毕业设计（论文）-FSAE赛车悬架系统设计

FSAE赛车悬架系统的设计及分析学院（系）：专业：学生姓名：学号： 指导教师：评阅教师：完成日期：I摘要是及其合作社成员建立一个大型的大学比赛。FSAE需要团队合作来设计，并根据和赛车的标准生产的赛车。在比赛过程中，该团队将不仅要完善，而且要通过汽车主裁判的一些的比赛。悬挂系统，是现代化汽车的重要部分，它的和汽车行驶，，舒适性的息息相关。一个很好的悬挂系统，对比赛结果有显著的影响。因此，在中，设计是重要工作之一，是一个重要的。本文首先根据和赛车的设计了悬架的结构形式，确定悬架的形式为立式悬架；确定了悬架的布置方案；选择了轮辋和的；依据悬架的进行设计，并对零。其次通过对赛车前后悬架，并分别对前后悬架进行双轮上下，得到数的变化曲线。通过分析，该赛架系统满要求，的性到了。最后对悬要部件进行，利用对赛车的进行有，校核零件的刚度和强度，确定其要求。关键词：FSAE赛车；悬架；Adams/Car；有限元分析；Ansys全套设计图纸加V信153893706或扣3346389411

AbstractChinaUniversityFormulaOneMotorCompetition(hereinafterreferredtoas"FSAE")istheChinaAutomotiveEngineeringSocietyanditscooperativememberstobuildalargecollegefortheevent.FSAErequiresteamstodesignandmanufactureasmallsingle-seatracingcarinaccordancewithracerulesandracingstandards.Duringtherace,theteamwillnotonlyelaborateonthedesignconcept,butalsobytherefereeonthecarforanumberofitemsPerformancetestproject.Thesuspensionsystemasanimportantpartofmoderncars,itsstructureandperformanceofthedirectimpactonthecar'sridecomfortandhandlingstability.Hasagoodsuspensionsystem,thegameresultshaveanimportantimpact.SointhedesignoftheFSAEracing,thesuspensiondesignisoneofthemaindesignpart,theresearchofthecarsuspensionisanimportantresearchtopic.Inthispaper,thestructureofthesuspensionisselectedaccordingtotherulesofFSAEandtheoverallarrangementofthevehicle.Thesuspensionisintheformofunequal-lengthdouble-armindependentsuspension.Thearrangementofthesuspensionandthepositioningparametersaredetermined.Thesizeoftherimandtiremodels,parameters;accordingtotheparametersofthesuspensioncomponentsdesign,andcomponentswereassembled.Secondly,thesimulationmodelofthefrontandrearsuspensionofthecarisestablishedbyAdams/Carmodule,andtheparallelcurveoftheupperandlowersuspensionmodelsissimulatedrespectively.Themainparametersofthesuspensionareobtained.Byanalyzingthesimulationresults,itshowsthatthefrontandrearsuspensionsystemsmeetthedesignrequirements,andtheperformanceofthesuspensionhasreachedtheidealrange.Finally,themaincomponentsofthesuspensionarestudiedstatistically.Ansysisusedtoanalyzethemainforcecomponentsofthecar,andthestiffnessandstrengthofthepartsarecheckedtomeetthestructuralrequirementsKeyWords:FSAE；Suspension；Adams/Car；Ansys

