畢業(yè)設計（論文）-FSAE賽車懸架系統(tǒng)設計

FSAE賽車懸架系統(tǒng)的設計及分析學院（系）：專業(yè)：學生姓名：學號： 指導教師：評閱教師：完成日期：I摘要是及其合作社成員建立一個大型的大學比賽。FSAE需要團隊合作來設計，并根據(jù)和賽車的標準生產的賽車。在比賽過程中，該團隊將不僅要完善，而且要通過汽車主裁判的一些的比賽。懸掛系統(tǒng)，是現(xiàn)代化汽車的重要部分，它的和汽車行駛，，舒適性的息息相關。一個很好的懸掛系統(tǒng)，對比賽結果有顯著的影響。因此，在中，設計是重要工作之一，是一個重要的。本文首先根據(jù)和賽車的設計了懸架的結構形式，確定懸架的形式為立式懸架；確定了懸架的布置方案；選擇了輪輞和的；依據(jù)懸架的進行設計，并對零。其次通過對賽車前后懸架，并分別對前后懸架進行雙輪上下，得到數(shù)的變化曲線。通過分析，該賽架系統(tǒng)滿要求，的性到了。最后對懸要部件進行，利用對賽車的進行有，校核零件的剛度和強度，確定其要求。關鍵詞：FSAE賽車；懸架；Adams/Car；有限元分析；Ansys全套設計圖紙加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

目錄摘要 IAbstract II引言 -1-1緒論 -2-1.1FSAE大學生方程式汽車大賽簡介 -2-1.2FSAE比賽內容和評判標準 -2-2FSAE懸架設計 -5-2.1FSAE底盤規(guī)則概況 -5-2.1.1懸架 -5-2.1.2離地間隙 -5-2.1.3車輪 -5-2.1.4輪胎 -5-2.1.5千斤頂支撐環(huán) -5-2.1.6側傾穩(wěn)定性 -6-2.2懸架概述 -7-2.3懸架設計要求 -8-2.4賽車懸架系統(tǒng)的選型 -8-2.4.1獨立與非獨立懸架 -8-2.4.2前、后懸架方案的選擇 -9-2.5FSAE賽車懸架上控制臂和下控制臂的布置 -10-2.5.1縱向平面的布置方案 -10-2.5.2橫向平面布置方案 -11-2.5.3水平面的布置方案 -12-2.5.4上下橫臂長度比例確定 -12-2.6輪輞的選擇 -12-2.7輪胎的選擇 -13-2.8懸架幾何參數(shù)確定 -14-2.8.1軸距與輪距確定 -14-2.8.2初始運動學設計 -14-2.8.3主銷長度 -15-2.8.4車輪定位參數(shù) -16-2.8.5側傾中心及側傾中心高度 -17-2.9懸架剛度計算 -18-2.10懸架零部件設計 -20-2.10.1輪芯設計 -20-2.10.2立柱的設計 -21-2.10.3控制臂的設計 -22-2.10.4搖塊結構 -22-2.10.5懸架的裝配 -22-2.10懸架設計參數(shù)總結 -23-3.FSAE賽車前后懸架的運動仿真分析 -24-3.1懸架模型的建立 -24-3.1.1前懸架關鍵點定位參數(shù) -24-3.1.2在ADAMS/Car中創(chuàng)建硬點 -25-3.1.3在ADAMS/Car中創(chuàng)建部件 -25-3.1.4在ADAMS/Car中創(chuàng)建運動副 -28-3.1.5后懸架模型建立 -29-3.2懸架模型的運動仿真 -29-3.2.1設置懸架參數(shù) -29-3.2.2建立通信器Communicator -30-3.3.3懸架模型的仿真 -33-3.3前輪定位參數(shù)的仿真曲線 -37-3.4后輪定位參數(shù)的仿真分析 -42-參考文獻 -44-致

謝 -46-引言懸架是現(xiàn)代汽車上的重要總成之一[1]，由于雙橫臂懸架有較好的運動特性，因此在越來越多的轎車的前懸上得到應用，特別是在賽車上，更是得到廣泛運用，其設計好壞對操縱穩(wěn)定性、平順性和安全性有著重要的影響。操縱穩(wěn)定性不僅影響到汽車駕駛的操縱方便程度,而且也是決定汽車高速安全行駛的一個主要性能[2]。本文對賽車的懸架系統(tǒng)進行了設計與分析。FSAE賽車的懸掛部件的設計主要有計算懸架系統(tǒng)有關的所有參數(shù)，確定機構形式和尺寸，各個零件的結構設計，包括控制臂，立柱，主銷，輪轂，輪胎，彈簧，減振器和搖桿等。和前束。的合理與否直接影響到賽車的諸多性能，從而影響的性能好壞。1緒論1.1FSAE大學生方程式汽車大賽簡介的一項在校大學生和研究生的方程式比賽。類型和主要尺寸的限制由理事機構規(guī)定。SAE方程式（FormulaSAE）系列賽源于1978年。第一次在美國波斯頓舉行，中有11支。是制造一臺5的。調動本科生，研究生的設計團隊，設計并制造一級方程式賽車的能力。為了給團隊最大的設計靈活性和創(chuàng)造性和想象力的空間，大賽對汽車的設計只有非常小的限制。該小組有8?12個月設計，構建，測試和準備比賽。與來自世界各地的大學隊伍相比，競爭提供了機會，創(chuàng)造和展示隊員的創(chuàng)造力和工程技術水平。為了實現(xiàn)比賽的目標，學生可以拿自己假想為設計師。