技术领域
[0001] 本
发明属于结构设计与
计算机辅助工程技术领域，具体涉及一种电动方程式赛车车架的设计方法。
背景技术
[0002] 中国方程式电动
汽车大赛起步于2013年，是中国方程式汽车大赛的拓展与补充。根据大赛组委会颁发的技术规则，在一年的时间里设计制造调教出一辆单人竞速小型赛车，其最大特征就在于赛车各项设计与制造必须符合技术规则，包括车架主体结构，
电池箱设计、模组电量、
电机功率等重要参数，以此来保证赛车的安全与赛事的公平。
[0003] 方程式赛车车架作为电动方程式赛车自主设计制造的最大结构部件，是整车各总成的载体，具有布置总体、连接总成的重要作用。车架的设计以高强度、高
刚度、舒适性、轻量化作为设计目标。目前方程式赛车车架多采用
钢管桁架式车架结构，加工通过钢管
焊接而成，也有少数学校采用
碳纤维单体壳设计。在设计过程中，存在设计流程不规范，理论应用不合理的问题，没有从全局进行设计考量，多是主观临时起意，导致设计与加工周期长、问题多，最重要的是车架设计不能满足整车性能要求。
发明内容
[0004] 针对上述存在的问题，本发明提出一种电动方程式赛车车架设计方法，以解决电动方程式赛车车架设计不规范不合理的问题。
[0005] 为实现上述目的，本发明具体技术方案如下：一种电动方程式赛车车架设计方法，包括以下步骤：
[0007] 2)利用人机参数、整车参数、车架硬点位置，搭建初始车架模型T；
[0008] 3)在初始车架模型T
基础上增加辅助杆件，调整杆件尺寸，得到调整后的车架模型 T’，其中，杆件尺寸包括管径尺寸、壁厚尺寸；
[0009] 4)利用
有限元分析车架模型T’扭转刚度，得到理想车架模型T1；
[0010] 5)对理想车架模型T1进行工况分析，得到理想安全车架模型T2；
[0011] 6)对理想安全车架模型T2进行有限元模态分析，得到最终车架模型T3；
[0012] 7)对最终车架模型T3进行
焊接夹具设计。
[0013] 进一步的，上述步骤1)中确定车架参数及车架硬点位置的具体方法如下：
[0014] 1.1)在设计初期进行人机实验，搭建人机实验台，以
模拟器操作成绩与驾驶员主观感受为评价标准，以驾驶员人机
数据库为客观参考，获得人机参数，其中人机参数包括：主环前环之间的距离d1、主环高度h1、前环高度h2、
制动油门踏板距主环的距离d2、制动油门踏板倾斜
角度γ、
方向盘中心点高度h3及距主环距离d2、座舱宽度l1；
[0018] 1.5)确定悬架硬点位置，利用悬架
定位参数，进行运动学、动
力学仿真确定悬架硬点位置，定位参数包括
外倾角α1、内倾角α2、后倾角α3、
前束α4；
[0019] 1.6)确定车架硬点位置，根据悬架硬点位置以及车架硬点与悬架硬点位置相对量得到车架硬点位置，其中相对量由悬架与车架连接的吊
耳尺寸确定。
[0020] 进一步的，上述步骤4)中得到理想车架模型T1的具体方法如下：
[0021] 4.1)利用有限元计算车架模型T’扭转刚度值Kn，计算公式如下：
[0022]
[0023] 式中Kn为每次模型计算的扭转刚度值，F为支反力，d为悬架两硬点之间的距离，ΔA、ΔB为两硬点的强制位移；
[0024] 4.2)计算车架模型T’的综合车架扭转刚度K，计算公式如下：
[0025]
[0026] 式中Kf为前悬扭转下的扭转刚度，Kr为后悬扭转下的扭转刚度，a为前轴距,，b为后轴距，L为轴距；
[0027] 4.3)判断是否满足K＞K0且m＜m0，如果满足转步骤4.4)，否则转步骤3)；
[0028] 4.4)判断是否满足 如果满足则得到理想车架模型T1，否则转步骤3)。
[0029] 进一步的，上述步骤5)中对理想车架模型T1进行工况分析包括如下步骤：
[0030] 5.1)直线工况分析；
[0031] 5.2)匀速过弯工况分析；
[0033] 5.4)制动工况分析。
[0034] 进一步的，上述步骤中6)对理想安全车架模型T2进行有限元模态分析，得到最终车架模型T3的具体方法如下：
