權(quán)春鋒

（陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710302）

1 巴哈大賽背景

中國汽車工程學(xué)會巴哈大賽是由中國汽車工程學(xué)會主辦，在全國大專院校開展，制作一輛單人乘坐的越野賽車，發(fā)動機有賽事承辦方提供，其它車輛系統(tǒng)有各個院校自行設(shè)計制造和裝配。此項賽事起源于美國，是大學(xué)生方程式汽車大賽的前身，適合職業(yè)院校和本科低年級學(xué)生參與。比賽目前分為兩個場地，一個人場地稱為草原賽、第二個場地稱為泥濘賽。每項比賽之前要對各個參賽賽車進(jìn)行動態(tài)和靜態(tài)檢測。靜態(tài)項目包括發(fā)動機功率調(diào)教、車身尺寸、燃油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、防撞強度、制作成本等等。動態(tài)項目包括制動系統(tǒng)、爬坡能力、通過性、操控性檢測等。

大賽目的培養(yǎng)參賽學(xué)生團(tuán)隊意識，提高學(xué)生對汽車工業(yè)的興趣。每個參賽隊花費近一年時間打造屬于自己團(tuán)隊的賽車。他們分別從設(shè)計、制造、裝配、調(diào)教、市場營銷等各個方面進(jìn)行專業(yè)的技術(shù)學(xué)習(xí)，最終參賽。目前全國參賽院校達(dá)到120 多所，包括本科院校，通過同場競技，提升專業(yè)內(nèi)涵，為汽車產(chǎn)業(yè)輸送更多復(fù)合型人才。

2 巴哈賽車整車設(shè)計要求

2.1 車架結(jié)構(gòu)單元

巴哈比賽過程中，有原木樁、炮彈坑等，車輛在高度通過時，極易造成翻車。所以賽車設(shè)計制作過程中，必須保證車輛的防滾架有足夠的強度。而且車輛防滾架必須是一根完整的鋼管彎曲而成，不能出現(xiàn)焊接點。因為焊接點會降低整個賽車的強度。車架承載著賽車上所有零部件同時擔(dān)負(fù)著在各種極限路況下為車手的生命安全保駕護(hù)航。車架一定得有足夠的強度以此抵抗來自外力的變形和破壞?；诖塑嚰懿牧系倪x擇至關(guān)重要，我們通過實驗對比：

其中4130 對焊接的要求比較高，在焊接前需要對管材預(yù)熱到175℃以上，與之相比的是20Cr 是珠光體，焊接性較好，焊后一般不需要熱處理。

在充分滿足了賽事對車架扭轉(zhuǎn)剛度的要求之下，基于經(jīng)濟(jì)性及加工制造難易程度的考慮，最終選擇20Cr 作為車架的材料。

2.2 傳動系統(tǒng)

巴哈賽車傳動系統(tǒng)主要包括：發(fā)動機和變速器。發(fā)動機統(tǒng)一由百力通公司提供，功率為20kW。變速器各個參賽院校自行設(shè)計，大部分院校采用無級變速器。因為無極變速器不用增加變速器操作機構(gòu)，結(jié)構(gòu)最簡單并且可以達(dá)到大賽動力輸出要求。巴哈大賽在動態(tài)測試時，要求賽車有很強的爬坡能力和牽引力。所以個別院校采用雙CVT 技術(shù)，通過兩級減速來增大扭矩。但是車輛的提速能力將會收到一定的影響。本科院校學(xué)生設(shè)計能力強，有學(xué)校采用手動變速器，增加檔桿，提速特性明顯，但是制造成本相對很高。傳動是實現(xiàn)將發(fā)動機的輸出力矩傳遞到輪上以克服來自地面的摩擦，我們設(shè)計傳動要考慮的是我們的車輛是否有足夠大的扭矩拖動一輛皮卡，即如何設(shè)計我們的減速機構(gòu)。比賽選用的是百利通的發(fā)動機其扭矩功率輸出二維曲線如下圖所示：

