这帮大学生有多牛？关于大学生方程式赛车上的那些“黑科技”

大学生方程式汽车大赛已在我国成功举办了七届，在各大车队多方面能力提升的同时，有越来越多的学校参与其中。并有多家车队亮相国外赛场，留下了属于中国大学生的身影。而百公里加速的成绩可以达到4秒内的大学生方程式赛车为何那么强？它都有哪些“黑科技”呢？牛仔今天为你解读。

同济大学2016赛季战车

首先，牛仔先带大家了解下，什么是大学生方程式汽车大赛？

大学生方程式，顾名思义，就是在满足大赛规则的前提下，参赛车队在一年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座方程式赛车。参加静态和动态8项比赛，具体是：营销报告、赛车设计、制造成本分析、直线加速、8字绕桩、高速避障、耐久测试和燃油经济性。2010年，中国汽车工程学会联合中国20所大学院校在上海举办了首届大赛。到2016年第七届举办时，已有71支车队报名参加，囊括全国所有汽车专业王牌院校，参赛学生也达到了数千人。并且近几年来，多家车队还纷纷在德国赛、日本赛等国际赛场上留下了中国大学生的身影。

2016中国大学生方程式汽车大赛总成绩前三强

大学生方程式赛车的性能如何呢？我们可以通过下面这个视频，体验一下赛车在高速避障赛道上的速度感。

湖北汽车工业学院东风HUAT车队车载视频(高速避障)

接下来，牛仔将为大家简单介绍下大学生方程式赛车所运用到的一些“黑科技”。

碳纤维单体壳的应用

更轻的质量意味着更好的加速性和操控稳定性，大学生方程式赛车上也有类似于F1赛车和一些超级跑车才有的碳纤维单体壳车架，相比传统的钢管桁架式车架，碳纤维单体壳更轻的质量，对自重仅为200KG左右的大学生方程式赛车来说，轻量化效果十分明显。并且，碳纤维单体壳有着更大的扭转刚度。不过，单体壳使用的材料多种多样，但现代使用最多的单体壳材料是由昂贵的碳纤维制成，这种材料的强度是钢的数倍，但是质量只有其5分之一。单体壳的制作需要的模具和设备材料也非常昂贵，并且需要保证单体壳具有较高的制作工艺。受限于高成本，以及国内企业较少的单体壳制造设备。目前只有少数学校真正运用碳纤维单体壳。

碳纤维单体壳

其实，不管是单体壳还是钢管车架，作为赛车各系统部件及车手安全的承载体，车架都需要足够的车手保护以及合理的布置。在设计方面需要队员对汽车设计流程、人机工程、数据采集、CAD建模、应力分析等十分了解。在加工制作时，更需要设计相应的夹具保证加工精度。并且对钢管桁架式结构的车架的焊接时，更考验了大学生的焊接技术。

钢管桁架式车架

利用替代式ECU及自制发动机配件，提升发动机动力

开发一台发动机以于一所大学的实力来说几乎是不可能的，所以大部分车队都采购摩托车发动机为赛车提供动力。大赛对发动机的规定是非常严格，首先必须是4冲程循环且排量不超过610cc。有的车队会用四缸机，比如本田CBR600RR摩托车发动机、铃木GSX600等。也有车队会使用小型的V-twin或单缸发动机，比如国产的亚翔450和本田CRF450等。

本田CBR600RR摩托车

不过，受限于20mm直径的进气限制，及赛车的布置方式，配套的原车发动机的大部分系统都无法很好的直接套用。大多数学校都重新设计自己的进排气系统，利用碳纤维材料制作进气稳压腔、钛合金材料制作排气歧管。并且重新设计了配套的发动机冷却、润滑以及ECU调教。有的车队利用涡轮增压，大大提升发动机的功率及扭矩；有的车队自行设计干式油底壳，大大的降低发动机高度。甚至，同济大学赛车队还使用了自己开发的电子节气门。同时，改完的发动机还要再上发动机台架设备，利用替代式ECU，进行动力性和燃油经济性的标定。

Motec m800 ECU

标定后的四缸发动机可以达到80匹左右的功率以及50牛·米左右的扭矩，对于200多公斤的赛车来说，动力效果可谓十分明显，这也使得一些赛车能够用4秒多的时间跑完75米的直线加速距离。并且学生们自主设计生产油箱、座舱仪表，并利用牵引力控制、弹射起步功能实现附着力较差的情况下，赛车也能平稳起步。