目录摘要 IAbstract II引言 -1-1绪论 -2-1.1FSAE大学生方程式汽车大赛简介 -2-1.2FSAE比赛内容和评判标准 -2-2FSAE悬架设计 -5-2.1FSAE底盘规则概况 -5-2.1.1悬架 -5-2.1.2离地间隙 -5-2.1.3车轮 -5-2.1.4轮胎 -5-2.1.5千斤顶支撑环 -5-2.1.6侧倾稳定性 -6-2.2悬架概述 -7-2.3悬架设计要求 -8-2.4赛车悬架系统的选型 -8-2.4.1独立与非独立悬架 -8-2.4.2前、后悬架方案的选择 -9-2.5FSAE赛车悬架上控制臂和下控制臂的布置 -10-2.5.1纵向平面的布置方案 -10-2.5.2横向平面布置方案 -11-2.5.3水平面的布置方案 -12-2.5.4上下横臂长度比例确定 -12-2.6轮辋的选择 -12-2.7轮胎的选择 -13-2.8悬架几何参数确定 -14-2.8.1轴距与轮距确定 -14-2.8.2初始运动学设计 -14-2.8.3主销长度 -15-2.8.4车轮定位参数 -16-2.8.5侧倾中心及侧倾中心高度 -17-2.9悬架刚度计算 -18-2.10悬架零部件设计 -20-2.10.1轮芯设计 -20-2.10.2立柱的设计 -21-2.10.3控制臂的设计 -22-2.10.4摇块结构 -22-2.10.5悬架的装配 -22-2.10悬架设计参数总结 -23-3.FSAE赛车前后悬架的运动仿真分析 -24-3.1悬架模型的建立 -24-3.1.1前悬架关键点定位参数 -24-3.1.2在ADAMS/Car中创建硬点 -25-3.1.3在ADAMS/Car中创建部件 -25-3.1.4在ADAMS/Car中创建运动副 -28-3.1.5后悬架模型建立 -29-3.2悬架模型的运动仿真 -29-3.2.1设置悬架参数 -29-3.2.2建立通信器Communicator -30-3.3.3悬架模型的仿真 -33-3.3前轮定位参数的仿真曲线 -37-3.4后轮定位参数的仿真分析 -42-参考文献 -44-致

谢 -46-引言悬架是现代汽车上的重要总成之一[1]，由于双横臂悬架有较好的运动特性，因此在越来越多的轿车的前悬上得到应用，特别是在赛车上，更是得到广泛运用，其设计好坏对操纵稳定性、平顺性和安全性有着重要的影响。操纵稳定性不仅影响到汽车驾驶的操纵方便程度,而且也是决定汽车高速安全行驶的一个主要性能[2]。本文对赛车的悬架系统进行了设计与分析。FSAE赛车的悬挂部件的设计主要有计算悬架系统有关的所有参数，确定机构形式和尺寸，各个零件的结构设计，包括控制臂，立柱，主销，轮毂，轮胎，弹簧，减振器和摇杆等。和前束。的合理与否直接影响到赛车的诸多性能，从而影响的性能好坏。1绪论1.1FSAE大学生方程式汽车大赛简介的一项在校大学生和研究生的方程式比赛。类型和主要尺寸的限制由理事机构规定。SAE方程式（FormulaSAE）系列赛源于1978年。第一次在美国波斯顿举行，中有11支。是制造一台5的。调动本科生，研究生的设计团队，设计并制造一级方程式赛车的能力。为了给团队最大的设计灵活性和创造性和想象力的空间，大赛对汽车的设计只有非常小的限制。该小组有8〜12个月设计，构建，测试和准备比赛。与来自世界各地的大学队伍相比，竞争提供了机会，创造和展示队员的创造力和工程技术水平。为了实现比赛的目标，学生可以拿自己假想为设计师。一家制造公司的员工设计，制造和展示用于评估该公司生产的原型车的原型。其结果是，车子肯定还是不错的加速，不论是制动以及操控性能。汽车必须是免费的，容易修复，可靠。此外，销售的市场因素，也要同时考虑到。该车应该是美丽的，舒适得，零部件要有一定的互换性。在假设的制造公司计划生产四辆车一天，该车原型的实际成本应低于$25,000（在2009年废除了规则）。设计团队面临的挑战设计和装配符合要求的汽车。每次会议将被设计成一个比较和评价比赛的事情来使用。1.2FSAE比赛内容和评判标准通过一系列的项目来评判的好坏，这些包括：技术检通过给这些项目的获得的分数来评比。项目分值分配如表1.1所示。表1.1成绩评定项目分值分配表环节名称分值静态项目陈述75工程设计150成本分析100动态项目加速性75弯道性能50操作稳定性150燃油经济性50耐久性300总体两项总分10001.3动态比赛介绍Fsae比赛由动态赛和静态赛两部分组成。其中有三场动态比赛：直线加速测试，高速避障测试和8字环绕测试。静态比赛包括：技术检查，成本与制造分析，营销报告，赛车设计。每辆车都必须参加测试以确保其满足45度燃料和液体倾斜要求和60度侧翻稳定性要求。悬架系统是所有动态比赛成功的基石，因此，设计悬架系统的目标是建立一个具有全面性能和适应能力的悬架系统，在所有的FSAE测试中争取优异的表现。FSAE比赛的第一场比赛是加速测试。加速测试场地是一个1/8英里长的赛道，其中以最短的时间通过为优。人们可能会认为，这次比赛的成功仅仅依靠汽车的传动系统部件，但事实并非如此。为了有足够出色的表现，发动机的力量需要充分的传递到地面。因此，后悬架必须尽可能地压在驱动轮上，这样可以将车辆重量尽可能地转移到的后驱动轮胎上，以达到最大牵引力。