[0035] 6.1)固定约束车架前后悬8个硬点；
[0037] 6.3)进行仿真分析，得到前8阶模态
频率与振型；
[0038] 6.4)将所得8阶模态频率与电机等部件的外部激励频率进行比较，观察是否频率重合发生共振，若发生共振现象，则返回步骤3)进行尺寸杆件变化；否则得到最终车架模型 T3。
[0039] 进一步的，上述步骤1.3)中计算整车轴距L的具体方法如下：
[0040] 1.3.1)计算整车前轴载荷Mtf，公式如下：
[0041]
[0042] 式中，Mi为各主要部件的
质量，Xi为各主要部件相对于质心的x轴距离，L则为轴距，N表示部件个数；
[0043] 1.3.2)计算整车后轴载荷Mtr，公式方法如下：
[0044] Mtr＝M0-Mtf
[0045] 式中，M0为整车质量(驾驶员满载的情况下)；
[0046] 1.3.3)计算整车轴距L，公式如下：
[0047]
[0048] 进一步的，上述步骤5.1)中直线工况分析包括如下步骤：
[0049] 5.1.1)固定约束后悬4个硬点，前悬左侧硬点y，z方向约束，释放x方向的
自由度，右侧硬点y，z方向约束，释放x方向自由度；
[0050] 5.1.2)对车架施加载荷，其中载荷位置为车架、驾驶员、电机、电池箱、减速机各自与车架
接触的位置，载荷大小为各自重量乘动载因数；
[0051] 5.1.3)进行仿真计算，计算得到直线工况下的总
变形云图、
应力云图和安全系数图；
[0052] 5.1.4)将仿真结果与材料
屈服强度σs等力学属性进行对比，由安全系数图得出最小安全系数ξ，若最小安全系数ξ小于ξ0，增加不安全位置杆件壁厚和管径，转步骤3)，否则说明直线工况下满足安全要求，转步骤5.2)。
[0053] 进一步的，上述步骤5.2)中匀速过弯工况分析包括如下步骤：
[0054] 5.2.1)固定约束内测全部硬点，对外侧z方向限制自由度，释放xy方向自由度；
[0055] 5.2.2)计算最大
向心加速度armax，计算公式如下：
[0056]
[0057] 式中armax为最大向心加速度，r为
转弯半径，tmin为最快单圈时间；
[0058] 5.2.3)对车架施加惯性力载荷，其中载荷位置为车架、驾驶员、电机、电池箱、减速机各自与车架接触的位置，载荷大小为部件惯性力与最大向心加速度的乘积，其中惯性力包括车架自重、驾驶员惯性力、电驱系统惯性力、电池箱惯性力；
[0059] 5.2.4)对车架施加次要作用力，次要作用力分别来自后悬三角
摇臂、后悬
弹簧和前悬三角摇臂；
[0060] 5.2.5)进行仿真计算，计算得到匀速过弯工况下的总变形云图、应力云图和安全系数图；
[0061] 5.2.6)将仿真结果与材料屈服强度σs等力学属性进行对比，由安全系数图得出最小安全系数ξ，若最小安全系数ξ小于ξ0，则增加不安全位置杆件壁厚和管径，转步骤3)，否则匀速过弯工况下满足安全要求，转步骤5.3)。
[0062] 进一步的，上述步骤5.3)中加速工况分析包括如下步骤：
[0063] 5.3.1)固定约束后悬4个硬点，限制前悬四个硬点yz方向约束，释放x方向自由度；
[0064] 5.3.2)计算加速工况所需最大加速度amax，计算公式如下：
[0065]
[0066] 式中S为直线加速行驶走过的路程，t为加速时间，q为经典系数，简化模型等于 amax；
[0067] 5.3.3)对车架施加惯性力载荷，其中载荷位置为车架、驾驶员、电机、电池箱、减速机各自与车架接触的位置，载荷大小为部件惯性力与最大加速度的乘积，其中惯性力包括车架自重、驾驶员惯性力、电驱系统惯性力、电池箱惯性力；
[0068] 5.3.4)对车架施加次要作用力，次要作用力分别来自后悬三角摇臂、后悬弹簧和传动
支架；
[0069] 5.3.5)进行仿真计算，计算得到加速工况下的总变形云图、应力云图和安全系数图；