一家制造公司的員工設計，制造和展示用于評估該公司生產的原型車的原型。其結果是，車子肯定還是不錯的加速，不論是制動以及操控性能。汽車必須是免費的，容易修復，可靠。此外，銷售的市場因素，也要同時考慮到。該車應該是美麗的，舒適得，零部件要有一定的互換性。在假設的制造公司計劃生產四輛車一天，該車原型的實際成本應低于$25,000（在2009年廢除了規(guī)則）。設計團隊面臨的挑戰(zhàn)設計和裝配符合要求的汽車。每次會議將被設計成一個比較和評價比賽的事情來使用。1.2FSAE比賽內容和評判標準通過一系列的項目來評判的好壞，這些包括：技術檢通過給這些項目的獲得的分數(shù)來評比。項目分值分配如表1.1所示。表1.1成績評定項目分值分配表環(huán)節(jié)名稱分值靜態(tài)項目陳述75工程設計150成本分析100動態(tài)項目加速性75彎道性能50操作穩(wěn)定性150燃油經(jīng)濟性50耐久性300總體兩項總分10001.3動態(tài)比賽介紹Fsae比賽由動態(tài)賽和靜態(tài)賽兩部分組成。其中有三場動態(tài)比賽：直線加速測試，高速避障測試和8字環(huán)繞測試。靜態(tài)比賽包括：技術檢查，成本與制造分析，營銷報告，賽車設計。每輛車都必須參加測試以確保其滿足45度燃料和液體傾斜要求和60度側翻穩(wěn)定性要求。懸架系統(tǒng)是所有動態(tài)比賽成功的基石，因此，設計懸架系統(tǒng)的目標是建立一個具有全面性能和適應能力的懸架系統(tǒng)，在所有的FSAE測試中爭取優(yōu)異的表現(xiàn)。FSAE比賽的第一場比賽是加速測試。加速測試場地是一個1/8英里長的賽道，其中以最短的時間通過為優(yōu)。人們可能會認為，這次比賽的成功僅僅依靠汽車的傳動系統(tǒng)部件，但事實并非如此。為了有足夠出色的表現(xiàn)，發(fā)動機的力量需要充分的傳遞到地面。因此，后懸架必須盡可能地壓在驅動輪上，這樣可以將車輛重量盡可能地轉移到的后驅動輪胎上，以達到最大牽引力。FSAE比賽的第二場比賽是高速避障測試，在一些極限轉彎期間，過度或不足轉向和車身側傾會影響車身的穩(wěn)定性。賽車轉彎曲線主要由橫向加速度，摩擦力和切向加速度引起的力組成。三個力量的宏觀影響是將車身沿著其機動的相反方向傾斜，這可能會偏離行車路線。在設計懸架是應該注意到這些問題，保證過彎的穩(wěn)定和安全。最后一場動態(tài)賽事是8字8字環(huán)繞測試，這也是FSAE比賽中所有比賽中最為綜合性的動態(tài)比賽。結合加速度，側向牽引力和制動力，是對整個賽車的一項全面測試。為了在這場比賽中取得成功，必須設計出快速轉向響應的懸架，制動時的前俯最小。1.5課題的主要任務本次畢業(yè)設計主要進行方程式賽車懸架系統(tǒng)設計任務，根據(jù)FSAE官方規(guī)則要求進行設計，按照汽車懸架結構開展賽車懸架設計工作。懸架相關規(guī)則:發(fā)動機：為四沖程、排量610cc以下的活塞式發(fā)動機；軸距≥1525mm（60"）；輪輞不小于8"；必須能夠制動全部四個車輪；懸架行程≥50.8mm（2"），其中向上25.4mm（1"），向下25.4mm（1"）；賽車輪輞直徑≥203.2mm（8.0"）賽車較小的輪距（前輪或后輪）必須不小于較大輪距的75%。

2FSAE懸架設計2.1FSAE底盤規(guī)則概況2.1.1懸架必須在前后輪裝配有可以的懸架，并且懸架在坐有車手的情況下可以在分別抬起和壓下25.4mm。如果賽車沒有嚴謹?shù)膽壹苓\行表現(xiàn)，或不能表現(xiàn)出適合比賽的操控能力，檢察官員保留有取消賽車參賽資格的權利。懸架的所有的接合點必須可以被技術檢查官員看到，無論是可以直接看到或是通過移除覆蓋件來實現(xiàn)。2.1.2離地間隙必須有足夠的離地間隙來防止賽車在行駛時的任何部分（除了輪胎）接觸地面。并且在乘坐有車手的時候，任何時候在全車底部最小必須有25.4mm（1英寸）的靜態(tài)離地間隙。2.1.3車輪賽車的輪胎直徑必須大于等于203.2mm（8.0英寸）。任何只使用一個鎖緊螺母的輪胎裝配系統(tǒng)必須配有一個裝置來固定和鎖緊螺母和車輪，防止螺母松動。2.1.4輪胎賽車可裝備如下兩套輪胎：干胎——在檢查時安裝在賽車上的輪胎定義為干胎。干胎尺寸任意，型號任意。他們可以是光頭胎，也可是有紋的。雨胎——雨胎可以是如下規(guī)定的任何型號和尺寸的有花紋和溝槽的樣式：1）花紋和溝槽的圖案必須是由輪胎廠商塑造成型的，任何被刻制的花紋溝槽必須有文件證明它是符合比賽的相關規(guī)定的。2）溝槽最淺為2.4mm（3/32英寸）。備注：車隊自己手刻的花紋和溝槽是特別禁止的。每套輪胎在靜態(tài)評定開始后，輪胎的成份和尺寸，或輪輞的型號和尺寸不能改變。不能使用輪胎保暖器。在靜態(tài)評定開始后，任何牽引力提升方法都不準采用。2.1.5千斤頂支撐環(huán)在賽車的最后部必須安裝有千斤頂支撐環(huán)。