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Generated Tue, 09 Dec :38 GMT解析F1赛车结构？
解析F1赛车结构？
车身（BODY）：F1赛车的车身采用碳素纤维增强塑料（CFRP）。这是一种异常坚固但却有着轻微重量的优异材料。在使用这种材料之后，被称为无大梁单体结构（Monocogue）的车身基础部分的重量竟然不可思议地只有30KG。而最后在安装了所有所需部件以及坐上驾驶员之后，整辆F1的重量也只有600KG而已，只有一般民用汽车的重量的三分之一左右。发动机（ENGINE）：根据规定，现在的F1赛车可以使用排气量3000CC以内的10缸发动机，其最高转速可以达到每分钟19000转，最高输出功率达到900马力。由于F1比赛所需要的稳定性，引擎制作的方向不只是单纯的高速，更需要适应长时间的高速运转以及为了得到更好的转弯性能，也必须提出小体积、轻重量和小尺寸等设计需求。悬挂系统（SUSPENSION）：F1赛车的悬挂系统被暴露在车身的外侧，这是所有方程式赛车的一个退热顶。虽然悬挂系统在F1中的功能与市面上销售的民用汽车相同，但是其较舒适来说更需要的是良好的驾驶性能，这需要让4个轮胎始终保持与地面接触行驶。而由于活动更好的空气动力学效果，在悬挂系统的形状上，F1也参考了一些飞机的设计。轮胎（TYPE）：试想持续以200公里以上的速度在路面上飞驰，没有一款好的轮胎显然是不行的。轮胎采用高抓地力的软质橡胶。一般使用的干胎有4条槽，而雨天使用的雨胎则更多且具有向外的排水槽。一般轮胎的寿命在150公里左右，也就是整个赛程的一半。现在F1的比赛中只有两大轮胎，桥石（Bridgestone）和米其林（MICHELIN）可供应选择。两大轮胎各具备优势，桥石各方面性能优秀，但是其工作所需要的温度却高过米其林，这使得新装配的轮胎在抓地力上略失优势，而且足以致命。而米其林各方面相对要略逊一点，特别是雨胎的设计更是被一些车队指责。方向盘(STEERING)：F1赛车的方向盘比起一般汽车的方向盘要来得小，整个体积相当于一个A4大小的笔记本电脑。虽小巧，但是其所拥有的功能却一点都不少。除了可以方便的转向、不离方向盘来换档等基本功能外，它更提供了对汽车内各部分的控制按钮。在这个方向盘上你可以随时调节汽车空气燃烧比、牵引力控制调节、与车队的工作人员进行沟通，甚至还可以控制自己身上的饮料。刹车系统（BREAK SYSTEM）：F1赛车的刹车系统与一般房车并无多太差异。也是由刹车碟和刹车缓冲器两个部分组成。不过由于比赛的激烈程度需要经常从300公里的极限降低到80公里的低谷，使得整个刹车系统的工作温度高达600度，所以整个系统的损耗率也相当之高。刹车碟和刹车缓冲器都有碳纤维材料制造而成，比较起以前使用的铁和石棉，显然碳纤维拥有更优秀的稳定性以及相对更轻巧的重量，比起过去的材质，现在整个刹车系统轻了6-8公斤。一个刹车系统的制造周期在3-5个月左右。在比赛中车手可以通过方向盘调节刹车的前后比例，一般是60%在前，40%在后，否则会造成后轮胎锁死。车翼（WING）：F1对空气动力学有着相当严格的要求，所以车翼部分至关重要。车翼分前翼和后翼，在F1比赛中，显然前翼更为重要。因为它的位置，它控制着空气在赛车其余部位的流动。对于车翼的使用国际汽联也有着严格的尺寸规定，前翼的直径不能超过1400毫米，深度不超过550毫米，高度不超过200毫米。但是前翼的翼面数量却不想后翼要被限制在两片。前翼的材料是碳纤维制成，虽然坚硬到不会由于空气动力受损，但是却十分容易碰撞破裂。特别是因为其位于前轮的前面，所以在起步与超车的时候特别容易因为互相碰撞而造成前翼损坏而不得不去维修站更换。后翼的作用十分简单，只是牢牢地将车身抓在地面上。国际汽联规后翼的制作必须遵守1000毫米宽，350毫米长，200毫米深的范围。它也必须拥有足够的强度，必须能够承受1000牛顿的重力测试。针对不同的场地，车队一般具高、中、低三种不同下压力的后翼存在。很复杂的