FSAE比赛的第二场比赛是高速避障测试，在一些极限转弯期间，过度或不足转向和车身侧倾会影响车身的稳定性。赛车转弯曲线主要由横向加速度，摩擦力和切向加速度引起的力组成。三个力量的宏观影响是将车身沿着其机动的相反方向倾斜，这可能会偏离行车路线。在设计悬架是应该注意到这些问题，保证过弯的稳定和安全。最后一场动态赛事是8字8字环绕测试，这也是FSAE比赛中所有比赛中最为综合性的动态比赛。结合加速度，侧向牵引力和制动力，是对整个赛车的一项全面测试。为了在这场比赛中取得成功，必须设计出快速转向响应的悬架，制动时的前俯最小。1.5课题的主要任务本次毕业设计主要进行方程式赛车悬架系统设计任务，根据FSAE官方规则要求进行设计，按照汽车悬架结构开展赛车悬架设计工作。悬架相关规则:发动机：为四冲程、排量610cc以下的活塞式发动机；轴距≥1525mm（60"）；轮辋不小于8"；必须能够制动全部四个车轮；悬架行程≥50.8mm（2"），其中向上25.4mm（1"），向下25.4mm（1"）；赛车轮辋直径≥203.2mm（8.0"）赛车较小的轮距（前轮或后轮）必须不小于较大轮距的75%。

2FSAE悬架设计2.1FSAE底盘规则概况2.1.1悬架必须在前后轮装配有可以的悬架，并且悬架在坐有车手的情况下可以在分别抬起和压下25.4mm。如果赛车没有严谨的悬架运行表现，或不能表现出适合比赛的操控能力，检察官员保留有取消赛车参赛资格的权利。悬架的所有的接合点必须可以被技术检查官员看到，无论是可以直接看到或是通过移除覆盖件来实现。2.1.2离地间隙必须有足够的离地间隙来防止赛车在行驶时的任何部分（除了轮胎）接触地面。并且在乘坐有车手的时候，任何时候在全车底部最小必须有25.4mm（1英寸）的静态离地间隙。2.1.3车轮赛车的轮胎直径必须大于等于203.2mm（8.0英寸）。任何只使用一个锁紧螺母的轮胎装配系统必须配有一个装置来固定和锁紧螺母和车轮，防止螺母松动。2.1.4轮胎赛车可装备如下两套轮胎：干胎——在检查时安装在赛车上的轮胎定义为干胎。干胎尺寸任意，型号任意。他们可以是光头胎，也可是有纹的。雨胎——雨胎可以是如下规定的任何型号和尺寸的有花纹和沟槽的样式：1）花纹和沟槽的图案必须是由轮胎厂商塑造成型的，任何被刻制的花纹沟槽必须有文件证明它是符合比赛的相关规定的。2）沟槽最浅为2.4mm（3/32英寸）。备注：车队自己手刻的花纹和沟槽是特别禁止的。每套轮胎在静态评定开始后，轮胎的成份和尺寸，或轮辋的型号和尺寸不能改变。不能使用轮胎保暖器。在静态评定开始后，任何牵引力提升方法都不准采用。2.1.5千斤顶支撑环在赛车的最后部必须安装有千斤顶支撑环。它须能支撑起整辆车的重量，并且能和官方的“快速千斤顶”配合使用。千斤顶支撑环的要求为：站在车后一米（3英寸）处可视；外观颜色为桔色；水平方向呈圆柱形，与车身中心线垂直；由圆柱形、外经25-29mm（1——11/8英寸）的铝管或钢管制成；最短长度300mm（12英寸）；在其圆周下半部分的长度至少为280mm（11英寸）。管子的高度必须满足如下条件：在技术检查时从支撑管底部必须最少有75mm（3英寸）的离地间隙。当支撑管底部离地200mm（7.9英寸）,弹簧完全松弛的状态下不接触地面。2.1.6侧倾稳定性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。侧倾稳定性将在一个倾斜台上用一个合格/不合格测试来评估，当车身与水平线倾斜成任意方向60度角，相当于1.7G，车都不能翻滚，倾斜测试将由最高的车手坐在正常行驶位置进行测试[8、9]

2.2悬架概述是现代上的主要之一，是车架（或承载式车身）与轿车（或车轮）之间的一切传力连接装置的总称。主要任务是通过在车轮上传力装置传递将所车轮和车架之间有的力和力矩，并通过阻尼系统，缓解来自路面上的冲击。以确保汽车驾驶的舒适性;为确保车轮受到在不同的道路上都能得到想要的运动特性，以保证车辆的，使汽驶有良好的性能。典型的结构主要由弹性元件、导向装置、减震器和横向稳定器等组成。各组成部分的功能如下：弹性元件功能：支持垂直载荷，有利于并限制路面所造成的不均匀的。弹性元件。原理：当车轮受到路面载荷时，弹簧将载荷储存为，车轮下一个跳转，返回到原来的状态。引导装置引导装置的作用是传递运动和扭矩，发挥引导作用。在，它。减震器功能：的一个关键组成部分，它的作用是加快机械振动的，提高驾驶的舒适性，提高车轮和地面的。此外，减振器可以减少动力学负荷，延长机器的寿命。目前通用的汽车主要是液压缸式，它的结构可以被划分为两缸式，单缸充气和双缸充气式。工作原理：在车轮上下跳过程中，内上下运动，使减振，因为液压油自身和液压油通过孔时，将转化成释放到空气中，使震动得以减轻。横向稳定器功能：,使车辆在保证驾驶的舒适性的前提下，增加了运动性能。工作原理：通过减少悬架C的竖向刚度，可以减少振动的固有频率，以提高驾车过程的舒适性。然而，由于倾斜角刚度越大，悬架垂直刚度越大，所以减小，并增大了车身。由此降低了在运动中的舒适性和安全性。