fsae方程式赛车悬架系统设计

fsae方程式赛车悬架系统设计

2010年，中国学生方程式汽车比赛（fsae）首次在7个地点举行。中国学生方程式汽车比赛为学生培养汽车设计、制造、成本控制和团队成员合作能力提供了一个很好的项目实践平台。此外，参加比赛的机会为所有参加比赛的大学之间提供了一个广阔的交流平台，以促进各大学之间的学术交流。1增加加速度和操纵FSAE赛事规则要求赛车悬架系统必须满足以下要求:能够保证赛车具备良好的行驶平顺性、良好的操纵稳定性、合适的衰减振动能力;能可靠的传递车轮和车身之间的各种力和力矩,保证有足够的强度和使用寿命;在赛车制动和加速时保证车身稳定,减小车身纵倾,确保转弯时车身侧倾角合适;便于布置和维护。根据赛事规则制定FSAE赛车悬架系统的初步设计流程,如图1所示。2基于之前和之后框架的标准参数的计算根据方程式大赛的规则,查阅相关的资料,确定主要基准参数,如表1所示;悬架系统车轮定位参数如表2所示。3振动器和水平稳定杆的设计3.1悬架弹簧的选取赛车偏频的选取与悬架刚度有直接关系,为了避免共振,偏频的选取不宜一致,同时基于性能的考虑,综合去年FSAE赛车设计经验,此次赛车悬架偏频的选取为前悬n1=3.2Hz,后悬n2=2.6Hz。利用赛车整车参数计算适乘刚度,以此来选择合适的弹簧。根据计算数据并参照弹簧参数表,选择前悬为310lb/in,后悬为300lb/in的弹簧。对应的弹簧刚度分别为:由此可计算出悬架的实际上跳行程,由于侧倾增益值1.91°/g,不在低负升力赛车的侧倾增益取值范围内(1.0~1.83.2横向侧倾刚度的增加横向稳定杆的作用是避免赛车急速过弯时发生过大的横向侧倾,尽量保证赛车车身平衡,以此来增加赛车横向侧倾刚度、增强行驶平顺性。选择适当的前后悬架的侧倾角刚度比值,也有助于赛车所需要的转向特性。横向稳定杆角刚度C式中:d——稳定杆直径,mm;ϕb——横向稳定杆转角,°;M利用公式(4)可计算得稳定杆角刚度为C4悬架系统的anasis应力分析主要部件建模、受力分析如下。轮毂是用来连接轮胎钢圈,在与轴承过盈配合的面上施加固定,允许轮毂转动。轮毂材料选用为7075铝,轮毂结构与轮辋配合,采用四螺栓配合。在法兰盘上预留六个紧固圆孔,使用卡箍件对刹车盘进行固定,使得制动盘安装和拆卸简单化,如图2所示为前轮毂三维模型图。利用ANSYS软件对前轮毂进行受力分析,在钢圈安装孔上施加3600N的力,同时在四个孔上施加300N·m的转矩,安全系数为5,受力分析结果如图3所示。作为悬架系统最重要的部分之一,立柱上面连接着轮毂、悬架上下A臂和制动卡钳,并且承载整车质量。立柱受力复杂,且属于赛车的簧下质量,为提高赛车的操纵稳定性,在保证足够刚度的情况下需要尽量减轻立柱质量,后立柱三维模型图如图4所示。利用Ansys对后立柱进行应力分析,施加后轮极限工况承受的制动力为605N,垂直载荷为4000N。两种工况组合的安全系数为4.7,受力分析结果如图5所示。悬架各零部件的ANSYS应力分析宗旨在于使各个重要受力部件能够满足在各种工况下稳定工作。从以上立柱及轮毂受力云图可知,能够达到FSAE赛车设计要求。5车轮跳动系统的优化设计FSAE赛车前后采用的均为不等长双横臂独立悬架,利用Adams软件,在Adams里面建立虚拟实物模型,对车轮进行激励仿真分析,如图6所示。在本次仿真分析中,虚拟激振台设置上下跳动距离为25.4m,利用左侧和右侧车轮同步上下跳动来计算悬架跳动过程中各重要参数的变化规律。包括:主销内倾角、主销后倾角、轮胎束角、悬架刚度等,车轮跳动测试如图7所示。悬架参数如果设计不合理,会导致定位参数变化过大,从而影响赛车性能,出现转向沉重,轮胎磨损严重等等问题。通过车轮跳动的测试,在各参数的变化曲线图中,可知该赛车在轮胎上下跳动时其主销内倾角和前束值的变化范围较大。因此要利用测试结果,对车轮定位参数进行优化设计,如图8。改善车轮内倾角,优化后前束角变化呈直线变化,说明悬架上下跳动过程中内倾角变化较小,能够保证赛车具有较好的操纵稳定性,如图9所示为优化前后前束角变化对比图。6优化结果分析以上所有悬架涉及的重要参数通过ADAMS/car模块,建立出实物空间分布坐标以及变化量。同时,结合悬架运动仿真中出现的问题,对悬架系统主要参数进行了细致优化,最终的优化数据和曲线图表明,悬架的运动性能得到了显著提高。悬架系统的设计关乎整车的结构性能,本次设计,赛车悬架类