FSAE大学生方程式赛车(电动版)设计说明书

广西工学院鹿山学院本科生毕业设计（论文）PAGE44摘要以大学生方程式赛事为背景，参考广西工学院鹿山学院大学生方程式赛车作为基础，应用汽车理论和汽车设计等相关知识结合比赛规则，对赛车的基本尺寸、质量参数和赛车的性能参数进行选择，对赛车各总成进行选型和总布置，进行赛车蓄能系统、再生制动系统以及行驶系统、传动系统进行设计。根据同组同学确定的驱动系统，结合比赛需求计算出电池、电容容量和要求，选择电池、电容型号和组合形式，确定出外形尺寸和质量和安装位置。再为蓄能装置匹配出合适的充电系统。设计节能环保的再生制动系统,然后按照鹿山二号对纯电动方程式赛车的行驶系统、传动系统进行改动,最后再结合同组同学的参数，确定整车的设计参数。随着全球能源、环境问题的日益严峻，节能环保的纯电动车辆将会成为下一个时代的主流。关键词：大学生方程式赛车；总布置；磷酸铁锂电池；超级电容AbstractStudentsFormulaOneracingeventsasthebackground,refertotheGuangxiInstituteofTechnologytheKayamaCollegeStudentsFormulaOneracingasabasisfortheautomotivedesignandautomotivetheoryandotherrelatedinformationaswellastheFSAEcompetitionrules，applicationofautomotivetheoryandknowledgeofautomotivedesign,combinedwiththerulesofthegame,thebasicdimensionsofthecar,qualityparametersandperformanceparametersofthecarselection,selectionandgeneralarrangementoftheassemblyofthecar,thecarenergystoragesystem,regenerativebrakingsystemanddrivingsystem,transmissionsystemdesign.Accordingtothesamegroupofstudentstodeterminethedrivesystem,combinedwiththegameneedstocalculatethebattery,capacitor,capacityandrequirements,selectthebattery,capacitormodelandthecombinationtodeterminetheshapesizeandquality,andinstallationlocation.Matchthechargingsystemfortheenergystoragedevice.Theregenerativebrakingsystemofthedesignofenergysavingandenvironmentalprotection,andthenfollowtheLushanIIFormulaOneracingforpureelectricdrivingsystem,thetransmissionsystemtomakechanges,andfinallycombinedwiththeparametersofthesamegroupofstudentstodeterminethedesignparametersofthevehicle.Keywords:collegestudentsandFormulaOneracing;generalarrangement;lithiumironphosphatebatteries;supercapacitor目录1绪论 51.1大学生方程式赛事介绍 51.2大学生方程式的历史 51.3赛事意义 61.4国内外发展现状 62纯电动方程式赛车总布置设计 72.1赛车主要参数的选取 72.1.1纯电动方程式赛车机械部分参数的选取 72.1.2赛车性能参数的选取 82.1.3悬架主要参数（学院车队提供） 92.2赛车驱动电机的选取 92.2.1电机类型的选择 92.2.2电机功率的选择 102.3赛车各总成选型原则和总布置 112.3.1悬架、轮胎的选择 112.3.2制动系统 112.3.3车架 122.4人机工程 122.4.1人体尺寸 122.5赛车的轴荷分配 132.5.1学院鹿山2号的轴荷分配 132.5.2纯电动方程式赛车相对后轴增加的质量分布的计算 142.5.3纯电动方程式赛车轴荷的分配 143储能装置的选择 153.1蓄能装置的容量计算 153.1.1赛车的续驶里程 153.1.2蓄能器容量的计算 153.2蓄能装置类型的选择 153.2.1高比能量蓄能装置 153.2.2高比功率储能设备的选择 183.2.3高比功率装置的计算 183.2.4超级电容的计算 234 充电器的设计 254．1锂离子电池充电方法 254.1.1常用的充电方法[10] 254.1.2赛车充电放式的选取 264．2赛车的充电要求 264.2.1赛车的充电要求 264.2.2充电器方框图 264.2.3充电器的分析 275再生制动 305.1赛车制动力矩的计算 305.1.1赛车制动力的要求 305.1.2赛车制动力的计算 305.2制动距离和制动减速度 315.2.1制动减速度计算 315.2.2制动距离计算 315.3制动效能的恒定性 315.4制动的稳定性 325.5前、后制动器制动力的比例关系 325.5.1求出I曲线 325.5.2具有固定比值的前、后制动器制动力分析 335.6赛车要求的最大制动力 345.6.1赛车最高车速下所具有的能量 345.6.2塞车的制动力要求 345.6.3赛车制动器制动力的选取 355.6.4赛车再生制动路线分析 366机械传动系统与行驶系 386.1机械传动系统 386.2行驶系 386.2.1车架 386.2.2车桥和车轮 386.2.3悬架 39致谢 43参考文献 441绪论1.1大学生方程式赛事介绍全球可利用能源逐渐减少、环境恶化的形式越来越严峻，人类需要一个更安全、低碳的能源体系及环境。世界各大汽车厂商相继投巨资开发新能源汽车，政府部门也相继出台相关政策鼓励开发新能源汽车[1]。SAE方程式系列赛事也很重视这一点加入了混合动力赛车的比赛。