它須能支撐起整輛車的重量，并且能和官方的“快速千斤頂”配合使用。千斤頂支撐環(huán)的要求為：站在車后一米（3英寸）處可視；外觀顏色為桔色；水平方向呈圓柱形，與車身中心線垂直；由圓柱形、外經(jīng)25-29mm（1——11/8英寸）的鋁管或鋼管制成；最短長度300mm（12英寸）；在其圓周下半部分的長度至少為280mm（11英寸）。管子的高度必須滿足如下條件：在技術檢查時從支撐管底部必須最少有75mm（3英寸）的離地間隙。當支撐管底部離地200mm（7.9英寸）,彈簧完全松弛的狀態(tài)下不接觸地面。2.1.6側傾穩(wěn)定性輪距與車重力中心必須聯(lián)合起來以提供充足的側傾穩(wěn)定性。側傾穩(wěn)定性將在一個傾斜臺上用一個合格/不合格測試來評估，當車身與水平線傾斜成任意方向60度角，相當于1.7G，車都不能翻滾，傾斜測試將由最高的車手坐在正常行駛位置進行測試[8、9]

2.2懸架概述是現(xiàn)代上的主要之一，是車架（或承載式車身）與轎車（或車輪）之間的一切傳力連接裝置的總稱。主要任務是通過在車輪上傳力裝置傳遞將所車輪和車架之間有的力和力矩，并通過阻尼系統(tǒng)，緩解來自路面上的沖擊。以確保汽車駕駛的舒適性;為確保車輪受到在不同的道路上都能得到想要的運動特性，以保證車輛的，使汽駛有良好的性能。典型的結構主要由彈性元件、導向裝置、減震器和橫向穩(wěn)定器等組成。各組成部分的功能如下：彈性元件功能：支持垂直載荷，有利于并限制路面所造成的不均勻的。彈性元件。原理：當車輪受到路面載荷時，彈簧將載荷儲存為，車輪下一個跳轉，返回到原來的狀態(tài)。引導裝置引導裝置的作用是傳遞運動和扭矩，發(fā)揮引導作用。在，它。減震器功能：的一個關鍵組成部分，它的作用是加快機械振動的，提高駕駛的舒適性，提高車輪和地面的。此外，減振器可以減少動力學負荷，延長機器的壽命。目前通用的汽車主要是液壓缸式，它的結構可以被劃分為兩缸式，單缸充氣和雙缸充氣式。工作原理：在車輪上下跳過程中，內上下運動，使減振，因為液壓油自身和液壓油通過孔時，將轉化成釋放到空氣中，使震動得以減輕。橫向穩(wěn)定器功能：,使車輛在保證駕駛的舒適性的前提下，增加了運動性能。工作原理：通過減少懸架C的豎向剛度，可以減少振動的固有頻率，以提高駕車過程的舒適性。然而，由于傾斜角剛度越大，懸架垂直剛度越大，所以減小，并增大了車身。由此降低了在運動中的舒適性和安全性。2.3懸架設計要求此次設計，根據(jù)懸架的結構，機械設計的要求來設計比賽的懸掛系統(tǒng)。；軸距≥1525mm（60"）；輪輞不小于8"；必須能夠制動全部四個車輪；懸架行程≥50.8mm（2"），其中向上25.4mm（1"），向下25.4mm（1"）；賽車輪輞直徑≥203.2mm（8.0"）賽車較小的輪距（前輪或后輪）必須不小于較大輪距的75%。畢業(yè)設計內容：確定懸掛結構的類型，完成懸掛結構圖，懸掛和車架框架裝配，通過的結構來確定，設計引導桿的桿型和結構。具體原則如下：1）應該具有合適的減震性能，能快速衰減震動。2）應該能夠賽車具有良好的操縱穩(wěn)定性，時，賽車具有中性的特性；3）當車輪跳動時，車輪的定位參數(shù)沒有太大變化，構沒有運動干涉。4），減小車身。在時，幅度不能太大。5）要有良好的降噪隔聲能力。6）可以穩(wěn)定地傳遞所有的，以滿足在一定壽命時間內，有足夠的強度（，但我們做了FSAE賽車也應該讓司機的安全有所保障，生命必須受到保護）。7結構緊湊，占用空間要小。由于本次設計的是FSAE大賽的懸架，設計的實際情況，本次設計的第1）、2）、3）、4）、6）、7）條原則。2.4賽車懸架系統(tǒng)的選型2.4.1獨立與非獨立懸架懸架分為獨立懸架（左、右車輪通過各自的懸架與車架（或車身）連接）和非獨立懸架（左、右車輪用一根整體軸連接，再經(jīng)過懸架與車架（或車身）連接。非獨立懸架獨立懸架圖2.1獨立懸架與非獨立懸架獨懸的點：下量；懸占的間；性件承垂力，以剛小彈，使身動頻率降低，改善了車行駛平；由于用斷開式車，因此能降發(fā)機的置，使車的心高度降，善汽的駛定；、右各獨運動互影響，可減少車身的斜和動，同時在起的面上能獲得好的地著力。懸結形式可分為雙橫式、、、單縱臂式、單式、式、弗式、扭梁動式和桿等幾種類型。懸架有如下特點：側中度比較低，車動時車輪與主角均有變化，輪化小，輪損速度慢，懸傾較小，橫度大。除去化，高度，方便設計的優(yōu)點外，更在性上有更高要求的賽中，懸般都會調校的較硬，這對車定性了更高的要求，雙獨架可以針對這個問題通過對懸架控的適當調整改變車能，最大限用的各向，從而使賽能得到大的提升。獨立懸橫是否，又分長和不等長雙橫種懸[18]。橫臂架在車下動時，能保銷變，但化大(與單橫相類似)，造成輪嚴重，現(xiàn)已很少用。對于雙式懸要適擇、優(yōu)下橫臂的長度，并通過合置、就可以距及位參化均在可接定范圍內，保車具有良好的行性。目前不懸廣泛應用在轎車的前后懸架上，部分運動及的后輪也采用這一懸構。