CN112977056A - 一种大学生方程式赛车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大学生方程式赛车，包括车架、发动机、传动系统、悬架系统以及制动系统；本发明采用后轮驱动，并采用链传动的传动方式，有利于实现前后轴较为合理的轴荷分配情况，并采用链条张紧机构对链条进行张紧，避免行驶过程中由于震动导致链条松动；本发明采用不等长的双横臂式的独立悬架，并配合前后减震器的不同设计，在保证具有一定舒适性的同时，也具有良好的操纵稳定性，从而让赛车拥有更好的竞技性能；本发明通过中空限位螺钉对前工作腔的皮碗进行限位，相较于现有技术中通过在制动总缸侧面开孔并通过限位螺钉进行限位，本发明在密封性和加工成本上的表现更加优异。

Description

一种大学生方程式赛车

技术领域

本发明涉及车辆技术领域，具体涉及一种大学生方程式赛车。

背景技术

FSAE项目是一个结合了理工科知识和实际加工以及项目管理的一个综合性比赛项目，有别于以往其他单纯的竞速类项目，因此其所需赛车性能有别于其他类车辆。

传动系统的主要任务是与发动机协同工作，以保证行驶的汽车在各种条件下正常运作所必需的车速和驱动力，并使汽车具有良好的燃油经济性与动力性。大学生方程式赛车与一般汽车不同，其传动系统对燃油经济性有很大的影响，需对传统的传动系统进行优化和改造，针对传动系统各组成部件，优化结构使其达到质量轻、强度高的目标。

大学生方程式赛车最重要的组件之一就是悬架，优化悬架可以起到优化整体赛车的目的。一款在性能上相对优异、符合FSAE比赛要求的赛车的悬架，不但可以提高赛车的行驶平顺性，使车轮的接地性变得的优良，而且对提高赛车的操纵稳定性也是大为有利，与此同时还可以通过对车身各部件进行合理的优化布置，使悬架与转向系两者之间的干涉进一步减少，因此车辆并不会轻易地产生跳摆，有利于提高车身的横向角刚度，减少车辆的侧倾。综合考虑赛车的操纵稳定性、安装的空间、制造的难度、调试的难度、各种重量等因素，方程式赛车的前悬架以及后悬架通常都是独立工作的悬架。目前大学生方程式赛车所采用的悬架系统种类多样，但是在舒适性、操纵稳定性等性能方面还有所欠缺。

大学生方程式赛车的制动系统不同于其他车辆制动，由于属于竞技类赛车，因此速度、操控性、以及制动时间上都存在很大的差距。首先是制动频率高，一般来说FSAE大赛中车道的弯道较多，赛车为了取得好的成绩，在短时间内需要频繁的加速、匀速、减速，刹车系统承受的摩擦磨损较为严重。其次是制动加速度大，由于所设计的FSAE运行时速高，因此在给定的距离范围内，FSAE需要在较短的时间内进行制动，远远大于常规车辆紧急制动加速度。因此在结构设计过程中前制动器、前主缸、踏板等部件必须具有较高的可靠性以及寿命，在进行频繁的制动过程中能够避免因为制动温度升高或者摩擦磨损失效引起的安全风险。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大学生方程式赛车，旨在解决上述背景技术提出的现有技术中的问题。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种大学生方程式赛车，包括车架、发动机、传动系统、悬架系统以及制动系统，其中，

所述传动系统包括左半轴、右半轴、差速器、大链轮、小链轮以及设置于大链轮和小链轮之间的链条；所述差速器设置于左半轴和右半轴之间，所述大链轮与差速器固定连接，所述小链轮与发动机的输出端固定连接；所述链条上设有链条张紧机构；所述左半轴和右半轴分别与大学生方程式赛车的左后轮和右后轮连接；

所述悬架系统包括前立柱、后立柱、前悬架机构以及后悬架机构，所述前悬架机构包括前上叉臂、前下叉臂和前减震器，所述前上叉臂和前下叉臂平行安装于车架和前立柱之间；所述前减震器的一端与车架连接，另一端与前下叉臂连接；所述后悬架机构包括后上叉臂、后下叉臂、后减震器、推杆、后摇块以及后拉杆，所述后上叉臂和后下叉臂平行安装于车架和后立柱之间；所述后摇块的相对中部铰接在车架的相对上部，所述后摇块的一端连接有后减震器，后减震器远离后摇块的一端连接在车架上，所述后摇块的另一端连接有推杆，所述推杆远离后摇块的一端连接在后下叉臂上；所述后拉杆的两端分别连接在车架和后立柱上，所述后拉杆位于后上叉臂和后下叉臂之间；