2.3悬架设计要求此次设计，根据悬架的结构，机械设计的要求来设计比赛的悬挂系统。；轴距≥1525mm（60"）；轮辋不小于8"；必须能够制动全部四个车轮；悬架行程≥50.8mm（2"），其中向上25.4mm（1"），向下25.4mm（1"）；赛车轮辋直径≥203.2mm（8.0"）赛车较小的轮距（前轮或后轮）必须不小于较大轮距的75%。毕业设计内容：确定悬挂结构的类型，完成悬挂结构图，悬挂和车架框架装配，通过的结构来确定，设计引导杆的杆型和结构。具体原则如下：1）应该具有合适的减震性能，能快速衰减震动。2）应该能够赛车具有良好的操纵稳定性，时，赛车具有中性的特性；3）当车轮跳动时，车轮的定位参数没有太大变化，构没有运动干涉。4），减小车身。在时，幅度不能太大。5）要有良好的降噪隔声能力。6）可以稳定地传递所有的，以满足在一定寿命时间内，有足够的强度（，但我们做了FSAE赛车也应该让司机的安全有所保障，生命必须受到保护）。7结构紧凑，占用空间要小。由于本次设计的是FSAE大赛的悬架，设计的实际情况，本次设计的第1）、2）、3）、4）、6）、7）条原则。2.4赛车悬架系统的选型2.4.1独立与非独立悬架悬架分为独立悬架（左、右车轮通过各自的悬架与车架（或车身）连接）和非独立悬架（左、右车轮用一根整体轴连接，再经过悬架与车架（或车身）连接。非独立悬架独立悬架图2.1独立悬架与非独立悬架独悬的点：下量；悬占的间；性件承垂力，以刚小弹，使身动频率降低，改善了车行驶平；由于用断开式车，因此能降发机的置，使车的心高度降，善汽的驶定；、右各独运动互影响，可减少车身的斜和动，同时在起的面上能获得好的地着力。悬结形式可分为双横式、、、单纵臂式、单式、式、弗式、扭梁动式和杆等几种类型。悬架有如下特点：侧中度比较低，车动时车轮与主角均有变化，轮化小，轮损速度慢，悬倾较小，横度大。除去化，高度，方便设计的优点外，更在性上有更高要求的赛中，悬般都会调校的较硬，这对车定性了更高的要求，双独架可以针对这个问题通过对悬架控的适当调整改变车能，最大限用的各向，从而使赛能得到大的提升。独立悬横是否，又分长和不等长双横种悬[18]。横臂架在车下动时，能保销变，但化大(与单横相类似)，造成轮严重，现已很少用。对于双式悬要适择、优下横臂的长度，并通过合置、就可以距及位参化均在可接定范围内，保车具有良好的行性。目前不悬广泛应用在轿车的前后悬架上，部分运动及的后轮也采用这一悬构。2.4.2前、后悬架方案的选择上的双式独立悬型的设案，分别是推不等长独架、不等臂独架和拉杆式不等长双横臂独架。三种方案中拉不横立悬构最为简架通震器直接与悬接，不必设杆或拉器和换定点。使用的也是最。从设利性和轻角度出发是最佳的设案。但是这种设案存在的是需要震架安装点到悬架安装点的距配减震装长度，或者是以装长度计车架点到悬的距离;且无法杆或拉端的正反纹调整四轮、前重比和底盘最小距离;无推式不等独立悬计过程中，很大程度上受限于器的匹。推杆等长臂式不等长双横臂架都要设杆或拉向器固定点。其共点是可以通器的力计来匹多器，可以通拉端的正纹调车四轮载轴重盘最小离。推杆式不等长双立悬杆式不横臂独架是FS车中最常见的设案。推不等横臂独立悬常将减震器和换向置于车架上方或车架两拉杆等长双横立悬常将减震向器布架底推拉方面比较，通常推杆杆材料的抗拉要小于抗压，推优式;从空间利用面比较，两种方式都充分利用了车外的空整车重心降低方面来说，拉优于式。通过对式不等横立悬拉杆式不等长双臂悬对比，两没有明显的优势。参类赛构并结E赛况，决定前后悬后都选取推杆式不横独架。考虑到整量和对空力要求较高素，上下横用管件，前架上下用臂。2.5FSAE赛车悬架上控制臂和下控制臂的布置2.5.1纵向平面的布置方案上、下横向平面内置形式直接决定了，而抗角的匹配对主角的变化有较响。为了提高汽车的制定适性，一般希望主角的变律是：在悬簧压缩倾角变，在弹伸时主角减小，用以产动时因后倾角变大而作转向的防动前矩。图2.2纵向平面内上、下横臂轴布置方案图中给出了六种可能匹置方主角随车动的变线，图中γ表示主角。第4、5方案的γ变化规缩行程小，拉程γ增，这与所希规律正反，因此用在汽悬中；方然注角的变化最小，但其俯的作；第1、方案倾的变化规律是在现车上有着广用。但F车的车管接成的空架结，考虑接时的方便位准，前架的上制抗前值为0°。2.5.2横向平面布置方案上、下横横面内的布案主要有以种：图2.3横向平面内上、下横臂轴的布置方案比较图4中a、b方案可以清楚到，上、下横置不同，所得到的侧位不同。方案c）所示上、下臂平行的布置方式车轮跳动时能最大程度地保持垂直，所以这种布置方案产生的车轮偏振以及转向轮绕主销的自激摆振最小。若上、下度与它们的离度成反则侧心高度在车动时保变。缺点是跳车轮变化不大。方案b）中，单轮的跳动瞬心位轮之，直致的结是车轮在悬缩行小，伸程，产生不向效。由于赛常处于转况，且需轮的变势为：车跳时车轮外大，下落时角变大。很明显这置方不适赛车。方案a）广泛应用于FSAE赛车，这是由于通过合理的设计，这种布置形式能提供最好的操纵性，最小的轮胎磨损以及轮胎噪声。当侧倾中心位于地面之上时，能减弯时车的，且车轮外倾轮外趋势符合上述车的需要。