在激烈赛事中，坐姿良好与否会直接影响成绩的好坏，每个车队都会为旗下的车手量身订作个人专属的座舱，虽说每个车手习惯不同，但据统计，他们所采的都是最轻松自然的坐姿，通常这也能使车手的坐姿是最不容易疲累的。轮胎与地面摩擦所产生的抓地反映，经由方向盘及车身而传给驾驶者，我们一般称它为“路感”，而驾驶者就是根据路感的回馈，作出最适当的驾驶反映，因为要控制一部行进中的车辆除了转动方向盘之外，还有车身重心的转移，但是想精准的抓住车身重心，除了驾驶者自己本身的敏感度外，汽车座舱的坐姿也提供了极大的帮助 [ 1 ] 。图1为某品牌汽车的驾驶舱坐姿示意图。

对于民用车而言，驾驶舱的布置更加强调驾驶的舒适性，通过座椅的承托包裹和踏板方向盘的角度布置，减少驾驶员在长途驾驶过程中产生的疲劳感，同时提供最宽阔的视野，帮助驾驶员更好地应对道

路上产生的突发情况 [ 2 ] 。所以民用车的驾驶舱对于车辆的路况的反馈并不是特别强调。相反，对于赛车而言，首要强调的就是路况反馈，因为赛车是一样竞技性运动，所以并不强调视野和舒适性，车手的坐姿往往会非常低甚至贴近底盘，以获得良好的车况反馈感，如图2中所示。同时车手的坐姿将会帮助赛车实现更好的配重。

赛事对于车手座舱的要求 [ 3 ] 如图3所示：

图1. 某车型驾驶员座舱坐姿示意图

图2. 大学生方程式赛车座舱坐姿示意图

图3. 赛事座舱坐姿检验要求示意图

1) 用直径为200 mm (7.87英寸)的圆代表髋部和臀部；

2) 用直径为200 mm (7.87英寸)的圆代表肩膀及颈部区域；

3) 用直径为300 mm (11.81英寸)的圆代表佩戴有头盔的头部；

4) 用一条长为490 mm (19.29英寸)的直线连接两个直径为200 mm圆的圆心；

5) 用一条280 mm (11.02英寸)的直线连接位于上方的直径为200 mm和300 mm的头部圆的圆心；

6) 将座椅调整到最靠后的位置；

7) 将踏板调整到最靠前的位置；

8) 将底部直径为200 mm的圆放置到座椅底部以使得该圆圆心到踏板最后端面的距离不少于915 mm (36英寸)；

9) 将中部直径为200 mm的圆，代表肩部，放置到椅背上；

10) 将上部直径为300 mm的圆放置在距离头枕不超过25.4 mm (1英寸)的位置，即通常情况下车手头盔所处的位置。

赛车模拟器的仿真内容，主要包括操纵件的力仿真和位置仿真；车手在驾驶过程中需要观察的仪表仿真；驾驶座舱的姿态仿真；满足车手听觉要求的发动机噪声仿真；满足驾驶视觉要求的视景仿真以及车辆动力学和运动学仿真等。

驾驶座舱的姿态仿真，其主要目的是满足车手驾驶过程中的体感需求，如图4所示的F1模拟器座舱。驾驶座舱操作机构的操纵要与车手在模拟器中获得的感觉和模拟器显示的视景一致，方能达到最好的模拟器训练效果，所以各个操纵机构在模拟器支架上布置的位置就显得尤其重要了。

鉴于本赛车模拟器支架是基于FSAE赛事研发的，所有的操纵机构的布置，车手坐姿的要求自然都

图4. F1赛车模拟器支架布置图

是需要按照赛规来进行的。同时又要满足SAE95%的要求，这样才能够对于车手起到实质性的训练提升。

情景重现的定义是：在符合需要的前提下，以提供的材料为原型，使事件中的人物、事件、情节、场面、景物、情绪。在脑海里不断浮现，形成连续活动的画面，并不断引发相应的态度、感情，这个过程就是情景再现。

对于赛车如此高强度，速度极快的运动项目而言，驾驶赛车依靠更多地是车手本能反应而不是经过仔细思考后的举动，如何培养车手形成情景重现从而形成条件反射是赛车模拟器的重要职责，车手可以不断通过模拟器反复训练同一个动作使之成为本能。这一点需要通过模拟器环境的良好布置方能实现。