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法拉利F2007技术参数： 车型代号 F2007 车身总长 4545毫米 车身总宽 1796毫米 车身总高 959毫米 轴距 3135毫米 轮毂尺寸 13英寸 后轮轮距 1405毫米 前轮轮距 1470毫米 车身总重 600公斤(含水、润滑油和车手) 底盘结构 碳纤维蜂窝状符合结构 引擎代号 056 气缸数量 8 气缸夹角 90度 气阀数量 32 阀门驱动 气动 引擎排量 2398毫升 活塞直径 98毫米 引擎质量 95公斤 燃油 壳牌V-PowerULG62 润滑油 壳牌SL-0977 变速箱布置方式 纵置变速箱(带防滑差速锁) 变速箱结构 7挡连续式半自动变速箱(1倒挡) 制动系统 碳纤维通风刹车碟 悬挂系统 前后双叉臂(主动推杆、旋转减震器) 法拉利F2007深度分析:转用零龙骨 长轴距另有学问 法拉利的新车F2007从亮相到现在，已经有接近一个月的时间，公众在这段时间里对它的了解也越来越多。但是对于其设计的出发点、核心的技术变化却知之甚少，尤其是对加长轴距感到不解。为此，我们撰写了这篇深入的技术分析。文章不仅揭露了F2007发生的核心变化，更重要的是讲述了背后原因，希望对于热衷F1技术的车迷了解赛车，能够起到真正的帮助！ 一，以空气动力学为设计出发点，延长车身轴距 法拉利的新车，通过查看技术参数就可以发现的变化是，轴距大幅增加了，而这背后，隐藏着巨大的学问。法拉利老车型248F1的轴距为3050毫米，新车F2007达到了3135毫米，增加了85毫米之多。这在大多数车队都在为新规格的普利司通轮胎而缩短赛车轴距、前移重量的情况下，似乎让人费解。 对此，法拉利的底盘总监科斯塔(Aldo Costa)这样说道：“这纯粹是因为空气动力学。我们不相信在本质上会对车辆的动力学造成巨大的冲击。相反，这为我们以更好的方式发展空气动力学创造了更多的可能。” 但科斯塔的话，或多或少在弱化加长轴距带来的负面效应。关于这点，我们需要先了解一下新轮胎发生的变化。冬季测试期间，普利司通方面已公开承认，与上赛季相比，新轮胎结构明显更弱了；不论是前胎还是后胎，都比两家轮胎供应商提供轮胎的时期要弱。但是后轮扮演着更大的因素，这正是大多数车队缩短赛车轴距、前移重量的原因。 回到法拉利的新车，车队在新车发布会上表示，F2007增加的85毫米全部用于驾驶舱和前轮之间。以这种方式增加轴距，将对赛车的重量分配带来主要冲击，必然造成赛车的重量后移，显然这与普利司通的新胎特性是背道而驰的。那么法拉利为什么要这么做呢？这又牵涉到另一个因素，新的撞击测试规则。 FIA在本赛季，引入了更加严格的车尾撞击测试，造成车尾的气流效率受到影响。法拉利的空气动力学小组认为，夺回由于新尾锥造成车尾损失的下压力，比名义上的重量分配要求更重要。而且模拟工具告诉他们，即便是后轴的负荷增加，但只要能制造更强的后部空气动力学抓地力，以防止后轮出现滑动，同样能缓解后胎的负荷。换言之，加长轴距带来的负面效应，是可以通过空气动力学来克服的。 至此我们可以发现，法拉利在设计赛车的首要出发点是空气动力学，而不是如何去适应轮胎。当然，这也是很自然的，因为法拉利凭借与普利司通多年的合作，早已知道日本轮胎的秉性，即便是新胎发生了巨大的变化，法拉利也不会落在他人之后。 从本质上讲，F每一处空气动力学外貌的区别，都源自于设法提高通向尾部的气流，以克服更加严格的车尾撞击结构带来的负面效应。