当下控内安下移时，侧心降车重降低，当侧心刚好处面时，赛轮化最小，车倾化最小，随之产生轮偏振也最小。2.5.3水平面的布置方案水平面的布架的上、下横水平面置也是主虑到上、下轴与纵向夹角，同样考虑到悬下横与车身桁架铰接，为了安时方，定位准确，设定车上、下横与纵向行，即两者之间的夹。2.5.4上下横臂长度比例确定双横架上、下横长度对车轮上、下跳动时的定数影响很大。在现车的设计中，一般使上横臂的长度小于下横臂，以获得更理想的运动曲线特性。设计汽车悬，希望轮化要小，以减少轮损，提高其使用寿，因此应该选横臂与下横比值在0.6附近；在的设，为保车具有良好的操定性，希望前位角的变要小，这时应选择0.8附近。根据以上分析，初步选定上下横臂比值取为0.8。2.6轮辋的选择则规定最小轮寸限制为寸。若考虑用最寸的轮造成转柱的布置非常困难，而且使上、下受件复杂化。是非常复杂的部件，其运动特性参数和生产制造技术大多是商业机密，因此对于FSAE赛事来说，由研发团队自身设计和制造轮胎是非常困难的。因此，对于的选择往往限于购买成品。结合前两国大学生方赛车及赛的车的设验，轮胎的尺寸基为10英和寸两种。基于以上考虑，本次设计的轮辋尺寸在和中选择。考虑到我校之前并没有参赛经验，结合节约资本的原则考虑，本次设计选用的轮辋尺寸为13英寸。如图2.4所示：图2.4轮辋2.7轮胎的选择在决定采用的轮后，轮的选择确定。FSAE轮胎生产商是Goodyear、Michelin、Hoosier、Avon和Continental，他们所能承受的牵引力条件大致相似。因此本次设计的决定选择生产胎，断度为，扁为，轮号为，如图2.5所示：图2.5轮胎2.8悬架几何参数确定2.8.1轴距与轮距确定则要求赛车的至少为（15m），赛小的轮得小于较大的轮75%。考虑到制造及安装时的误差等因素的影响，在满足要求的前提下，确定赛车轴距为1550mm。前、距的选择是在参外车、前两赛数以及汽计资料的基础上，在确定为1550mm的情况下，根验式（2-1）初选：B=kL（2-1）式中：B——轿车的轮距，mm；L——轿车的轴距，mm；k——系数，取0.55～0.64；[27]经估算：赛的在1000左右。考虑到适当增大赛距，有利于增加悬的度，使汽车的横定好。因此结合其队的赛数，本计的前轮为1200mm，后取为1160mm。2.8.2初始运动学设计在中开始悬架的设计，设程中要确保其符合规则。规则要求悬架在有车手乘坐的情况下能够分别抬起和压下25.4mm，以及任何时候在全车底部至少25.4的静态离地间隙。在CAD图纸上，对前、架的其余部分进行空虑，包括轮辋、轮以及控。根据已经选定的轮距，在满足车架的最小结构尺寸的情况下，不断的改变主销长度、离地间隙、车轮外倾角、主销内倾角、主销后倾角等，从而确定最佳的主销参数、控制臂长度以及各个空间夹角、侧倾中心位置及纵倾中心位置等，进而使赛车能够有最佳的运动性能[28]。首先做出的是前、后悬架的平面示意图，如图2.10、图2.11所示图2.6前悬架几何尺寸图2.6前悬架几何尺寸2.8.3主销长度主销长度主要由轮辋内空间限制，本次设计选择的轮辋为13英寸，轮辋内直径为319mm，空间比较充裕，考虑铰接点结构，悬架达到极限位置时不与车轮发生干涉等因素，得到主销长度取最大值，前悬主销长度为250mm，后悬主销长度为259mm。2.8.4车轮定位参数车轮的定数有：主、主、车、和车轮前束角组成。1）主销后倾角在汽车的纵向平面内有向一个，即主线和地直线在汽向平面夹角，能够形成稳回矩。现速汽于轮压降性增加，从而，引起力增加，因此，主可以减小，甚零。2）主销内倾角在汽车的横面内有向内倾斜的一个，即主线和地面垂在汽车横面内，该角也有使车生自正的作用。主销内倾角是在前立柱的设计中得到的，由机械加工实现。3）前轮外倾角前轮外倾角是指通过车轮中心的汽车横向平面与车轮平面的交线与地面垂线之间的夹角[30]。若空车轮正好垂面，则满，车因为受而产生变形，从而出车轮内倾，这样将会加胎的。由于FSAE赛车非载货汽车，因此在设计时可以根据有驾驶员乘坐时的整车质量来设计，因此，前轮外倾角可以设计的很小，甚至为零度。4）前轮前束汽车的轮的前边离B小边离A，之差即称为前。这样的设以使车每一瞬时滚向接近方，从而很大程度上减轻和消除了由于而产生的。可以通过改变横拉杆的长度来调整。本次车轮的定位参数见下表。表2.1车轮的定位参数前悬架后悬架主销后倾角5°0°主销内倾角6°0°车轮外倾角-1°-1°车轮前束角-1°0°通过其年FSAE比验了解到，的轮定数一般是负的车倾负的车束，其原因主要有以下几点：1）负车在赛速转时，能因横向导致车轮角向正化的趋势，使与地面保持良触，发挥的最大抓地力，确保顺利的高速过弯;2）负可以使转应更加灵敏，的一大特点就是比赛行驶较多，负束角能使赛车更快的，以减少时间;3）负搭配负车轮，既可以确保线行驶的，也可以减小轮胎的磨损。2.8.5侧倾中心及侧倾中心高度度是悬构的重标，由于随着导构参数变化和的跳而变化，侧心高随之变化，它对和矩有着很大的影响。当时，由于与离缩短，会减小从而也减小。但过高时，车身倾斜所导致的车轮轮距也会相应的增大，会缩短轮胎的使用寿命。