所述制动系统包括制动踏板、制动总缸、储液筒、前轮制动管路和后轮制动管路，所述制动总缸内串联设有两幅活塞、皮碗和复位弹簧，将所述制动总缸分为前工作腔和后工作腔，所述后工作腔的活塞尾部连接有推杆，所述推杆与所述制动踏板联接；所述前工作腔和后工作腔的侧壁分别对应设有前进油口、前出油口和后进油口、后出油口，所述前出油口与前轮制动管路连接，所述后出油口与后轮制动管路连接；所述储液筒内设有竖向隔板将储液筒分为两个腔室，所述两个腔室分别与前进油口和后进油口连通；所述前进油口和后进油口均设有与制动总缸内腔连通的旁通孔和补偿孔，在非工作状态下，所述皮碗位于旁通孔和补偿孔之间；所述前进油口的补偿孔设有内螺纹，该补偿孔内螺纹匹配有中空限位螺钉，所述中空限位螺钉沿轴向设有通孔，所述中空限位螺钉的端部凸出所述制动总缸的内壁。

作为优选，所述链条张紧机构包括张紧机构支撑座、张紧拉杆、张紧轮支撑板以及张紧轮，所述张紧机构支撑座固定设置于车架上，所述张紧拉杆的一端通过螺母可调节地设置于张紧机构支撑座上，所述张紧轮支撑板呈三角形，张紧轮支撑板的一角与所述张紧拉杆远离张紧机构支撑座的一端铰接，张紧轮支撑板的另一角铰接于车架上，所述张紧轮设置于张紧轮支撑板的剩余一角，所述张紧轮位于链条的下方并与链条匹配。

作为优选，所述左半轴和右半轴靠近差速器的一端分别通过轴承和轴承座设置于车架上。

作为优选，所述链条的外部设有防护罩。

作为优选，所述前上叉臂、前下叉臂、后上叉臂、后下叉臂的形状均为Y形。

作为优选，所述前上叉臂与前下叉臂的长度比为0.66-0.70；所述后上叉臂与后下叉臂的长度比为0.66-0.70。

作为优选，所述制动踏板的侧表面开设有左右贯通的轻量化设计孔。

作为优选，所述推杆的端部设有U形连接件，所述制动踏板的相对下部设有销轴，所述U形连接件可转动地连接在销轴上。

本发明与现有技术相对比，其有益效果在于：

1、本发明采用后轮驱动，并采用链传动的传动方式，有利于实现前后轴较为合理的轴荷分配情况，并采用链条张紧机构对链条进行张紧，避免行驶过程中由于震动导致链条松动；本发明结构简单，加工成本低，质量较轻，有利于大学生方程式赛车的结构优化。

2、本发明采用不等长的双横臂式的独立悬架，并配合前后减震器的不同设计，在保证具有一定舒适性的同时，也具有良好的操纵稳定性，从而让赛车拥有更好的竞技性能。

3、本发明采用II型管路的液压制动，制动总缸采用串联双缸式制动主缸，任意一缸管路发生故障时将不影响另一缸的管路正常工作，保障了车辆行驶的安全性；本发明通过中空限位螺钉对前工作腔的皮碗进行限位，相较于现有技术中通过在制动总缸侧面开孔并通过限位螺钉进行限位，本发明在密封性和加工成本上的表现更加优异；此外本发明的制动踏板进行了轻量化设计，在保证其强度的前提下减轻了重量。

附图说明

图1是本发明中悬架系统的整体结构示意图。

图2是本发明的中前悬架机构的结构示意图。

图3是本发明中前上叉臂的结构示意图。

图4是本发明中后悬架机构的结构示意图。

图5是本发明中后上叉臂的结构示意图。

图6是本发明中传动系统的正面示意图。

图7是本发明中链传动示意图。

图8是本发明中传动系统的俯视示意图。

图9是本发明中传动系统的局部剖视示意图。

图10是本发明中制动系统的整体结构示意图。

图11是本发明中制动踏板和制动总缸的结构示意图。

图12是本发明中制动踏板和制动总缸的侧面示意图。

图13是本发明中制动总缸的剖面示意图。

图中：101、车架；102、前立柱；103、后立柱；104、前上叉臂；105、前下叉臂；106、前减震器；107、前摇杆；108、前拉杆；109、后上叉臂；110、后下叉臂；111、后减震器；112、推杆；113、后摇块；114、后拉杆；201、左半轴；202、右半轴；203、差速器；204、大链轮；205、小链轮；206、链条；207、半轴齿轮；208、差速器壳体；209、行星齿轮；210、轴承；211、轴承座；212、防护罩；213、张紧机构支撑座；214、张紧拉杆；215、张紧轮支撑板；216、张紧轮；217、球笼万向节；301、制动踏板；302、制动总缸；303、储液筒；304、前轮制动管路；305、后轮制动管路；306、推杆；307、活塞；308、皮碗；309、复位弹簧；310、前进油口；311、后进油口；312、前出油口；313、后出油口；314、旁通孔；315、补偿孔；316、中空限位螺钉；317、竖向隔板；318、轻量化设计孔。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面通过实施例并结合附图，对本发明作进一步具体的说明。