2.4.2前、后懸架方案的選擇上的雙式獨立懸型的設案，分別是推不等長獨架、不等臂獨架和拉桿式不等長雙橫臂獨架。三種方案中拉不橫立懸構最為簡架通震器直接與懸接，不必設桿或拉器和換定點。使用的也是最。從設利性和輕角度出發(fā)是最佳的設案。但是這種設案存在的是需要震架安裝點到懸架安裝點的距配減震裝長度，或者是以裝長度計車架點到懸的距離;且無法桿或拉端的正反紋調整四輪、前重比和底盤最小距離;無推式不等獨立懸計過程中，很大程度上受限于器的匹。推桿等長臂式不等長雙橫臂架都要設桿或拉向器固定點。其共點是可以通器的力計來匹多器，可以通拉端的正紋調車四輪載軸重盤最小離。推桿式不等長雙立懸桿式不橫臂獨架是FS車中最常見的設案。推不等橫臂獨立懸常將減震器和換向置于車架上方或車架兩拉桿等長雙橫立懸常將減震向器布架底推拉方面比較，通常推桿桿材料的抗拉要小于抗壓，推優(yōu)式;從空間利用面比較，兩種方式都充分利用了車外的空整車重心降低方面來說，拉優(yōu)于式。通過對式不等橫立懸拉桿式不等長雙臂懸對比，兩沒有明顯的優(yōu)勢。參類賽構并結E賽況，決定前后懸后都選取推桿式不橫獨架?？紤]到整量和對空力要求較高素，上下橫用管件，前架上下用臂。2.5FSAE賽車懸架上控制臂和下控制臂的布置2.5.1縱向平面的布置方案上、下橫向平面內置形式直接決定了，而抗角的匹配對主角的變化有較響。為了提高汽車的制定適性，一般希望主角的變律是：在懸簧壓縮傾角變，在彈伸時主角減小，用以產動時因后傾角變大而作轉向的防動前矩。圖2.2縱向平面內上、下橫臂軸布置方案圖中給出了六種可能匹置方主角隨車動的變線，圖中γ表示主角。第4、5方案的γ變化規(guī)縮行程小，拉程γ增，這與所希規(guī)律正反，因此用在汽懸中；方然注角的變化最小，但其俯的作；第1、方案傾的變化規(guī)律是在現(xiàn)車上有著廣用。但F車的車管接成的空架結，考慮接時的方便位準，前架的上制抗前值為0°。2.5.2橫向平面布置方案上、下橫橫面內的布案主要有以種：圖2.3橫向平面內上、下橫臂軸的布置方案比較圖4中a、b方案可以清楚到，上、下橫置不同，所得到的側位不同。方案c）所示上、下臂平行的布置方式車輪跳動時能最大程度地保持垂直，所以這種布置方案產生的車輪偏振以及轉向輪繞主銷的自激擺振最小。若上、下度與它們的離度成反則側心高度在車動時保變。缺點是跳車輪變化不大。方案b）中，單輪的跳動瞬心位輪之，直致的結是車輪在懸縮行小，伸程，產生不向效。由于賽常處于轉況，且需輪的變勢為：車跳時車輪外大，下落時角變大。很明顯這置方不適賽車。方案a）廣泛應用于FSAE賽車，這是由于通過合理的設計，這種布置形式能提供最好的操縱性，最小的輪胎磨損以及輪胎噪聲。當側傾中心位于地面之上時，能減彎時車的，且車輪外傾輪外趨勢符合上述車的需要。當下控內安下移時，側心降車重降低，當側心剛好處面時，賽輪化最小，車傾化最小，隨之產生輪偏振也最小。2.5.3水平面的布置方案水平面的布架的上、下橫水平面置也是主慮到上、下軸與縱向夾角，同樣考慮到懸下橫與車身桁架鉸接，為了安時方，定位準確，設定車上、下橫與縱向行，即兩者之間的夾。2.5.4上下橫臂長度比例確定雙橫架上、下橫長度對車輪上、下跳動時的定數(shù)影響很大。在現(xiàn)車的設計中，一般使上橫臂的長度小于下橫臂，以獲得更理想的運動曲線特性。設計汽車懸，希望輪化要小，以減少輪損，提高其使用壽，因此應該選橫臂與下橫比值在0.6附近；在的設，為保車具有良好的操定性，希望前位角的變要小，這時應選擇0.8附近。根據(jù)以上分析，初步選定上下橫臂比值取為0.8。2.6輪輞的選擇則規(guī)定最小輪寸限制為寸。若考慮用最寸的輪造成轉柱的布置非常困難，而且使上、下受件復雜化。是非常復雜的部件，其運動特性參數(shù)和生產制造技術大多是商業(yè)機密，因此對于FSAE賽事來說，由研發(fā)團隊自身設計和制造輪胎是非常困難的。因此，對于的選擇往往限于購買成品。結合前兩國大學生方賽車及賽的車的設驗，輪胎的尺寸基為10英和寸兩種?；谝陨峡紤]，本次設計的輪輞尺寸在和中選擇。考慮到我校之前并沒有參賽經(jīng)驗，結合節(jié)約資本的原則考慮，本次設計選用的輪輞尺寸為13英寸。如圖2.4所示：圖2.4輪輞2.7輪胎的選擇在決定采用的輪后，輪的選擇確定。FSAE輪胎生產商是Goodyear、Michelin、Hoosier、Avon和Continental，他們所能承受的牽引力條件大致相似。因此本次設計的決定選擇生產胎，斷度為，扁為，輪號為，如圖2.5所示：圖2.5輪胎2.8懸架幾何參數(shù)確定2.8.1軸距與輪距確定則要求賽車的至少為（15m），賽小的輪得小于較大的輪75%。考慮到制造及安裝時的誤差等因素的影響，在滿足要求的前提下，確定賽車軸距為1550mm。前、距的選擇是在參外車、前兩賽數(shù)以及汽計資料的基礎上，在確定為1550mm的情況下，根驗式（2-1）初選：B=kL（2-1）式中：B——轎車的輪距，mm；L——轎車的軸距，mm；k——系數(shù)，取0.55～0.64；[27]經(jīng)估算：賽的在1000左右?？