SAE方程式系列赛事虽说没有纯电动方程式赛车的比赛，将来纯电动汽车技术在成熟一点的时候也一定会举办纯电动方程式赛车的比赛。目前国内外都还没有专门为纯电动方程式赛车而设置的专门赛事，因此本次纯电动方程式赛车按照中国大学生方程式汽车大赛的规则来进行设计。中国大学生方程式汽车大赛，英文名称：FormulaSAE-China简称：FSAE。中国大学生方程式汽车是中国汽车工程学会及其会员单位，在学习和总结美、日、德等国家相关经验的基础上，结合中国国情，精心打造的一项新赛事。目的是培养学生的设计制造能量、成本控制能力和团队沟通协作能量。使学生能够尽快适应企业需求，为企业挑选优秀适用人才提供平台；同时通过活动创造学术竞争氛围，为院校间的交流提供一个平台，进而推动学科建设的提升[2]。FSAE活动由各高等院校汽车工程或与汽车相关专业的在校学生组队参加。FSAE要求各参加队按照赛事规则和赛车制造标准，自行设计和制造方程式类型的赛车，并且该车参加全部或部分赛事环节。在比赛过程中，参数队员能充分将所学的理论知识运用于实践中。同时，还学习到组织管理、市场营销、物流运输、汽车运动等多方面知识，培养了良好的人际沟通能力和团队合作精神，成为符合社会需求的全面人才。FSAE是一项由高等院校汽车工程或汽车相关专业在校学生组队参加的汽车设计与制造比赛。参赛车队按照赛事规则和赛事制造标准，在一年的时间内自行设计和制造出一辆在加速、制动操控性等方面具有优异表现的小型单人座休闲赛车，能够成功完成全部或部分赛事环节的比赛。中国FSAE是一项非盈利的社会公益性事业，利在当代，功在未来。项目的运营和发展结合优秀高等院校资源、整车和零部件制造商资源，获得了政府部门和社会各界的大力支持以及品牌企业的资助。社会各界对项目投入人力支持和资金赞助全部用于赛事组织、赛事推广和为参赛学生设立赛事奖金。1.2大学生方程式的历史SAE方程式系列赛源于1978年。第一次比赛于1979年在美国波斯顿举行，13支队伍中有11支完赛。当时的规则是制作一台5马力的木质赛车。SAE方程式系列赛将挑战本科生、研究生团队构思、设计与制造小型具有越野性能的方程式赛车的能力。为了给车队最大的设计弹性和自我表达创意和想象力的空间，在整车设计方面将会限制很少[2]。1.3赛事意义大学生方程式赛车活动将以院校为单位组织学生参与，赛事组织的目的是要重点培养学生的设计、制造能力、成本控制能力和团队沟通协作能力，使学生适应企业需求，为企业提供适用人才的一个良好平台。通过比赛营造学术竞争的氛围，为各大高校间提供切磋的机会，间接的推动汽车学科建设的提升。大赛在提高和检验汽车行业院校的综合素质，为汽车工业健康、快速和可持续发展积蓄人才，增进产、学、研三方的交流与互动合作等方面具有十分广泛的意义。毫无疑问，对于对汽车的了解仅限于书本和个人驾乘体验的大学生而言，组成一个团队设计一辆纯粹而高性能的赛车并将它制造出来，是一段极具挑战，同时也受益颇丰的过程。在天马行空的幻想、大脑一片空白的开始、兴奋的初步设计、激烈的争执、毫无方向的采购和加工、无可奈何的妥协、令人抓狂的返工、绞尽脑汁的解决问题之后，参与者获得的不仅仅是焊接、定位、机加工技能，更有汽车工程师的基本素养和丰富的实践经验。FSAE赛事也给了汽车厂商发现优秀人才和创意想法的机会。1.4国内外发展现状我国是汽车工业的大国家，但是目前还不是强国，对于FSAE来说我们更是落后于发达国家，我们对于FSAE的了解大多是从电视、网上、媒体上了解到的，除了在屏幕上看到赛车在飞驰的赛道上，几乎没有机会去现场体验下FSAE给我们带来的视觉的冲击和内心的震撼，除了在镜头里的赛车还是有很多学问我们不知道的，在国内能接触到FSAE的是很少的，世界的三大赛事分别是奥运会、世界杯、F1赛车，随着我国在世界上地位的升高和综合国力的提升，奥运会的成功举办，上海国际赛车场赛道被国际汽联授予赛道最高级别认证的赛道，中国大学生方程式赛车的举办，中国的FSAE会逐渐的与国际接轨，并得到快速的发展。国外的FSAE技术已经有很大的发展，并且国外大学里的FSAE也已经相对成熟，很多的工科学校非常重视这个比赛，他们拥有自己的车队并且得到企业与社会的大力支持和认可。在国外有很多人从事赛车的设计、制造和研究工作，这已经慢慢的成为了一项产业。2纯电动方程式赛车总布置设计赛车的总布置设计中，在研究了赛车规则、明确了主要尺寸、质量参数、成本控制和性能要求之后，就对相应的部件进行空间布置，并使其达到最佳的组合。2.1赛车主要参数的选取2.1.1纯电动方程式赛车根据学校去年参加全国方程式比赛的鹿山二号为样车，对样车进行测绘得到以下参数:表2-1样车参数整车参数数值单位整车参数数值单位车架长度2150mm前轮外倾角-0.5°车架宽度640mm前轮主销内倾角2°车架高度1050mm主销后倾角5°轴距1530mm车前轮前束-0.3°前轮距1200mm刹车盘质量2kg后轮距1180mm主销长度240mm整备质量320kg轴荷分配47/53最小离地间隙35mm车轮半径260mm车架重量30kg车轮质量3kg（1）轴距的选择根据方程式赛车规则要求：赛车的轴距必须至少为1525mm（60英寸）。轴距是指在车轮指向正前方时同侧两车轮的接地面中心点之间的距离。为了减轻整车质量，减小赛车的转弯半径，降低成本，但是减小了赛车的可用空间，因此学院车队综合考虑选取1530mm，纯电动车也采用1530mm。（2）轮距的选择方程式赛车规则要求：赛车较小的轮距（前轮或后轮）必须不小于较大轮距的75%。轮距的选择，对整车的质量、转弯半径、稳定性和整车布置空间都有很大的影响，轮距越大赛车悬架横向刚度将增大，赛车在转向是的稳定性将会提高，整车的布置空间将会增大，但是转弯半径将会增大。考虑到轮胎、转向系、前悬架的布置和转向轮的摆动防止运动干涉等，综合考虑多种因素赛车前轮距为1200mm，后轮距为1180。(3)整备质量方程式赛车为了拥有良好的加速性能、燃油经济性等必须减小赛车的整备质量。故要降低各种零部件总成的质量，纯电动方程式赛车要求质量更轻，本次方程式赛车是在学院现有的鹿山2号为样车设计的。2011年鹿山学院FSAE赛车鹿山2号的车重（不含车手，燃油）为210kg，其中发动机和变速器重量为49kg（学院车队提供参数），后桥和减速器转动机构为15kg（经过对赛车备件秤重），电池为3kg（经过对赛车电池秤重），油箱为2kg（学院车队提供参数），刹车系统2kg×2=4kg（经过对赛车备件秤重）纯电动方程式赛车可以用改进使用原车的行驶系统、转向系统、车身等。