FSE规则阅读报告.docx
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FSE规则阅读报告
方程式赛车创新实践班课程作业
《中国大学生方程式汽车大赛规则》
阅读报告
学生：
黄志宇
学号：
20156260
指导教师：
卢海峰
重庆大学
汽车工程学院
2016年5月
1、《中国大学生方程式汽车大赛规则》中的限定条件
1.《规则》综述
《大赛规则》共分七章：
第1章介绍了管理规定，内容包括大赛宗旨、政策、参赛资格和注册；第2章介绍了通用技术规范，指对油车和电车通用的技术规范，内容涉及赛车的设计和制造的要求以及限制；第3章介绍了有关替代车架的规则要求；第4章介绍了针对油车其他技术规范，着重介绍了油车动力部分和电控部分的规则要求和限制；第5章介绍了针对电车的其他技术规范；第6章介绍了静态项目规则，内容涉及赛车的技术检查、成本、设计和营销报告等；第7章介绍了动态项目规则，包括直线加速测试、8字绕环测试、高速避障测试、耐久测试及效率测试等。
《大赛规则》与国际规则同步，并充分结合中国赛区的具体情况做了部分修改。
该规则很好地指导参加中国大学生方程式汽车大赛的车队成员，使其了解制造赛车及参加比赛的过程，并起了良好的规范限定作用，保证了大赛的公平性。
2.《规则》中通用技术规范的主要要求
（1）赛车设计宗旨：
a）赛车必须在加速、制动和操控性方面具有非常优异的表现，同时又必须具有足够的耐久性以顺利完成规则中提及的及比赛现场进行的所有项目。
b）赛车必须适合从第5百分位的女性到第95百分位的男性车手驾驶，同时要满足中国大学生方程式汽车大赛规则中的要求。
c）其它附加的设计因素也需要予以考虑：
美学、成本、人体工程学、可维护性、工艺性和可靠性。
d）在完成车辆并进行测试后，设计团队应努力向有意生产该赛车的公司“销售”该设计。
对于车队来说，其挑战在于开发一辆能最大程度满足中国FSC赛车的设计目标且具有市场前景的样品车。
e）每辆赛车的设计都将与其它的赛车进行对比评价，以评定出最优秀的设计。
f）良好的工程实践:
参赛车辆应按照良好的工程实践惯例进行设计和制造。
（2）总体设计要求：
a）赛车式样：
赛车必须车轮外露和座舱敞开（方程式赛车式样），并且四个车轮不能在一条直线上。
b）车身：
除了驾驶舱必须开口以外，从赛车最前端到主防滚架（或者防火墙）的这段空间里不允许车身上有深入驾驶舱的开口，允许在前悬架的零件处有微小的开口。
c）轴距:
赛车的轴距至少为1525mm（60英寸）。
d）轮距:
赛车较小的轮距（前轮或后轮）必须不小于较大轮距的75%。
e）可视性:
技术检查表格上的所有条目必须在不借助工具（比如内窥镜或是镜子）的情况下清楚地呈现给技术检查官。
呈示时可以通过拆卸或移动车身板件来实现。
（3）驾驶员单元、驾驶舱和驾驶员安全：
a）赛车结构：
必须包括两个带有支撑的防滚架、有支撑结构和缓冲结构的前隔板、以及侧边防撞结构。
b）驾驶舱：
必须具有足够的开口尺寸和内部横截面积，配有合格的车手座椅和防火墙，使驾驶员具有良好的视野和逃逸性。
c）安全带：
腰带、肩带及反潜带必须安全可靠地安装在车架基本结构上，用于安装安全带的结构必须满足规定。
d）头枕安装必须牢固，使其足以承受向后890N（200lbs）的力。
防滚架包裹物、防滚架、防滚架斜撑、以及车架的任何可能接触到车手头盔的部分，都必须包裹一层厚的包裹物。
