
参数在ADVISOR中现有的EV纯电动汽车的
程序框图接口来建立所需的纯电动方程式
赛车模型，对我校第一辆纯电动方程式赛车
进行了动力性、经济性的仿真。同时，以历
届油车的模型作为参考，利用ADAMS中的
ADAMS/Car模块，完成了整车的操纵稳定性
仿真
※数据采集更快更稳，实现无线传输
数据采集是整车性能调教的关键，我们
电车通过LABVIEW编程，开发出了一套既有
无线数采功能、又有传统数采功能的数据采
集系统，使得我们拥有了在线监控整车工况
的能力。基于CompactRIO的开发架构，在
FGPA、RT设备和PC端分别进行编程和调试，
并通过车载路由器进行整车无线通讯。调试
人员更可以在赛车运动状态下实时监控赛
车状况。还可以通过电脑和ECU连接，获取
整车运行的历史信息，便于车队技术人员分
析。更重要就是可以实现我们赛车online
实时数据共享的功能，极大丰富了赛车的乐
趣
※整车电路集成化大大提高
基于往届油车的经验，我们在整车电路
这一块格外细心。首先，采用了优质的接插
件，并在需要检修的线路合理地使用接插
件，极大程度地提高了线束的集成度。而且，
我们还改良了线路连接工艺，提高了线束安
装的机械稳定性以及保护措施，从而极大地
提高了整车的稳定性
3底盘
※总体理念
电车的底盘设计是以提供尽可能大的
纵向和侧向附着力为目标，力求充分发挥整
车动力性，同时提供良好的操纵稳定性，还
尽力为整车轻量化做出贡献。在悬架、转向、
制动、后桥和数采方面都做出了良好的优化
设计
※运动学仿真
使用了MSC software的ADMAS/Car中
建立出整车模型，对其进行计算机仿真分
析，在ADAMS/Car环境建立了悬架系统模型，
对建好的模型进行跳动和侧倾仿真，在
ADAMS/Insight模块中设置优化目标，并以
硬点的y、z坐标作为变量进行仿真分析
应用动力学仿真软件ADMAS/Car对各个子系
统进行建模，并最终将建好的八个子系统装
配成车队的赛车。通过对赛车的直线制动工
况进行仿真，在表现出良好的制动效能的同
时同样表现出良好的制动方向的稳定性，通
过对赛车的侧向加速度、侧偏角、侧倾角与
速度、方向盘转角的之间的相互影响关系来
评估赛车表现出良好的操纵稳定性
图5- 28稳态转向速度，侧向加速度，横摆角速度，侧倾角的变化
※悬架控制杆件
电车的悬架采用了钢管作为控制臂，虽
然重量与碳纤维管件比较稍有增加，但成本
可以大幅降低90%，经济性极高，并且加工
方便，制造周期短。同时，控制臂与接头处
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采用线切割后焊接的连接方式，相比于碳纤
杆件使用的粘接方式及钢管的其它连接方
式而言，具有加工简单、加工所需时间短以
及连接可靠的众多优点
※三段式摇臂
摇臂材料采用 40Cr合金钢，并且采用
三段分离方法，通过粘接的方法连接起来
三段分离式方案的优点是在保证轻量化、刚
度以及强度要求的情况下使得成本降低，并
且使得摇臂美观好看
※ 立柱的拓扑优化
立柱采用heyperwork中的OptiStruct
模块进行多次有限元分析和拓扑优化，使立
柱在满足刚度和强度要求的情况下，得到极
致的轻量化。同时采用在上控制臂接头和立
柱之间加减垫片的方式调整外倾角，简单方
便快速
防倾杆刚度可调范围大：考虑今年采用
10寸轮辋以及以往实车调教的经验等因素，
导致垂直刚度和侧倾刚度的设计值增加，赛
车悬架偏频设计值为2.7Hz和2.8Hz，因此
防倾杆力臂回归较为传统的四段可调式的
力臂调整方案，如下图所示，实现防倾杆刚
度的快速、简便调节，同时使得防倾杆的刚
度调节范围应同时增大。同时，若将12mm
管径的防倾杆更换为10mm，则相当于可以额
外增加四段可调刚度，进一步增大调节范
围
※转向
主要以完成轻量化、转向梯形优化、转
向间隙小以及减小手力为目标。轻量化方
面，在转向横拉杆，转向器壳体与副壳体的
连接管以及中间轴采用碳纤管，齿条采用分
段式代替原来的整体式齿条轴；转向梯形优
化方面，拟合出轮胎数据并根据轮胎数据来
选取转向梯形的形式；为了解决转向间隙过
大问题,巧妙使用了单万向节，并加上防尘
套以减小磨损；为了减小手力，通过计算减
少回正力矩。同时设计了一套转向系统参数