实施例：一种大学生方程式赛车，如图1-13所示，包括车架101、发动机、传动系统、悬架系统以及制动系统。其中：

传动系统包括左半轴201、右半轴202、差速器203、大链轮204、小链轮205以及套接于大链轮204和小链轮205之间的链条206，如图6-9所示，本实施例将发动机置于驾驶室后面，采用后轮驱动，即左半轴201和右半轴202分别与大学生方程式赛车的左后轮和右后轮连接。

其中，差速器203采用开式普通差速器，连接于左半轴201和右半轴202之间，具体而言，左半轴201和右半轴202的内侧一端分别设有半轴齿轮207，差速器203包括差速器壳体208以及行星齿轮209，行星齿轮209分别与左半轴201和右半轴202的半轴齿轮207啮合，当差速器壳体208转动时，带动左半轴201和右半轴202转动，并实现转速差；本实施例采用链传动的传动方式，大链轮204与差速器壳体208固定，小链轮205由发动机带动，通过链条206传递动力至大链轮204，从而带动大链轮204转动，进而通过差速器203带动左右半轴转动。本实施例中，左半轴201和右半轴202靠近差速器203的一端分别通过轴承210和轴承座211设置于车架上，链条206的外部设有防护罩212。

本实施例中，左半轴201和右半轴202上分别设置有两个球笼万向节217，两个球笼万向节217分别位于靠近车轮一侧和靠近轴承一侧。

为了行驶过程中由于震动的原因导致传动链产生松动，设置有链条张紧装置对链条进行张紧。链条张紧机构包括张紧机构支撑座213、张紧拉杆214、张紧轮支撑板215以及张紧轮216，张紧机构支撑座213固定设置于车架上，张紧拉杆214的一端通过螺母可调节地设置于张紧机构支撑座213上，张紧轮支撑板215呈三角形，张紧轮支撑板215的一角与张紧拉杆214远离张紧机构支撑座213的一端铰接，张紧轮支撑板215的另一角铰接于车架上，张紧轮216设置于张紧轮支撑板215的剩余一角，张紧轮216位于链条206的下方并与链条206匹配。通过调节张紧拉杆214上的螺母位置可以调节张紧拉杆214的长度，从而调节张紧轮支撑板215的角度，进而调节张紧轮216的张紧力。本实施例中张紧拉杆214与水平面的夹角约为16°。

悬架系统包括前立柱102、后立柱103、前悬架机构以及后悬架机构，前后轮胎分别安装在前立柱102和后立柱103上，前悬架机构和后悬架机构均为独立工作的悬架。

前悬架机构包括前上叉臂104、前下叉臂105和前减震器106，前上叉臂104和前下叉臂105平行安装于车架101和前立柱102之间，前上叉臂104和前下叉臂105的两端分别通过关节轴承与车架101和前立柱102连接；前减震器106的一端铰接在车架101的相对上部，具体高度可对应前上叉臂104，另一端铰接在前下叉臂105的相对中部。

后悬架机构包括后上叉臂109、后下叉臂110、后减震器111、推杆112、后摇块113以及后拉杆114，后上叉臂109和后下叉臂110平行安装于车架101和后立柱103之间，后上叉臂109和后下叉臂110的两端分别通过关节轴承与车架101和后立柱103连接；后摇块113的相对中部铰接在车架101的相对上部，具体高度可对应后上叉臂109的高度；后摇块113的一端与后减震器111铰接，后减震器111远离后摇块113的一端与车架101的相对下部铰接，具体高度可对应后下叉臂110的高度；后摇块113的另一端与推杆112的一端铰接，推杆112远离后摇块113的一端铰接在后下叉臂110上；后拉杆114的两端分别铰接在车架101和后立柱103上，后拉杆114在高度上位于后上叉臂109和后下叉臂110之间。