为了避免驾驶舱内可运动的及尖锐的零部件伤及车手的腿部，在驾驶舱内部，所有可移动的悬架和转向零部件，以及其它有锐边的零部件，必须使用固体材料掩盖。
（4）底盘规则
a）悬架:
赛车所有车轮必须安装有功能完善的、带有减震器的悬架。
b）离地间隙:
在动态赛中，最小离地间隙必须防止赛车除轮胎外的赛车任何部件与地面接触。
c）轮胎:
赛车可使用干胎和雨胎。
d）转向:
方向盘必须与前轮机械连接。
转向系统必须安装有效的转向限位块，以防止转向连杆结构反转。
方向盘必须通过快拆器安装在转向柱上，必须保证车手在正常驾驶坐姿并配戴手套时可以操作快拆器。
转向齿条必须与车架机械连接。
e）侧倾稳定:
轮距与车重力中心必须联合起来以提供充足的侧倾稳定性。
测试时，赛车必须能够在侧向倾斜60°时，不发生侧翻。
侧倾测试时，要求身高最高的车手以标准驾驶姿势进行。
（5）制动系统和动力系统
a）制动系统基本要求：
赛车必须安装有制动系统，制动系统必须作用于所有四个车轮上，并且通过单一的控制机构控制。
制动系统必须有两套独立的液压制动回路，当某一条回路系统泄漏或失效时，另一条回路至少还可以保证有两个车轮可以维持有效的制动力。
b）冷却液限制：
水冷发动机必须使用水作为冷却液。
电动机、电池或者高压电子设备可以使用水或油作冷却液。
严禁使用乙二醇防冻剂、水箱保护剂、任何形式的水泵润滑剂、以及其他任何添加剂。
c）变速器及传动:
可以使用任何传动变速装置。
d）倾斜测试—燃料及液体：
在技术检查时，赛车必须能够在侧倾45°时，不发生燃油或其他任何液体的泄漏。
（6）空气动力学装置
a）空气动力学装置:
所有空气动力学装置必须符合位置要求以及大小规格要求。
b）地面效应装置:
禁止使用有动力驱动的可以控制空气流动的装置，专为散热的风扇除外。
禁止使用动力地面效应装置。
c）空气动力学装置的稳定性和强度:
所有的空气动力学装置的连接方式必须被设计成能在静态提供足够的强度，以此保证赛车在行驶时空气动力学装置不会发生过度的震动或位移。
3.《规则》中内燃机车规则的主要要求
（1）发动机限制：
驱动赛车的发动机必须为四冲程、排量610CC以下的活塞式发动机，混合动力是不被允许的。
可以在规则的限制范围内改造发动机。
（2）进气系统：
a）发动机进气系统与供油系统的所有零部件必须安装在外框内。
进气歧管必须使用支架或者机械连接，牢固地固定在发动机体或者气缸盖。
不允许使用钳夹，塑料扎带或者安全绳等。
可以使用橡胶套管或者软管以实现气密，但是不允许将其用于结构固定。
b）节气门和节气门控制：
赛车必须装有化油器或节气门，化油器或节气门的设计及尺寸不限。
节气门必须为机械控制，节气门控制系统必须至少有两个复位弹簧位于节气门体。
c）进气系统限流阀:
为限制发动机功率，必须在进气系统中安装一个圆环形的限流阀，并且所有发动机的进气气流都应流经此限流阀。
d）涡轮增压和机械增压:
允许车队使用自行设计的涡轮增压或机械增压设备。
禁止使用专为发动机设计的原装涡轮增压器。
（3）油路:
禁止使用塑料的油管来连接油箱和发动机（输油与回油）。
油管必须安全地安装在赛车上或者发动机上。
所有的油管必须被安全遮罩，以防任何旋转件失效或撞击损坏。
（4）燃料和燃料系统:
a）油箱:
用来直接盛装燃油的容器部件。
可以使用硬质材料也可以使用柔性材料制作油箱。
油箱尺寸不限。