紤]到適當增大賽距，有利于增加懸的度，使汽車的橫定好。因此結合其隊的賽數(shù)，本計的前輪為1200mm，后取為1160mm。2.8.2初始運動學設計在中開始懸架的設計，設程中要確保其符合規(guī)則。規(guī)則要求懸架在有車手乘坐的情況下能夠分別抬起和壓下25.4mm，以及任何時候在全車底部至少25.4的靜態(tài)離地間隙。在CAD圖紙上，對前、架的其余部分進行空慮，包括輪輞、輪以及控。根據(jù)已經(jīng)選定的輪距，在滿足車架的最小結構尺寸的情況下，不斷的改變主銷長度、離地間隙、車輪外傾角、主銷內傾角、主銷后傾角等，從而確定最佳的主銷參數(shù)、控制臂長度以及各個空間夾角、側傾中心位置及縱傾中心位置等，進而使賽車能夠有最佳的運動性能[28]。首先做出的是前、后懸架的平面示意圖，如圖2.10、圖2.11所示圖2.6前懸架幾何尺寸圖2.6前懸架幾何尺寸2.8.3主銷長度主銷長度主要由輪輞內空間限制，本次設計選擇的輪輞為13英寸，輪輞內直徑為319mm，空間比較充裕，考慮鉸接點結構，懸架達到極限位置時不與車輪發(fā)生干涉等因素，得到主銷長度取最大值，前懸主銷長度為250mm，后懸主銷長度為259mm。2.8.4車輪定位參數(shù)車輪的定數(shù)有：主、主、車、和車輪前束角組成。1）主銷后傾角在汽車的縱向平面內有向一個，即主線和地直線在汽向平面夾角，能夠形成穩(wěn)回矩?，F(xiàn)速汽于輪壓降性增加，從而，引起力增加，因此，主可以減小，甚零。2）主銷內傾角在汽車的橫面內有向內傾斜的一個，即主線和地面垂在汽車橫面內，該角也有使車生自正的作用。主銷內傾角是在前立柱的設計中得到的，由機械加工實現(xiàn)。3）前輪外傾角前輪外傾角是指通過車輪中心的汽車橫向平面與車輪平面的交線與地面垂線之間的夾角[30]。若空車輪正好垂面，則滿，車因為受而產生變形，從而出車輪內傾，這樣將會加胎的。由于FSAE賽車非載貨汽車，因此在設計時可以根據(jù)有駕駛員乘坐時的整車質量來設計，因此，前輪外傾角可以設計的很小，甚至為零度。4）前輪前束汽車的輪的前邊離B小邊離A，之差即稱為前。這樣的設以使車每一瞬時滾向接近方，從而很大程度上減輕和消除了由于而產生的?？梢酝ㄟ^改變橫拉桿的長度來調整。本次車輪的定位參數(shù)見下表。表2.1車輪的定位參數(shù)前懸架后懸架主銷后傾角5°0°主銷內傾角6°0°車輪外傾角-1°-1°車輪前束角-1°0°通過其年FSAE比驗了解到，的輪定數(shù)一般是負的車傾負的車束，其原因主要有以下幾點：1）負車在賽速轉時，能因橫向導致車輪角向正化的趨勢，使與地面保持良觸，發(fā)揮的最大抓地力，確保順利的高速過彎;2）負可以使轉應更加靈敏，的一大特點就是比賽行駛較多，負束角能使賽車更快的，以減少時間;3）負搭配負車輪，既可以確保線行駛的，也可以減小輪胎的磨損。2.8.5側傾中心及側傾中心高度度是懸構的重標，由于隨著導構參數(shù)變化和的跳而變化，側心高隨之變化，它對和矩有著很大的影響。當時，由于與離縮短，會減小從而也減小。但過高時，車身傾斜所導致的車輪輪距也會相應的增大，會縮短輪胎的使用壽命。由作圖法得到雙橫臂獨立懸架的側傾中心位置：將上、下橫臂內外轉動點的連線延長，以便得到極點P，并同時獲得P點的高度。將P點與車輪接地點N連接，即可得到側傾中心W，同時獲得W的高度hW。根據(jù)圖2.10、圖2.11所得到的前懸側傾中心高度為hw1=25mm；后懸側傾中心高度為hw2=40mm。2.9懸架剛度計算懸頻息息相關，懸頻低，較好。懸偏，較好。一般汽設計要求保證汽車具有良好的行性，故懸有頻較低，普通偏Hz。對于賽言，性則顯得不是那，所以賽車懸架的偏一些，具有適力的賽車偏頻為Hz，具有高負升力的賽，懸頻為3-5Hz。根據(jù)，懸坐有車手的情況下可以分別抬mm?？紤]到加配等，設計時所富余，初取Z=30mm。在一般的現(xiàn)代車輛中，理論分析證明：若汽車以較高車速駛過單個路障，n1/n2<1時的車身縱向角振動要比n1/n2>1時小。但是在FSAE比賽中，一般選擇前懸偏頻大于后懸偏頻，前懸偏頻高，在入彎時可以有更快的響應;車前部離地間隙的縮短可以使空氣動力學套件更好的發(fā)揮作用，；前懸側傾剛度越高，賽車越傾向于轉向不足。由于分FSAE賽車都是后驅車，后懸偏傾減小有助于在出彎時得到更大的牽引力。估算前后軸荷為:前軸荷WF=100KG,后軸荷W2=120KG,根據(jù)式（2-3）可計算出懸架乘適剛度:KKRF=WFZ代入數(shù)據(jù)可以求解KK代入數(shù)據(jù)可以求解得前、后懸分別為：式中：——前懸簧上質量——后懸簧上質量根據(jù)計算結果，初選前懸偏頻3.1Hz，后懸偏頻2.9Hz。根據(jù)式（2-4）可計算出懸架乘適剛度:（2-4）代入已知數(shù)據(jù)可以求得前、后懸架的乘適剛度分別為：車輪上跳行程：ZZ代入已知數(shù)據(jù)可以求得：Z取輪胎的徑向剛度為，由式（2-6）計算懸架線性剛度：（2-6）可得傳遞比，也叫杠桿比，是車輪行程與其產生的彈簧行程的比值初選杠桿比。