“梦想4.0号”赛车行驶系设计（含UG三维图）
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梦想
赛车
行驶
设计
ug
三维
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摘要
随着2010 年我国开始举办大学生方程式赛车比赛以来，越来越多的高校开始了对
FSAE 赛车的研究、制造与调试。到2017 年，我国大学生方程式汽车大赛由刚开始的20
多支车队发展到了80 多支。为了我校行知车队在2017 年10 月襄阳举办的第八届中国
大学生方程式汽车大赛中取得优异的成绩，本文对新一季的“梦想4.0 号”赛车的行驶
系统进行了设计与优化。根据2017 年方程式大赛规则，结合以往设计经验，对“梦想4.0 号”赛车悬架和
车架进行设计计算。在悬架方面，对悬架类型进行了选型，选定车轮定位参数以进行了
悬架几何设计和刚度与阻尼的计算。在车架方面，基于人机工程学和赛车总布置要求，
对车架进行了设计。然后利用CATIA 软件对悬架总成和车架进行了三维建模。利用
ADAMS/Car 对车轮定位参数以及侧倾中心高度进行了仿真，分析各参数随轮跳的变化规
律，找出其不合理的性能参数，用ADAMS/insight 对其进行多目标优化。并用ADAMS/Car
对车轮中心刚度、乘适刚度、侧倾刚度和传动比进行仿真，仿真结果和理论设计计算进
行对比，验证理论计算的正确性。用ANSYS 软件对悬架关键零部件摇臂进行了有限元仿
真分析，验证其强度是否符合要求。对于车架的分析，本文用ANSYS 对车架进行多种工
况下的强度分析，以及进行了扭转刚度、弯曲刚度的仿真分析与计算，结果表明“梦想
4.0 号”赛车车架符合强度与刚度要求
- 内容简介：
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大学设计外文资料翻译原文名称SuspensionKinematicsStudyoftheFormulaSAESportsCar中文名称FSAE赛车的悬架运动学研究原文来源：S.Chepkasov,G.Markin,A.AkulovaProcediaEngineering150(2016)12801286学生姓名：学号：学院：机械与动力工程学院专业：车辆工程指导教师:20年月日外文资料翻译第1页共8页FSAE赛车的悬架运动学研究S.Chepkasov,G.Markin,A.Akulova乌拉尔联邦大学，16街，叶卡捷琳堡，620002，俄罗斯摘要：在这篇文章中，提到了一种“FSAE赛车”悬架系统的设计。讲诉了一种双叉臂悬挂。讲述了这类赛车悬架的主要特点以及选定了悬架方案。制定了用于根据上臂的角度确定悬架的位置的数学模型。对FSAE赛车悬架的几何参数进行分析和选择。1、介绍在我们这个时代，世界上最受欢迎的汽车赛事是F1方程式。为了参与这些比赛而设计的汽车，除了牵引速度特性之外，还必须具有最高的可控性，以确保在在极速驾驶的情况下安全过弯。赛车要想高速克服高速赛道的弯道，需要工程师来解决与处理赛车操纵稳定性和安全性等相关的其他性能任务。当汽车转向时，由于离心力会使汽车发生横向侧滑以及翻滚，为了减少像这种不利因素，需要考虑到诸如轮胎的特性，悬架的运动学以及转向和阻尼等参数等悬架特点。因此，赛车比赛的结果很大取决于悬架的运动学。在设计FSAE赛车时，作者面对需要优化双叉臂悬架的几何参数问题，因此开发了其数学模型，进行了最佳几何特征的分析和选择。2、跑车车悬挂的运动学跑车的悬挂应该提供汽车轮子的适当的运动学，并且具有最小限度簧下部分的重量。几乎所有的赛车和跑车配备悬挂双叉臂独立悬架与其具有最佳运动参数相关。大尺寸是一个缺点，安装时，这种类型的车用于日常使用，但是，当它被用于汽车的方程式赛车时，它成为一个优势，因为它重心位置较低，而且它会茶使汽车轮距加宽和抗侧翻，无论承载框架的大小和结构如何。改变双横臂悬架杆的相对位置变化时，横向和纵向的车倾斜的高度随着改变，所以，认为这种类型的悬架能够提供完美的运动比率。另一方面，叉臂之间的距离变化影响引导装置和铰链上作用的力的变化。根据规则1，选择双叉臂悬架车的整车几何参数外文资料翻译第2页共8页如图1。图1FSAE赛车整车几何尺寸图据说，悬架设计问题是最有趣的汽车工程师，因为他们需要创造性的解决方案和良好的工程科学知识。对悬架运动学问题研究的巨大贡献J.Reimpel教授在他的书中更充分地体现了汽车底盘设计的各个方面，以及各种车辆的数据和制定的关键对运动学依赖性的建议3,2。国内作者I.N.Uspensky和A.A.Melnikova4提出了弹性阻尼元件的选择和计算问题建议选择悬架的特点取决于路况。文献5提供了一种选择悬架参数的一般算法，制定了基本的负载模式。另外，在建立数学模型时，使用了建议和6中提出的一些方法。FSAE赛车制作要求:(1）外倾角应随叉臂旋转角度而变化。因此，当车辆转弯时，悬架提供恒定的接地面积。这是要让大侧向力的传输和更均匀的轮胎磨损。(2）在悬挂过程中的轮距变化应该很小，在5-10毫米的范围内，以最大限度的与车轮接地面积。(3）主销的长度应布局的条件下将最大可能的降低接头杠杆反应。3、数学模型在我们的案例中，建设性的原因（为了合理放置在车架上），悬挂传递垂直力对弹性元件通过推力和摇臂，其本身的弹性构件位于框架的底部。在案例中，由于建设性的原因（为了合理放置在框架上），悬架传输通过推力和摇外文资料翻译第3页共8页臂在弹性构件上的垂直力，其本身的弹性构件位于框架底部。此外，以下假设：悬挂部件（弹簧除外）被认为是绝对刚性的。