由作图法得到双横臂独立悬架的侧倾中心位置：将上、下横臂内外转动点的连线延长，以便得到极点P，并同时获得P点的高度。将P点与车轮接地点N连接，即可得到侧倾中心W，同时获得W的高度hW。根据图2.10、图2.11所得到的前悬侧倾中心高度为hw1=25mm；后悬侧倾中心高度为hw2=40mm。2.9悬架刚度计算悬频息息相关，悬频低，较好。悬偏，较好。一般汽设计要求保证汽车具有良好的行性，故悬有频较低，普通偏Hz。对于赛言，性则显得不是那，所以赛车悬架的偏一些，具有适力的赛车偏频为Hz，具有高负升力的赛，悬频为3-5Hz。根据，悬坐有车手的情况下可以分别抬mm。考虑到加配等，设计时所富余，初取Z=30mm。在一般的现代车辆中，理论分析证明：若汽车以较高车速驶过单个路障，n1/n2<1时的车身纵向角振动要比n1/n2>1时小。但是在FSAE比赛中，一般选择前悬偏频大于后悬偏频，前悬偏频高，在入弯时可以有更快的响应;车前部离地间隙的缩短可以使空气动力学套件更好的发挥作用，；前悬侧倾刚度越高，赛车越倾向于转向不足。由于分FSAE赛车都是后驱车，后悬偏倾减小有助于在出弯时得到更大的牵引力。估算前后轴荷为:前轴荷WF=100KG,后轴荷W2=120KG,根据式（2-3）可计算出悬架乘适刚度:KKRF=WFZ代入数据可以求解KK代入数据可以求解得前、后悬分别为：式中：——前悬簧上质量——后悬簧上质量根据计算结果，初选前悬偏频3.1Hz，后悬偏频2.9Hz。根据式（2-4）可计算出悬架乘适刚度:（2-4）代入已知数据可以求得前、后悬架的乘适刚度分别为：车轮上跳行程：ZZ代入已知数据可以求得：Z取轮胎的径向刚度为，由式（2-6）计算悬架线性刚度：（2-6）可得传递比，也叫杠杆比，是车轮行程与其产生的弹簧行程的比值初选杠杆比。侧倾角刚度表示在车身单位转角下，悬架系统给车身总的弹性恢复力矩：KK代入已知数据可以求得：KK侧倾梯度表示赛车在1g的侧向加速度下，车身的侧倾转角，单位为（°）/g。FSAE赛车的侧倾梯度为0.5°/g-1.5°/g。∅代入已知数据可以求得：∅符合FSAE赛车的一般标准。和是减振器选择的重要参数，其中弹簧刚度可由式（2-7）计算得出：（2-7）可得，2.10悬架零部件设计2.10.1轮芯设计FSAE赛车为后轮提供驱动力，前轮为转向轮。轮芯在设计使需要与轮毂的装配，制动盘与制动卡钳的安装，且前轮与后轮的轮辆尺寸、制动卡钳型号、制动盘及轮毅轴承都一样故前后轮芯的区别只有后轮为与半轴匹配需要比前轮多一段花键。在轻量化的设计思路下，轮芯为一个中空的设计方式，见图2.7图2.7轮芯三维模型2.10.2立柱的设计（1）前立柱的设计前立柱依据制动卡钳安装位、轮惘尺寸和轮毅轴承尺寸。便可设计出前立柱。（2）后立柱的设计与前立柱不同的是后立柱需要多一个铰接点的位置，以限制立柱的转动。前后立柱如图2.8。2.8前立柱（左）后立柱（右）2.10.3控制臂的设计控制臂使用两根尺寸为∅14X2mm的钢管焊接而成，交叉处焊接有一个轴承座，以安装型号PB8的向心关节轴承与立柱连接为纹的接头。控制臂与车架连接段焊接有两个带M8内螺轴承座以方便杆端关节轴承的连接与调整。前悬架的上控制臂和下控制臂都采用了一个锐角三角形的设计，以获得最佳的力学结构。后悬架的上控制臂下控制臂设计为一个接近直角三角形的锐角三角形的设计，见图2.92.9前悬横臂（左），后悬横臂（右）2.10.4摇块结构摇块中共3个铰点，一个是与车架连接，其作用是将摇臂与车架进行固定并让摇臂绕着这个轴连接点进行转动，一个是与减震器连接租后一个是与推杆连接。2.10.5悬架的装配将悬架的各零部件与车架进行装配后即得到图2.10所示。图2.10悬架装配2.10悬架设计参数总结通过之前的计算和设计，得到了前后悬架的参数如下表：表2.2悬架设计参数总表前悬架后悬架主销内倾角°60主销后倾角°50车轮前束°-10车轮外倾°-10主销长度mm250259上横臂长度mm320268下横臂长度mm398336横臂夹角mm6045侧倾高度mm2540质心高度mm310偏频Hz3.12.93.FSAE赛车前后悬架的运动仿真分析ADAMS软件简介ADAMS，即机械系统动力学自动分析(AutomaticDynamicAnalysisofMechanicalSystems)，该软件是美国MDI公司(MechanicalDynamicsInc.)开发的虚拟样机分析软件。用户界面模块(ADAMS/View) ADAMS/View是ADAMS的主要模块之一。与用户基础交互式图形环境结合的图标的操作，菜单操作时，鼠标点击操作交互式建模时间表，仿真，动画，优化，加工XY曲线，结果的分析和数据和其他功能的打印在一起。求解器模块（ADAMS/解算器）是ADAMS家族的主要模块中的一个，并且是ADAMS产品中站核心地位的。该软件会自动建立和模，提供静态解，运力学。的有多种选择和建模解决方案，以正确有效地处理各种工程应用。后处理模块（ADAMS/PostProcessor中）已开发后处理器模块ADAMS/后处理，用来处理数据的仿真结果表明，模拟动画。您可以在ADAMS/View环境或环境中运行。