FSC大学生方程式汽车悬架设计与研究.docx

FSC大学生方程式汽车悬架设计与研究摘 要悬架的系统设计与优化，是汽车总体设计中极其重要的一个环节本设计以北京理工大学珠海学院FSC车队2020年赛车悬架系统的结构设计为研究目标，主要进行了几个方面的研究工作本设计结合赛事规则要求，先确定设计思路，对轮距、轴距、前后悬架立柱等相关部件进行计算与设计，分析车轮定位参数对赛车性能的影响，在确定采用不等长双横臂式悬架结构后，选择弹性元件、减振器、导向机构与其他元件的类型，确保其符合赛车悬架设计的相关原则，并利用CATIA软件对其中重要元件进行三维建模设计，最后，基于ADAMS仿真平台，建立赛车悬架的运动学仿真模型，对其进行仿真分析，得到悬架参数模型后，对初选参数进行结果分析，并利用ADAMS对悬架参数进行优化关键词：大学生方程式赛车；悬架系统；结构设计；仿真优化Design and Study of Suspension for a FSC CarAbstractThe design and optimization of suspension system is an essential part of the overall design for a race car. This design takes the suspension system of FSC race car designed by the race team ,which is from Beijing institute of technology, Zhuhai, as the research objective. The the design mainly work in several aspects. This design was based on the competition rules of FSC. The calculation of the wheel track and spread of axles as well as the design of some related components including the front and rear suspension column have been conducted after a clear idea of the design had been made. The next step is the analysis of wheel alignment parameters in order to make out whether it affects the performance of the car. When unequal-length wishbone suspension is selected, the paper chose the type of flexible components, absorder, guide mechanism and other parts, and make sure it in the line with some basic principles. After that, we established 3D model with the help of the software of CATIA. Finally, based on the simulation platform of ADAMS, the kinematics simulation model of racing car suspension was established, and the simulation analysis was carried out. After the suspension parameter model was obtained, the results of primary parameters were used to analyze, and the suspension parameters were optimized by ADAMS.Keywords: FSC Race Car; Suspension system; Design of Structure;Simulate and Optimize目 录1绪论 11.1本设计的目的与意义 11.2 FSC大赛概况 11.3 国内外方程式赛车悬架的研究现状 21.3.1国外研究现状 21.3.2国内研究现状 31.4设计研究的主要内容 31.5本章小结 42悬架系统设计 52.1设计原理与思路 52.2悬架形式的确定 72.3相关部件的设计与选型 82.3.1轮辋与轮胎的选型 82.3.2车轮定位参数 82.3.3 轴荷比、轴距与轮距的设计 92.3.4 悬架导向机构的设计 102.3.5 性能参数的计算 112.3.6 前后悬架立柱的设计 132.3.7 减震器的选型 132.3.8悬架基本参数 152.4 章节小结 163 悬架三维建模与装配 173.1悬架零部件的三维建模 173.2悬架的装配 183.3章节小结 194 ADAMS悬架建模与仿真 204.1 悬架动力学建模 204.2悬架仿真 214.3仿真结果分析 234.4 章节小结 255硬点坐标的优化 265.1仿真结果优化 265.2 优化前后结果分析 285.3 章节小结 316 结论 32参考文献 33致 谢 34附 录 35附录1 英文文献原文 35附录2 中文翻译 43附录3 前悬架左耳片CAD二维图 49附录4 前悬架左立柱CAD二维图 501绪论1.1本设计的目的与意义悬架，作为汽车连接车架与车桥的传力装置，是现代汽车上的重要总成之一。

其用于传递车轮与车架间的力与扭矩，减少行驶过程中因不平路面所引起的车身或车架的震动，以保证汽车的平顺性、操纵稳定性以及安全性悬架的类型有独立和非独立两种其中独立悬架又能分成好几种类型，双横臂式的结构类型是独立悬架中在现代汽车设计里最为常用的悬架结构，因其较好的运行性能，故常被用于后轮驱动的汽车中，特别是在赛车设计上，得到了广泛的运用本设计考虑到方程式赛车的比赛规则中对悬臂设计、组装以及试运行等的可行性与操控性分析，最终确定了要使用不等长双横臂悬架作为赛车设计的悬架结构本设计对FSC赛车悬架系统进行设计与研究优化，探讨悬架运动学参数的变化，优化改进其不足，确保优化了的悬架对赛车调试有更大的帮助确保悬架设计在车对赛车上具有可行性与可靠性，并能增加赛车的操纵稳定性、安全性与形式平顺性1.2 FSC大赛概况中国大学生方程式赛车比赛是一项由来自国内各个专科院校的车辆工程或设计相关专业的学生组队参加的，中国SAE协会举办的关于赛车设计、研究与制造的比赛1979年美国SAE协会首次举办的该项赛事这是一个专业技术与工程知识，实际操作与工程管理相结合的综合性竞争项目，该赛事向本科和研究生院团队的创新设计与制造能力发起挑战。