按照新规则规定，新尾锥不仅要求具有更高的吸能能力，其形状也进行了严格规定，而正是因为强制规定的外形，阻挡了中央扩散器的气流通道。因此扩散器的气流流量受到了限制，唯一弥补损失的下压力的办法是提高气流的流速。 而加长的轴距，将起到推动作用，同时还有新的零龙骨前悬挂结构和新的散热器设计。F2007的散热器接近呈水平放置，这样允许赛车侧箱的下沿内切的更加厉害。因此创造了更加有效的低压区，加速了气流沿着侧箱流向车尾。另外，更紧凑的车尾包装也促进了车腰收的更细。综合这两个新特征，大大的提高流向车尾横梁翼气流的速度，引导更多的气流从两轮之间流过，而不是让其从轮胎两侧散失，成生更多的阻力。 关于车尾横梁翼需要特别说明的是， 老车型248F1劈开的设计方案被保留了下来，这样主要是能够让中央的扩散器设计的更大。但是由于新赛季引入新的车尾撞击结构，因此大多数其他车队的设计师都认为，这样的设计将不再具备优势。不过很显然，法拉利的空气动力学部门主管埃里(Johe Iley)可不这么认为。 在空气动力学方面，F2007的变化还有散热器的入口和出口都进行了重新设计，这反映了散热器的不同的放置方式和尺寸的增加(关于F2007的尺寸加大，本文后面还将进行更加详细的分析)。从刚刚发布的新车，到本文截稿为止，F2007都没有安装散热烟囱(但预留了安装位置)，只在侧箱机盖上开凿了大面积的散热窗，另外，值得关注的是，新车还在变速箱的正上方开了一个气流出口。这在法拉利车上还是第一次。 法拉利在新车发布期间已明确表示，当前的车身套间是临时的，前翼和尾翼都是直接沿用248F1。前往墨尔本，会被换上新的。另外，实战版本的车型可能会重新装上位于鼻锥上的气流调节片，以将更多的气流向车尾输导。 二，零龙骨前悬挂 强化的单体壳 为了提高空气动力学效率，法拉利最终还是抛弃了一贯坚持的单龙骨设计，改用零龙骨布局。但是需要特别提到的是，F2007的下叉臂并不是直接连接到底盘上，而是像退化的双龙骨一样，通过两根微微凸出的加强筋与底盘(单体壳主体)间接相连。 这使得该区域的单体壳得到了加强，至于是否增加重量法拉利并未透露，但有一点可以肯定的是，会对悬挂几何结构的调节，带来了一定的限制。前文中提到，新车的轴距增加了，因此为了保证赛车拥有同样的扭转刚度，对单体壳进行强化成为必须，赛车的质量因此增加。 关于赛车的重量增加还包括散热器。F2007为了让侧箱下沿收的更窄，被迫改变了散热器的放置角度。新车的散热器类似于F2004的方案，接近水平放置。根据空气动力学设计的要求，侧箱的气流入口越小越好，当然，这与将侧箱下沿收的更窄的思想刚好吻合，但它同时又带来了另一个问题，如何维持其散热能力？在技术水平未取得突破性进展的情况下，既要缩小进气口尺寸，又要保持热交换能力不变，唯一的办法是增加散热器自身的尺寸，因此，F2007的散热器更大更重了。 提到质量，还有一点。法拉利在新车发布会上公开承认，单独为满足更加严厉的车头、车尾以及侧面撞击测试，新车的重量就增加接近十公斤，如今再加上上面提到的强化底盘和加大散热器带来的额外质量。因此，F2007配重自由度必然会受到进一步的影响。 当然，新规则带来的大约10公斤的质量，对于所有车队都是平等的，同时引发的外观变化也基本一样。“在鼻锥的溃缩变形形式上，必须取得进一步的发展。而车尾，FIA不仅规定了尾锥撞击结构能够吸收的最大的G值，还规定了空间要求，所以每一支车队尾锥的尺寸和形状都是一样的。”法拉利底盘总监科斯塔解释到。而这也正是MP4-22的尾锥改为传统设计的原因。 在底盘方面，要谈到的最后一点是后悬挂。新车的后悬挂保持了原来的结构，即扭杆与中央的萨切斯旋转减震器相连。在这里需要提到的一点是：旋转减震器是目前减震器中最紧凑的结构。