[0070] 5.3.6)将仿真结果与材料屈服强度σs等力学属性进行对比，由安全系数图得出最小安全系数ξ，若最小安全系数ξ小于ξ0，则增加不安全位置杆件壁厚和管径，转步骤3)，否则加速工况下满足安全要求，转步骤5.4)。
[0071] 进一步的，上述步骤5.4)中制动工况分析包括如下步骤：
[0072] 5.4.1)固定约束所有硬点，即四轮抱死状态；
[0073] 5.4.2)计算制动工况所需要的制动减速度az，计算公式如下：
[0074]
[0075] 式中v02为开始制动速度，Z为
制动距离；
[0076] 5.4.3)对车架施加惯性力载荷，其中载荷位置为车架、驾驶员、电机、电池箱、减速机各自与车架接触的位置，载荷大小为部件惯性力与制动减速度的乘积，其中惯性力包括车架自重、驾驶员惯性力、电驱系统惯性力、电池箱惯性力；
[0077] 5.4.4)对车架施加次要作用力，次要作用力分别来自后悬三角摇臂、后悬弹簧和前悬三角摇臂；
[0078] 5.4.5)进行仿真计算，计算得到制动工况下的总变形云图、应力云图和安全系数图；
[0079] 5.4.6)将仿真结果与材料屈服强度σs等力学属性进行对比，由安全系数图得出最小安全系数ξ，若最小安全系数ξ小于ξ0，增加不安全位置杆件壁厚和管径，转步骤3)，否则加速工况下满足安全要求，得到理想安全车架模型T2。
[0080] 与
现有技术相比，本发明从前期人机工程学实验出发，到车架夹具模型设计为止，为电动方程式赛车车架设计提供一套严谨合理的流程与理论方法，大大减少了车架设计周期，提高了车架性能，为当前FSEC车架的理论研究做了补充与完善，具有实用性。
附图说明
[0081] 图1电动方程式赛车车架设计方法
流程图。
[0082] 图2车架模型与硬点位置示意图。
具体实施方式
[0083] 下面结合附图以及具体
实施例对本发明作进一步的说明，需要指出的是，下面仅以一种最优化的技术方案对本发明的技术方案以及设计原理进行详细阐述，但本发明的保护范围并不限于此。
[0084] 所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。
[0085] 图1所示为电动方程式赛车车架设计方法流程图；包括如下步骤：
[0086] 1)确定车架参数以及车架硬点位置，车架参数包括人机参数和整车参数，其中，人机参数包括：主环前环之间的距离d1、主环高度h1、前环高度h2、制动油门踏板距主环的距离d2、制动油门踏板倾斜角度γ、方向盘中心点高度h3及距主环距离d2、座舱宽度l1，整车参数包括整车轴距L、轮距Ls和前后载荷比，具体方法如下：
[0087] 1.1)在设计初期进行人机实验，搭建人机实验台，以模拟器操作成绩与驾驶员主观感受为评价标准，以驾驶员人机数据库为客观参考，获取人机参数，其中人机参数包括：主环前环之间的距离d1、主环高度h1、前环高度h2、制动油门踏板距主环的距离d2、制动油门踏板倾斜角度γ、方向盘中心点高度h3及距主环距离d2、座舱宽度l1；
[0088] 1.2)确定前后载荷比k，本实施例中，载荷比k取值为48：52，当整车前后载荷比保持在48：52会使整车拥有良好的操纵
稳定性。
[0089] 1.3)计算整车轴距L，轴距根据整车载荷而定，以座椅最下点为人机H点，也就是整车质心所在x方向位置，具体计算方法如下：
[0090] 1.3.1)计算整车前轴载荷Mtf，方法如下：
[0091]
[0092] 式中，Mi为各主要部件的质量，Xi为各主要部件相对于质心的x轴距离，L则为轴距，N表示部件个数；
[0093] 1.3.2)计算整车后轴载荷Mtr，方法如下：
[0094] Mtr＝M0-Mtf
[0095] 式中，M0为整车质量(驾驶员满载的情况下)；
[0096] 1.3.3)计算整车轴距L，方法如下：
[0097]
[0098] 在本实施例中，考虑到FSEC大赛规则要求，赛车至少1525mm的轴距，赛车的轴距大，车架质量也势必增加，在轻量化的思想下，将整车布置尽量紧凑，初定轴距1570mm；