纯电动方程式赛车的重量m：改进使用原车的行驶系统、转向系统、车身为137kg；驱动电机系统17kg×2=34kg（估算重量）；能源装置28kg+5kg=33kg（估算重量）；车手68kg（FSAE规则要求）；车载充电系统和控制系统、电缆及其附件为15kg（估算重量）纯电动方程式赛车的整备质量m=133kg+34kg+4kg+36kg+68kg+15kg=287kg。2.1.2赛车性能参数的选取（1）赛车的迎风面积的测绘图2-1FSAE赛车迎风面积示意图通过对学院鹿山2号赛车进行测绘，得到上面示意图.经过计算得迎风面积A=0.7626。（2）赛车的最高车速设定在之前做方案论证和收集阅读了相关的资料，由于上海卡丁车赛车直线距离较短，若设计车速太高根本达不到其最高车速，为了保证赛车有很好的加速和操纵稳定性设定最高车速为117km/h。（3）赛车最小转弯半径赛车最小转弯半径可以改善赛车的操纵稳定性和通过性，纯电动方程式赛车将参照学院赛车选取3m。2.1.3悬架主要参数（学院车队提供）表2-2悬架参数悬架参数数值单位悬架参数数值单位前悬偏频2.5Hz主销后倾角5度后悬偏频2.4Hz前轮前束-0.3度前轮外倾-0.5度前侧倾中心15前轮主销内倾角2度后侧倾中心30纯电动方程式赛车将参照学院鹿山2号的悬架设计。偏频决定了悬架的软硬，由于赛车在制动时，前悬架承受的力比后悬架的大很多等因素考虑前悬偏频为2.5Hz后悬偏频2.4。2.2赛车驱动电机的选取2.2.1电机类型的选择纯电动方程式赛车采用轮毂电机驱动，后面两个车轮每个轮装一个轮毂电机，不需要传动机构和差速齿轮，可以按所需动力来分配两个电机的功率和转速，因此整个系统的效率得以提高并且节约了空间使车身设计更加多变灵活。在控制方面，轮毂电机驱动的汽车可以采用电子控制直接对驱动轮制动，同时可以结合机械制动，而且能实现制动能量回收等[3]。采用轮毂电机设计减轻车辆的簧载质量，将原来的机械传动改成了软连接，有利于赛车的整布置。轮毂驱动的多轮分布式电动汽车是由两个、四个或多个电机分别安装在车轮内部,直接驱动车轮前进。与集中电机驱动相比,采用分布式驱动结构,可以省去复杂笨重的变速箱、传动轴以及差速器等传动系统,显著降低整车质量且分布更加均衡,提高传动效率,节约能源,同时便于实现低地板汽车的设计,方便乘客乘坐,并且可以利用电机再生制动同时回收各车轮的制动能量,提高电动汽车的续驶里程。更为显著的优点是由于电机控制比发动机控制更为简单准确,响应及时迅速,因此可以实现多个车轮单独控制,比传统车辆更容易实现复杂的车辆动力学控制[4]。2.2.2电机功率的选择（1）空气阻力系数的与迎风面积的计算FSAE赛车的迎风面积A=0.7626（2）汽车空气阻力系数表2-3汽车的空气阻力系数与迎风面积[1]车型迎风面积A/空气阻力系数典型轿车1.7~2.10.30~0.41纯电动方程式赛车的外形和空气动力学最接近典型轿车，故按照典型轿车选取空气阻力系数。由于典型轿车的迎风面积在1.7~2.1，空气阻力系数在0.30~0.41，而纯电动方程式赛车的迎风面积是0.7626，赛车的外形流线型不及典型轿车，故赛车空气助力系数取0.41。（3）根据赛车速度确定电机最高转速(2-1)最大转速为n（r/min）、r为车轮半径0.26（m）、由于采用外转子轮毂电机故主减速器传动比取1、由于采用外转子轮毂电机故变速器传动比取1。n=1200r/min（4）赛车在良好平直路面等速行驶下的阻力功率(2-2)轿车轮胎在良好路面上的滚动阻力系数(2-3)取0.0095，取0.0020，取0.0015，取117km/h，f=0.01472，由于采用外转子轮毂电机，电机的传动效率为0.95=8.46kw，因此电机选用永泰电动车电机有限公司生产的4.5kw的YT编程轮毂电机两个安装在后轮驱动赛车。表2-4电机规格YT编程轮毂电机4.5KW最大扭矩160N.m额定扭矩90N.m额定功率4.5kw额定电压210v外形尺寸228*155mm效率95%最大转速1200r/min额定转速1100r/min图2-2轮毂电机外形尺寸和安装图2.3赛车各总成选型原则和总布置2.3.1悬架、轮胎的选择赛车的悬架系统采用双横臂独独立悬架系统，双横臂独独立悬架是现代车辆悬架常用的结构形式，具有良好的操纵稳定性和行驶平顺性，加上这种悬架结构简单，轻便可靠，所以在现代汽车尤其赛车上得到广泛应用[5]。前悬架为拉杆式不等长双横臂独立悬架，后悬架为推杆式不等长双横臂独立悬架。赛车采用采用keizer13英寸轮辋、轮胎采用Hoosier180/520R13。轮胎采用专用的热轮胎其摩擦系数可达到1.4而且质量轻3kg（轮辋加轮胎）。2.3.2制动系统制动系统采用前机械液压制动，后轮采用再生制动，前后轮独立制动。通过机械液压制动和再生制动控制系统来分配和控制制动力。2.3.3车架车架为钢管桁架结构，有利于保护车手的安全并且质量轻。本次纯电动方程式赛车采用鹿山2号车架的设计。2.4人机工程2.4.1人体尺寸2.4.1.1根据方程式赛车规则要求驾驶区的布置一般以95%的男性人体模型为基准设计。图2-3戴头盔的男性第95百分位模版2.4.1.2赛车人机布置（1）驾驶姿势以GB10000-1988中国成年人体尺寸为标准，选择合适的人体模板，并考虑舒适驾驶姿势的人体生理角度如图所示，由人体的布置设计确定赛车空间大小及布置，即协调空间大小和驾驶姿势的关系，为驾驶室的长和高等设计指标限定约束[2]。表2-5驾驶室约束表部位A1A2A3A4A5A6角度范围(度)10~3510~5080~16090~12595~15585~110图2-4驾驶姿势的人体生理角度纯电动方程式赛车驾驶室布置将按照学院鹿山2号参考设计。2.5赛车的轴荷分配2.5.1学院鹿山2号的轴荷分配2.5.1.1原车相对后轴减去部分的质量分布的计算赛车质心离后轴距离为719.00mm，赛车质心至后轴距离为810.00mm，轴荷比47/53。经估算赛车发动机总成（49kg）质心至后轴距离为410mm、距地面的高度为（300mm），主减速器总成（15kg）、质心至后轴距离为（100mm）、距地面的高度为（200mm），原车电池（3kg）、质心至后轴距离为（500mm）、距地面的高度为（100mm），油箱（2kg）质心至后轴距离为400mm、距地面的高度为（250mm），后刹车（4kg）质心至后轴距离为0mm、距地面的高度为（260mm）。