本实施例中，前上叉臂104、前下叉臂105、后上叉臂109、后下叉臂110的形状均为Y形的叉臂，叉臂的结构类似于三角形，结构比较稳定，地面作用于车架101的横向力由叉臂承受，所以横向的强度比较稳定，侧翻的几率比较小，而且减震器不需要再接受横向的力，只需要分担纵向力，保证车轮不上下抖动，行驶平顺。

此外，本实施例中上叉臂和下叉臂采用不等长的双横臂式独立悬架，这种悬架的侧倾中心高度比较低，前上叉臂与前下叉臂的长度比以及后上叉臂与后下叉臂的长度比均在0.66-0.70的范围内，使得车轮倾角的大小改变值小于5-6°这个范围，两边轮距的偏差也要小于4-5mm，这样有助于避免轮胎有较大的磨损，也可以使轮胎适用于各种路面，不易打滑，路感清晰。

本实施例中，四个车轮上的悬架均是独立工作，单独的一个悬架工作不受另外三个悬架的影响。以前悬架为例，车轮与车架的连接工作由上下横臂完成。车辆静止时，前减震器106一边连接前下叉臂1015，一边与车架101相连接，因重力的影响车身下沉，此时前减震器106受压；车辆行驶过程中，当车身产生弹跳，两边车轮下沉，前减震器106受拉，车辆落地时与静止时同理前减震器106受压。

在后悬架机构中，后拉杆114的作用是在车辆转弯或者产生跳动时，有利于车辆的操纵稳定性；后减震器111布置在车架101中间可以方便调节。车辆静止时，因重力的影响车身下沉，推杆112受推，此时后减震器111虽然也会受到压力，但因为有推杆112的分担，也会较原来有减小。车辆跳动时，车轮下沉，推杆112受拉，后减震器111也受到拉力；落地时受力情况与静止时相同。

本实施例的前减震器106与后减震器111采用双向的筒式减震器，此款减震器的弹簧是螺旋式的，不需要润滑油，也不用担心污泥进入影响效果。

制动系统采用II型管路的液压制动，包括制动踏板301、制动总缸302、储液筒303、前轮制动管路304和后轮制动管路305。

本实施例中的制动总缸302采用串联双缸式制动主缸，制动总缸302内串联设有两幅活塞307、皮碗308和复位弹簧309，将制动总缸302分为前工作腔和后工作腔，后工作腔的活塞307尾部连接有推杆306，推杆306穿出制动总缸302的端部后与制动踏板301联接，具体的，推杆306的端部设有U形连接件，制动踏板301的相对下部设有销轴，U形连接件可转动地套接在销轴上，当踏下制动踏板301时，将推动推杆306移动；本实施例制动踏板301的侧表面开设有左右贯通的轻量化设计孔318，在保证其强度的前提下减轻了制动踏板301的重量。

前工作腔和后工作腔的侧壁分别对应设有前进油口310、前出油口312和后进油口311、后出油口313，前出油口312与前轮制动管路304连接，后出油口313与后轮制动管路305连接，前轮制动管路304和后轮制动管路305分别与前轮和后轮的制动器连接，本实施例中对车轮的制动采用滑动钳盘式制动器，该制动器结构简单，经济性较好。

上述结构中，储液筒303内设有竖向隔板317，将储液筒303分为两个腔室，两个腔室分别与前进油口310和后进油口311连通。前进油口310和后进油口311均设有与制动总缸302内腔连通的旁通孔314和补偿孔315，旁通孔314和补偿孔315间隔设置，在制动主缸非工作状态下，皮碗308位于旁通孔314和补偿孔315之间。

在传统的该类制动缸中，一般需要在制动主缸的侧壁开螺纹孔，并拧入螺钉对前工作腔的活塞进行限位，以保证其正确的工作位置，为保证螺钉的稳固，还需要对螺钉安装位置的缸壁进行加厚处理，增加了加工难度，并且对密封性要求较高。本实施例将限位机构与补偿孔315结合，在前进油口310的补偿孔315内表面攻有内螺纹，并在该补偿孔315内拧入中空限位螺钉316，该中空限位螺钉316内沿中轴线设有通孔，且其端部凸出制动总缸302的内壁，在实现限位功能的同时不影响补偿孔315的流通，该设计不需要在制动总缸302上针对限位功能作另外的加工，并且消除了此处密封的隐患。

本实施例在具体实施时，踏下制动踏板301后，推杆306推动后工作腔的活塞307和皮碗308向前移动，当皮碗308越过后工作腔的旁通孔314后，后工作腔油压上升，在此过程中后工作腔内的复位弹簧309受到压缩；与此同时，后工作腔内的油压和复位弹簧推动前工作腔的活塞307和皮碗308向前移动，前工作腔内的油压也会随之增加，从而通过前轮制动管路304和后轮制动管路305让各个制动器产生制动。撤除制动踏板后，两个工作腔的活塞307和皮碗308在复位弹簧309的作用下复位，制动液回流。