它由萨切斯在2003年率先开发出来，法拉利F2003-GA是第一辆配备这种减震器技术的赛车。 言归正传，虽然F2007的后悬挂目前是使用的老结构，但改进工作会接踵而至。目前，一个旨在降低后胎工作负荷的发展项目正在进行。去年在赫雷斯对07款的轮胎进行首次测试时发现，软配方的轮胎在所有车上降级的速度都非常快，这使得改进后胎工作负荷的发展项目变得更加急迫。 除了应急方案，法拉利一种新的悬挂结构正在酝酿中，计划在季中推出，具体时间未定。 三， 引入无缝变速箱 优化引擎性能 从F2007开始，法拉利加入了由迈凯轮和本田率先开创的无缝变速箱俱乐部，只是法拉利更喜欢将这套系统称为快速换挡变速箱(quick shift gearbox)。“他几乎是同时换挡，节约了从一个挡位切换到另一个挡位的时间，科斯塔(Aldo Costa)在谈到新变速箱时说道。 日，法拉利首次对外公开正在开发自己的无缝变速箱系统。只是他们的路走的有些曲折。“现在我们正在测试这套系统，但是它不会在本赛季的比赛中使用。在我们最初的计划中有一个非常复杂的系统；它同时拥有极高的可靠性，但是系统太复杂了，不利于维护保养，又重又昂贵。”前技术总监罗斯-布朗(Ross Brawn)在当时说道。“所以我们打算造一个比较简单的，但这同时会伴随着一些风险，因此我们仍需要进行大量的测试，将风险降至最低。” 根据布朗在公众场合的口吻，他自始至终都在弱化无缝变速箱的优势。“使用无缝变速箱是有一定优势，但是它并不像人们想象的那么大。” 和旧变速箱一样，新变速箱也采用了碳纤维的外壳。但是进行了重新塑形，以满足尾部的空气动力学设计和新的尾锥规则要求。 引擎方面，法拉利的056在上赛季末被认为是最强的心脏。本赛季的版本是其基础上优化的产物，但是代号没有变。056 V8的活塞直径设计达到了FIA允许的上限：98毫米。新的引擎总监西蒙(Gilles Simon)表示，从提交引擎开始，改进工作便一直在进行，尽管是非常小的改动，但是效果很显著。当然，法拉利也需要对电子系统进行重新调整，以满足19000转/分的转速限制。 “FIA允许我们对燃烧室、凸轮轴和阀门进行改进，加上我们还减轻了一些部件的质量，使得引擎的扭矩输出曲线增强，并提高了可靠性。当然，我们还会与壳牌携手发展燃油和润滑油，同时会改进气箱，并着眼于减少引擎的内耗。”西蒙在谈到新引擎时说道
每个车队 应该有细小的差别吧
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2014年大学生F1方程式赛车整车设计与实现.doc83页
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本文基于汽车理论课程实践所做的BAJA赛车模型,并结合FSAE赛车比赛规则和赛道的布置特点,进行拓展设计一款大学生F1方程式赛车。从赛车底盘角度出发,本文侧重于汽车车架的设计,因为车架是整车的重要组成部分,它不仅承受着来自路面的各种复杂载荷,同时也是其他总成的安装载体。通过有限元法对车架结构进行分析,对提高整车的各种性能有重要的意义。本文根据《中国FSC大赛规则(2012)》要求,首先利用UG6.0软件对赛车车架进行结构设计,建立起多个车架的三维模型,然后将设计出来的多个车架以及BAJA模型的车架导入到有限元软件中,对车架进行静力学分析,通过对比静力和应力分布图分析选出更优秀的车架。同时对Formula SAE 赛车的发动机系统、车轮系统、传动系统、悬架系统、转向系统、制动系统等进行选型和整体布置,然后根据所选的总成参数对整车动力性能进行匹配以及整车动力性能进行分析,从而设计出一款符合大赛要求同时性能优异的赛车。
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