[0099] 1.4)确定轮距Ls；轮距根据规则要求，较小的轮距不少于较大轮距的75％，轮距对赛车的总质量、总尺寸、操纵稳定性都有较大影响，轮距增加，悬架侧倾角刚度越大，悬架力学与运动学性能越好，对于后舱布置也越有利，但不宜过大，否则会导致空间冗余，质量无故增加。在本实施例中
选定前轮距1210mm，后轮距1180mm；
[0100] 1.5)确定悬架硬点位置，利用悬架定位参数，进行运动学、动力学仿真确定悬架硬点位置，定位参数主要包括外倾角α1、内倾角α2、后倾角α3、前束α4等；
[0101] 1.6)确定车架硬点位置，根据悬架硬点位置以及车架硬点与悬架硬点位置相对量得到车架硬点位置；本实施例中，车架硬点与悬架硬点位置相对量范围为：x方向(-10，20)，y 方向(30，40),z方向(-5，5)，硬点位置如图2所示；
[0102] 2)利用人机参数、整车参数、车架硬点位置，搭建初始车架模型T；
[0103] 根据主环前环之间的距离d1、主环高度h1、前环高度h2、制动、油门踏板距主环的距离d2、制动油门踏板倾斜角度γ、方向盘中心点高度h3及距主环距离d2、座舱宽度l1、轴距 L、轮距Ls以及车架硬点位置进行模型搭建，硬点之间用杆件相连，并连接到主环前环以及前隔板位置处；车架模型包括腿舱、坐舱和后舱；其中腿舱结构是前环之前的车架部分，为驾驶员腿脚提供操作空间。具体有前隔板、前隔板
支撑杆、前环、前环支撑杆以及其他附属杆件，腿舱中集成了
制动系统、转向系统和前
悬架系统，腿舱底部设置杆件承载转向总成，在前隔板上焊吊耳固定制动油缸，在满足规则中915的规则基础上，进一步节省空间，在底部两x方向平行钢管上搭焊钢管作制动
底板支撑。为了使在减震器处车架受力更好，在腿舱上部增加
横杆作为支撑。至于前环，为了照顾车手驾驶
视野，尽量降低前环高度，但需要保障高度满足腿舱规则板和方向盘打死时不超过前环高度；坐舱指主环前环之间的车架部分，坐舱设计中侧边防撞结构按照规则中所要求的经典三角结构设计，增加上侧边杆上部杆件，作为与
车身贴合杆件，使车手逃生时可以按着驾驶员两侧车身出舱，要求车身侧箱与上侧边防撞杆上部杆件之间距离不超过10mm；后舱是主环之后的车架部分，为电池箱、电机传动总成以及电控系统提供安装环境。后舱设计时需要有适中的y方向距离，满足电池箱的安装与操作空间，后舱底部加焊两根4mm厚钢条，作为电池箱支撑，通过10个角码，将电池箱机械连接到车架上。尾部布置相关杆件结构，用来为
差速器支架与电机提供焊接位置；
[0104] 3)在初始车架模型T基础上增加辅助杆件，调整杆件的尺寸，包括管径、壁厚，得到调整后的车架模型T’；
[0105] 4)利用有限元分析车架模型扭转刚度，得到理想车架模型T1；车架扭转刚度是车架评价指标中重要的一项，车架的扭转刚度指的是车架在承受垂直载荷时，扭转变形的程度，可将车架模型简化为一个简支梁，
支点为前后悬车架硬点。车架与悬架进行匹配，在运动过程中，如果车架刚度低于悬架侧倾角刚度，会发生车架受扭的情况，对车架结构造成安全
风险，整车操纵稳定性下降，所以要求车架实际扭转刚度高于悬架侧倾角刚度，还要有足够的富余。具体方法为：
[0106] 4.1)利用有限元计算调整后的车架模型T’扭转刚度值Kn；分析方法为在有限元分析
软件中，约束前后悬其中一方的硬点，对另一方施加上下各1mm的强制位移，得出支反力 F，并由此计算车架扭转刚度，每次模型计算的扭转刚度值计算公式如下：
[0107]
[0108] 式中Kn为每次模型计算的扭转刚度值，F为支反力，d为悬架两硬点之间的距离，ΔA、ΔB为两硬点的强制位移。
[0109] 4.2)计算调整后的车架模型T’的综合车架扭转刚度K，K是由前后悬约束下的扭转刚度联合得出的，具体公式如下：
[0110]
[0111] 式中Kf为前悬扭转下的扭转刚度，Kr为后悬扭转下的扭转刚度，a为前轴距,，b为后轴距，L为轴距。