该数学模型没有考虑推杆的运动学，由于公式的复杂性，这个问题有待于以后的研究。图2前悬架运动学设计方案在最初阶段，采取了悬挂的最初尺寸。初始数据被认为是坐标将臂安装到框架上，臂和枢轴的长度，主销偏移的长度，外倾角初始位置和横向枢轴的倾斜角度，如图2。图2中使用以下符号：uZ，uY-上臂与车架连接点的水平和垂直坐标;1Z，1Y分别是下臂与车架连接点的水平和垂直坐标;upinZ.，upinY.-上臂铰链主销轴的水平和垂直坐标;1.pinZ，1.pinY分别是下臂铰链主销轴的水平和垂直坐标;0Z,0Y-车轮中心点O的水平和垂直坐标;CCZ,CCY,-分别是车轮接触地面中心的水平和垂直坐标;pl-主销的长度;ofl-车轮偏移的长度;ul-上臂长度;Il-下臂的长度;-上臂的倾角;-下臂的倾斜角度;T-拉杆的倾角;-外倾角;-主销与垂直轴的倾斜角。由于上述计算方案是使用理论力学方法和机器理论的Mathcad数学模型。要检查计外文资料翻译第4页共8页算结果是否在Solidworks中运行连接到MicrosoftExcel。所提出的数学模型具有一个自由度。作为可选参数的角度上臂到水平。杠杆upinZ.的上端的水平坐标由下式计算：uuupinzlzcos.（1）杠杆upiny.上端的垂直坐标由下式计算：uuupinylysin.（2）下臂ipinY.的末端的垂直坐标对参数具有相当复杂的三角关系，所以为简单起见，引入了额外的变量（公式4-10）：eDdylpim2.（3）)(22.bacyzbadupinupin（4）ehdD42（5）1)(2bae（6）1.yyaupin（7）1.zzbupin（8）22.2.2121221upinupinpyzyzllc（9）2.2,.222)(upinupinupinpyzzbcbclh（10）杠杆ipinZ.的下端的水平坐标由公式计算：byaczlpinlpin.（11）下臂的倾斜角度由下式计算：)arccos(.llupinlzz（12）枢轴轴向垂直角的倾角由下式计算：外文资料翻译第5页共8页)arcsin(.lupinlpinlzz（13）外倾角由下式计算：)(00（14）点的垂直坐标0y：cos2.0llpinlyy（15）点的水平坐标0z：)cos(sin201.0fupinllzz（16）触点中心的垂直坐标ccy.：cos0.CTccRyv（17）车轮接地中心的水平坐标ccz.：sin0.CTccRzz（18）其中CTR-静态轮半径轮距B：cczB.2（19）轮距改变量：0BBB（20）因此，为了获得数学模型，可以根据悬架几何，设置其几何参数来绘制倾角和轮距的变化。4、FSAE赛车的悬挂的几何参数的选择下一步是选择设计值的悬架的几何参数。在布局规则和条件的基础上，作者确定了以下限制：（1）悬挂行程为60毫米（30回弹，压缩30）（2）将下部臂的支撑与车架布局条件所定义的车架相配合，以便进一步的计算是永久外文资料翻译第6页共8页性的。（3）根据所提出的要求选择主销的长度，所以不要改变。（4）初始外倾角-31因此，可以通过改变上臂到车架的安装点，改变杆的长度，改变主销内倾角等。在本文中，作为示例，考虑上臂的支撑位置和倾角对外倾角特性和轮距的影响取决于悬挂行程。已经通过使用公式（1-20）计算了上臂位置的三个变体的悬架几何参数，结果如表1和图（图3）所示。表1计算结果在图3中示出了三条曲线，其中说明了悬臂行程中上臂倾斜和研究悬架特性的相互关系，允许图形比较悬架运动学的几个选项的参数。从这些图可以得出结论，安装的第三个选项（0）上臂更完全满足本文规定的要求，因为轮距在压缩运动期间保持恒定，并且其在回弹期间的变化在允许的范围内。因此，外倾角为负，几乎不变。有必要注意到，收到的结果只适用于初始条件在本文中描述。5、结论总之，作者注意到，所得到的数学模型是通用的，并且允许定义任何双叉臂悬架的运动学，并且不仅可以应用于FSAE赛车。下一步是完成模型并编写一个计算机程序，从而可以绘制几何参数的曲线和轮距曲线的变化，以及评估这些参数对悬架运动特性的外文资料翻译第7页共8页影响。优化悬架运动学的任务的解决方案总是非常有趣和原始的，因此可以针对更具体的条件改变和改进模型。图3上臂倾斜度对悬架运动学的影响：（a）外倾角随悬架行程的变化;（b）轮距随悬架行程外文资料翻译第8页共8页的变化。参考文献1FormulaSAE,Rules2016,2015.2J.Reimpell,Vehiclechassis1,Vogel-Buchverlag,Wurzburg,1983.3J.Reimpell,Vehiclechassis:mechanicofelasticsuspensions,Vogel-Buchverlag,Wurzburg,1983.4I.N.Uspensky,A.A.Melnikov,Designofvehiclesuspension,Mashinostroenie,Moscow,1976.(inRussian).5B.A.Afanasiev,B.NBelousov,L.F.Zheglov,Designoffour-wheeldrivevehicles,PublishinghouseoftheBMSTU,oscow,2000.(inRussian).6V.A.Kurdyuk,N.S.Volsky,Methodofparametersdoublewishbonessuspensionselectionfromtheanalysisoft
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