通过比赛，将多个领域的高材生结合起来，综合考虑学生的理论和实用能力，训练学生完成设计理念和概念，培训团队精神和管理从某种层面上讲，该赛事不仅拓宽学生的汽车领域知识，还提高学生解决实际问题的能力中国FSC是一项对现在和未来都有利的非营利社会福利事业项目的运营与开发结合了优秀的大学的资源，汽车及零部件制造企业的资源，得到了政府部门及社会上很多部门和品牌企业的大力支持社会上有许多业界相关人士都将把人力资源和财政支持用于活动组织，活动宣传和学生奖励的设置FSC大赛给了学生赛车设计团队能力展示和表达创意与想象力空间的机会，该比赛鼓励学生自主设计赛车，赛事规则较为开放，不限制学生的思维开阔性，倡导各种形式赛车的大胆设计各参赛队伍只需参照比赛规则和赛车的设计与制造标准，在规定时间内通过小组合作创造出一架制动性能佳、操纵性强和加速性能好的单人座休闲赛车设计出赛车后，车队成员需通过多次调试不断完善整个设计区别于其他的单纯赛车竞技活动，这项比赛不止意在比快，更是在其设计方面，以设计安全，操作简易为重该赛事的目的有两个：一个是为了培养汽车设计专业相关的学生在设计、制造、成本控制方面的能力，以及车队里队员间的沟通合作能力。

以此提高学生的专业素养与综合能力，使得学生能够尽快适应企业要求，通过该赛事为中国汽车行业输送创新能力强、动手实践经验丰富、善于与团队沟通合作的人才，为企业挑选适用人才提供平台，为中国汽车设计界的未来储备人才二是通过该活动，营造学术竞争氛围，为高校的各车队提供交流平台，为汽车专业相关学生提供学习交流与进步的机会，进一步展开学术科研的建设大赛对各行业界间的交流与合作有十分广泛的重要意义对于毫无实践经验的大学生团体，通过团队合作设计加工出一辆具有卓越性能的赛车是很不容易的事情在整个设计过程中，我们需要不停完善自己的赛车知识体系与设计建模技巧，提高对于车身设计的审美能力在这个设计过程中，也能收获许多知识车队参与设计的队员，不止增进了软件方面的运用熟练度，如catia，adams等；也对赛车制造过程的焊接，零件加工等实践性操作有了更深的了解，为成为一名真正的汽车工程师积累了丰富的知识素养与实践经验而团队合作过程中，车队的领导者在管理与运营方面亦接受了一次难得的锻炼机会中国的FSC大赛秉持“中国创造擎动未来”的开展理念，打造出一个车辆设计知识交流与青年创新思想交汇的盛典，是中国青年汽车工程师间交流的重要平台，来自中国各高校代表队在交流与切磋中不断提高中国储备汽车工程师的综合能力。

赛事给了各车队证明与展示其创造力，设计与制造实践的机会希望通过这个比赛，在不久的将来，中国大学生方程式赛车大赛可以称为国际赛事的重要站点，并大力提高中国汽车工程师在国际上的地位与影响力1.3 国内外方程式赛车悬架的研究现状不同于轿车悬架系统，由于车架的整体结构布置的相互制约，悬架零件中的弹性元件与减振器不可直接连接到车架上，为了让设计的赛车具有良好的操纵性能和平顺性，更好地传递赛车驾驶过程中产生的垂向力，需要在悬架结构与车架之间安装一根推杆或者拉杆1.3.1国外研究现状1979年，首届FSAE比赛由美国工程学会（SAE）举办，直到现在，国外对方程式赛车的研究时间接近半个世纪之长国外的每个车队经过数年的经验积累，才能成功完成比赛中各个测试在此期间，他们也发布了许多专业论文文献 [1]对赛车悬架动力学进行详细的论述，对车轮地位参数进行准确定位，并分析了车轮定位参数对赛车的影响与重要性；文献 [2]分析了悬架动力学对汽车行驶的影响；文献 [3]中详细分析了悬架性能与汽车行驶性能之间的关系，并通过多次试验分析不同样车的不同设计参数对赛车行驶性能的影响；文献[4]详细分析了不等长双横臂悬架的摆臂以及车轮定位参数的优化改进。

1.3.2国内研究现状中国FSAE项目起步较晚，直到2010年中国首届大学生方程式赛车大赛才纳入工作计划与执行内容但是基于对国外研究的学习，我国也发布了不少有关赛车悬架设计的文献文献[5]对赛车悬架机构进行设计，运用ADMAS 建立整车多提动力学模型，并进行仿真实验，证明所设计的悬架系统可以满足赛车操纵稳定性的要求；文献[6]通过ADAMS优化设计悬架导向杆，使得悬架硬点优化出来的定位参数随车轮跳动的变化曲线符合设计要求，证明了悬架导向杆的优化可以提高悬架的性能文献[7]考虑到赛车操纵稳定性，对悬架的Ansys有限元分析以及Adams动力学仿真两方面的优化设计，使得设计的悬架性能得以提高，实现较高的弯道速度文献[8]通过对。