由公式(2-4)其中为原车相对后轴减去的质量分布，为发动机质量（取49kg），为发动机总成质心至后轴距离（0.41m），为主减速器质量（15kg），主减速器总成质心至后轴距离（取0.1m），为油箱的质量（去2kg），为油箱质心至后轴距离（取0.4m），为原车电池的质量（去3kg），为原车电池（3kg）质心至后轴距离（0.5m）。得为23.89kg·m同理可得质心高度相对与地面减去的=19.54kg·m。2.5.2纯电动方程式赛车相对后轴增加的质量分布的计算赛车驱动电机（17kg×2）质心离后轴距离为0mm、距地面的高度为（260mm），赛车储能系统（33kg）质心至后轴距离为500mm、距地面的高度为（200mm），赛车控制系统、充电系统、电缆及其附件（15kg）质心至后轴距离为450mm、距地面的高度为（280mm）。由公式(2-5)其中为原车相对后轴减去的质量分布，为驱动电机质量（取17kg），为赛车驱动电机质心离后轴距离（0m），为能源系统的质量（33kg），为赛车储能系统质心至后轴距离（取0.5m），为赛车控制系统、充电系统、电缆及其附件的质量（取15kg），为赛车控制系统、充电系统、电缆及其附件质心至后轴距离（取0.45m）。得=23.2523.89kg·m；同理可得=19.64kg·m。2.5.3纯电动方程式赛车轴荷的分配根据汽车设计[6]，由于纯电动方程式赛车增加的质量分配和学院鹿山2号赛车减去的质量分配和质心高度都相差不大，因此纯电动方程式的轴荷也采用47/53，质心高度也与学院赛车鹿山2号相同为300mm。本章小结本章主要考虑到本次纯电动方程式赛车的设计的基础是学院现有的大学方程式赛车鹿山二号，在总布置时考虑到原车设计整车整备质量为250kg，为了可以使用原车的车架和悬架等，因此要求纯电动方程式赛车要求设计的轻量化。为了不大改动车架和悬架而放入蓄能系统和驱动系统，故纯电动赛车采用轮毂电机设计和按照原车的轴荷重新进行了匹配。3储能装置的选择3.1蓄能装置的容量计算3.1.1赛车的续驶里程根据比赛规则方程式赛车行驶里程最长的测试为耐久赛，其总行驶里程为22km、平均时速为48km/h~57km/h、最高车速为105km/h。为保证赛车能顺利完成耐久测试故储能装置必须能提供赛车不低于22km续驶里程的能量。3.1.2蓄能器容量的计算赛车最高平均速度为57km/h，完成22km的耐久测试所需的时间为0.39h（23min）。赛车以57km/h的时速在平坦赛道上行驶所需的功率为1.49kw，而赛车装有再生制动系统在弯道减速的能量大部分被回收用于下次加速工况，故在整个耐久赛蓄能装置用于赛车加速的能量很少。因此赛车的蓄能装置在设计时以赛车在57km/h的时速下在平坦赛道上行驶所需的功率考虑。赛车在57km/h时在平坦道路所需的功率：(3-1)=1.49kw电机的额定电压为=210V赛车在57km/h时的电流：(3-2)即7.10A。赛车在耐久赛比赛所需的电池容量为2.77Ah,由于电池的充放电率不为1和保证赛车续驶里程不低于22km的考虑，故选取4.5Ah的电池来提供能量。3.2蓄能装置类型的选择3.2.1高比能量蓄能装置3.2.1.1高比能量蓄能装置的选择（1）高比能量储能设备的选择表3-1几种常用电池的对比[7]工作电压（V）循环寿命重量比能（Wh/kg）记忆效应是否环保特性铅酸2V200~40030~50无否1．技术最成熟，但能量密度低，寿命短，性价比不理想。2.铅为有害物质。镍氢1.2V50070无是1.工作电压低。需较多串并，稳定性差。2.自放电率高镍镉1.2V500~100060有否1.工作电压低，需较多串并，稳定性差。2.有记忆效应。3.镉为有害物质锰酸锂3.7V300~50090~120无是高温特性差，温度达80摄氏度时，容量下降一半，且无法恢复。磷酸铁锂3.3V2000120无是1.高温特性佳，安全性高，无爆炸之虑。2.铁为全球第二大蕴藏量的金属元素，电池成本有极大下降空间。3.使用寿命长。（2）由于锂离子电池具有比能量很高、输出的电压高、循环寿命长、自放电小、安全性能好、环保性能好、充电效率高、可实现快速充电、工作温度范围宽、维护方便等优点故纯电动方程式赛车采用锂离子电池。表3-2几种锂离子电池的参数列表[8]钴酸锂liCo02锰酸锂LiMn204磷酸铁锂LiFeP04振实密度（g/cm3）2.8~3.02.2~2.41.0~1.4比表面积（m2/g）0.4~0.60.4~0.812~20克容量（mAh/g）135~140100~115130~140电压平台（V）3.63.73.2循环性能>=300次>=500次>=2000次过渡金属贫乏丰富非常丰富原料成本高低廉低廉环保含钴无毒无毒安全性能差良好优秀适用领域小电池（手机）动力电池（自行车）动力电池/超大容量电源（3）磷酸铁锂动力电池使用安全，解决了钴酸锂和锰酸锂电池的安全隐患问题，磷酸锂动力电池是目前全球唯一绝对安全的动力电池，在高温下稳定性可达400-500度，不会因过充、过放、温度过高、短路、撞击而产生爆炸或燃烧。综上所述本次纯电动方程式赛车采用磷酸铁锂动力电池。3.2.1.2磷酸铁锂动力电池的计算根据续驶里程的要求电池的容量为4.5Ah，驱动电机的额定电压为210V。磷酸铁锂单体电池主要有18650、22650、26650、32650几种。根据计算体积和重量比较选择18650的比较合理。电池组将采用66个18650电池串联在一起保证电压为210V，然后3个这样串联体并联在一起形成4.5Ah的电容量。电池组的标称电压约为210V、标称容量约为4.5Ah、最大充电电流约为4.5A、最大放电电流约为9A、重量约8kg、体积约25。但是赛车在平坦路面上以最高车速行驶时的功率为8.46kw，赛车驱动电机的额定电压为210V，故驱动电机所需的电流为40.29A。18650电池组提供的最大电流不满足要求。经过比较计算发现选用下表中电池较合理，表3-326650电池的技术参数电芯型号：OPC26650LR3.2V5000mAh标称电压：3.2V标称容量：5000mAh内阻：≦15充电限制电压：3.65V放电截止电压：2.0V外形尺寸：Max20×40mm充电方式：恒流+恒压充电温度：0～45℃放电温度：-10～60℃标准充电电流：5000mA最大充电电流：7500mA标准放电电流：5000mA最大持续放电电流：15000mA重量：145g储存环境：温度-20～60℃，湿度60±25%经过比较26650单体电池的最大持续放电电流大可15A，因此赛车电池组采用先66个串联（提供电压210V）然后在由这样的三个并联（提供电流45A）提供赛车在最高车速工况下所需的大电流，如下图所示。