“直立驾驶姿势”定义：座椅靠背与竖直方向所成夹角不超过30度。该种驾驶姿势在民用车中经常被使用，如图6所示。优点是车手视野开阔，方向盘与车手手臂之间形成一定的夹角使得车手在长时间驾驶过程中不会出现明显的手臂疲劳感，同时有利于座舱其他操纵机构的布置。缺点是车手坐姿偏高，增大了整车风阻系数，对于路面的反馈不够灵敏，同时不利于车辆配重布置。

“斜躺驾驶姿势”定义：座椅靠背与垂直方向所成夹角大于三十度。该种驾驶姿势通常被运用在跑车和赛车上，如图7所示，优点是车手坐姿较低，对于车辆的反馈能较为敏锐地做出反应，同时赛车的重心得以进一步降低，方便赛车配重，降低了风阻系数。缺点是车手视野受限，手臂几乎与方向盘呈90

图6. 直立式坐姿效果图

图7. 斜躺式坐姿示意图

度角，不利于长时间驾驶，同时坐姿降低导致座舱空间增大，对于操纵机构布置提出考验。

鉴于我们的方程式赛车是为了极限操控而生，为了最大化地模拟实际的驾驶环境，同时在征求过老一代车手的意见后，故决定采用斜躺式坐姿。所有的操纵机构的布置均按照斜躺式坐姿的方案进行布置，力求完美还原赛车座舱内部感受。座椅的选用模型如图8所示。

在选用工业铝型材受力变形量计算时，变形量将是一个重要的选择依据。根据计算公式，很容易计算出铝型材在自重与受力的情况下所产生的变形量。

鉴于我们选用的是40 mm 4040铝型材通过计算我们所有零部件的载荷并选择固定方式，通过受力分析得出该铝型材符合我们的要求。计算公式如图9。

原有模拟器上的转接头体积较大且由于中间采用了铰接结构，导致了故障率较高，可靠性较低，新的转接头采用螺栓与滑轨与铝型材直接接触，同时通过螺栓松紧直接调整，即减轻了重量又简化了设计，为模拟器设备的布置腾出了更多的空间。图10，图11分别展示了转接头的设计图纸以及支架的总装。

作为承载模拟器和车手全部重量的铝型材，需要通过有限元受力分析进行优化，将完成建模的铝型材三维模型导入ANSYS有限元分析软件中进行静态受力分析如图12所示，随后进行拓扑优化，优化支架结构。如图13所示。

通过ANSYS受力分析和拓扑优化发现，铝型材的中央部分产生了应力集中的问题，但是通过滑轨的结构搭建与拓扑优化，减少的不必要的多余材料，使得支架受力最大化，同时完成了支架的轻量化。

模拟器支架的初步模型完成后，需要通过搭建台架进行试验，通过车手的反馈进行调整模拟器指甲上对应设备的拜访位置从而让车手在有限的空间里获得最舒适的驾驶感受。

图9. 某型号铝型材受力计算公式

由于购买回来的铝型材都是长度2 m以上的，同时铝型材的接口与自制的转接头不符合，所以先要对购买回来的铝型材进行加工，将其切割成模型上对应的长度，随后再将借口打磨平整。

完成了所有铝型材的切割准备，准备好转接头等零部件后就可在平台上进行支架的搭建了。

在搭建平台上利用C型卡，夹具，螺栓等固定设备优先固定底座以及重要支撑部位。图14，图15展示了新型转接头在支架上的应用图和支架的搭建。

图10. 新转接头图纸

图11. 运用了新转接头的模拟器支架建模图

图12. ANSYS铝型材的形变分析

图13. 铝型材滑轨的拓扑优化

经过为期一个月的搭建台架和设备已安装完毕，如图16所示。由于设备预算原因和搭建问题，我们

图14. 新型转接头实物图

图15. 模拟器支架前部搭建过程特写

图16. 模拟器支架完成图

没有完成三屏幕的最初设想。但是我们还是安排了一场车手训练比赛用以实际检验模拟器支架在实际过程中的运行情况，车手需在模拟器上联系完成15圈的模拟比赛，在过程中我们会检验车手的圈速是否出现大幅度波动，或因为疲劳而产生的失误。

从车手实际驾驶的回馈中我们得到了如下信息：

1) 模拟器支架的承托感较好很紧凑较为符合驾驶要求；

2) 模拟器支架并没有很明显的不适，不容易产生疲劳；

3) 模拟器支架的设备布置位置仍有可以改进的部分。

所以总体而言我们的模拟器支架设计还是较为成功的。