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1、科技学院毕业设计（论文）基于ADAMS的FSAE赛车操纵稳定性的优化摘 要 本文以多体系统动力学理论为理论依据，使用仿真软件ADAMS/CAR工具，建立浙江科技学院FSAE赛车的整车虚拟模型，并对其进行整车操稳性的仿真和评价。同时，通过改变变量：轮胎侧偏刚度、轮胎宽度、轴荷分配，质心高度、转向系统传动比，分析这些因素其对赛车操纵稳定性的影响程度，最后提出优化方案。 本文首先阐述了汽车操纵稳定性研究的主要内容、评价体系与多体系统动力学的相关理论，对ADAMS软件的介绍及其计算分析机理的了解学习。然后按照整车虚拟模型建模的基本流程，建立了适合FSAE赛车的整车虚拟模型。 由于不同的操纵稳定性试验需
2、要采用不同的控制方法，编写相应的控制文件，设定控制参数，模拟实际的试验状态，使虚拟整车模型按照试验标准运行。对于驾驶员-车-道路系统的闭环试验，采用ADAMS软件中的闭环控制方法办法，模拟驾驶员通过车辆情况反馈而采取得操作。 本文的重点是通过对分析上述五个对赛车操纵稳定性有影响的因素得出其对赛车操稳性的影响规律，最终得出操纵稳定性的综合评价，并以此为依据对FSAE赛车提出改进方案。整个研究工作以通过ADAMS建立赛车整车的虚拟模型、虚拟分析为核心，初步实现了通过FSAE赛车整车虚拟模型对整车操纵稳定性的仿真分析，得出了FSAE赛车的操纵稳定性的影响因素和规律，这对FSAE赛车的操纵稳定性的改进
3、具有重要意义。关键词：FSAE赛车 ADAMS仿真 操纵稳定性 虚拟样机Optimization of FSAE racing controllability and stability based on ADAMS ABSTRACT Based on the theory of multi-body system dynamics, Zhejiang University of Science and Technology FSAE racing car virtual prototyping is established under the ADAMS/Car-the mechanical
4、 system simulation software . According to experiment standard, we run simulation of vehicle controllability and stability tests. Then analyse how axle load, center of mass height, steering ratio, tire cornering stiffness and tire width influence the controllability and stability performance of the
5、FSAE racing car, provides the improvement suggestions. In this paper,we introduce the content and the evaluation criterion of vehicle controllability and stability test. And introduce the multi-body system dynamics theory，approach the analysis mechanism of ADAMS. Then built up the FSAE racing car dy
6、namics model according to the basic process of vehicle virtual prototype modeling. Due to using the different control method, we should define the corresponding controlled variable, establish the control file and the simulation test condition, and make the movement of dynamics vehicle according to t
7、he country standard.Regarding to the driver-vehicle-road system experiment, we use the closed-loop control method which ADAMS provides, imitates the driver operation which adopts the feedback from vehicle. It is the key point to analyse how each test results influences when axle load, center of mass
8、 height, steering ratio, tire cornering stiffness and tire width changed. The whole research work concentrates on the exploration the influence of five variable point above to the controllability and stability,and application of virtual design and analysis. Finally we get the controllability and sta