图3-1电池连接组合示意图3.2.2高比功率储能设备的选择3.2.2.1高比功率储能设备（1）所需的最大电流(3-3)为驱动电机的最大功率16kw、为驱动电机的额定电压192V；驱动电机的最大电流为83.33A。由于磷酸铁锂动力电池组的最大放电电压为45A远小于，因此需要一个可以提供高比功率的储能装置。（2）高比功率装置的选择由于磷酸铁锂动力电池的比功率达不到纯电动方程式赛车的要求，故此需要一个高比功率的设备来满足纯电动方程式赛车的急加速，爬坡等大负荷的需要。超级电容有超高的比功率、充放电效率高、寿命长、体积小、质量轻、无污染、无噪音、结构简单、工作稳定范围宽等优点[7]，因此纯电动方程式赛车采用超级电容作为高比功率的能量储存设备。3.2.3高比功率装置的计算3.2.3.1高比功率装置的计算（1）赛车从0km/h到112.723km/h加速所需的功学院FSAE赛车从0米到75米加速时间为4秒。由公式(3-4)可得平均加速度=9.375由牛顿第二定律(3-5)求得平均加速阻力F=2812.5N汽车以平均加速度=9.375从0km/h到112.723km/h所需的加速时间(3-6)=3.34s从0km/h到112.723km/h的行驶距离由公式(3-7)得出=52.29m加速所要的功W=FS，(3-8)W=147065.625J。由于纯电动方程式赛车驱动电机的最大牵引力达不到平均加速阻力F=2812.5N，作为纯电动方程式赛车也不需要盲目的去追求这么高的加速能力，而忽略了节约能量和经济性。而需要综合考虑。因此不能通过上面的方法来求出赛车加速所需的能量。3.2.3.2纯电动方程式赛车加速度的计算图3-2驱动电机特性曲线[9]（1）最大驱动力的计算单个4.5kw轮毂驱动电机额定扭矩为90N/m，最大扭矩为160N/m，赛车采用两个轮毂电机，故扭矩和为320N/m。驱动力(3-9)为作用在驱动轮上的转矩，r为车轮半径。=1230.77N。（2）赛车达到最高车速时的滚动阻力和空气阻力的计算最高车速时的滚动阻力(3-10)式中W为赛车重力，f为滚动阻力系数（经计算得f=0.01472）得=41.40N最高车速时的空气阻力(3-11)式中为空气阻力系数0.41，A为迎风面积0.7626，为最高车速为117.62km/h。得=207.52N。（3）赛车可用于加速的最大驱动力的计算赛车可用于加速的最大驱动力(3-12)，其中为赛车最高车速下的最大驱动力515.38N，为最高车速时的滚动阻力41.40N，为最高车速时的空气阻力204.52N求得=269.96N。（4）赛车达到最高时速时具有的加速能力的计算由牛顿定律(3-13)可得(3-14)其中为赛车可用于加速的最大驱动力388.16N，m为汽车质量，为赛车达到最高时速时具有的加速能力=0.9388，因为充分说明赛车还是具有加速到最高车速的能力，但是车速还受到驱动电机的转速限制，故最高车速只能为117.62km/h。（5）赛车平均加速度计算根据特性图可知，驱动电机在0到150r/min时的转矩最大为160N﹒m，赛车的行驶阻力（除去加速阻力）在赛车速度为0km/h时最小为41.40N（不考虑由静摩擦到动摩擦出现的微小峰值）。赛车可用于加速的最大驱动力(3-15)式中为驱动电机的最大牵引力（1230.77N）,为滚动阻力（41.40N），为空气阻力（在赛车刚启动为0）=1189.37N，由牛顿定律=4.14(3-16)，其中为赛车可用于加速的最大加速度，为赛车可用于加速的最大牵引力，m为汽车质量。赛车从0加速到最高车速117.62km/h的加速阻力变化，根据驱动电机的特性图看出随着车速的增加驱动电机的扭矩下降，空气阻力和车速的三次方成正比增加，滚动阻力基本不变化。因此(3-17)（为电机驱动力 ，为滚动阻力，为空气阻力，注赛车行驶的赛道平坦不考虑坡道阻力），再由(3-18)求出不同速度下的加速度值，然后描点连线画一条加速度随速度变化的曲线。由于根据曲线求出平均加速度比较困难，故可以把简化为一条直线来计算。因此平均加速度(3-19)，其中为赛车在从0加速到最高车速间的平均加速度，为赛车达到最高时速时具有的加速能力（0.9388），为赛车可用于加速的最大加速度（4.14）。得=2.5394。3.2.3.3赛车加速阻力的计算（1）赛车旋转质量换算系数的计算赛车的加速阻力为(3-20)，式中为赛车旋转质量换算系数，m为汽车质量287kg（kg），为行驶加速度（）值的选取：(3-21)式中为汽车旋转质量换算系数，m为汽车质量287kg（kg），为车轮的转动惯量（），为飞轮的转动惯量，为变速器传动比，为主传动比。由于纯电动方程式赛车采用外转子轮毂电机直接驱动，传动比为1，没有安装发动机，因此不存在飞轮的转动惯量。故赛车质量换算系数的计算可以使用公式(3-22)计算。（2）的计算可以把赛车车轮简化成一个质量均匀的实心圆柱体来计算故(3-23)其中m为质量（前轮为车轮质量加上刹车系统质量5kg，后轮为车轮质量加上电机质量和刹车系统质量20kg），r为车轮半径0.26m。得=0.169=0.676=1.69得=1.087（3）赛车加速阻力的计算赛车的加速阻力为(3-24)式中为赛车旋转质量换算系数（1.087），m为汽车质量287kg（kg），为行驶加速度（取平均加速度为2.5394）求得=792.21N（4）加速所需能量的计算赛车从0加速到最高车速所需的时间的计算：由(3-25)，其中为从0加速到最高车速所需的时间，为赛车的最高车速（取32.67m/s），为赛车的初速度（取0）得=12.866s。赛车从0加速到最高车速所需的路程：由(3-26)其中为赛车从0加速到最高车速所需的路程，为赛车的初速度（取0），为赛车从0加速到最高车速的平均加速度（取2.5394），t为从0加速到最高车速所需的时间（取12.866s）得=210.18m赛车加速所需能量的计算：由W=(3-27)其中W为赛车加速所需做的功，为加速所需的力（792.21N），为赛车从0加速到最高车速所需的路程（取210.18m）。得W=166506.70J3.2.4超级电容的计算表3-3经初步计算选出型号为VEC2R7506QG的超级电容。型号额定电压电容内阻（DC）最大电流自放电电流尺寸重量体积比能量VEC2R7256QG2.7V25F2022.5A0.068mA（72h）16×256.8g10.2ml5.0Wh/L由电容的能量(3-28)其中为电容组所含的能量，C为25F，U为210V（需要78个串联满足电压要求）可得78个单体电容器串联在一起的=551250J。