最后，应当指出，以上实施例仅是本发明较有代表性的例子。显然，本发明不限于上述实施例，还可以有许多变形。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改等同变化与修饰，均应认为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种大学生方程式赛车，包括车架、发动机、传动系统、悬架系统以及制动系统，其特征在于，

所述传动系统包括左半轴、右半轴、差速器、大链轮、小链轮以及设置于大链轮和小链轮之间的链条；所述差速器设置于左半轴和右半轴之间，所述大链轮与差速器固定连接，所述小链轮与发动机的输出端固定连接；所述链条上设有链条张紧机构；所述左半轴和右半轴分别与大学生方程式赛车的左后轮和右后轮连接；

所述悬架系统包括前立柱、后立柱、前悬架机构以及后悬架机构，所述前悬架机构包括前上叉臂、前下叉臂和前减震器，所述前上叉臂和前下叉臂平行安装于车架和前立柱之间；所述前减震器的一端与车架连接，另一端与前下叉臂连接；所述后悬架机构包括后上叉臂、后下叉臂、后减震器、推杆、后摇块以及后拉杆，所述后上叉臂和后下叉臂平行安装于车架和后立柱之间；所述后摇块的相对中部铰接在车架的相对上部，所述后摇块的一端连接有后减震器，后减震器远离后摇块的一端连接在车架上，所述后摇块的另一端连接有推杆，所述推杆远离后摇块的一端连接在后下叉臂上；所述后拉杆的两端分别连接在车架和后立柱上，所述后拉杆位于后上叉臂和后下叉臂之间；

所述制动系统包括制动踏板、制动总缸、储液筒、前轮制动管路和后轮制动管路，所述制动总缸内串联设有两幅活塞、皮碗和复位弹簧，将所述制动总缸分为前工作腔和后工作腔，所述后工作腔的活塞尾部连接有推杆，所述推杆与所述制动踏板联接；所述前工作腔和后工作腔的侧壁分别对应设有前进油口、前出油口和后进油口、后出油口，所述前出油口与前轮制动管路连接，所述后出油口与后轮制动管路连接；所述储液筒内设有竖向隔板将储液筒分为两个腔室，所述两个腔室分别与前进油口和后进油口连通；所述前进油口和后进油口均设有与制动总缸内腔连通的旁通孔和补偿孔，在非工作状态下，所述皮碗位于旁通孔和补偿孔之间；所述前进油口的补偿孔设有内螺纹，该补偿孔内螺纹匹配有中空限位螺钉，所述中空限位螺钉沿轴向设有通孔，所述中空限位螺钉的端部凸出所述制动总缸的内壁。

2.根据权利要求1所述的一种大学生方程式赛车，其特征在于，所述链条张紧机构包括张紧机构支撑座、张紧拉杆、张紧轮支撑板以及张紧轮，所述张紧机构支撑座固定设置于车架上，所述张紧拉杆的一端通过螺母可调节地设置于张紧机构支撑座上，所述张紧轮支撑板呈三角形，张紧轮支撑板的一角与所述张紧拉杆远离张紧机构支撑座的一端铰接，张紧轮支撑板的另一角铰接于车架上，所述张紧轮设置于张紧轮支撑板的剩余一角，所述张紧轮位于链条的下方并与链条匹配。

3.根据权利要求1所述的一种大学生方程式赛车，其特征在于，所述左半轴和右半轴靠近差速器的一端分别通过轴承和轴承座设置于车架上。

4.根据权利要求1所述的一种大学生方程式赛车，其特征在于，所述链条的外部设有防护罩。

5.根据权利要求1所述的一种大学生方程式赛车，其特征在于，所述前上叉臂、前下叉臂、后上叉臂、后下叉臂的形状均为Y形。

6.根据权利要求1所述的一种大学生方程式赛车，其特征在于，所述前上叉臂与前下叉臂的长度比为0.66-0.70；所述后上叉臂与后下叉臂的长度比为0.66-0.70。

7.根据权利要求1所述的一种大学生方程式赛车，其特征在于，所述制动踏板的侧表面开设有左右贯通的轻量化设计孔。

8.根据权利要求1所述的一种大学生方程式赛车，其特征在于，所述推杆的端部设有U形连接件，所述制动踏板的相对下部设有销轴，所述U形连接件可转动地连接在销轴上。

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