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【Thinkpad W & F1】概念车设计总结
----参数化设计建模

      本人非常荣幸获得三强争霸的资格,有幸参与了 【Thinkpad W & F1】赛的整个设计过程,个人结合对F1概念车设计,获得一些收获及体会。现就F1概念车设计给各位朋友、网友分享:

      结合个人查阅的一些信息资料和F1概念车结构及外形设计建模工作,整理如下:

      F1赛车主要结构:车体、前/后翼、底盘(前/后悬挂系统)、轮胎(前/后)等,核心技术区域分析:前/后翼、车体、底盘。

      F1赛车总体结构布置、参数化设计建模的介绍  ---参数化驱动设计建模(草图设计)

 
附图1-1:F1概念车设计 总体基本布置的参数化  F1总体基本参数 (供参考!)
外形 总长 4545mm 总宽 1796mm 轴距 3135mm 前轮距 1476mm 后轮距 1426mm

 
附图1-2: F1概念车设计作品 参数化驱动设计模型
(Thinkpad W700 副屏显示为:F1参考/标杆车型 法拉利F60不同角度图片)
 


附图1-3: F1概念车设计作品 参数化驱动设计模型

 
附图2:F1概念车参数化驱动设计模型-----爆炸图 -----包括车体、底盘(悬挂系统)、前/后翼、轮胎(前/后两组) 

1、前/后翼结构设计 (理论综合分析)

      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。关于车体前/后翼的结构设计,存在多种不同的概念及结构方式,翼板可分为:两片式、两片半和三片式 几种。无论前/后翼采用何种结构方式,前翼目的是:控制气流的分离。因为在前翼的中央位置存在非常低的点,总会导致一定程度的气流分离。特别是在制动和高速弯道,前翼要得到足够的气流,以保证气流贴着翼片流动。前翼气流出现分离的问题,彻底得到解决存在不足。前翼下面是低压区,流经鼻锥下方——称为咽喉区域的气流,其极高的速度会导致附近的气流发生分离。换言之:分流减少了赛车后方的下压力,实现下压力中心前移的。后翼目的是:实现整体外形气流的流畅,形成合理的下压及引擎排气向后推力等。

      一般来说,在端板的设计方面,尽可能让前翼效能得到最大限度的发挥,设计工程师将端板设计(主翼宽度最大化),并保证它能提供所需的前端需求即可。众所周知:赛车在低速弯道常会倾向于转向不足;但轮胎转动的角度越大,意味着对赛车前端空气动力学特性的影响就越大,导致出现更加严重的转向不足!如果使用大尺寸的端板设计,便将这种影响降至最低,并需要考虑在前翼的峰值下压力作出妥协,直接会影响前翼板的有效设计长度。后翼结构在围绕F1车外形的CFD分析流线合理分布,同时考虑到引擎的排气形成气流需要。

      F1技术分析专家表示使用现代CAE计算分析方法:计算流体力学技术(computational fluid dynamics)——CFD,可以让设计工程师早期轻松了解F1赛车外气流流线合理分布,流线会在什么地方出现分离、在什么地方开口最好,让气流更加可控!
 


附图3-1:前/后翼 结构参数化驱动 设计模型

 
附图3-2:前/后翼 结构参数化驱动 设计模型

2、车体结构设计 -----F1赛车的重要部件

      F1概念车的车体结构设计主要需要考虑外形的空气流线的合理分布(空气动力学分析)、前部风阻,作为F1赛车车体主要结构件需考虑耐冲击性、安全性等。车体结构处于F1赛车的中央位置,车体的前面有前鼻椎和前翼,车体是一种单壳体结构,行话称之为“tub”。在F1车结构上也可以是底盘的一部分,是赛车手的救生舱。与底盘结构相比车体用很多层碳素纤维[增强塑料(CFRP)]粘合而成,并在高温中定形,碳纤材料的强度是同等质量钢的5倍,所以驾驶舱几乎是金刚不坏之身。驾驶舱必须有足够的结构强度,前后部分是所谓吸能区且在碰撞中不能飞出任何零件,驾驶舱在碰撞中有效保证赛手安全。F1赛车的碰撞测试都是在模拟比赛的条件下进行的,可想而知它的速度非常高,除了乘用车常规及NCAP的安全法规正面100%、40%偏置、侧面等碰撞测试,F1重点要求考虑后面、转向柱碰撞测试,目的就是全面全面考核车体结构保证车手的安全。