由于VEC2R7256QG电容的最大电流为22.5A，但是赛车在加速时需要的最大电流为85.71A而电池可以提供的最大为45A，因此电容至少要提供40.71A的电流，因此需要并联2组这样的电容组，电容器要在赛车制动时储存再生制动的能量，需要预留一定的容量来储存这部分能量，只保证工作容量不低于0.5倍总容量，因此保证可用于工作的容量为551250J.工作容量完全满足赛车从0km/h到117.67km/h加速的能量。综上所述电容器组为并联两组串联了78个单体电容在一起的组合体，额定电压为210V、质量为2kg（1060.8g加上外壳及附件质量）、体积为0.0009984。本章小结本章从电池的比较与选择开始，介绍了不同电池的特性已经适用范围。根据FSAE比赛的相关规则计算出合理的蓄能装置容量，既满足赛车比赛需要又充分体现了赛车的经济性和轻量化。并且针对赛车加速问题专门设计有超级电容，从而解决赛车提速不足的问题。充电器的设计纯电动方程式赛车出于对质量、布置空间和成本等多方面考虑，选择的储能装置容量较小，需要经常充电，来补充所消耗的能量，因此需要设计一个充电器来给电池补充能量。因为赛车充电器在赛车平时训练时使用频繁，为了保证能及时给赛车充电和便于携带，故设计一个车载充电器来给赛车充电。车载充电器采用交流220V普通照明电路给赛车充电，这样的设计使赛车充电不受电源限制，且可以在夜间电能比较富裕的时间对赛车充电这样达到节能的目的。由于赛车考虑到了节能和提高续驶里程等因素设计了再生制动系统，当赛车需要减速时一部分能量通过再生制动系统转变成电能，这部分电能也需要充电器输送个储能装置。因此赛车需要一个可以直接使用220V照明电的外插充电器同时还要有再生制动时能给储能装置充电的车载充电器。4．1锂离子电池充电方法4.1.1常用的充电方法[10]常用的充电方法主要有以下几种：（1）恒压充电使用恒压源直接为电池充电，它是利用开口蓄电池在充满电时，充电电压突然跃升的现象设计的，因此它只是适用于开口蓄电池，而不能用这种方法为密封蓄电池充电。这种充电方法只考虑电池电压这一单一状态的变化，不能有效的反映电池的整体充电状况。它的起始充电电流过大，往往造成蓄电池的损坏。（2）恒流充电使用恒定的电流源为电池充电，充电速率相对来讲都比较低。根据充电速率的大小，又可分为以下几种情况:浮充充电:又称涓流充电，一般充电速率在C/50以下。标准充电:一般充电速率在0.1C左右，充电时间大约在14H左右。快速充电:一般充电速率在0.3C以上，充电时间大约在3H左右。以上的快速充电与标准充电是相对而言的概念，并没有严格的划分。人们有时还根据速率的大小，将快速充电又划分出一般快速充电(3H到SH)和高速充电(小于3H)等。在恒流充电方式中，高速充电几乎是不可能的，一般的恒流充电也只适合于O.3C以下的充电速率。（3）先恒流后恒压充电法也称标准恒电流/定电压充电方法。这种充电方法是上述两者的简单结合，采用前期恒流充电和后期恒压充电的方式，一方面避免了恒压充电刚开始时的充电电流过大，另一方面又避免了恒流充电时导致过充电的现象。（4）脉冲充电脉冲充电就是采用脉冲电流来对电池充电，他是一种快速充电法，其特点是先用脉冲电流对电池充电，然后让电池短时间大脉冲放电，在整个充电过程中是通过对电池的反复充、放电来完成的。脉冲充电法的优点是极大地缩短了充电的时间，有利于消除电池的记忆效应和恢复极板原来的晶体结构。其缺点是不能将电池完全充足，而且对完好的电池的寿命有不利的影响。4.1.2赛车充电放式的选取由于赛车要求整车可靠性较高，容易维护。赛车的电池容量较低且充电时间比较充分，完全可以利用晚上用电量较低时对电池进行充电以达到充分的利用资源的目的。故纯电动方程式赛车的车载充电器采用三段式充电的方式利用外电源对电池进行充电。4．2赛车的充电要求4.2.1赛车的充电要求根据赛车的使用条件，要求充电器可以在电池电量不足时或者制动再生时把产生的电能给蓄能装置充电，并且要求充电装置的质量轻、体积小、可靠性高等因素。图4-1赛车的电力控制系统的组成与工作原理[11]4.2.2充电器方框图（1）充电器在外插电模式下的框架图图4-2充电器在外插电模式下的框架图根据上图可知此模式下所需的模块有调压模块、整流模块、充电开关控制模块、过流检测模块、过压或欠压检测模块、控制管路模块等模块。（2）充电器在再生制动模式下的框架图图4-3充电器在再生制动模式下的框架图根据上图可知此模式下所需的模块有限压限流电路、调压模块、整流模块、充电开关控制模块等模块。4.2.3充电器的分析（1）在充电器在外插电模式下赛车处于停止状态，充电器的外接电源接在220V单相交流照明电上，充电器先使用变压模块对220V进行降压，达到赛车电池的电压230V（最高限制240V，主要是考虑到对电动机的一个保护，驱动电机的最高耐电压为240V，大于240V有可能损坏驱动电机，同时也保护电池防止电池过充等），然后经过整流电路对经过变压后的交流电进行整流，使其成为直流[12]。然后送入充电开关控制模块，控制模块再根据控制管反馈回来的信号进行分析，然后根据需要对电池进行充电管理，控制模块控制着整个充电过程。由过流检测模块检测充电电流，给控制管模块提供信号，同时过压、欠压检测模块也将电池的信息反馈给控制管，再由控制管反馈给控制模块。（2）在充电器在制动再回收充电模式下赛车处于制动状态，充电器直接接通电机，电机将制动再回收的能量转换成电能送到充电器，充电器要安装限压、限流电路防止发电机发出的电压、电流过大损坏充电器电子元件，同时也保护了超级电容不受损坏。然后电流进入调压模块，将发电机发出的交流电调整到合适的电压，然后经过整流电路对交流电进行整流变成直流电，然后竟然充电开关控制模块，然后根据控制模块的分配后对超级电容进行充电。（3）各模块的分析和选用调压模块：调压电有电容降压和变压器降压两种形式，主要是采用变压器进行调压控制。采用电压器进行升压将单相交流220V电升到230V。整流电路：整流电路主要有单半波整流、全波整流、桥式全波整流等几种形式。由于经过对比发现采用单相桥式整流电路。图4-4单相桥式整流电路（4）过流保护电路过流保护电路顾名思义就是防止电路中电路过大损坏电子元器件的保护电路，最简单的过流电路是在安装保险丝电路，当充电电流过大时，大电流在保险丝处产生大量的热由于保险丝是一种熔点较低的金属制成的，因此保险丝被烧短，电路就断开了，就这样防止了大电流的产生，但是保险丝烧断了需要跟换新的才能重新使用，不能自己恢复供电，所以在充电电路中很少采用这样方式。