基于solidworks下的巴哈赛车轻量化车架设计

The Journal of New Industrialization Vol. 9 No. 7 Jul. 2019 文章编号：2095-6649(2019)07-0089-04

基于solidworks下的巴哈赛车

轻量化车架设计

郑世界

（成都工业职业技术学院，四川 成都 610028）

摘要: 以中国汽车工程学会巴哈大赛赛规为依据，从理论论证到实物应用展开的轻量化车架设计。在满足赛规的前提下，尽量减轻赛车总体重量，提高车辆的行驶速度和性能。在统一发动机的情况下，减轻车架重量是提升赛车行驶速度的重要手段，现采用solidworks软件对车架进行设计优化，最终达到性能与重量的配比，能够进一步提升赛车的整体性能。

关键词: solidworks；BSC；轻量化；整体性能

中图分类号: U469.696 文献标志码: A DOI：10.19335/j.cnki.2095-6649.2019.07.018

本文著录格式：郑世界. 基于solidworks下的巴哈赛车轻量化车架设计[J]. 新型工业化，2019，9（7）：8992

Design of Lightweight Frame for Baja Racing under Solidworks

ZHENG Shi-jie

(Chengdu Vocational & Technical College of Industry, Chengdu, Sichuan 610028)

Abstract: Based on the rules of SAE-China, this article mainly discusses the design of lightweight frame for Baja Racing from the theoretical demonstration to the physical application. The design can reduce the weight of vehicle as much as possible to im-prove speed and performance on the premise of complying with the rules. In the case of consistent engine, reducing the weight of the frame is an important way to improve driving speed. In order to improve the overall performance, the author uses solidworks software to optimize the design to achieve optimal matching of performance and weight.

Key words: Solidworks; BSC; Lightweight; Overall performance

Citation: ZHENG Shi-jie. Design of Lightweight Frame for Baja Racing under Solidworks [J]. The Journal of New Industriali-zation, 2019, 9(7): 89-92

0 引言

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主办，是以培养高素质技术技能人才为核心的竞赛平台。BSC是一种全新的技术教育和工程实践过程，给参赛学生带来新的挑战。大赛以兴趣为导向，崇尚“人人皆可成才，人人尽展其才”的现代职教精神，使参赛学生进一步掌握汽车结构设计、制造、装配、调教维护、市场营销、成本控制等多方面的专业知识技能，提高学生的团队合作能力。

1 基本要求

在大赛中车架主要分为，主要构件（防滚架）、次要构件，一台合格的车架需要满足两个条件才能被选择应用。第一是方便制造装配人员对其的制造定位，和足够的整车主要部件安装空间。第二是给予车手足够的驾驶操作空间，车辆行驶过程中发生，碰撞、翻滚时能够有效保护车内人员安全。

车架作为赛车的核心架构（图1），赛车整体车架的防滚架安全可靠性、主要构件结构设计强度、

基金项目: 四川省教育厅自然科学类重点课题（课题编号：18ZA0029）

作者简介: 郑世界（1979–），男，硕士，副教授/高级技师，主要研究方向：汽车检测与维修、新能源汽车技术、汽车制造技术。

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零部件安装位置及维修检测效率等方面有着密不可分的关系。良好的轻量化车架设计不但能够提高赛车的实效输出，还能增强过障碍是的操控性、通过性。然而车架最要的赛道应用是，保护车内部件以及车上人员的安全，在赛车受到撞击时，利用特殊设计的车身，将撞击力分散、转移，从而减少传递到驾乘室部件安装点的撞击力。尽可能缓和不平路面对车身造成的冲击和振动，保证车辆行驶的平顺性，并且与转向系统配合，不对赛车转向带来影响，保证汽车的操纵稳定性。

图1 赛车结构

Fig. 1 Structure of the car

2 利用solidworks进行结构设计

利用solidworks软件将设计图纸转化成3D模型，对3D模型进行实体装配，并进行仿真模拟。主要部件需要动态模拟，防止运动干涉；通过数据分析测算车架结构是否能承受工作应力。驾驶员头盔与防滚架构成的外侧平面之间最小距离为152 mm。驾驶员肩部、躯干、臀部、大腿、膝盖、手 臂、手肘、手与防滚架构成的外侧平面之间最小距离为76 mm。车队身高最高的车手应在正常位置坐好，并佩戴所有安全装备进 行测量，驾驶员身体、鞋以及衣服的任何部位都不得 超过防滚架所包围住的空间范围。