[0112] 具体实施中在有限元软件中定义好材料，导入模型，进行管件赋予，施加约束条件，首先计算前悬扭转下的扭转刚度值，将后悬靠后的上下左右四个硬点进行固定约束，限制自由度，对前悬靠前的上方两个硬点施加上下各1mm的强制位移，计算出支反力，带入公式进行计算得到Kf，本实施例中，d1＝404mm，通过仿真得到最大支反力F＝1632.55N，计算可得Kf＝2325.306N·m/deg；再计算后悬扭转下的扭转刚度值，将前悬靠前的上下左右四个硬点进行固定约束，限制其自由度，对后悬靠后的上下两个硬点施加上下各1mm的强制位移，计算出支反力，带入公式进行计算得到Kr，本实施例中d2＝506mm，通过仿真得到最大支反力F＝1269.5N，Kr＝2836.5N·m/deg，带入公式(4)得到总刚度K,本实施例中 a＝753.6mm，b＝816.4mm，
[0113]
[0114] 4.3)判断是否满足K＞K0且m＜m0，如果满足转步骤4.4)，否则转步骤3)，本实施例中，K0＝2000N·m/deg，m0＝28kg；
[0115] 4.4)计算单位质量扭转刚度
[0116] 4.5)判断是否满足 如果满足得出理想车架模型T1，否则转步骤3)，本实施例中，p0＝81N·m/(kg·deg)；
[0117] 5)对理想车架模型T1进行工况分析，得到理想安全车架模型T2；校核车架在各个典型工况下的强度，对车架受力薄弱的部位进行优化加强，以保证满足赛车在行驶过程中的要求；其中，工况包括直线工况、匀速过弯工况、加速工况和制动工况。
[0118] 5.1)直线工况主要考虑的是赛车在满载的工况下的强度和受弯情况。这种情况下，车架除了承受自身的重力外，还要承受电池箱、电机
传动系统、转向系统等装置和车手的重力，因此要求车架具有高的强度和刚度。在此假设，其他小部件的质量对此工况没有太大影响，可以忽略，直线工况仿真分析方法如下：
[0119] 5.1.1)固定约束后悬4个硬点，硬点位置如图2所示，考虑赛车的近似直线运动，前悬左侧硬点y，z方向约束，释放x方向的自由度，右侧硬点y，z方向约束，释放x方向自由度。
[0120] 5.1.2)对车架施加载荷，载荷位置为车架、驾驶员、电机、电池箱、减速机各自与车架接触的位置，载荷大小为各自重量乘动载因数，具体实施中动载因数2，除此之外还有其余主要部件重力和电机
扭矩；本实施例中，电池箱箱里布置5个模组，每个模组选用18650三元锂电池，7并20串，再加上各种电器元件，保守估计电池箱总重55Kg，其作用力作用在电池箱底部的两根4mm厚钢条上。电机选用228电机，加上行星
齿轮减速机构、
链轮和差速器，电驱总成重34Kg，作用力施加在相关吊耳焊接的钢管上，驾驶员重70Kg，乘上动载因子，作用在座椅吊耳焊接的钢管上，其余还有车架自重，与电机扭矩，电机扭矩取 240N·m，作用在电机支架上；
[0121] 5.1.3)进行仿真计算，计算得到直线工况下的总变形云图、应力云图和安全系数图；
[0122] 5.1.4)将仿真结果与材料屈服强度σs等力学属性进行对比，由安全系数图得出最小安全系数ξ，若最小安全系数ξ小于1.8，转步骤3)，增加不安全位置杆件壁厚和管径；否则说明直线工况下满足要求，转步骤5.2)；
[0123] 5.2)匀速过弯工况主要考虑的是车架
桁架结构在最大向心加速度过弯工况下，受到的其横向方向主要作用，有车架的离心加速度惯性力、各主要大质量部件的惯性力，与直线工况相同，惯性力是通过乘以动载因子的方式实现的。假定该工况为向左转弯，其他小部件影响忽略不计。最大离心加速度的作用力主要通过悬架横臂作用于车架，横向作用力为主要作用力，
横向位移为主约束。在分析仿真计算时，具体操作如下：
[0124] 5.2.1)固定约束内测全部硬点，对外侧也就是右侧z方向限制自由度，释放xy方向自由度。
[0125] 5.2.2)计算最大向心加速度armax，计算计算公式如下；