油箱必须装有放油机构。
在必要的情况下，油箱必须能够放空。
b）燃料系统安装位置要求：
油箱必须配有护罩以防护来自侧面和后面的撞击。
c）供油系统必须设计成当加油时，溢出的油不会接触到车手区域、排气系统、热的发动机部件或点火系统。
油箱和化油器输油系统必须有能力防止车辆在急弯和急加减速时燃油溢出。
（5）排气系统和噪音控制：
a）排气口：
尾气出口必须要合理布置，使赛车以任何速度行驶时，车手都不会遭受尾气污染。
必须有护罩遮盖，以防车手或其他人员烫伤。
b）噪音等级上限：
空挡时噪音等级上限为100加权分贝。
其他速度时噪音等级上限为110加权分贝。
（6）电气系统：
a）主开关：
赛车必须装有两个主开关构成熄火系统，控制任意一个主开关都可以使发动机熄火。
b）电池：
所有电池（即车载电源）必须安全地安装在车架上。
任何安装在驾驶舱内的含有电解液的电池必须放在绝缘的包住四周和底部的电池盒或与其类似的容器内，正极都必须绝缘。
c）内燃机车的电压限制：
在内燃机车上任意两个电气连接点之间的最大电压不得超过60伏（直流），或25伏（交流）。
4.《规则》中电车规则的主要要求
（1）驱动系统规则：
a）只允许使用电机。
可用任何类型、数量的电机。
电机的旋转部件必须被包含在壳体结构中，且该结构必须满足至少3mm厚的6061-T6铝合金或是2mm厚的钢。
如果电机的外壳绕定子转动，或是电机壳是有孔的，那么电机外围必须有一个防护罩。
b）功率和电压限制:
动力蓄电池输出的最大功率不得超过85kW，驱动系统的最大电压不能超过定义的最高电压
c）能量再生仅在车速大于5km/h时允许使用并且不被限制，车速小于等于5km/h时不允许进行能量再生。
禁止电机反转，即禁止倒车。
d）加速踏板传感器由两个以上独立传感器构成，它们不可共用电源和信号线。
任何传感器或传感器线路失效都将被视为有冲突，应立刻完全断开电机的动力输出。
制动踏板传感器用于监测制动踏板位置或制动系统压力的传感器或开关其安装必须便于检查，制动系统传感器可被用于控制再生制动。
当加速踏板位移大于25%的踏板行程并踩下制动踏板时，应立即完全切断电机动力源。
（2）驱动系统中能量储存规则
a）可用任何类型的电池作为能量存储装置（例如动力蓄电池，超级电容器等），熔盐电池和热电池除外，禁止使用燃料电池。
b）所有储存驱动系统能量的电池或超级电容都要做成电池组，并且要置于电池箱中。
如果电池箱体由导电材料制成，那么电池正负极必须用额定值符合最大驱动系统电压要求的绝缘材料与电池箱内壁隔离。
电池箱的所有导电外表面都要和控制系统接地端以较低电阻连接。
每个电池箱中都至少有一个熔断器和两个电池绝缘继电器。
c）电池箱的机械配置：
所有电池箱都必须在车架主要结构之内。
所有的电池箱的设计都必须考虑到能够承受减速力。
电池单体或隔离分区的电池组必须被适当保护以防止内部体的松动。
（3）驱动系统的总体要求：
a）驱动系统和控制系统隔离：
车队设计的电气系统的布置要在ESF中准确地呈现出来。
驱动系统线路和低压电路要在物理上分隔开
b）驱动系统部件和箱体要防潮（雨水、水潭等）。
所用绝缘材料必须适合周围环境温度，并且其最小额定温度不得小于90℃，禁止只采用绝缘胶带或类似橡胶的漆来实现绝缘。
c）驱动系统中所用的所有电缆、接线端子及其它导体要采用合适的尺寸来满足驱动系统持续电流需求，并且电缆上要标出线规、额定温度及额定绝缘电压.