大部分采用的还是用电子电路来实现了，在输出端串联一个很小的电阻，如0.5欧姆的，用来取样，测试该电阻两端电压，当达到某值有自动调低，或者关闭电源，达到保护的目的。（5）过压、欠压保护电路过压保护电路的作用是防止电路中出现高电压损坏元器件，在充电电路中就是防止给蓄能装置两端充电电压过高而损坏蓄能装置。欠压电路的作用是维持系统正常的工作电压，在充电电路中要保证充电器输出端的电压大于等于电池的电压这样才可以给电池充电。还有一种情况就是当电池长时间工作后，电池的电压会降低，如果继续使用下去电池的寿命会降低，因此需要一个电路来控制防止电池过放电。（6）限压限流电路在赛车制动再生时电动发电机处于发电工况，当车轮转速高时带动电动发电机的转速也很高，这时电动发电机可能会产生很高的电压电流，过高的电流和电压有可能损坏充电器蓄能装置等电子装置，为了防止这一情况的发生，特意在充电器输入上安装了限压限流电路。本章小结本章主要是对比了几种常用的的充电方法，这几种充电方法也各有利弊，考虑到纯电动方程式赛车对可靠性要求高，对尺寸和质量比较敏感。故本次纯电动方程式赛车将采用可靠性高、体积小、质量轻的恒流充电器，恒流充电器也有利于提高电池的使用寿命和充电效率，加上赛车在平时训练的过程中完全可以选择更换电池的方式来维持赛车的运行，而更换下来的电池完全可以在赛车没有比赛和训练任务的空余时间进行恒流充电，而没有采用目前技术比较新颖的脉冲快速充电。5再生制动再生制动是电动汽车在刹车制动时由电机把汽车动能的一部分转换成电能回收利用。通过再生制动回收制动能量,对电动汽车提高能量利用率及增加续驶里程有非常重要的意义。5.1赛车制动力矩的计算5.1.1赛车制动力的要求根据FSAE规定赛车在直线赛道上从0到22米直接加速后，立即紧急制动要求在直道末端，赛车必须制动至静止，并要求四轮抱死且不跑偏。5.1.2赛车制动力的计算5.1.2.1地面制动力地面制动力取决与两个摩擦副的摩擦力：一个是制动器内制动摩擦片与制动盘的摩擦力，一个是轮胎与地面间的摩擦力——附着力[13]。赛车在赛道上的制动力(5-1)其中是车轮制动器中摩擦片与制动盘相对滑转时的摩擦力矩、r为车轮半径（m）。5.1.2.2制动器制动力制动器力制动力（仅由制动器结构参数所决定）为在轮胎周缘为了克服制动器摩擦力矩所需的力。制动器力制动力(5-1)其中为制动器的摩擦力矩（N·m）。5.1.2.3地面制动力、制动器制动力与附着力之间的关系图5-1地面制动力、制动器制动力与附着力关系赛车制动过程可抽象的认为成只有两种状态，一种状态为滚动状态，当驾驶员开始踩压刹车踏板到车轮完全抱死之前，驾驶员踩压刹车踏板制动总泵油压开始升高通过管路传到制动分泵上，使刹车系统制动力也升高，制动器制动力和和踏板力成正比升高，一直到制动器制动力等于路面附着力为止，在此过程中制动力等于制动器制动力；另一种状态为车轮拖滑，此时制动器制动力大于或者等于路面附着力，制动力不随踏板力升高而升高，制动力等于路面附着力。由此可见，汽车的地面制动力首先取决于制动器制动力，但同时又受地面附着条件的限制，所以只有汽车具有足够的制动器制动力，同时地面又能够提供高的附着力时，才能获得足够的地面制动力。5.1.2.4赛车在赛道上的附着系数赛车采用Hoosier赛车专用轮胎，在热胎状态下附着系数为1.4。5.1.2.5赛车在赛道上的附着力的计算由公式(5-2)其中为地面对车的轮的法向反力、附着系数为1.4。3937.64N5.2制动距离和制动减速度5.2.1制动减速度计算赛车的制动减速度：由于赛车允许前后同时抱死可用公式求制动减速度其中（在干燥路面上，与相差不大取0.85），得制动减速度。5.2.2制动距离计算制动距离为从驾驶员开始操纵制动控制装置到汽车完全停住为所驶过的距离。制动距离的计算：制动距离s可由(5-3)求出，其中制动器的作用时间为(5-4)，液压制动系的制动器起作用时间可短至0.1s或更短，故本赛车取0.1s（其中为0.01s、为0.09s），取最高车速117.62km/h，为制动减速度。得s=65.87m。5.3制动效能的恒定性由于纯电动方程式赛车有再生制动系统，机械制动系统的使用频率会降低，再加上机械制动系统采用盘式制动散热效率高，赛车又是在几乎平坦的赛道上比赛使用，没有长坡等需要长时间使用机械制动系统的工况，故不考虑因为制动系统热衰退的影响[14]。5.4制动的稳定性制动抱死分为三种情况，第一种前轮先抱死拖滑，然后后轮抱死拖滑（前轮将丧失转向能力），第二种两轮同时抱死拖滑，第三种后轮先抱死拖滑，然后前轮抱死拖滑（后轴侧滑，将引起汽车剧烈的回转运动，严重时可使汽车调头）。赛车在制动应保证四轮同时抱死，但是决定不可以出现后轮先抱死工况。5.5前、后制动器制动力的比例关系5.5.1求出I曲线根据公式(5-5)把第一条式中带入不同的值（=0.1，0.2，0.3，…）作图，得到一组与坐标轴成45°的平行线；再对式中第二式（变形后带入数值为(5-6)）按不同值（=0.1，0.2，0.3，…）代入，得到一组通过坐标原点，斜率不同的射线。其中为后轮制动器制动力，为后轮制动器制动力，G为重力2812.6N（N），为汽车质心至前轴中心线的距离0.81m（m），b为汽车质心至后轴中心线的距离0.79m（m），为汽车质心的高度0.3m（m），为附着系数。得到I曲线如下图5-2I曲线5.5.2具有固定比值的前、后制动器制动力分析5.5.2.1制动器制动力分配系数的计算赛车的前、后制动器制动力之比为一个固定值。由公式(5-7)其中为制动器制动力分配系数，为质心到后轴的距离(0.719m),为质心高度，为质心到前轴的距离（0.81m），为轮胎与地面附着系数为（取1.4因为赛车专用热轮胎），为质心高度（0.3m）。求得=0.7455.5.2.2线的确定(5-8)其中为线的斜率，为制动器制动力分配系数（取0.745）。得=0.342图5-3线确定5.5.2.3同步附着系数的计算由公式(5-9)其中为同步附着系数，L为轴距（1.580m），为制动器制动力分配系数（取0.745），b为汽车质心至后轴中心线的距离（取0.79m），为汽车质心的高度（取0.3m），得=1.29。当＜时，此时线位于I曲线下方，制动时总是前轮先抱死。前轮先抱死是一种稳定工况，但丧失转向能力。赛车是允许这种工况的出现。当＞时，此时线位于I曲线上方，制动时总是后轮先抱死。后轮先抱死是一种危险工况，赛车容易发生后轴侧滑使汽车失去方向稳定性。