[0126]
[0127] 式中armax为最大向心加速度，r为转弯半径，tmin为最快单圈时间，经过计算得 armax＝18m/s2；
[0128] 5.2.3)对车架施加惯性力载荷，载荷计算方法为各个部件惯性力与最大侧向加速度的乘积，其惯性力有车架自重、驾驶员惯性力、电驱系统惯性力、电池箱惯性力，除此之外还有其余主要部件重力和电机扭矩；本实施例中，驾驶员惯性力载荷为70×2×1.8g＝2520N，电驱系统惯性力载荷为34×2×1.8g＝1224N，电池箱惯性力载荷为55×2×1.8g＝
1980N，除此之外还有主要部件重力3060N，电机扭矩240N·m；
[0129] 5.2.4)对车架施加次要作用力，分别来自后悬三角摇臂、后悬弹簧和前悬三角摇臂；本实施例中，后悬三角摇臂受力情况为Fx＝0，Fy＝432.54N，Fz＝-212.94N；后悬弹簧受力情况为Fx＝366.26N，Fy＝2168N，Fz＝-935.25N；前悬三角摇臂受力情况为Fx＝0， Fy＝600.05N，Fz＝1610.2N；
[0130] 5.2.5)进行仿真计算，计算得到匀速过弯工况下的总变形云图、应力云图和安全系数图；
[0131] 5.2.6)将仿真结果与材料屈服强度σs等力学属性进行对比，由安全系数图得出最小安全系数ξ，若最小安全系数ξ小于1.8，转步骤3)，增加不安全位置杆件壁厚和管径；否则说明匀速过弯工况下满足要求，转步骤5.3)；
[0132] 5.3)上述加速工况主要考虑的是车架在赛车直线最大加速度行驶工况下的受力情况，其纵向方向上作用着车架的加速度惯性力和各主要大质量部件的惯性力，在最大加速度行驶时车架的惯性力与悬架系统作用在车架上的纵向力相平衡并以此作为校核的依据。假设其他小质量部件对整体影响不大。最大直线加速度的作用力主要通过悬架横臂作用于车架，纵向作用力为主要作用力，纵向位移为主约束。在分析仿真计算时，具体操作如下：
[0133] 5.3.1)固定约束后悬4个硬点，限制前悬四个硬点yz方向约束，释放x方向自由度。
[0134] 5.3.2)计算加速工况所需最大加速度amax，计算公式如下：
[0135]
[0136] amax＝qaavg
[0137] 式中S为直线加速行驶走过的路程，t为加速时间，aavg为加速过程中的平均加速度，q 为经典系数，简化模型等于amax；本实施例中，q取1.5，直线加速时间取4.33s，S取 75m，计算可得amax＝1.2g；
[0138] 5.3.2)对车架施加惯性力载荷，载荷计算方法为各个部件惯性力与最大侧向加速度的乘积，惯性力有车架自重、驾驶员惯性力、电驱系统惯性力、电池箱惯性力，除此之外还有其余主要部件重力和电机扭矩；本实施例中，驾驶员惯性力载荷为70×2×1.2g＝1680N，电驱系统惯性力载荷为34×2×1.2g＝816N，电池箱惯性力载荷为55×2×1.2g＝1320N，除此之外还有主要部件重力3060N，电机扭矩240N·m；
[0139] 5.3.4)对车架施加次要作用力，分别来自后悬三角摇臂、后悬弹簧和传动支架；本实施例中，后悬三角摇臂受力情况为Fx＝0，Fy＝324.06N，Fz＝-159.54N；后悬弹簧受力情况为Fx＝274.4N，Fy＝1624.2N，Fz＝-700.68N；传动左上支架受力情况为Fx＝2784.4N， Fy＝0，Fz＝-5071.34N；传动右上支架受力情况为Fx＝-393.8N，Fy＝0，Fz＝717.23N；传动左下支架受力情况为Fx＝-5188.8N，Fy＝0，Fz＝-6693.5N；传动右下支架受力情况为Fx＝733.8N，Fy＝0，Fz＝946.6N；
[0140] 5.3.5)进行仿真计算，计算得到加速工况下的总变形云图、应力云图和安全系数图；
[0141] 5.3.6)将仿真结果与材料屈服强度σs等力学属性进行对比，由安全系数图得出最小安全系数ξ，若最小安全系数ξ小于1.8，转步骤3)，增加不安全位置杆件壁厚和管径；否则说明加速工况下满足要求，转步骤5.4)；