圖1 發(fā)動機功率圖

圖2 發(fā)動機扭矩圖

由曲線圖我們可知，發(fā)動機在2800rpm 得到它的峰值扭矩19.66NM，發(fā)動機的扭矩通過CVT 皮帶傳動，傳遞給減速機繼而在輸出在輪上，由于今年賽道的變化多端，以及拉皮卡的要求，今年我們的車輛采用雙CVT 結(jié)構(gòu)，再經(jīng)過CVT減速之后，我們使用自制的減速比為9 的減速機構(gòu)，該傳動機構(gòu)的設(shè)置將為我們提供更多的減速范圍，增加比賽的安全性，可靠性。其減速范圍見表所示：

表2 變速器傳動比

2.3 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著控制車輛行駛軌跡的重要任務(wù)，在設(shè)計的過程中我們考慮到賽道的操控性比賽的車輛轉(zhuǎn)彎半徑比較小，因此轉(zhuǎn)向的設(shè)計我們在綜合了轉(zhuǎn)彎半徑，車手的反應(yīng)時間等因素之后作出了設(shè)計。我們選用齒輪齒條式方向機，方向盤每轉(zhuǎn)動一圈就實現(xiàn)了車輛即被鎖死，這將為車手提供更好的操控感。為了使車輛更加輕量化，我們采用了自制的鈦合金齒條，碳纖維方向機，齒條在88.9mm 即實現(xiàn)方向打死。

在車輛的前輪參數(shù)設(shè)定里我們的主銷外傾角為3.5°主銷后傾角11.5°，主銷后傾將為我們提供一個適宜的回正力矩，主銷外傾將使我們的車輛在轉(zhuǎn)彎時獲得更佳的附著力。

圖3 轉(zhuǎn)向原理圖

2.4 制動系統(tǒng)

制動系統(tǒng)的設(shè)計主要是為了讓車輛在任何時刻都能立即停下來以確保車手的安全。我們采用兩個獨立的液壓回路，每個主缸分別控制前后輪，如下圖所示，以便于制動分配閥能更好的為前后輪提供不同的制動力。自制的單活塞卡鉗，活塞直徑30mm，制動盤直徑220mm，這將為車輛提供足夠大的制動力矩。人最大能提供的蹬力為2000NM，基于此我們的制動踏板從腳尖至腳踝380mm，如此將讓我們的制動變得輕便靈活。

圖4 制動原理圖

3 巴哈賽車懸架設(shè)計

3.1 輪胎和輪輞

輪胎和輪輞通過將來自地面的推力轉(zhuǎn)化為車輛的加速能力，同時輪胎的胎面為懸架系統(tǒng)減震給予了幫助，合適的選擇輪輞將提高我們的車輛操控性。

圖5 輪輞運動原理圖

3.2 懸架設(shè)計

懸架是實現(xiàn)車架與車輪之間力的傳遞的連接裝置，傳遞輪胎與車架之間一切力和力矩、緩和，抑制路面對車架造成的沖擊、保證車輛的操控穩(wěn)定性與舒適性。在比賽當(dāng)中來自路面的沖擊主要有以下幾種。

圖6 路況測試

表3 輪輞參數(shù)

為了更加適應(yīng)賽道，我們的后懸采用拖曳式，長的縱臂將能更好的吸收來自不平路面的沖擊。這將充分為我們提供足夠的而前懸采用雙A 臂，將更適宜于四輪定位，使轉(zhuǎn)向更加輕便靈敏；同時三角結(jié)構(gòu)強度高，撓度?。恢麂N傾角的設(shè)計更加靈活。該結(jié)構(gòu)將為我們提供230cm 的輪上跳動行程，這將對我們在炮彈坑、圓木、飛跳等賽道上的出色表現(xiàn)奠定基礎(chǔ)。由于前后載荷分配在36:64，于是后懸將需要更高強度的減震器。基于此我們后懸采用不等節(jié)距變位彈簧以便于適應(yīng)不同的路況，采用帶氮氣罐的減震器將為我們提供260cm 的懸架跳動行程。前懸我們選用自制的230cm 行程的減震器，兼具舒適性與操控性。