赛车是坚决不允许这种工况的出现。当=时，在制动时赛车的前、后轮同时抱死，此时的减速度为g，是一种稳定工况。赛车允许出现这种工况。5.6赛车要求的最大制动力5.6.1赛车最高车速下所具有的能量由动能定理(5-10)其中为赛车所具有的能量，为赛车最高速度（32.62m/s），为赛车停止时的末速度（0），得=153182.53J。5.6.2塞车的制动力要求5.6.2.1赛车平均制动力由=FS，其中为赛车所具有的能量（取153182.53J），F为赛车平均制动力，S为赛车从最高车速到完全停止所需的制动距离（65.87m），得F=2325.53N。5.6.2.2赛车最大制动力由牛顿第二定律=(5-11)，其中为赛车最大制动力，m为赛车质量（287kg），为制动减速度，得=2390.71N。5.6.2.3前、后轮制动器制动力分配由(5-12)，其中为制动器制动力分配系数(0.745)，为前制动器制动力，为赛车总制动器制动力（2390.71N），得=1781.08N。再由=+，其中为赛车总制动器制动力（2390.71N），为前轮制动器制动力（1781.08N），为后轮制动器制动力，得=609.63N。5.6.2.4赛车制动性能的分析由于赛车制动力受两个方面的影响1、为轮胎与地面间的摩擦力即附着力。2、为制动器内制动摩擦片与制动盘之间的摩擦力。其中附着力(5-13)公式中为车轮与地面之间的附着力，为地面对车轮的法向反作用力(取2812.6N)，为附着系数（注赛车采用专用轮胎在热轮胎情况下为1.4），得=3937.64N赛车所需的最大制动力小于地面附着力因此赛车制动器可充分发挥制动效果。5.6.3赛车制动器制动力的选取（1）电机能提供最大阻力扭矩的计算当电机在电动机工况下的最大扭矩为160N·m，两个轮毂电机总的扭矩为320N·m。由(5-14)，其中为最大扭矩（320N·m），r为车轮半径（取0.26m），为电机能提供最大制动力，得=1230.77N。因为赛车后轮制动器的最大制动力为=609.63N，故再生制动可以满足赛车的制动要求，因此赛车不需要使用后轮制动器。（2）赛车制动器制动力的选择赛车在最高车速下的所需的最大制动力为2390.71N，前轮制动器分配到的最大制动力为1781.08N后轮制动器分配到的最大制动力为609.63N，故为了保证赛车刹车性能稳定选取前轮刹车器的制动力为1800N，后轮不安装机械刹车系统由电机再生制动提供制动力。图5-4转速与制动力示意图根据上图可得出三种情况：一、赛车所要求的制动力小于电机制动力矩所能达到的制动力，即赛车处于减速强度要求不高的工况（不要求赛车驻车）。二、赛车所要求的制动力大于电机制动力矩所能达到的制动力，赛车处于减速强度要求很高的工况急减速或者制动性能测试等工况。三、赛车所要求的制动力正好等于电机制动力矩所能达到的制动力。赛车前制动器制动力要求经过计算发现低于鹿山二号前制动器，因此本次设计的前制动器和刹车盘等将参考鹿山二号。5.6.4赛车再生制动路线分析图5-5赛车再生制动原理框架图5.6.4.1不同工况情况下分析（1）赛车所要求的制动力小于等于电机制动力所能达到的制动力（不要求赛车在低速下制动）控制路线为（驾驶员踩踏制动踏板）——→（加速踏板位置传感器产生信号同时制动总泵产生液压油）——→（机械液压制动和再生制动控制系统）——→（轮毂电机制动）——→（机械液压制动和再生制动控制系统）——→（充电器）——→（储能系统）（2）赛车所要求的制动力大于电机制动力矩所能达到的制动力控制路线（驾驶员踩踏制动踏板）——→（加速踏板位置传感器产生信号同时制动总泵产生液压油）（轮速传感器）——→（机械液压制动和再生制动控制系统）——→（轮毂电机制动发电）（液压前、后制动器制动分泵产生制动力）同时（机械液压制动和再生制动控制系统）——→（充电器）——→（储能系统）5.6.4.2赛车在综合工况下的分析当驾驶员踩下制动踏板时，制动踏板带动制动总泵产生高压油送入机械液压制动和再生制动控制系统中储存起来，同时位置传感器产生位置信号，也送入机械液压制动和再生制动控制系统中，机械液压制动和再生制动控制系统还接收轮速传感器给出的车轮转速信号，控制器根据驾驶员踩踏制动踏板的强度带动位置传感器产生出不同的信号，在根据位置传感器信号的强弱来计算驾驶员想要赛车产生多大的制动力，然后计算出合理的制动模式，如果制动力要求不大就采用单纯的再生制动实现减速的目的（不能减到太低的车速）。如果制动力要求很大就采用再生制动加上机械制动同时进行以实现减速的目的。在减速的过程中轮速传感器一直工作持续不断的给控制器信号，控制器根据车速的变化调整制动模式，例如赛车在制动力要求不大的时候前期可采用单纯的再生制动减速，当车轮转速不断降低当降低到一个特定的转速下，电机再生制动能力很低产生的制动转矩很小，此时控制器就要将之前由制动踏板带动制动总泵产生的高压液压油从储压罐中释放出来，产生机械制动用于停车。本章小结本章从FSAE比赛规则中对赛车的制动力要求入手，根据赛车的参数对赛车制动力矩、制动距离以及制动减速度进行理论上的计算，再对赛车进行制动效能恒定性与稳定性的分析，以及固定比值的前后制动器动力的分析，设计出赛车的再生制动路线，从而实现在不同工况下的再生制动。6机械传动系统与行驶系机械传动系统是位于驱动电动和驱动车轮之间的动力传动装置，其基本功能是将驱动电机发出的动力传给驱动车轮，赛车要求较高的稳定性和较小的布置空间等，故本次纯电动方程式赛车选用外转子轮毂电机，轮毂电机外壳上直接安装车轮这样的传动系统就比较简单可靠。行驶系的主要作用是（汽车构造）：接收由发动机经传动来的转矩，并通过驱动轮与路面间的附着作用，产生路面对驱动轮的驱动力，以保证汽车正常行驶。传递并承受路面作用于车轮上的各反向力及其所形成的力矩。尽可能缓和不平路面对车身造成的冲击，并衰减其震动，以保证汽车行驶平顺性。与汽车转向系统协调配合工作，实现汽车行驶方面的正确控制，以保证汽车操纵稳定性[15]。本次纯电动方程式赛车行驶系主要由车架、前后悬架、前后车轮等组成。6.1机械传动系统由于本次方程式赛车采用外转子轮毂电机，驱动车轮直接安装到电机的外转子上面直接驱动车轮，故不需要单独设计机械传动系统。6.2行驶系6.2.1车架车架是支承连接汽车各零部件，并承受来自车内外的各种载荷。由于学院车架完全符合方程式赛车的规则，鹿山二号车架完全方便布置驱动电机和能源装置等设备，且纯电动方程式赛车的整备质量也低于学院赛车的设计质量，加上纯电动方程式赛车的轴荷分配也和鹿山二