图2 车架侧视图 Fig. 2 Side view of frame

图3 底盘视图 Fig. 3 Chassis view

轻量化车架侧视图（图2）：红色代表主要构件 绿色代表次要构件。前端F点底盘上翘角度为：15°（图3），防火墙（RRH）A点与底盘后倾角度为：21.83°（图4）。

图4 防火墙主环

Fig. 4 Firewall main ring

其中整车钢管折弯半径为：R90车架最宽点为防火墙的S点数据是771.42mm,车架最高点为防火

墙的B点数据是1067.61mm（图5）。车架总长度从F点到A点直线数据是1089.78mm，底盘最宽点ALC数据是570 mm，底盘乘坐仓侧纵梁LFS数据是800mm(图6)。防火墙（RRH）数据尺寸：A 侧向斜撑LDB数据是1212.92 mm；B SLC数据是761.50mm；C A点到S点数据是699.31 mm S点到B点数据是508.44 mm（图7）防滚架（RHO.FBM）B点到F点防滚环头顶构件和前端支撑构件总长数据是2022.99 mm，F点到C点直线高度距离是991.37 mm，FBM长度数据是1183.26 mm；RHO长度数据是839.96 mm。

图5 车架高度

Fig. 5 The frame height

图6 侧纵梁长度 Fig. 6 Length of side rail

第7期 郑世界：基于solidworks下的巴哈赛车轻量化车架设计 91

图7 防火墙参数 Fig. 7 Firewall parameter

3 人机工程与安全系数分析

汽车驾驶对于驾驶人员来说安全系数与舒适性是汽车产品在使用中高度关注的重要因素，人机工程在汽车设计中发挥的重要作用保证了行驶安全性与驾驶舒适性。驾驶空间与侧防滚架（SIM）的安全数据分析驾驶员肩部、躯干、臀部、大腿、膝盖、手 臂、手肘、手与防滚架构成的外侧平面之间最小距离为87.61 mm（图8a）。在满足赛规的前提下，此数据有效保障车内人员在驾驶时遇侧翻等紧急事故时的人身安全。驾驶空间与头顶防滚环部件（RHO）的安全数据驾驶员头盔与防滚架构成的外侧平面之间最小距离为193.99 mm（图8b），在满足赛规的前提下，此数据有效保障车内人员在驾驶时遇正面翻滚等紧急事故时的人身安全。

(a)

(b)

图8 人机工程图

Fig. 8 Ergonomic chart

驾驶空间与车头支撑部件F点部件安装空间数

据涉及安装部件行驶系统、减震系统、转向系统、制动系统、油门踏板。空间距离：宽度400 mm、长度300 mm有效保障车内外部件的安装定位，瞒足部件工作活动空间（图9）。

图9 主视图

Fig. 9 Main view

4 轻量化对比

通过车架底盘数据比对轻量化设计方案做出的车架比往届车架底盘尺寸，减少154.9 mm的长度。在保证涉及零部件合理定位并无干涉安装维修的前提下，同比减少其整车钢管所应用的重量，缩短赛车长度，明显增强比赛时的操控性、通过性。通过车架防火墙数据比对轻量化设计方案做出的车架比往届防火墙尺寸，减少的长度29.32 mm。在保证涉及零部件合理定位并无干涉安装维修的前提下，同比减少其整车钢管所应用的重量，虽然只有短短3cm左右，但内部支撑构件变化及大，从三个构件减少至两个构件。其钢管应用长度也相应减少，缩短赛车宽度，明显增强比赛时的操控性、通过性改变其内部结构，加强整体结构强度，保障车手驾驶安全把轻量化优势展现到最佳。通过车架高度数据比对轻量化设计方案做出的车架比往届车架高度尺寸，减少212.64 mm的高度。在保证涉及零部件合理定位并无干涉安装维修的前提下，同比减少其整车钢管所应用的重量，降低赛车高度，明显增强比赛时的操控性、通过性、越障稳定性把轻量化优势展现到最佳。

驾驶空间与侧防滚架（SIM）的安全数据：设

计车架驾驶员肩部、躯干、臀部、大腿、膝盖、手 臂、手肘、手与防滚架构成的外侧平面之间最小实车距离为87.61 mm。保证车手驾驶安全的前提下，对比以往车架单侧驾驶空间缩小48.93 mm，驾驶空间与头顶防滚环部件（RHO）的安全数据：车架驾

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驶员头盔与防滚架构成的外侧平面之间最小实车距离为263.29 mm，对比以往车架头顶空间缩小69.3 mm。

5 结论

采用solidworks进行结构设计，通过3D模型进行仿真模拟，提升了车辆的动力性能，最高车速可以提高10%~15%，爬坡能力提升5%，大大提升了车辆的整体性能。 参考文献

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