所有的驱动系统电缆要采用专业标准制造并配有合适尺寸的导体及接线端子，此外，还要考虑到足够的应力消除及振动时的松脱等。
d）能量计:
必须在驱动系统能量供给线路中安装一个经校准的能量计。
能量计必须置于易于获取处，使得组委会能在耐久赛后迅速下载所记录的数据，用于计算能耗经济性得分。
e）激活驱动系统:
车手必须能在没有任何其他人帮助的情况下在座舱内（重新）激活或重置驱动系统，BMS或IMD或BSPD切断驱动系统这两种情况除外.
（4）安全回路系统:
a）安全回路包含至少两个主开关，三个急停开关，制动超程开关，IMD，惯性开关，制动系统可靠性装置，所有所需互锁回路及AMS。
b）禁止车手在AMS或IMD或BSPD发生故障时从车内重新激活驱动系统。
c）安全回路中的所有电路都要这样设计：
当处于断开状态时，这些电路都要断路，使得每个电路都将移除控制AIR的电流。
d）如果驱动系统在赛车行驶时未被激活，则电机必须空转，例如不能对电机施加制动转矩。
e）每辆车必须有两个主开关，一个控制系统主开关（GLVMS），一个驱动系统主开关（TSMS）。
GLVMS必须能完全切断控制系统供能，并且必须直接作用,其不能通过继电器或逻辑电路来控制。
TSMS紧挨GLVMS，并且必须能断开安全回路。
为防意外激活驱动系统，TSMS必须有“锁定/标定”功能。
一旦完成对赛车的操作，安全责任人就必须确保TSMS被锁止在off位置。
f）急停开关:
车上必须安装带三个急停开关的系统。
按下其中任一个急停开关，即可通过断开安全回路将电池和驱动系统分离开。
每个急停开关都必须是按键式或旋转式紧急开关，推入开关即可断开安全回路，急停开关不能通过逻辑控制。
在车手座舱后的车身两侧必须各安装一个急停开关，高度接近驾驶员头顶平面。
座舱内的急停开关必须在车手处于任意坐姿时都容易接触到，其最小直径为24mm。
g）绝缘监测装置（IMD）:
每辆赛车其驱动系统中都要安装一个IMD。
当和驱动系统的最大工作电压关联时，IMD的响应值需设定为500Ω/V。
当发生绝缘故障或IMD故障时，IMD必须断开安全回路。
这必须在不受任何逻辑运算（如微控制器）的影响下完成。
h）制动系统可靠性装置（BSPD）:
赛车上必须有一个独立的非编程控制的电路，以使得当用力制动（车轮未抱死）以及正极电流（驱动赛车前进的电流）出电机控制器流出时，AIR会断开。
i）惯性开关:
所有的赛车都必须装有惯性开关，并且必须通过电线与急停开关串联，保证赛车发生碰撞时，安全回路被激活并且AIR被断开。
惯性开关必须为锁定状态，直至手动重置。
惯性开关必须机械地安装到赛车上，并且可拆卸，以可通过震动方式测试其性能。
（5）电气系统:
a）电气安全表（ESF）:
赛事开始前，所有车队都应提交整个电气系统（包括控制系统和驱动系统）的明确的结构文件，叫做ESF。
ESF必须涵盖所有电动部件的连接，包括电压水平、拓扑结构、赛车连线及电池箱结构及其制造。
b）失效模式和影响分析（FMEA）:
车队必须在赛前提交一份完整的驱动系统FMEA。
网上可获得包含需要描述的故障的模板。
FMEA中必须包含的需要参照的图片，原理图和数据表要放在额外的表格页中。
5.《规则》中其他方面的要求
（1）替代车架规则：
a）一般要求：
这些替代规则的目的在于为单体壳的替代结构提供一个更简单的替代方案，并为空间桁架车架和单体壳提供更大的自由设计空间
b）结构要求认证表（SRCF）:
因为在这份替代规则设置中没有基准钢材设计，车队必须证明车架设计能够满足结构功能性要求。
当车队使用替代车架规则时，SRCF取代了SES，因此不需要提交SES。
c）侵入体防范：