側傾角剛度表示在車身單位轉角下，懸架系統(tǒng)給車身總的彈性恢復力矩：KK代入已知數(shù)據(jù)可以求得：KK側傾梯度表示賽車在1g的側向加速度下，車身的側傾轉角，單位為（°）/g。FSAE賽車的側傾梯度為0.5°/g-1.5°/g。?代入已知數(shù)據(jù)可以求得：?符合FSAE賽車的一般標準。和是減振器選擇的重要參數(shù)，其中彈簧剛度可由式（2-7）計算得出：（2-7）可得，2.10懸架零部件設計2.10.1輪芯設計FSAE賽車為后輪提供驅動力，前輪為轉向輪。輪芯在設計使需要與輪轂的裝配，制動盤與制動卡鉗的安裝，且前輪與后輪的輪輛尺寸、制動卡鉗型號、制動盤及輪毅軸承都一樣故前后輪芯的區(qū)別只有后輪為與半軸匹配需要比前輪多一段花鍵。在輕量化的設計思路下，輪芯為一個中空的設計方式，見圖2.7圖2.7輪芯三維模型2.10.2立柱的設計（1）前立柱的設計前立柱依據(jù)制動卡鉗安裝位、輪惘尺寸和輪毅軸承尺寸。便可設計出前立柱。（2）后立柱的設計與前立柱不同的是后立柱需要多一個鉸接點的位置，以限制立柱的轉動。前后立柱如圖2.8。2.8前立柱（左）后立柱（右）2.10.3控制臂的設計控制臂使用兩根尺寸為?14X2mm的鋼管焊接而成，交叉處焊接有一個軸承座，以安裝型號PB8的向心關節(jié)軸承與立柱連接為紋的接頭?？刂票叟c車架連接段焊接有兩個帶M8內螺軸承座以方便桿端關節(jié)軸承的連接與調整。前懸架的上控制臂和下控制臂都采用了一個銳角三角形的設計，以獲得最佳的力學結構。后懸架的上控制臂下控制臂設計為一個接近直角三角形的銳角三角形的設計，見圖2.92.9前懸橫臂（左），后懸橫臂（右）2.10.4搖塊結構搖塊中共3個鉸點，一個是與車架連接，其作用是將搖臂與車架進行固定并讓搖臂繞著這個軸連接點進行轉動，一個是與減震器連接租后一個是與推桿連接。2.10.5懸架的裝配將懸架的各零部件與車架進行裝配后即得到圖2.10所示。圖2.10懸架裝配2.10懸架設計參數(shù)總結通過之前的計算和設計，得到了前后懸架的參數(shù)如下表：表2.2懸架設計參數(shù)總表前懸架后懸架主銷內傾角°60主銷后傾角°50車輪前束°-10車輪外傾°-10主銷長度mm250259上橫臂長度mm320268下橫臂長度mm398336橫臂夾角mm6045側傾高度mm2540質心高度mm310偏頻Hz3.12.93.FSAE賽車前后懸架的運動仿真分析ADAMS軟件簡介ADAMS，即機械系統(tǒng)動力學自動分析(AutomaticDynamicAnalysisofMechanicalSystems)，該軟件是美國MDI公司(MechanicalDynamicsInc.)開發(fā)的虛擬樣機分析軟件。用戶界面模塊(ADAMS/View) ADAMS/View是ADAMS的主要模塊之一。與用戶基礎交互式圖形環(huán)境結合的圖標的操作，菜單操作時，鼠標點擊操作交互式建模時間表，仿真，動畫，優(yōu)化，加工XY曲線，結果的分析和數(shù)據(jù)和其他功能的打印在一起。求解器模塊（ADAMS/解算器）是ADAMS家族的主要模塊中的一個，并且是ADAMS產品中站核心地位的。該軟件會自動建立和模，提供靜態(tài)解，運力學。的有多種選擇和建模解決方案，以正確有效地處理各種工程應用。后處理模塊（ADAMS/PostProcessor中）已開發(fā)后處理器模塊ADAMS/后處理，用來處理數(shù)據(jù)的仿真結果表明，模擬動畫。您可以在ADAMS/View環(huán)境或環(huán)境中運行。亮點是：轎車模塊(ADAMS/Car)ADAMS/汽車是一個軟件包，用于車輛公司，如馬，發(fā)，以自己計和汽車發(fā)展結合起來，使工程師能夠快速創(chuàng)建原型的車輛，包括人體的發(fā)動機，轉向機構，制動系統(tǒng)等，工程測試條件下（如天氣，路況，體驗可視化驅動器）和操作者的輸出穩(wěn)定性，制動，全性設置，從而減依賴性，費時僅僅是試的ADAMS/車采用專為專業(yè)訓練，你可以使用該軟件進行卓有成塊包括車輛動態(tài)和設計懸架的，其中包括：、沖輸入、,，測試，，制動試驗過程中度、變等3.1懸架模型的建立3.1.1前懸架關鍵點定位參數(shù)根據(jù)前懸架裝配圖，測量出前懸架各關鍵點的空間坐標如表3-1所列（左側車輪懸架參數(shù)），從而為ADAMS/Car中前懸架模型的建立提供依據(jù)。表3-1左側前懸架各點空間坐標3.1.2在ADAMS/Car中創(chuàng)建硬點首先啟動ADAMS/Car，進入TemplateBuilder模塊。在File下拉菜單里選擇New，新建一個前懸架模型文件。其次進行的是硬點的建立。在Build下拉菜單中，選擇Hardpoint，在Hardpoint的下拉菜單中選擇New，即創(chuàng)建新的硬點。