空气动力学套件及碳纤维零部件

下压力的提升可以增大车辆的抓地力，由此可以获得更好的操纵性。

相对于时速可以达到300km/h的超级跑车来说，大学生方程式赛车比赛的平均速度大概60km/h，过弯速度更小一些。所以需要在较低的速度下获取足够的下压力，赛车的前翼、尾翼及扩散器就需要设计的很大。而具体的设计，是学生通过风洞试验室或者电脑模拟流体力学才能得出设计结果。多数车队会靠提高下压力来改善赛车的空气动力性能，比如安装定风翼和侧翼等等。赛车如何在赛道上提高速度，主要与赛车的设计有关，通常空气阻力小的赛车单圈要比阻力大的赛车要快几秒。但在有风的情况下，车的牵引力又非常重要，特别是在燃油经济性比赛中，气动效应是非常显著的。

另外，一些大学还拥有类似于F1赛车所采用的DRS系统，其目的是在一些工况下，减少空气阻力。其原理就是在赛车进入直道时，把尾翼的上方的副翼调平，减少尾部的下压力，进而让赛车减少在高速情况下的阻力，让气流畅通的流过赛车尾部，从而在速度上更快。 通过各种传感器采集的信号进行处理，利用电动机构或是气动机构的控制。大学生们将这一科技真正用到了赛场上。

并且，这些碳纤维空气动力学套件的制作，基本上由学生自己完成，首先，制作任何碳纤维零件都需要借助相应的模具。然后利用碳纤维布、树脂等材料然后通过手糊成型、真空灌注成型等工艺进行制作。但是，如果想要获得光滑的表面则需设计使用对应的阳模和阴模，这样才能达到所需成品表面的光滑度。

除了空气套件以外，为了降低整车质量，车身、座椅、方向盘和悬架以及轮圈都是采用碳纤维制作。座椅通过车手的坐姿进行建模，制作出完美符合车手身体包裹性的座椅。类似于勒芒赛车，一些国外赛车队每个车手都有一个为自己量身定制的座椅。

各种零件的轻量化设计

除了上述的黑科技外，在赛车底盘及发动机的大部分零部件，也都是由学生自己设计及加工。通过选用更优质的材料以及各种计算机仿真分析，从一个个小零件开始，让赛车能轻多少就请多少。比如，通过自己设计的轮芯轮辐，在保证强度的基础上，不但质量更轻，并且类似于F1方程式的单螺母锁紧快拆机构让赛车拆装车轮更加迅速。这在赛场上天气骤变需要更换雨胎时，就轻松快速的多了。

同时，在赛车传动轴方面，各个车队也是下足了功夫。除了进行相应的应力计算及分析校核外，一些车队利用热处理钢然后打中央减重通孔；一些车队选择利用钛合金材料制作传动轴；甚至还有一些车队自己制作粘接碳纤维传动轴，并达到与传统钢制传动轴同样的强度水平。

此外，赛车的大部分零件都采用高强度的航空铝合金加工制作，大学生们利用大量的时间和精力进行相应的结构强度计算及轻量化设计，并通过CNC机床将一件件“艺术品”从模型变成实际零件。下面，让我们欣赏一下这些赛车“艺术品”。

牛仔有话说：

今天为大家介绍的这些“黑科技”或许在汽车科技飞快发展的今天算不上什么,但是对于大学生来说，已经实属不易。这些成果包含了成千上万名大学生的智慧和汗水，繁忙的加工和练车过程更是不停的磨练着他们的意志力和耐心。通过这项赛事，学生们将自己书本上学到的知识能够真正应用到实际中来，并将自己的创新能力和动手能力发挥的淋漓尽致。同时，政府部门和社会各界的大力支持以及众多品牌企业的资助造就了今天中国大学生方程式汽车大赛的蓬勃发展，让那些热爱赛车的大学生们能有一个圆梦的平台。

近两年来，中国的大学生方程式赛车队在日本、甚至强手如林的德国赛上都有过不错的成绩。或许在不久后的将来，随着中国大学生方程式的迅速发展，有更多的赛车队参与到国外赛中，并以更快更敏捷的赛车以及更强的队员实力让国外车队所佩服。