检测板定义为直径为254mm（10英寸）的圆盘，其厚度没有要求，但是在车检时厚度一般在2mm（0.080英寸）左右。
检测板不能侵入前隔板和主环之间的主要结构内。
如果车手完全坐在主环的前方，那么将不需要检测主环后方。
如果车手有部位或者全身位于主环后方，那么将检测主环到主环斜撑之间的区域。
（2）静态项目规则：
a）分数设置：
技术检查:
不计分；成本与制造分析:
100分；营销报告:
75分；赛车设计：
150分；总计325分。
b）技术检查：
技术检查的目的是为了确定车辆是否满足中国大学生方程式汽车大赛规则的要求和限制，以及整体上是否与规则的意图相符。
检查表上的所有项目都必须是技术检查人员清晰可见的。
可以通过拆卸车身外板或使用活动盖板以使部件可视。
c）商业逻辑方案:
设计、成本以及商业报告的裁判将用该商业逻辑方案来确认每个静态项目中展示的信息是否与静态项目规则中综述的总体目标一致。
所有车队必须按照适用于当年FSC的通用格式“FSCBusinessLogicPlan201X”提交商业逻辑方案。
方案必须按照FSC网站上提供的模板提交。
d）成本与制造分析项目:
该项目由三部分组成：
第一部分“成本报告”，书面报告的准备和提交（成本报告）,该报告需在比赛前交给成本分析裁判。
第二部分“现场陈述”，现场比赛时与成本分析裁判在赛车边进行的论述。
第三部分“案例分析”，学生们必须回答与赛车成本或制造过程相关的若干问题。
e）营销报告项目：
营销报告将被从内容、组织结构、辅助图表以及呈示者的表达与车队回答提问的能力等几个方面进行评价。
f）赛车设计项目：
设置赛车设计项目的目的在于评估各队在设计赛车时在工程层面作出的努力以及从性能和综合价值考虑其工程设计是否符合市场需求。
提交设计报告：
现场比赛开始前，裁判首先要进行设计预审。
设计预审评判的最主要依据为所提交的设计报告。
该报告不得超过8页，包括不超过4页的文本、3页赛车图纸以及1页车队自定内容（照片、图表等）。
该文件应包含赛车的简要描述，其中包括赛车设计目标，以及主要设计特点和理念的论述。
同时，该报告中还应包括一份各种分析与测试技术细节的清单（有限元分析，发动机测功实验数据等）。
（3）动态项目规则：
a）分数设置：
直线加速测试:
75分；8字绕环测试：
50分；高速避障测试:
150分；效率测试:
100分；耐久测试:
300分；总分:
675分
b）在动态项目中，赛车必须保持其机械性能的完整性。
当任何可能影响赛车完整性、影响赛道表面或可能伤及参赛者的赛车状况出现（如悬架、制动或转向机构破坏、漏油、车体触地、车身板件松动或脱落、无法正常工作工作的刹车灯等），大赛官方都将以此为理由要求车队退出比赛，直到车队解决此问题。
c）车手限制参赛项目数量限制:
单个队员不能参加超过3个项目。
d）直线加速测试:
准备阶段——赛车的最前端须置于起点线后0.30m处。
车辆将从静止状态启动加速。
启动阶段——裁判挥舞绿旗表示可以开始比赛，而计时则将在赛车通过起点线后开始。
e）8字绕环测试：
8字绕环测试的目的是衡量赛车在平地上做定半径转向时的转向能力。
8字绕环测试程序赛车垂直驶入八字形中，并且绕右圆行驶一圈建立转向。
接着的第二圈仍绕右圆，并计时。
紧接着，赛车将驶入左圆进行第三圈。
第四圈仍绕左圆并计时。
完成第四圈后，赛车与进入时同向从交叉点处的出口离开赛道。
车手可以选择紧接着立刻开第二次。
f）高速避障测试：
高速避障测试的目的是评价赛车在没有其它竞争车辆影响的紧凑赛道上的机动性和操纵性。
高速避障测试共有两场比赛，每场比赛必须由不同的车手驾驶。
在天气和时间允许的情况下，每名车手将跑两次，取最快圈速作为比赛成绩。
