大學生賽車夢（2） 賽車的車架結構與制作

　　【太平洋汽車網 技術學堂頻道】在上一期的內容中，我已經向大家粗略介紹了大學生方程式汽車大賽這項賽事。那么接下來我將向大家介紹這類賽車的車架結構和制作過程。與很多專業賽車的設計類似，大學生方程式的賽車主要是使用桁架式結構的鋼管車架和復合材料的單體殼結構這兩種。下面我們來一起了解下這兩種賽車的框架結構的設計和制作過程。

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● 什么是鋼管車架

　　鋼管車架常用于賽車領域，為了增強賽車的安全性而增設。賽車比賽容易發生碰撞和翻滾，因此會將比賽車的內飾拆除，焊裝一根一根按照車廂內部的輪廓進行連接或焊接的框架。

　　而將鋼管作為車體框架的量產車型不多，在國外并且是合法上路的也是屈指可數。下圖是在國外合法上路的量產鋼管車Ariel Atom。

● 大學生方程式賽車車架基本結構介紹

　　大學生方程式的賽車大部分都是采用鋼管車架，而賽會的賽事規則對鋼管車架的結構、鋼管規格、材質都做出了要求。

　　每一支車隊的車架結構中都需要盡可能多的使用三角結構，點對點，符合力學要求。

　　例如防滾架是賽車對車手安全保護的一個最重要的安全屏障，當賽車發生翻滾時必須保護車手的頭部和腿部不與地面接觸，因此規則會有硬性設計要求。

　　基于大賽規則和人機工程，對車架的數據盡可能多的采集足夠的數據，為后期的三維模型的建立提供數據支持。

● 大學生方程式賽車車架設計流程

一、熟讀規則，模型搭建獲取設計基本參數

　　由于賽車必須車輪外露和座艙敞開（方程式賽車式樣），因此賽車的安全性必須得到保證。所以采用鋼管作為賽車的框架結構的賽車必須符合賽會對鋼管材料的要求、管徑厚度、結構形式等要求。

　　賽車還需要適合從第5 百分位的女性到第95 百分位的男性車手駕駛，因此需要搭接模型進行數據采集。在性能和舒適性方面需要做出取舍，數據需要不斷調整。

　　根據不同的車手的數據進行人機工程模擬，在車手駕駛姿勢和視野、舒適性方面進行取舍。

二、使用三維軟件進行建模和分析

　　將前期模型搭建、人機工程獲得的設計基本參數進行三維建模。

　　為了符合賽事規則要求的車架扭轉剛度要求，各車隊還需要對設計的車架進行有限元分析。

　　在有限元軟件中進行靜力分析、優化及模態，得出車架扭轉剛度，在滿足車架安全和使用的條件下對車架結構進行優化和輕量化。

三、定位模具和焊接

　　由于方程式車架的設計比較緊湊，許多零部件的安裝位置極限，因此對焊接精度要求比較高，同時還需要注意焊接的時候的熱變形。

　　一般整體式的定位夾具定位精度較高，可以將整個車架搭建起來，再進行誤差調整，一般車架的誤差范圍控制在2mm范圍內。

【國外車隊車架加工過程視頻】

● 什么是單體殼？

　　在1962年的蓮花25型上，技師首次用鉚釘加固的輕金屬殼體替代了傳統的管狀框架座艙，這是引入F1賽壇的第一具單體殼。

　　但是第一具真正意義上的碳纖維單體殼卻是邁凱輪在1984年引進的。從那開始，碳纖維單體殼便被作為保護車手的第一設備沿用至今。

　　單體殼使用的材料多種多樣，但現代使用最多的單體殼材料是由昂貴的碳纖維制成，這種材料的強度是鋼的數倍，但是質量只有其5分之一。

● 大學生方程式賽車單體殼車身

　　使用單體殼作為替代車架的車隊在國內是屈指可數，單體殼的設計簡單，但制作需要的模具和設備材料則非常昂貴。并且需要保證單體殼的制作工藝。

【國外車隊碳纖維單體殼加工過程視頻】

　　由于碳纖維單體殼涉及到碳纖維制件的加工，因此將留待下一期介紹碳纖維車身及碳纖維制件一并述說。

　　總結：車架作為賽車各系統部件及車手安全的承載體，需要足夠的安全和保護。學生們在設計車架時也遵循一般的汽車設計流程，人機工程、數據采集、模型搭建一樣不缺。下一期我們將繼續關注賽車的其它部分。（圖/文/攝：太平洋汽車網 周建強）