工程实践 · BITFSAE
大学生方程式赛车设计与制造
悬架与转向设计、车辆动力学、结构轻量化、轮端集成与整车测试。
项目概述
2020—2024 年参与北京理工大学方程式赛车的设计、制造与赛事准备，先后担任底盘负责人、机械系统负责人及车队队长。工作涵盖悬架与转向运动学设计、车辆动力学分析、结构校核、制造装配和实车测试，并逐步扩展至机械子系统接口协调与整车开发进度管理。
- 第 1—2 年 · 底盘负责人
- 悬架几何、转向运动学与结构设计
- 第 3 年 · 机械系统负责人
- 子系统匹配、制造装配与整车调试
- 第 4 年 · 车队队长
- 跨组协作、开发计划与测试安排
整车目标与底盘开发
底盘开发以赛事规则、预算及制造周期为约束，围绕轮胎性能利用率、操控平衡与耐久可靠性展开。结合整车质量、重心位置、轮胎特性和典型赛道工况，将整车性能需求分解为悬架运动学、侧倾刚度分配、转向特性及制动系统要求。
方案评估关注不同工况下的性能收益，以及质量、结构刚度、制造成本和调试周期之间的权衡，避免以单一部件指标替代整车性能判断。
- 目标分解
- 机理分析
- 设计仿真
- 制造调试
- 赛道验证
悬架运动学与车辆动力学
载荷转移与侧倾刚度分配
以轮胎载荷敏感性为分析基础，区分簧上、簧下质量及几何、弹性因素对横向载荷转移的贡献，评估悬架几何与前后轴侧倾刚度分配对操控平衡的影响。参数匹配同时考虑车轮姿态、车身运动及轮胎工作状态。
几何设计与参数迭代
负责悬架硬点、轮跳与转向运动学设计，分析侧倾中心、外倾角和前束随悬架行程的变化。结合刚度梯度计算及 ADAMS、MATLAB 仿真，对悬架几何、弹簧刚度与阻尼设定进行迭代，并以实车定位和动态测试反馈修正参数。
橡胶摩擦机理示意来源：Continental AG（见原图标注）。
结构轻量化：载荷获取与方案比较
以悬架摇臂、立柱和转向支架为对象，将载荷输入、连接约束、设计空间和制造条件纳入结构优化。工作包括 2022 年摇臂衍生式设计研究，以及 2024 年车队零部件优化设计指导。
悬架摇臂：衍生式设计与拓扑优化
通过推杆连接处的力传感器获取载荷，选取记录中的约 2500 N 峰值，并与 ADAMS 转向制动工况下的 2311 N 仿真结果对照。基于连接位置、载荷及装配空间，分别采用 Fusion 360 衍生式设计和 Altair Inspire 拓扑优化生成摇臂方案，再进行几何重构和静力分析。
推杆载荷采集记录
立柱与转向支架：轻量化方案评估
在保留轴承、悬架连接及安装接口的基础上，对立柱进行拓扑优化与几何重构；转向支架结合拓扑优化和衍生式设计，比较质量、位移与应力结果，并考虑金属增材制造条件。
| 部件与比较基准 | 基准质量 | 优化方案 | 减重比例 |
|---|---|---|---|
| 后立柱 · CNC 方案 | 756 g | 556 g | 26.5% |
| 转向支架 · 原方案 | 81.7 g | 50.2 g | 38.6% |
数值来自设计报告中的模型对比；后立柱以 CNC 方案为基准。强度与刚度需结合各方案的材料、载荷和制造条件单独评估。
结构设计、制造与装配
围绕制动、转弯及路面冲击等载荷工况开展载荷分析、有限元校核与拓扑优化，检查杆件、轴承、摇臂支座和车架安装点的受力与变形，评估连接柔度对车轮定位参数的影响。
将加工基准、焊接可达性、装配顺序、工具间隙、标准件选型及公差链纳入工程图纸与制造跟进，兼顾结构性能、定位调节范围和维修空间。机械系统统筹阶段进一步协调悬架、传动、制动及电气系统的布置与接口。
实车测试与数据复盘
通过悬架运动学与柔顺性（K&C）检查、四轮定位及赛道测试验证底盘设定，实车测试记录的峰值横向加速度达到 2.1g。对设定效果的评估结合操控一致性、轮胎状态及分段表现，不以单次峰值作为整车性能的唯一依据。
测试评价与参数修正
- 基准状态：以轮荷、车高、定位、胎压及传感器校准状态作为设定比较的前提。
- 工况区分：按入弯、弯心和出弯阶段分析调整效果，对照预期响应与实测趋势。
- 数据关联：结合速度、转向、制动及横摆数据，分析车手反馈中的转向不足、尾部稳定性与响应迟滞。
开发协调与团队协作
在机械系统负责人及队长阶段，工作重点由单一子系统设计扩展至跨组接口协调、开发节点安排及赛事准备。统筹设计冻结、采购、装配与测试进度，协调性能目标与交付周期之间的关系。
2022—2024 赛季记录
多赛季开发经历表明，设计方案的实际收益受制造一致性、装配质量和测试充分性共同制约。关键部件检查、参数记录及技术交接，是维持车辆可靠性和后续迭代效率的重要环节。