“夢想4.0號”賽車行駛系設(shè)計(jì)（含UG三維圖）

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關(guān) 鍵詞：: 夢想賽車行駛設(shè)計(jì) ug 三維

資源描述：

摘要
隨著2010 年我國開始舉辦大學(xué)生方程式賽車比賽以來，越來越多的高校開始了對
FSAE 賽車的研究、制造與調(diào)試。到2017 年，我國大學(xué)生方程式汽車大賽由剛開始的20
多支車隊(duì)發(fā)展到了80 多支。為了我校行知車隊(duì)在2017 年10 月襄陽舉辦的第八屆中國
大學(xué)生方程式汽車大賽中取得優(yōu)異的成績，本文對新一季的“夢想4.0 號”賽車的行駛
系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)與優(yōu)化。根據(jù)2017 年方程式大賽規(guī)則，結(jié)合以往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，對“夢想4.0 號”賽車懸架和
車架進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。在懸架方面，對懸架類型進(jìn)行了選型，選定車輪定位參數(shù)以進(jìn)行了
懸架幾何設(shè)計(jì)和剛度與阻尼的計(jì)算。在車架方面，基于人機(jī)工程學(xué)和賽車總布置要求，
對車架進(jìn)行了設(shè)計(jì)。然后利用CATIA 軟件對懸架總成和車架進(jìn)行了三維建模。利用
ADAMS/Car 對車輪定位參數(shù)以及側(cè)傾中心高度進(jìn)行了仿真，分析各參數(shù)隨輪跳的變化規(guī)
律，找出其不合理的性能參數(shù)，用ADAMS/insight 對其進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化。并用ADAMS/Car
對車輪中心剛度、乘適剛度、側(cè)傾剛度和傳動比進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果和理論設(shè)計(jì)計(jì)算進(jìn)
行對比，驗(yàn)證理論計(jì)算的正確性。用ANSYS 軟件對懸架關(guān)鍵零部件搖臂進(jìn)行了有限元仿
真分析，驗(yàn)證其強(qiáng)度是否符合要求。對于車架的分析，本文用ANSYS 對車架進(jìn)行多種工
況下的強(qiáng)度分析，以及進(jìn)行了扭轉(zhuǎn)剛度、彎曲剛度的仿真分析與計(jì)算，結(jié)果表明“夢想
4.0 號”賽車車架符合強(qiáng)度與剛度要求

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內(nèi)容簡介：: 大學(xué)設(shè)計(jì)外文資料翻譯原文名稱SuspensionKinematicsStudyoftheFormulaSAESportsCar中文名稱FSAE賽車的懸架運(yùn)動學(xué)研究原文來源：S.Chepkasov,G.Markin,A.AkulovaProcediaEngineering150(2016)12801286學(xué)生姓名：學(xué)號：學(xué)院：機(jī)械與動力工程學(xué)院專業(yè)：車輛工程指導(dǎo)教師:20年月日外文資料翻譯第1頁共8頁FSAE賽車的懸架運(yùn)動學(xué)研究S.Chepkasov,G.Markin,A.Akulova烏拉爾聯(lián)邦大學(xué)，16街，葉卡捷琳堡，620002，俄羅斯摘要：在這篇文章中，提到了一種“FSAE賽車”懸架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。講訴了一種雙叉臂懸掛。講述了這類賽車懸架的主要特點(diǎn)以及選定了懸架方案。制定了用于根據(jù)上臂的角度確定懸架的位置的數(shù)學(xué)模型。對FSAE賽車懸架的幾何參數(shù)進(jìn)行分析和選擇。1、介紹在我們這個時代，世界上最受歡迎的汽車賽事是F1方程式。為了參與這些比賽而設(shè)計(jì)的汽車，除了牽引速度特性之外，還必須具有最高的可控性，以確保在在極速駕駛的情況下安全過彎。賽車要想高速克服高速賽道的彎道，需要工程師來解決與處理賽車操縱穩(wěn)定性和安全性等相關(guān)的其他性能任務(wù)。