9、bility performace for FSAE racing car and provide the improvement suggestions.Key Words:FSAE racing car;ADAMS simulation;Contrallability and stability;Virtual prototype目录摘 要iABSTRACTii目录iv第一章 绪论11.1 研究动机与目的11.2 研究背景11.3 研究方法与系统描述31.4 论文内容概述3第二章 汽车操纵稳定性的概述与评价指标52.1 汽车操纵稳定性的内容52.2 操纵稳定性的评价指标62.2.1车辆坐标
10、系72.2.2汽车操纵稳定性的开路评价法72.2.3汽车操纵稳定性的闭路评价法102.3汽车试验的两类评估方法112.4本章小结11第三章 多体动力学理论及赛车ADMAS模型的建立123.1 多体系统动力学的基础理论123.2 ADAMS/CAR软件简介及赛车整车建模133.3 FSAE赛车虚拟样机的建立143.4 虚拟样机的验证163.5 本章小结18第四章 FSAE赛车操纵稳定性评价194.1 赛车参数的变量设置194.2 稳态回转试验仿真分析204.3 蛇行试验仿真分析224.4 转向盘转角阶跃输入仿真分析254.5 转向盘转角脉冲输入仿真分析274.6 FSAE赛车操纵稳定性的改进意见
11、28第五章 结论29参考文献30致谢31iv第1章 绪论1.1 研究动机与目的 浙江科技学院于2013年12月成立FSAE车队，已连续参加2014,2015年两届FSAE比赛，为了备战2016年的比赛，需要在原来的基础上，对新赛季的赛车在操纵稳定性上进行优化，以取得更好的成绩。我们通过在ADAMS软件中进行FSAE赛车虚拟模型的建立，进行整车仿真试验可以缩短设计周期和优化赛车操纵稳定性，有利于取得更好的赛车性能。本文主要通过对浙江科技学院2015年这款赛车的操作稳定性进行研究。1.2 研究背景 Formula SAE (FSAE) 由国际汽车工程师学会(SAE International)于1
12、978年开办，其概念源于一家虚拟制作工厂，向所有大学生设计团队征集设计制造一辆小型的类似于标准方程式的赛车，要求赛车在加速、制动、操控性方面都有优异的表现并且足够稳定耐久。 在参加比赛之前车队一般会耗时8到12个月的进行设计工作、建造工作、测试工作和调教赛车的工作。在和各地的大学车队的较量中，这项赛事给了参赛人员展示他们的创造能力和工程能力的舞台。为了实现比赛的目的、参赛人员可以假想自己是设计人员。汽车公司要求他们设计、制造一辆赛车来评价估计这个公司某项目的一款车。该公司希望的销售市场是假日非职业汽车比赛。所以，该车需要在在加速，制动和操控等方面非常出色。该车必须成本低廉、易于维修、可靠性好。
13、此外，考虑到市场销售的因素，该车需符合大众审美、舒适程度较高，零部件需要符合通用性以便于维修节约成本。汽车厂商打算每周生产28辆这款车, 同时要求这款车耗资应少于2.5万美元(该规则09年已经取消)。设计小组受到的挑战是设计和组装一辆满足各种要求的车。各个设计环节将作为竞赛比较和评判的内容。随着汽车工业驱动技术的不断革新，以混合动力、纯电动汽车为主的大学生方程式赛事同样发展迅猛，势必成为今后的发展趋势。美国是首个开始混合动力FSAE项目的国家;而电动车FSE则在德国赛Formula Student Germany组委会的极力倡导下迅速发展起来。30多年来，FSAE已发展成为每年由15个国家举办
14、的20场赛事、并有数百支来自全球顶级高校的车队参与的青年工程师盛会。2013年已举办或即将举办FSAE比赛的国家有:美国、加拿大、德国、英国、奥地利、意大利、西班牙、匈牙利、捷克共和国、巴西、澳大利亚、日本、印度、中国及泰国。中国自2010年开始引进FSAE赛事以来，国内高校车队发展迅猛，据2013年的报名情况，比赛已扩展至超过60支车队的参赛规模，成绩喜人。现今已有武汉理工大学、湖北汽车工业学院、同济大学、合肥工业大学、湖南大学、吉林大学、哈尔滨工业大学(威海)、北京理工大学、厦门理工学院、华南理工大学、昆明理工大学，河南科技大学、华侨大学等本科高校以及西安汽车职业技术学院等专科院校参与其中
15、1。图1.1 FSAE赛事分布 比赛由若干个静态和动态的项目来评判汽车的优劣，这些项目包括：技术检验、成本分析、市场陈述、工程设计、单项性能测试、耐久测试、燃油经济性。裁判通过给这些项目打分来评判汽车的各个性能。比赛总分为1000分，具体项目分值分配如下：表1.1 赛事分值分布静态项目分值动态项目分值营销报告75直线加速测试75赛车设计1508字绕环测试50成本与制造分析100高速避障测试150耐久测试300效率测试100静态项目分数合计325动态项目分数合计675 浙江科技学院于2014年参加了FSAE中国赛，在燃油组中，我们取得了不俗的成绩。直线加速第22名，8字环绕第21名，高速避障第34名，耐久比赛第15名，效率测试第10名，总成绩第18名，超越浙江大学在浙江省参赛队伍中成绩位居第一。图1.2 浙江科技学院FSAE赛车队2014赛场1.3 研究方法与系统描述我们知道汽车的操纵稳定性与很多因素有关，比如汽车的结构设计，汽结构参数，例如
