中国巴哈大赛赛车底盘设计开题报告

1.选题背景

中国汽车工程学会巴哈大赛Baja SAE China (简称BSC大赛）是

由中国汽车工程学会（SAE China,简称中汽协会）主办，在各院校间

开展的小型越野赛车设计和制作竞赛。此项赛事起源于美国，是大

学生方程式赛车的前身，适合各职业院校和本科低年级学生参与。

竞赛包括多种静态与动态项目测试，静态项目包括技术检查，赛车

设计，成本与制造，商业营销等。动态项目包括牵引力，绕桩，直

线加速，操控性，耐力比赛等。2015年8月26日中国汽车工程协

会在山东省潍坊市成功举办了第一届巴哈大赛，成为世界上第六个

举办巴哈比赛的国家。

选题意义

中国的巴哈大赛起步较晚，仍处在一个起步阶段，国内参加参

加比赛的多是职业院校，本科院校涉及较少，相关资料也比较匮乏。

因此，本次我们团队的选题研究对本校的巴哈赛车的研究开发有一

定的现实，可为日后参加巴哈大赛奠定一定的理论和实践基础。同

时激发同学们对于汽车运动的爱好和学习兴趣，深入掌握汽车结构

设计，制造，装配，调教维修，市场营销等多方面的专业知识和技

能，提高我们的团队协作能力。通过这样与现实紧密贴合的选题研

究，为我们以后进入汽车相关领域，积累了宝贵的经验。2.国内外研究现状

巴哈大赛在国外起源较早，1976年就已开始举办，技术积累相

对深厚。在基础参数选择方面有了大量的实践经验，包括但不限于

轴距的合理选择，车重的合理估计，轮辋轮胎选择，AISI 4130管件

的加工工艺相对成熟。车辆各系同的轻量化改进。综合近几年国外

参赛队伍的设计情况来看，轴距在60到64英寸（152.4到160公分）

，离地间隙选取为12到16英寸（30到40公分），整备质量在350

到400磅（158.9到181.6千克），轮胎多选用22到25英寸的大尺

寸越野轮胎。

长期的参赛经历，足够的资金投入，在CVT变速箱的改装方面，

国外院校各有千秋。广泛采用四速CVT,最大车速在35英里/小时，

通过测功机标定最大扭矩和相应转速。通过有限元分析对CVT变速

箱进行轻量化改进。

车架设计方面，都选择桁架式车架，结合各自的设备进行应力

分析，意图做到最大程度轻量化，并兼顾稳定性和耐用性。而且在

车架顶梁结合处的弯曲度加工技术成熟。悬架系统由于赛事限制均

采用双A臂独立悬架和弹簧阻尼系统。同样进行有限元分析，轻量

化改进，以减轻簧下质量，提高稳定性，并简化其结构。转向系统

采用机械转向结构，主要在于方向机的优化，相关机械零件的静平

衡，动平衡计算。

而国内的巴哈大赛起步较晚，各参赛队伍水平参差不齐。主要是高职院校和大学低年级同学参加，主要设计工作依靠外包。但是

基本已经实现传动系统的布置，变速器的改进，制动系统的优化布

置。在车身车架设计方面目前主要致力于其稳定性，安全性，加强

筋较多，轻量化改进不足，车重过大。动力匹配方面的技术积累不

足，多次出现参赛车辆动态测试中因故障无法完成比赛。赛事规则

放开后，也有企业车队参与，设计，加工水平相对较高，资金投入

也大。

3.设计初步构想

由于是初次涉及巴哈赛车，因此这次的车辆底盘设计主要是依

据2017年最新的赛事规则。首先使车辆符合赛车规则，通过静态测

试。因此车架的设计依据巴哈大赛2017年最新规则中给出的车架(如图一所示)为基础，进行改进加强设计。主要是加强筋的增加以及进行一定的轻量化设计。图一难点部分是后部防滚环的加工制作