在彈出的對話框中（圖3.1），按照表3-1中所列各點的信息，輸入硬點名稱及對應的坐標，依次創(chuàng)建各硬點。（注意：各點創(chuàng)建的時候，Type類型始終選擇Left選項）最后，硬點創(chuàng)建完成，如圖3.2、圖3.3所示。圖3.1硬點的創(chuàng)建對話框3.1.3在ADAMS/Car中創(chuàng)建部件以上橫臂的創(chuàng)建為例，首先選擇點Upper_arm_mid創(chuàng)建Part，命名為Front_upper_wishbone，如圖3.4所示，Type類型仍舊選擇Left。然后是為上橫臂創(chuàng)建Geometry，創(chuàng)建上橫臂的前方A臂，順序為Build>>Geometry>>Link>>New，將新建的Geometry命名為Front_upper_arm_front，如圖3.5所示。以同樣的方式建立上橫臂其他桿件。創(chuàng)建完成的上橫臂圖形如圖3.6。圖3.4創(chuàng)建Part圖3.5創(chuàng)建Geometry_Link圖3.6上橫臂圖前懸架的其他部件的創(chuàng)建方式同上，以類似的方式創(chuàng)建其他部件。完成后如圖3.7所示。3.1.4在ADAMS/Car中創(chuàng)建運動副為了能讓懸架各部件能夠相互獨立的運動，需要在各部件之間加上運動副。在橫臂與車架的鉸接點出需要加上旋轉副，橫臂與立柱的鉸接點出需要加上球副等。在建立joint時，Active選項要選擇kinematicmode-運動學模式，同時，在選擇文件的時候都要統(tǒng)一的選擇左側文件，這樣才能夠在左右兩側對稱的生成部件，如圖3.8所示。各部位加完運動副之后如圖3.9所示。圖3.8Joint的創(chuàng)建在此過程中還要為懸架添加阻尼器和彈簧。順序為：首先創(chuàng)建Generalpart，然后通過Build>>Force>>Damper>>New創(chuàng)建Damper，最后在通過Force>>Spring>>New創(chuàng)建Spring。自此，前懸架的基本模型的建立基本完成。圖3.9各運動副添加完成3.1.5后懸架模型建立后懸架的建立過程與前懸架相同，建立完成后如圖。3.2懸架模型的運動仿真3.2.1設置懸架參數(shù)定義懸架主銷方法如下，點擊Build下拉菜單，選擇SuspensionParameters>>CharacteristicsArray>>Set，如圖3.10所示。圖3.10定義懸架主銷設置Toe/Camber數(shù)值點擊Build下拉菜單，選擇SuspensionParameters>>Toe/CamberValues>>Set，如圖3.11所示。根據(jù)已經(jīng)設計好的前束和車輪外傾角值輸入到彈出的對話框中。圖3.11設置前束和外傾角3.2.2建立通信器Communicator建立通信器Communicator的基本信息Info點擊Build下拉菜單，選擇Communicator>>Info,彈出窗口如圖3.12所示。圖3.12創(chuàng)建Communicator>>Info點擊OK后，彈出信息窗口，如圖3.13.圖3.13Info的信息窗口建立通信器Communicator的Output信息點擊Build下拉菜單，選擇Communicator>>Output>>New,彈出窗口如圖3.14所示。圖3.14Output窗口安此方法分別創(chuàng)建三個OutputCommunicator，他們是Suspension_mount、Suspension_upright、Wheel_center。創(chuàng)建TestCommunicator點擊Build下拉菜單，選擇Communicator>>Test,彈出窗口如圖3.15所示。圖3.15Test設置窗口點擊OK后彈出的信息窗口如圖3.16。圖3.16Test信息窗口3.3.3懸架模型的仿真通過按鍵盤上的F9鍵，切換至Standard界面。創(chuàng)建Subsystem點擊File>>New>>Subsystem，創(chuàng)建一個新的Subsystem。如圖3.17。圖3.17Subsystem的創(chuàng)建創(chuàng)建SuspensionAssembly點擊File>>New>>SuspensionAssembly，創(chuàng)建一個新的SuspensionAssembly，如圖3.18。圖3.18NewSuspensionAssembly創(chuàng)建窗口點擊OK后彈出的信息窗口如如3.19所示，證明NewSuspensionAssembly已經(jīng)創(chuàng)建完成。圖3.29NewSuspensionAssembly創(chuàng)建完成后的信息窗口完成后的界面窗口如圖3.20。Kinematictoggle設置點擊Adjust>>Kinematictoggle，在彈出的窗口中將CurrnetMode項切換至Kinematic模式，如圖3.21.