當(dāng)汽車轉(zhuǎn)向時，由于離心力會使汽車發(fā)生橫向側(cè)滑以及翻滾，為了減少像這種不利因素，需要考慮到諸如輪胎的特性，懸架的運(yùn)動學(xué)以及轉(zhuǎn)向和阻尼等參數(shù)等懸架特點(diǎn)。因此，賽車比賽的結(jié)果很大取決于懸架的運(yùn)動學(xué)。在設(shè)計(jì)FSAE賽車時，作者面對需要優(yōu)化雙叉臂懸架的幾何參數(shù)問題，因此開發(fā)了其數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行了最佳幾何特征的分析和選擇。2、跑車車懸掛的運(yùn)動學(xué)跑車的懸掛應(yīng)該提供汽車輪子的適當(dāng)?shù)倪\(yùn)動學(xué)，并且具有最小限度簧下部分的重量。幾乎所有的賽車和跑車配備懸掛雙叉臂獨(dú)立懸架與其具有最佳運(yùn)動參數(shù)相關(guān)。大尺寸是一個缺點(diǎn)，安裝時，這種類型的車用于日常使用，但是，當(dāng)它被用于汽車的方程式賽車時，它成為一個優(yōu)勢，因?yàn)樗匦奈恢幂^低，而且它會茶使汽車輪距加寬和抗側(cè)翻，無論承載框架的大小和結(jié)構(gòu)如何。改變雙橫臂懸架桿的相對位置變化時，橫向和縱向的車傾斜的高度隨著改變，所以，認(rèn)為這種類型的懸架能夠提供完美的運(yùn)動比率。另一方面，叉臂之間的距離變化影響引導(dǎo)裝置和鉸鏈上作用的力的變化。根據(jù)規(guī)則1，選擇雙叉臂懸架車的整車幾何參數(shù)外文資料翻譯第2頁共8頁如圖1。圖1FSAE賽車整車幾何尺寸圖據(jù)說，懸架設(shè)計(jì)問題是最有趣的汽車工程師，因?yàn)樗麄冃枰獎?chuàng)造性的解決方案和良好的工程科學(xué)知識。對懸架運(yùn)動學(xué)問題研究的巨大貢獻(xiàn)J.Reimpel教授在他的書中更充分地體現(xiàn)了汽車底盤設(shè)計(jì)的各個方面，以及各種車輛的數(shù)據(jù)和制定的關(guān)鍵對運(yùn)動學(xué)依賴性的建議3,2。國內(nèi)作者I.N.Uspensky和A.A.Melnikova4提出了彈性阻尼元件的選擇和計(jì)算問題建議選擇懸架的特點(diǎn)取決于路況。文獻(xiàn)5提供了一種選擇懸架參數(shù)的一般算法，制定了基本的負(fù)載模式。另外，在建立數(shù)學(xué)模型時，使用了建議和6中提出的一些方法。FSAE賽車制作要求:(1）外傾角應(yīng)隨叉臂旋轉(zhuǎn)角度而變化。因此，當(dāng)車輛轉(zhuǎn)彎時，懸架提供恒定的接地面積。這是要讓大側(cè)向力的傳輸和更均勻的輪胎磨損。(2）在懸掛過程中的輪距變化應(yīng)該很小，在5-10毫米的范圍內(nèi)，以最大限度的與車輪接地面積。(3）主銷的長度應(yīng)布局的條件下將最大可能的降低接頭杠桿反應(yīng)。3、數(shù)學(xué)模型在我們的案例中，建設(shè)性的原因（為了合理放置在車架上），懸掛傳遞垂直力對彈性元件通過推力和搖臂，其本身的彈性構(gòu)件位于框架的底部。在案例中，由于建設(shè)性的原因（為了合理放置在框架上），懸架傳輸通過推力和搖外文資料翻譯第3頁共8頁臂在彈性構(gòu)件上的垂直力，其本身的彈性構(gòu)件位于框架底部。此外，以下假設(shè)：懸掛部件（彈簧除外）被認(rèn)為是絕對剛性的。該數(shù)學(xué)模型沒有考慮推桿的運(yùn)動學(xué)，由于公式的復(fù)雜性，這個問題有待于以后的研究。圖2前懸架運(yùn)動學(xué)設(shè)計(jì)方案在最初階段，采取了懸掛的最初尺寸。初始數(shù)據(jù)被認(rèn)為是坐標(biāo)將臂安裝到框架上，臂和樞軸的長度，主銷偏移的長度，外傾角初始位置和橫向樞軸的傾斜角度，如圖2。圖2中使用以下符號：uZ，uY-上臂與車架連接點(diǎn)的水平和垂直坐標(biāo);1Z，1Y分別是下臂與車架連接點(diǎn)的水平和垂直坐標(biāo);upinZ.，upinY.-上臂鉸鏈主銷軸的水平和垂直坐標(biāo);1.pinZ，1.pinY分別是下臂鉸鏈主銷軸的水平和垂直坐標(biāo);0Z,0Y-車輪中心點(diǎn)O的水平和垂直坐標(biāo);CCZ,CCY,-分別是車輪接觸地面中心的水平和垂直坐標(biāo);pl-主銷的長度;ofl-車輪偏移的長度;ul-上臂長度;Il-下臂的長度;-上臂的傾角;-下臂的傾斜角度;T-拉桿的傾角;-外傾角;-主銷與垂直軸的傾斜角。