《F1赛车前悬架设计-车辆工程毕业设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《F1赛车前悬架设计-车辆工程毕业设计（36页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、毕毕业业设设计计院系名称院系名称 机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院 2015 年年 6 月月 8 日日设计题目设计题目 F1 赛车前悬架设计赛车前悬架设计 学生姓名学生姓名 xxx 学学 号号 20111154 专业班级专业班级 车辆工程车辆工程 11-4 班班 指导教师指导教师 xxx I目 录中文摘要1 Abstract.2 1 绪 论.3 1.1 设计背景及意义.3 1.2 国内外发展现状.4 1.2.1 国外发展现状.4 1.2.2 国内发展现状.4 1.3 选题的主要内容.4 2 FSAE 方程式赛车前悬架设计 5 2.1 悬架系统概述.6 2.1.1 FSAE 赛车悬架选型 .
2、6 2.1.2 FSAE 赛车悬架控制臂选材 .7 2.1.3 设计要求.8 2.1.4 设计流程概述.9 2.2 悬架参数设计.9 2.2.1 轮辋和轮胎的选择.9 2.2.2 轮距和轴距的选择.9 2.2.4 四轮定位参数的初定.10 2.3 悬架模型的建立.11 2.3.1 悬架几何.11 2.3.2 抗反特性的计算.122.3.3 弹簧刚度和阻尼的计算.13 2.3.3.1 悬架偏频的选取.13 2.3.3.2 适乘刚度的计算.14 2.3.3.3 悬架静挠度的计算.14 2.3.3.4 悬架传递比的计算.14 2.3.3.5 弹簧刚度的计算.15 2.3.3.6 弹簧的选择.15 2
3、.3.3.7 悬架线刚度及无横向稳定杆侧倾角刚度的计算.17 2.3.3.8 避震器阻尼的选择.18 2.3.4 悬架三维建模.18 3 前悬架优化和分析.20 3.1 悬架建模.20 3.2 前悬架仿真.20II3.3 前悬架优化.22 3.3.1 设置目标函数.23 3.3.2 设计变量.23 3.3.3 增加约束条件和优化结果分析.23 3.4 关键部件力学分析.27 3.4.1 立柱的受力分析27 总 结.31 致 谢.32 参考文献.331F1 赛车前悬架设计摘要：FSAE 是面向大学生的国际赛事，选题以合肥工业大学云电车队的赛车为研究对象，对赛车的前悬架系统进行合理分析和设计。在赛
4、车整车中悬架的作用十分重要，因为悬架设计的好与坏直接影响赛车的操纵稳定性和乘员舒适性。故悬架系统的设计有着举足轻重的地位，因此对 FSAE 赛车悬架的分析和设计是有必要的。（1）出于整车布置的考虑和比较不同结构形式悬架的优缺点之后，本设计决定采用不等长双横臂独立悬架。通过对钢管材质和碳纤维材质的比较，决定控制臂和导向臂采用钢管材质。 （2）设计基本参数，如四轮定位、悬架线体几何、悬架刚度等，按照计算成果绘制前悬架的零件图和装配图。 （3）用Adams/Car 模块建立一个仿真模型进行仿真，找出需要优化的参数。在Adams/Insight 模块进行优化设计，改进硬点坐标后再次对其仿真，对优化前后
5、两次运动学特性加以比较，优化后的悬架性能得到提升。接下来，利用Ansys 分析立柱力学特性，分析的结果满足结构要求。关键词：FSAE 双横臂独立悬架 建模仿真 多目标优化 强度校核 2The front suspension design of F1Abstract：FSAE is the international tournament for college students.This paper designand analyze the cars front suspension system based on the car of Yun RacingTeam in Hefei Un
6、iversity of Technology.The suspension has an important influence on the stability and smoothness of the cars handling stability.Therefore, in the design of the car, the suspension system plays a reallyimportant role.So it is necessary to design and analyze the FSAE car suspension.Firstly, according
7、to the arrangement demand of the finished cars and thecomparison of suspension structure,i decide to use the unequal double-wishbone type suspension.Through the comparison of steel tube material andcarbon fiber material,decide to use the steel tube material in the control armand the guide arm.Then d