圖3.21Kinematictoggle設置SuspensionAssembly的仿真點擊Simulate>>SyspensionAnalysis>>ParallelWheelTravel．．．進行測試信息的設置。車輪跳動行程為±30mm。如圖3.22所示。圖3.22測試信息設置窗口設置完成后彈出的提示信息如圖3.23，證明內部測試已經(jīng)完成。可以通過Review>>AnimationControl觀看運動過程。圖3.23信息提示窗口3.3前輪定位參數(shù)的仿真曲線在ADAMS/Car的Standard界面中，完成模型的仿真參數(shù)設置后，通過F8鍵切換到輸出曲線的界面。在左上角的小選項窗里選擇Animation，在右側的空白窗口中右擊選擇LoadAnimation，選擇進行仿真運動的模型名稱，則出現(xiàn)圖3.24界面。點擊向右的播放圖標，會在上面的模型窗口中顯示模型運動的動畫。圖3.24模型運動顯示窗口在Animation選項框中選擇Plotting，則會出現(xiàn)曲線圖紙界面，圖3.26.在菜單欄里選擇Plot>>CreatPlots，在彈出的對話框（圖3.25）中PlotConfigurationFile中右擊，選擇tbl_suspension_paralle_travel.plt，后點擊OK，即創(chuàng)建出各參數(shù)的圖紙模板。隨后在左側窗口中出現(xiàn)懸架各參數(shù)曲線圖的名稱，例如選擇page_camber_angle，則在右側窗口中會出現(xiàn)前輪外傾角的曲線圖。若選擇Page1，然后在下側Filter中選擇userdefind，在Request窗口中選擇相應的參數(shù)，之后在Component選擇left或right，然后，再點擊右側的AddCurves，曲線就會顯示在上方窗口中了。再看其他參數(shù)的曲線，可以點擊ClearPlot，先清除現(xiàn)有的曲線，然后，再選擇想要看的曲線參數(shù)，點擊AddCurves即可。圖3.25創(chuàng)建Plot模板圖3.26曲線圖通過以上步驟，得出的各參數(shù)曲線如下：主銷內傾角隨車輪跳動量變化的曲線圖3.28主銷內傾角隨車輪跳動量變化圖3.29為隨車化曲線，也有使輪回正的作用。主不能過過小，如果在運動過程中變化過大會加速輪胎的磨損，不利于車定性。由圖可次設計模型的變化范圍為0.95°，在車內變設計要求。主銷后傾角隨車輪跳動量變化的曲線圖3.30主銷后傾角隨車輪跳動量變化圖3.30為賽車移曲線，使賽車具有一定的穩(wěn)矩，有利于線行駛穩(wěn)定，但過大會造成車手轉向力過大，操控不便，本次設計賽車前懸架模型的變化范圍為0.01度，在車輪跳動行程內變，符合設計要求。前輪前束隨車輪跳動量變化的曲線圖3.31前輪前束隨車輪跳動量變化的曲線圖3.31為的變化曲線，在安裝車輪時通過設抵輪向外滾動的趨勢，如果運動過程中變化過大會導的側擺。本次設計中，前為0.479°，符計要求。車輪外傾角隨車輪跳動量變化的曲線圖3.33車輪外傾角隨車輪跳動量變化的曲線圖3.33為車輪跳動量變化的曲線，在靜止時車輪外傾角為-1.0°，隨著車輪上跳車輪外傾呈變大趨勢。范圍為0.89°，小于理想圍2°。5）前懸車輪輪距隨車輪跳動曲線圖3.31前輪輪距隨車輪跳動量變化的曲線圖3.31為前曲線，輪距發(fā)生變化會使車力，影性。同時，輪量大損，降低輪胎的使用壽命，本次設計前為4.33mm，小于一般要求的10mm。且符合輪距隨著車輪上調增大，隨車輪下跳減小。6）前懸側傾中心隨車輪跳動變化曲線圖3.32前輪側傾中心隨車輪跳動量變化的曲線在賽車的運動過程中，由于路面度，此時之間的相置發(fā)生變化，造成前數(shù)發(fā)生化，如果變化較大，會加胎的磨損，能，原則上，前輪定位參數(shù)的變化不能太大。根據(jù)仿真結果從各圖中可知在車輪跳動范圍內前輪參數(shù)的變化在允許范圍之內。3.4后輪定位參數(shù)的仿真分析將建立好的后懸架的總裝配加載進ADAMS進行析，與前懸架相同，作車輪同真，設定車輪上為30mm。仿真結束后得到后車輪的定位參數(shù)等仿真曲線。3.6.1后車輪定位參數(shù)仿真曲線相對于言，后需要考慮轉向相關的功能，但車操縱穩(wěn)定性的要求提高，后有前束的要求。后輪前束角隨車輪跳動量變化的曲線圖3.33后輪輪距隨車輪跳動量變化的曲線圖3.33為后線。對于賽而言，當行駛時沒有會使后輪在用下發(fā)生前后面的情況，會加磨損。前范圍應該比較小，且在車輪上調時呈減小的趨勢。如上圖所示，本次設計的后懸架前束的變化量極小，符合設計要求。2）后車輪輪距隨車輪跳動的變化曲線圖3.34后車輪輪距隨車輪跳動的變化曲線圖3.34為后車跳線，后輪輪量大會造成輪胎的磨損，降低使用，本次設計前輪輪距變化量為小于一般要求的10mm，在合理的范圍內。

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