由于上述計(jì)算方案是使用理論力學(xué)方法和機(jī)器理論的Mathcad數(shù)學(xué)模型。要檢查計(jì)外文資料翻譯第4頁共8頁算結(jié)果是否在Solidworks中運(yùn)行連接到MicrosoftExcel。所提出的數(shù)學(xué)模型具有一個自由度。作為可選參數(shù)的角度上臂到水平。杠桿upinZ.的上端的水平坐標(biāo)由下式計(jì)算：uuupinzlzcos.（1）杠桿upiny.上端的垂直坐標(biāo)由下式計(jì)算：uuupinylysin.（2）下臂ipinY.的末端的垂直坐標(biāo)對參數(shù)具有相當(dāng)復(fù)雜的三角關(guān)系，所以為簡單起見，引入了額外的變量（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）杠桿ipinZ.的下端的水平坐標(biāo)由公式計(jì)算：byaczlpinlpin.（11）下臂的傾斜角度由下式計(jì)算：)arccos(.llupinlzz（12）樞軸軸向垂直角的傾角由下式計(jì)算：外文資料翻譯第5頁共8頁)arcsin(.lupinlpinlzz（13）外傾角由下式計(jì)算：)(00（14）點(diǎn)的垂直坐標(biāo)0y：cos2.0llpinlyy（15）點(diǎn)的水平坐標(biāo)0z：)cos(sin201.0fupinllzz（16）觸點(diǎn)中心的垂直坐標(biāo)ccy.：cos0.CTccRyv（17）車輪接地中心的水平坐標(biāo)ccz.：sin0.CTccRzz（18）其中CTR-靜態(tài)輪半徑輪距B：cczB.2（19）輪距改變量：0BBB（20）因此，為了獲得數(shù)學(xué)模型，可以根據(jù)懸架幾何，設(shè)置其幾何參數(shù)來繪制傾角和輪距的變化。4、FSAE賽車的懸掛的幾何參數(shù)的選擇下一步是選擇設(shè)計(jì)值的懸架的幾何參數(shù)。在布局規(guī)則和條件的基礎(chǔ)上，作者確定了以下限制：（1）懸掛行程為60毫米（30回彈，壓縮30）（2）將下部臂的支撐與車架布局條件所定義的車架相配合，以便進(jìn)一步的計(jì)算是永久外文資料翻譯第6頁共8頁性的。（3）根據(jù)所提出的要求選擇主銷的長度，所以不要改變。（4）初始外傾角-31因此，可以通過改變上臂到車架的安裝點(diǎn)，改變桿的長度，改變主銷內(nèi)傾角等。在本文中，作為示例，考慮上臂的支撐位置和傾角對外傾角特性和輪距的影響取決于懸掛行程。已經(jīng)通過使用公式（1-20）計(jì)算了上臂位置的三個變體的懸架幾何參數(shù)，結(jié)果如表1和圖（圖3）所示。表1計(jì)算結(jié)果在圖3中示出了三條曲線，其中說明了懸臂行程中上臂傾斜和研究懸架特性的相互關(guān)系，允許圖形比較懸架運(yùn)動學(xué)的幾個選項(xiàng)的參數(shù)。從這些圖可以得出結(jié)論，安裝的第三個選項(xiàng)（0）上臂更完全滿足本文規(guī)定的要求，因?yàn)檩喚嘣趬嚎s運(yùn)動期間保持恒定，并且其在回彈期間的變化在允許的范圍內(nèi)。因此，外傾角為負(fù)，幾乎不變。有必要注意到，收到的結(jié)果只適用于初始條件在本文中描述。5、結(jié)論總之，作者注意到，所得到的數(shù)學(xué)模型是通用的，并且允許定義任何雙叉臂懸架的運(yùn)動學(xué)，并且不僅可以應(yīng)用于FSAE賽車。下一步是完成模型并編寫一個計(jì)算機(jī)程序，從而可以繪制幾何參數(shù)的曲線和輪距曲線的變化，以及評估這些參數(shù)對懸架運(yùn)動特性的外文資料翻譯第7頁共8頁影響。優(yōu)化懸架運(yùn)動學(xué)的任務(wù)的解決方案總是非常有趣和原始的，因此可以針對更具體的條件改變和改進(jìn)模型。圖3上臂傾斜度對懸架運(yùn)動學(xué)的影響：（a）外傾角隨懸架行程的變化;（b）輪距隨懸架行程外文資料翻譯第8頁共8頁的變化。參考文獻(xiàn)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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