亮点是：轿车模块(ADAMS/Car)ADAMS/汽车是一个软件包，用于车辆公司，如马，发，以自己计和汽车发展结合起来，使工程师能够快速创建原型的车辆，包括人体的发动机，转向机构，制动系统等，工程测试条件下（如天气，路况，体验可视化驱动器）和操作者的输出稳定性，制动，全性设置，从而减依赖性，费时仅仅是试的ADAMS/车采用专为专业训练，你可以使用该软件进行卓有成块包括车辆动态和设计悬架的，其中包括：、冲输入、,，测试，，制动试验过程中度、变等3.1悬架模型的建立3.1.1前悬架关键点定位参数根据前悬架装配图，测量出前悬架各关键点的空间坐标如表3-1所列（左侧车轮悬架参数），从而为ADAMS/Car中前悬架模型的建立提供依据。表3-1左侧前悬架各点空间坐标3.1.2在ADAMS/Car中创建硬点首先启动ADAMS/Car，进入TemplateBuilder模块。在File下拉菜单里选择New，新建一个前悬架模型文件。其次进行的是硬点的建立。在Build下拉菜单中，选择Hardpoint，在Hardpoint的下拉菜单中选择New，即创建新的硬点。在弹出的对话框中（图3.1），按照表3-1中所列各点的信息，输入硬点名称及对应的坐标，依次创建各硬点。（注意：各点创建的时候，Type类型始终选择Left选项）最后，硬点创建完成，如图3.2、图3.3所示。图3.1硬点的创建对话框3.1.3在ADAMS/Car中创建部件以上横臂的创建为例，首先选择点Upper_arm_mid创建Part，命名为Front_upper_wishbone，如图3.4所示，Type类型仍旧选择Left。然后是为上横臂创建Geometry，创建上横臂的前方A臂，顺序为Build>>Geometry>>Link>>New，将新建的Geometry命名为Front_upper_arm_front，如图3.5所示。以同样的方式建立上横臂其他杆件。创建完成的上横臂图形如图3.6。图3.4创建Part图3.5创建Geometry_Link图3.6上横臂图前悬架的其他部件的创建方式同上，以类似的方式创建其他部件。完成后如图3.7所示。3.1.4在ADAMS/Car中创建运动副为了能让悬架各部件能够相互独立的运动，需要在各部件之间加上运动副。在横臂与车架的铰接点出需要加上旋转副，横臂与立柱的铰接点出需要加上球副等。在建立joint时，Active选项要选择kinematicmode-运动学模式，同时，在选择文件的时候都要统一的选择左侧文件，这样才能够在左右两侧对称的生成部件，如图3.8所示。各部位加完运动副之后如图3.9所示。图3.8Joint的创建在此过程中还要为悬架添加阻尼器和弹簧。顺序为：首先创建Generalpart，然后通过Build>>Force>>Damper>>New创建Damper，最后在通过Force>>Spring>>New创建Spring。自此，前悬架的基本模型的建立基本完成。图3.9各运动副添加完成3.1.5后悬架模型建立后悬架的建立过程与前悬架相同，建立完成后如图。3.2悬架模型的运动仿真3.2.1设置悬架参数定义悬架主销方法如下，点击Build下拉菜单，选择SuspensionParameters>>CharacteristicsArray>>Set，如图3.10所示。图3.10定义悬架主销设置Toe/Camber数值点击Build下拉菜单，选择SuspensionParameters>>Toe/CamberValues>>Set，如图3.11所示。根据已经设计好的前束和车轮外倾角值输入到弹出的对话框中。图3.11设置前束和外倾角3.2.2建立通信器Communicator建立通信器Communicator的基本信息Info点击Build下拉菜单，选择Communicator>>Info,弹出窗口如图3.12所示。图3.12创建Communicator>>Info点击OK后，弹出信息窗口，如图3.13.图3.13Info的信息窗口建立通信器Communicator的Output信息点击Build下拉菜单，选择Communicator>>Output>>New,弹出窗口如图3.14所示。图3.14Output窗口安此方法分别创建三个OutputCommunicator，他们是Suspension_mount、Suspension_upright、Wheel_center。创建TestCommunicator点击Build下拉菜单，选择Communicator>>Test,弹出窗口如图3.15所示。图3.15Test设置窗口点击OK后弹出的信息窗口如图3.16。图3.16Test信息窗口3.3.3悬架模型的仿真通过按键盘上的F9键，切换至Standard界面。创建Subsystem点击File>>New>>Subsystem，创建一个新的Subsystem。如图3.17。图3.17Subsystem的创建创建SuspensionAssembly点击File>>New>>SuspensionAssembly，创建一个新的SuspensionAssembly，如图3.18。