的测量工具，包括转向力测量装置、跳动转
向测量及修正方法、齿条间隙调整机构、前
束角调节装置便于赛车调校
※ 制动
制动设计非常注重轻量化设计。油门踏
板设计采用粘接形式，既保证强度又降低质
量。油门限位块的设计既简约实用又美观
踏板座采用一体化设计，调节简便，结构简
单，质量轻。踏板总成底板采用碳纤维复合
板，既满足强度又符合轻量化。踏板3级可
调，对驾驶员身高适应度大，调节简便，结
构简单，质量比以往小
※后桥
差速器的壳体为封闭式的,这样减少灰
尘进入差速器摩擦片的内部，对于 CUSCO
差速器壳体进行轻量化设计，并且进行拓扑
优化后减轻54.8%。为了减轻大链轮的重量，
在 Hypermesh 软件的工作平台上，通过设
置边界条件，并且也对差速器支座进行优化
和球笼进行了轻量化和改善支座力流
※ 数据采集
系统采用的硬件是具有四扩展插槽的
CompactRIO 9076，并搭载了两个C模块，
分别是32通道的NI 9205模拟输入模块和
32通道的NI 9403 TTL数字输入/输出模块
软件的开发则是基于Labview 2011进行的，
遵循NI CompactRIO的开发架构。对现场可
编程门阵列（FPGA）和实时控制器
（RealTime）两个模块分别进行编程，实现
数据的采集、存储、无线传输、动态显示和
离线分析等功能。运用了FIFO队列和基于
TCP/IP协议的带缓冲网络共享变量完成设
备通讯以及上位机（PC）的调试工作
4车身车架
※以优化推动车架设计，构建安全牢固的
基体骨架
选定全空间管阵式结构作为车架形式，
在满足人机工程的基础上，以保证刚度和追
求轻量化作为设计工作的双重指示旗帜，力
求设计一副稳定可靠，可为女性带来安全感
的车架。基于往届油车车架设计的经验，概
念设计阶段建立了简洁的薄壁厢体设计空
间，在拓扑优化中找到最佳材料分布，确定
了钢管的最佳分布空间。具体是先对由总布
置、悬架硬点得出的曲面进行拓扑优化，根
据优化结果，建立车架的线框和圆管面的模
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型。据拓扑优化结果，确定钢管外径，赋予
二维壳单元厚度来模拟车架单元，对壁厚进
行离散化优化,并重新建立模型,对各个工
况的校核验算，计算工况的刚度强度值。对
于承重相对较大的电车来说，仿真结果基本
满足了设计目标的要求，扭转刚度最终计算
值为2590.8N*m/deg，设计质量为30.7kg
通过进行车架扭转刚度实验和模态实验，验
证了设计准确性
※采用全新的加工方式和焊接平台，确保
车架质量够硬
首次使用激光切割的方式获得钢管各
类型的坡口，达到了预期理想效果。激光切
管后，切口细窄,光洁美观，热影响区宽度
很小，切缝附近材料的性能也几乎不受影
响，并且工件变形小，切割精度高，切缝的
几何形状好，使得管件装配良好且方便，减
小了人力付出，提高了工作效率。另外，设
计了不同以往的全新的焊接平台，在有了定
位基准板的条件下，使得装配定位的精度有
所提高，方便焊接的实施与控制，有效地控
制焊接变形
※车身造型干练醒目富有动感，强烈冲击
女性眼球
电车车身造型沿袭了以往油车的
设计特征，以战斗机为原型，追求简
洁干练的外形，凌厉的线条勾勒出赛
车英朗的体块，彰显强劲的线条感，
流畅的腰线从鼻锥延伸到侧箱尾部，
使整个造型浑然一体，牢牢抓紧女性
爱美的心理。赛车以绿白为主色，表
征清新环保的理念，简单干净，青春
靓丽，激起女性将之掌握在手的欲望
此外，鲜艳夺目的黄色车鼻与我们东
风日产启辰电车队的精神面貌相符，
它象征着我们首次出击，朝气蓬勃，
向着冠军冲刺
※观赏性、功能性、便捷性三者共存
设计将计算机建模，1:5 缩小比例油泥
实体模型，两者结合来验证车身空间立体
感，并进一步优化造型，以做到细致精美，
迎合女性审美观。在造型方案定型后，以方
便拆装和易于加工为主要目标完成车身模
具的设计。一方面，设计强化了车身造型的
功能性，更加注重其空气动力学特性；另一
方面，基于以往的油车车身制造与装拆的问
题，电车车身覆盖件的分块更为合理
※碳纤车身轻量结实美观
车队开发了一整套碳纤车身的制作工
艺，车身用碳纤维复合材料制作，使用真空
袋加压成型工艺。采用碳纤维和 PVC 泡沫
夹心，使用真空袋加压成型，左右、上下合
模，经过烘烤以提高其