RRH是位于驾驶员后部，有平面弯管结构组成的防滚环，定义为座

舱的后端面。驾驶员和座椅应完全位于RRH前端。理论上RRH应该

是垂直的。但是根据设计和车辆布置的需要，可以与垂直面最多成20度夹角。在内部座椅底部上方688mm点处测得的RRH最低宽度

至少为736mm。RRH的垂直部分可以是平直的或弯曲的，其两端与

顶部和底部水平面LC相交点进行连接，垂直构件和LC构件都是连

续钢管，不得有其他连接方式。传动系统的设计主要是CVT变速箱的匹配和机箱的制作。一般采用4速CVT变速箱。传动效率为88%。那么接下来的就是传动比的确

定以及在赛事条件下最大车速的估算。赛事要求发动机最大转速为3800RPM,我们就要确定在0到3800转的范围内的车速扭矩，进行

CVT的挡位标定，使得赛车尽量保持最大车速通过越野路段。

然后是固定装置，机箱，集油盘的制作，尤其是机箱和集油盘要按

照赛车规则进行制造。初步设想如下图

转向系统采用机械转向，选择三幅式方向盘。关键元件为转向机，

剩下的机械机构的布置。可借用行知车队的转向机，根据初步估计

的转向最大角度45度（最小转弯半径21m），转向极端位置有限位

装置。进行机械结构的设计和布置，进行强度计算，合理简化结构，由于不使用差速器，因此要通过几何结构和车速控制，使车辆在几

何转向过程中接近阿克曼几何。

选型轮胎为行知车队18in轮胎，高宽比约为三比一，据此进行悬架

系统的设计。依据赛事规则进行双A臂独立悬架的制作，确定叉臂

角度和长度，反复核算安装空间，避免反复加工。根据离地间隙，

布置空间初选弹簧—减震器，根据压缩回弹行程，选择合适的阻尼

特性。压缩行程迅速干脆，回弹行程轻缓柔和。根据主销倾角和侧

偏特性调整悬挂角度。

制动系统采用简单的液压双管路制动。依据赛事规则，制动必须在

一个制动动作下同时制动四个车轮，且制动管路的布置应布置与车

架上部，防止在糟糕路况中的冲击，防止制动失效。对管路进行多

次检查，防止管路渗漏。两个前轮采用活塞卡钳轮制动，后轮由于

刚性轴连接，采用单个活塞卡钳轴制动。对于赛车规则中要求的制

动灯，可通过在刹车踏板上加装霍尔元件连接红色制动灯。

转向，传动，制动，悬架系统确定之后，即进行轮心立柱的制作，

反复验证，多次模拟，防止多次加工材料浪费.

4.主要参数轴距1500mm轮距1300mm

离地间隙35mm

轮辋/轮胎10in/18in

最大转向角45度

整备质量180kg

前后配重比1:1

参考文献

1.Abdulrahman Almuflih, Andrew Perryman, Caizhi Ming, Zan Zhu,

Ruoheng Pan,SAE Mini Baja Drivetrain Final Report.

2.Derek Britton, Jessy Cusack,Alex Forit,Patrick Goodrich,Zachary

Lagadinos,2008--2009 Design and Fabircation of a SAE Baja Race Vehicle.

3.郭应使,袁伟,汽车试验学(第二版)

4.罗文智,姚博瀚,汽车焊装.

5.李舜酩,刘献栋,汽车底盘现代设计

6.王军年,付铁军,汽车专业大学生科技创新暨全国大赛指南

7.唐远志,向雄方,汽车车身制造工艺8.覃文清,李风,材料表面涂层防火阻燃技术

9.(德)亨宁,(德)穆勒,轻量化材料和属性

10.(德)亨宁,(德)穆勒,轻量化产品开发过程与生命周期评价

11.(德)亨宁,(德)穆勒,轻量化结构连接技术

12.(德)亨宁,(德)穆勒,轻量化加工工艺:成型,加工和处理

13.陈家瑞,汽车构造(第三版)下册

14.杨国栋,吴焕芹,杜传祥,汽车电子控制技术

15.崔岸,汽车车身CAD/CAM

16.林程,王文伟,陈潇凯,汽车车身结构与设计

17.布雷斯,U.赛福尔特,汽车工程手册(德国版)