图3.18NewSuspensionAssembly创建窗口点击OK后弹出的信息窗口如如3.19所示，证明NewSuspensionAssembly已经创建完成。图3.29NewSuspensionAssembly创建完成后的信息窗口完成后的界面窗口如图3.20。Kinematictoggle设置点击Adjust>>Kinematictoggle，在弹出的窗口中将CurrnetMode项切换至Kinematic模式，如图3.21.图3.21Kinematictoggle设置SuspensionAssembly的仿真点击Simulate>>SyspensionAnalysis>>ParallelWheelTravel．．．进行测试信息的设置。车轮跳动行程为±30mm。如图3.22所示。图3.22测试信息设置窗口设置完成后弹出的提示信息如图3.23，证明内部测试已经完成。可以通过Review>>AnimationControl观看运动过程。图3.23信息提示窗口3.3前轮定位参数的仿真曲线在ADAMS/Car的Standard界面中，完成模型的仿真参数设置后，通过F8键切换到输出曲线的界面。在左上角的小选项窗里选择Animation，在右侧的空白窗口中右击选择LoadAnimation，选择进行仿真运动的模型名称，则出现图3.24界面。点击向右的播放图标，会在上面的模型窗口中显示模型运动的动画。图3.24模型运动显示窗口在Animation选项框中选择Plotting，则会出现曲线图纸界面，图3.26.在菜单栏里选择Plot>>CreatPlots，在弹出的对话框（图3.25）中PlotConfigurationFile中右击，选择tbl_suspension_paralle_travel.plt，后点击OK，即创建出各参数的图纸模板。随后在左侧窗口中出现悬架各参数曲线图的名称，例如选择page_camber_angle，则在右侧窗口中会出现前轮外倾角的曲线图。若选择Page1，然后在下侧Filter中选择userdefind，在Request窗口中选择相应的参数，之后在Component选择left或right，然后，再点击右侧的AddCurves，曲线就会显示在上方窗口中了。再看其他参数的曲线，可以点击ClearPlot，先清除现有的曲线，然后，再选择想要看的曲线参数，点击AddCurves即可。图3.25创建Plot模板图3.26曲线图通过以上步骤，得出的各参数曲线如下：主销内倾角随车轮跳动量变化的曲线图3.28主销内倾角随车轮跳动量变化图3.29为随车化曲线，也有使轮回正的作用。主不能过过小，如果在运动过程中变化过大会加速轮胎的磨损，不利于车定性。由图可次设计模型的变化范围为0.95°，在车内变设计要求。主销后倾角随车轮跳动量变化的曲线图3.30主销后倾角随车轮跳动量变化图3.30为赛车移曲线，使赛车具有一定的稳矩，有利于线行驶稳定，但过大会造成车手转向力过大，操控不便，本次设计赛车前悬架模型的变化范围为0.01度，在车轮跳动行程内变，符合设计要求。前轮前束随车轮跳动量变化的曲线图3.31前轮前束随车轮跳动量变化的曲线图3.31为的变化曲线，在安装车轮时通过设抵轮向外滚动的趋势，如果运动过程中变化过大会导的侧摆。本次设计中，前为0.479°，符计要求。车轮外倾角随车轮跳动量变化的曲线图3.33车轮外倾角随车轮跳动量变化的曲线图3.33为车轮跳动量变化的曲线，在静止时车轮外倾角为-1.0°，随着车轮上跳车轮外倾呈变大趋势。范围为0.89°，小于理想围2°。5）前悬车轮轮距随车轮跳动曲线图3.31前轮轮距随车轮跳动量变化的曲线图3.31为前曲线，轮距发生变化会使车力，影性。同时，轮量大损，降低轮胎的使用寿命，本次设计前为4.33mm，小于一般要求的10mm。且符合轮距随着车轮上调增大，随车轮下跳减小。6）前悬侧倾中心随车轮跳动变化曲线图3.32前轮侧倾中心随车轮跳动量变化的曲线在赛车的运动过程中，由于路面度，此时之间的相置发生变化，造成前数发生化，如果变化较大，会加胎的磨损，能，原则上，前轮定位参数的变化不能太大。根据仿真结果从各图中可知在车轮跳动范围内前轮参数的变化在允许范围之内。3.4后轮定位参数的仿真分析将建立好的后悬架的总装配加载进ADAMS进行析，与前悬架相同，作车轮同真，设定车轮上为30mm。仿真结束后得到后车轮的定位参数等仿真曲线。3.6.1后车轮定位参数仿真曲线相对于言，后需要考虑转向相关的功能，但车操纵稳定性的要求提高，后有前束的要求。后轮前束角随车轮跳动量变化的曲线图3.33后轮轮距随车轮跳动量变化的曲线图3.33为后线。对于赛而言，当行驶时没有会使后轮在用下发生前后面的情况，会加磨损。前范围应该比较小，且在车轮上调时呈减小的趋势。如上图所示，本次设计的后悬架前束的变化量极小，符合设计要求。2）后车轮轮距随车轮跳动的变化曲线图3.34后车轮轮距随车轮跳动的变化曲线图3.34为后车跳线，后轮轮量大会造成轮胎的磨损，降低使用，本次设计前轮轮距变化量为小于一般要求的10mm，在合理的范围内。

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