 
附图4-1:车体结构参数化驱动 设计模型  前视图
(前面左/右各一个进气口,仿佛是一双炯炯有神的大眼睛,另车体前鼻椎下部是前翼连接)
 
附图4-2:车体结构参数化驱动 设计模型  侧视图
 
附图4-3:车体结构参数化驱动 设计模型  俯视图(即主视图)

3、底盘结构设计 ----F1赛车的重要系统总成

      底盘结构设计重点是龙骨的设计:目前F1设计工程师对单龙骨、双龙骨、零龙骨三种设计方案,到底哪种更好上存在分歧。与此同时在单体壳(车体)的安装高度上,也存在不同的选择。底盘结构龙骨前面有前悬挂系统及车体前支撑连接,后面则有引擎、后悬挂系统、车体与底盘的中/后部支撑连接。         ——借助空气动力学来讲解该领域的技术问题

      现行F1技术规则中规定了底盘的横切面积。可以按照自己的想法设计高度,但是必须以赛车的中心线为轴左右对称。在底盘的横断面上增加任何东西,都会对气流造成一定的阻碍。从两个前轮之间向后流动的气流是设计工程师在赛车设计时,可以利用的。利用这部分气流,有三件事情需要处理:1)冷却制动系统,2)冷却引擎,即前进气口,3)制造车体下压力。

      用于冷却制动系统的气流越多,意味着在其他两个方面可用的气流就会越少。在底盘的横断面上增加任何东西都会对气流造成阻碍,也就意味着可利用的气流会减少。所以F1设计工程师希望将这种阻挡降至最低。就诞生了双龙骨和零龙骨方案,同时需要在强度和几何结构间综合考虑,让整个结构组合能够承受起实际负荷,其优势会在你面前丧失一部分。


附图5-1:底盘结构 参数化驱动 设计模型  俯视图(主视图)
 
附图5-2:底盘结构 参数化驱动 设计模型  侧视图


附图5-3:底盘结构 参数化驱动 设计模型  (俯视/前视/侧视/轴侧)

发表于: 2009-12-28 10:00 蔡志武 阅读(5100) 评论(5) 收藏 好文推荐

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评论列表
# re: 【ThinkPad W & F1】概念车设计总结----参数化设计建模
引用
2009-12-29 11:56 | xiong-jason | 1楼
这个不错,比较详细,值得我们学习一下

# re: 【ThinkPad W & F1】概念车设计总结----参数化设计建模
引用
2009-12-29 12:36 | 【匿名用户】:E-works | 2楼
从博主的作品"参数化设计建模"感觉到思路很清晰!!! 不错,值得学习。

# re: 【ThinkPad W & F1】概念车设计总结----参数化设计建模
引用
2009-12-30 12:51 | acai69 | 3楼
首先非常感谢各位朋友、网友的一直关注及支持!

作为产品设计的参数化建模的思想是未来设计的发展追求的目标!欢迎各位查阅并交流。

# re: 【ThinkPad W & F1】概念车设计总结----参数化设计建模
引用
2009-12-31 17:38 | 朱若婷 | 4楼
第一时间恭喜博主夺得数码相机一台: 
与超级W一起飙想法——ThinkPad移动工作站F1概念车设计赛三强最终名次揭晓!http://news.e-works.net.cn/category6/news34732.htm 

# re: 【ThinkPad W & F1】概念车设计总结----参数化设计建模
引用
2010-01-09 23:43 | 西工大学子 | 5楼

很不错!


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