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大学生方程式赛车（FSAE），是面向各个科研机构以及各个高校的一项赛车竞赛，最初举办比赛的目的是针对某些特定要求的车辆进行开发，逐步发展至对车辆设计制造全过程的深入研究。

本文主要是是介绍下FSAE的车架的设计，车架对车身的作用就好比骨头对人身体的作用，其实就是前后车桥上的框架式结构，俗称大梁，是汽车的基体。一般由两根纵梁和几根横梁组成，经由悬挂装置﹑前桥﹑后桥支承在车轮上。车架必须具有足够的强度和刚度以承受汽车的载荷和从车轮传来的冲击。

车架的功用是支撑、连接汽车的各总成，使各总成保持相对正确的位置，并承受汽车内外的各种载荷。作为整车的重要组成部分，不仅需要足够的刚度和强度，还要满足轻量化设计和空气动力学等要求。

车架的设计包括前环、主环、前隔壁、前环支撑、主环支撑、侧防撞杆的设计，可以利用 CAD或者其他软体先建立整车平面模型，然后进行三维建模，比如使用CATIA、SolidWorks等三维软体，然后利用有限元软体，比如Hypermesh进行力学分析，根据其分析结果提高整车的力学性能，使整车结构可靠，最后再进行各个方面的优化。这就是车架的开发流程。

1.车架的类型

就目前来讲，FSAE 赛车中广泛使用的是由金属管件构成的空间管件结构、单体壳车身两种。

空间管架结构使用钢管、铝合金管经焊接、铆接或高强度粘接加工而成，用以承受全车载荷。

单体壳其实是一种结构技术，利用壳体表面承载，而非采用内部框架结构进行承载。它将承载重物的作用力均匀分散到每一个面，而非是空间桁架结构的每一根管件，所以单体壳结构扭转刚度大。单体壳结构的车身作为承载式车身的一种，还具有高度安全性以及高整合度。安全性方面的优势同样来源於单体壳车身的面结构，相比于空间桁架车身而言，单体壳车身在缓解冲击力时是以面进行能量传导，所以，在高速碰撞时，单体壳的车身结构能够为车内成员提供更为全面的安全保障。

2.车架的设计

赛车参数是影响赛车性能的决定性因素，应按照整车布置要求设计赛车主要参数，使汽车实现轻量化，提高动力性；依据大赛规则和设计目标，合理设计车架各个部分，可选用 一些合适的软体对车架建模。设计出的车架还应进行空间位置测试和人机工程测试。驾驶舱布置集中体现在方向盘、换挡杆和座椅设计上。方向盘、换挡杆要便于操纵，符合人机工程，与总布置、转向、制动和发动机组共同设计。根据悬架硬点、转向、制动、发动机悬置等要求确定车架结构。

车架设计要求：赛车的结构必须包括两个带有斜撑的防滚架、有支撑系统和缓冲结构的前隔板、以及侧边防撞结构。赛车的基本结构必须为以下材料制作：低碳钢或合金钢圆管。

除主环和主环斜撑必须使用钢材以外，其他管件均可使用替代尺寸规格和材料。铝制或钛制的管件以及复合材料在主环和主环斜撑上禁止使用。

方程式汽车大赛已经开展 20 余年，集结了国内外汽车设计制造领域的高端人才。车架的设计应结合赛车的总布置要求和人机工程需要，选择合适的材料以及管件外径和长度。

（1）前环以及前斜撑设计

前环是辅助翻滚保护杆，位于驾驶员前方，驾驶员腿的上方靠近方向盘的位置，保护驾驶员的手和手臂。与保护驾驶员身体的主环形成了安全侧翻保护区域。前环与主环一样，由一根未经切割的管件与与底盘两端相连。另外前环必须被支撑到隔板上。如果翻转线在前环和主环之间，驾驶员头盔必须低于翻转线 50mm。《FSC 规则》对于车架的前环的设计明确了要求，使其具备足够的强度、刚度，在极端状况下不发生变形、破坏。

（2）主环设计

主环是主要的防滚支架，沿著或仅靠于驾驶员的后方。车辆侧翻时主要保护驾驶员的上半身。主环必须由一根未切割的、连续的、截面形状封闭的钢管构成，连接到底盘上。同时主环也需要主环支撑支承载荷。根据《FSC 规则》，从车辆的侧视图看，主环位于车架主体结构的安装点以上的部分必须在与竖直方向上的倾斜角在 10 度的范围以内；主环支承与水平线之间的角度不低于30 度。这些规则确保主环强度可靠，没有疵点。

（3）主环支架

a.主环支架必须由封闭的钢管构件构成；

b.主环支架禁止使用铝合金、钛合金等复合材料；

c.主环支架必须是直的，即没有任何弯曲。

（4）前环支架

a.前环必须由两个分别位于前环两侧的向前伸的支架支撑；

b.必须安装前环支架是为了保护车手的腿部，并且必须延伸到车手脚的前部。

（5）驾驶舱设计要求

驾驶舱的设计须符合人体工程学以及 FSC规则的要求。

（6） 腿部空间尺寸

按照车辆总布置要求，要求腿部有足够的活动空间。另外，要避免驾驶舱内可移动以及尖锐的零部件伤及车手的腿部。可以根据男子95百分位的模型来决定车架前隔板与前环下焊点的距离。

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