[0142] 5.4)上述制动工况下，车架桁架的惯性力与悬架系统作用于车架的作用力处于平衡状态，以此作为校核的理论依据，其纵向方向作用着车架的减速度惯性力和各主要大质量部件的惯性力，假定其他小质量部件的作用很小，小质量部件的惯性力影响不大。最大直线减速度的作用力主要通过悬架横臂作用于车架，纵向作用力为主要作用力，纵向位移为主约束。在分析仿真计算时，具体操作如下：
[0143] 5.4.1)固定约束所有硬点，即四轮抱死状态；
[0144] 5.4.2)计算制动工况所需要的制动减速度az，计算公式如下：
[0145]
[0146] 式中v02为开始制动速度，Z为制动距离，通过计算可得az＝1.6g。
[0147] 5.4.3)对车架施加惯性力载荷，载荷计算方法为各个部件惯性力与制动加速度的乘积，惯性力载荷有车架自重、驾驶员惯性力、电驱系统惯性力、电池箱惯性力，除此之外还有其余主要部件重力和电机扭矩；本实施例中，驾驶员惯性力载荷为70×2×1.6g＝2240N，电驱系统惯性力载荷为34×2×1.6g＝1088N，电池箱惯性力载荷为55×2×1.6g＝1760N，除此之外还有主要部件重力3060N，电机扭矩240N·m。
[0148] 5.4.4)对车架施加次要作用力，分别来自后悬三角摇臂、后悬弹簧和前悬三角摇臂；本实施例中，后悬三角摇臂受力情况为Fx＝0，Fy＝102.84N，Fz＝-50.63N；后悬弹簧受力情况为Fx＝87.085N，Fy＝-515.47N，Fz＝-222.37N；前悬三角摇臂受力情况为Fx＝0， Fy＝527.9N，Fz＝1416.6N。
[0149] 5.4.5)进行仿真计算，计算得到制动工况下的总变形云图、应力云图和安全系数图；
[0150] 5.4.6)将仿真结果与材料屈服强度σs等力学属性进行对比，由安全系数图得出最小安全系数ξ，若最小安全系数ξ小于1.8，转步骤3)，增加不安全位置杆件壁厚和管径；否则说明加速工况下满足要求，得到理想安全车架模型T2；
[0151] 6)对理想安全车架模型T2进行有限元模态分析，得到最终车架模型；
[0152] 模态分析是车技动态特性分析的重要部分，通过分析可以获取结构的模态频率和模态振型。赛车在赛道上行驶，由于路面不平和
发动机的振动会对车架产生激振，如果激振频率与车技的某一固有频率相同，就会产生共振现象，可能会影响赛车的机械性能甚至破坏车架结构。因此有必要分析车架的固有频率和振型，对车架的结构设计提供参考。模态分析有自由模态和约束模态两种，为了更好的贴合实际，采用约束模态分析方法，具体操作为：
[0153] 6.1)固定约束车架前后悬8个硬点。
[0154] 6.2)对车架施加惯性力载荷。考虑赛车的近似直线运动，除了车架的重量外，还有驾驶员的重量，发动机的重量，另外此工况模拟的是赛车在运动过程中的受力状态，故应乘上一个动载因数，本实施例中，取动载因数为2。主要受力有驾驶员、电池箱、电驱系统、车架自重、电机扭矩，载荷大小与施加位置与直线工况相同。
[0155] 6.3)进行仿真分析，得到前8阶模态频率与振型；
[0156] 6.4)将所得8阶模态频率与电机等部件的外部激励频率进行比较，观察是否频率重合发生共振，造成车架结构破坏，若发生共振现象，则返回步骤3)进行尺寸杆件变化；如果未发生共振现象，则说明车架满足模态分析要求，得到最终车架模型T3；
[0157] 7)对最终车架模型T3进行焊接夹具设计；本实施例中，采用4040
铝型材作为夹具材料，用角码进行杆材固联，设计过程中，以前隔板、前环、主环作为三个标准面，使用
框架型结构，保证整体性，减少在焊接过程中焊接应力对钢管位置的影响。主要保证车架与悬架相关的16个硬点的位置与前后减震器吊耳的位置，利用铝型材以及辅助夹具对这些重要点进行自由度限制，以保证加工
精度。车架模型与焊接夹具在三维软件中匹配观察，保证夹具设计的合理性。