g）耐久测试和效率测试比赛:
耐久测试目标—300分，设计耐久测试的目的是为了评价赛车的总体表现，并且测试赛车的耐久性和可靠性。
效率测试项目—100分，赛车的效率测试是与耐久测试相结合进行评价的。
h）赛旗:
旗帜信号是比赛的一种指令，不得提出任何异议，必须立即执行。
指令旗即为向参赛者发送指令的旗帜，参赛者必须执行且不得提出任何异议。
信号旗不要求车手对信号做出反馈，但信号旗可以作为附加信息来帮助其发挥出最佳水平。
二、《中国大学生方程式汽车大赛规则》的实现
1.前期准备
方程式赛车队分为油车队和电车队，即每年派出一辆内燃机车和一辆电动车参与比赛，同时要根据赛车的设计情况完成商业报告。
因此，车队每年招纳新队员时，需要招纳具有内燃机结构、电气控制、设计优化、商业策划等方面具有专业知识和特长的学生。
制造方程式赛车是一件耗费人力财力的事，完成一辆赛车的设计制造，不仅需要队员们全心投入和团结努力，经费是必不可少的。
经费不止限于学校和学院的投入，还需要队员们通过自己的能力和沟通，取得一些公司的赞助或技术支持。
在资金和人员都到位的情况下，便可以开展赛车的设计制造了。
在开始设计制造之前，必须要认真研究当年的比赛规则，明确规则手册中的各项细节，确保对规则掌握完全。
在不违反规则的条件下，结合指定赛事塞到，提出符合自身实际的技术路线，尽自己所能地造出一辆能获得好成绩的车，即方程的最优解。
在开始设计制造之前，可以查阅文献检索国内外各种赛车的工程实例，明确赛车的设计思路以及拟定一个初步的涉及目标。
2．分工合作
制作赛车的过程是繁杂的，因此必须要进行分工合作，团队协作，这样不仅提高了效率，而且简化了制造流程。
为了实现《大赛规则》要求，可以将车队划分为几个小组：
发动机组（电机组）、车身组、底盘传动组、电器电子组、以及商业新闻策划组等。
各个小组的成员们各司其职，分工合作。
各个小组负责各自部分的设计和制作工作：
借助CATIA、ANSYST等一些设计软件首先开展设计和分析工作，在设计上保证赛车的性能符合规则的要求的同时，还需要一定的创新性和独特性。
每个小组应当由一个负责人统筹小组内的工作，而车队的队长需要经常开会，保证各个部门的设计思路方向正确，衔接进度匹配。
在设计工作中车架的设计尤为重要，应当要完全根据大赛的规则来设计，应为大赛对车架各项指标都有严格的要求，要严格保障比赛安全。
设计完成后，焊接车架时要有良好的固定平台与夹具，车架一旦加工变形，对于后期装配是无法修复的致命损失。
完成设计工作后，赛车的制造组装工作便开始了。
赛车制造过程涉及原材料的采购和加工组装。
在采购过程中需要注意购买符合大赛规则要求的各部分材料和零件，在加工组装过程中需要满足零件在车架上位置要求以及安全性要求等大赛规则的规定。
同时如果在加工组装的过程中发现问题，应该及时解决，必要时可以修改原来的设计。
在设计制造的过程中，可以采用诸如3D打印等新技术制造更加符合设计规定的零件，是其与其他部件具有更好的匹配性。
商业策划组应当全程记录制造赛车所用的成本，完成一份详尽的商业策划。
3.路试优化
经过队员们几个月努力奋斗，一辆赛车初具雏形可以下线试车了。
此时需要
做的便是不断地测试，检验赛车的稳定性，努力解决试车过程中出现的问题，它们可能是设计上的缺陷或装配过程中错误。
不要逃避问题，而是想办法解决它，不断对赛车进行优化，使赛车处于最佳的状态。
4.FASE精神
良好的工程素养、坚忍不拔的意志力、不畏困难的挑战精神、对赛车的希望
和热爱。
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