8、esign the suspension parameters,including four-wheel alignment parameters, suspension geometry, stiffness and the dampingcalculation,accord to the calculation results, draw the parts drawings andassembly drawings of the front suspension.Last,build motion simulationmodel in Adams/Car module,and make
9、simulation analysis on the model.Andfind out the changing range and the unreasonable direction parameters as the target of optimization.Then carry on the multi-objective optimization designom the Adams/Insight module,and carry on the simulation analysis againafter modification of hard point coordina
10、tes.Compare the kinematiccharacteristics of the optimization before and after.The main performance of3the optimized suspension is improved.Secondly, use Ansys to analyze the column in mechanical analysis.The results show that the column meets the structural requirements.Keywords：Formula SAE Double-w
11、ishbone suspension Modeling andsimulation Multi-objective optimization Strength check 1 绪 论1.1 设计背景及意义FSAE 赛事由汽车工程协会举办，以大学生团队为参赛主体的方程式赛车赛事。大学生团队由该校一名指导教师和在校本科生及研究生组成。规定在 12 个月的时间内，按照赛事规则进行设计、加工和制造，并使其赛车的加速性能、制动性和操控性等方面都表现优异且足够稳定耐久。同时车的成本要低廉、维修方便、耐用可靠。与此同时，为了满足赛车市场销售的需求，该车的造型要美观并且乘坐舒适，使用通用性的零部件。赛事自创办
12、以来，已经发展 37 年；赛事举办国家由最初的美国发展到美国、加拿大、德国、英国、日本、印度、中国等遍布亚洲、欧洲、美洲的 15 个国家。在各国越来越重视这一赛事的同时，数以万计的学生从这项赛事中收获了知识和工程实践经验。FSAE 大赛可以说是未来中国汽车工业发展的摇篮。我们学校的 FSAE 赛车团队在各个方面都有十分优秀的表现，下面的图片所示为我校的 FSEC（方程式纯电动赛车）赛车。4图 1.1 合工大 FSAE 赛车悬架在赛车操纵稳定性方面的作用非常重要，其运动特性对赛车动力学和对从轮胎传递到车架的力和力矩的响应也十分重要。对赛车整车而言，悬架性能对整车操纵的稳定性有着很大的影响，所以对
13、整车设计而言悬架系统设计起着非比寻常的作用。双 A 臂独立悬架的最主要的特征是，如果想要使悬架获得合适的运动特性，则应在车轮上下跳动时，合理选择空间导向杆系的硬点位置、控制臂的长度及布置；并且当侧倾中心和纵倾中心恰当时，即可将车轮定位参数和轮距的变化量限定在合理的范围内。因为这些优势，双 A 臂独立悬架正在广泛地使用在 FSAE 赛车上。同时基于赛车的悬架设计和研究也可以为乘用车悬架系统设计的轻量化和结构优化提供参考。1.2 国内外发展现状1.2.1 国外发展现状大学生方程式大赛起源于美国，因为国外起步比较早，所以对 FSAE 赛车的深入研究和分析也比较早。目前，在整车系统和零部件设计优化等方
14、面，国外学校的方程式赛车队已经积累了非常多的经验，掌握的相关技术已经比较成熟，例如文献1对汽车动力学进行了系统的研究。而且赛事发展更加丰富，从燃油赛车发展到燃油、混合动力、燃气和纯电动等多个动力源项目的比赛。因此，在 FSAE 赛车悬架设计方面也积累了很多经验.我们可以查询到很多有关方面的文献。尤其是在悬架的几何分析、空间优化、以及利用各种软件对悬架的力学性能进行分析等方面。设计也具有很好的创新性，文献2基于整车需要设计了钢板弹簧悬架。在 FSAE 不断的发展过程中，双横臂独立悬架的好处越来越受到各个车队的认可，同时在能够充分保证赛车的可靠性和经济性的基础上，碳纤维材质的悬架也应用到赛事中来，
15、有效改善了赛车的轻量化程度。1.2.2 国内发展现状与国外不同的是，FSC 大赛开始于 2010 年，中国汽车工程学会联合中国 21 所大学院校在上海举办了首届大赛。由于起步晚，所以在赛车的设计方面的研究相3对较少但是仍可以找到关于赛车悬架设计的资料，其中包括湖南大学文献4操稳性的研究、哈尔滨工业大学文献5、6对碳纤维悬架的研究和华南理工大学文献7对悬5架的设计及北京理工大学文献8-10在悬架和轮胎的设计及选型方面做出了很多贡献，为国内车队在设计方面和研究方面的发展给予了巨大的帮助。1.3 选题的主要内容选题主要以合肥工业大学云电动方程式赛车为基础，设计和优化大学生方程式赛车的前悬架，主要内容如下：（1）简要介绍了 FSAE 大赛的基本情况，并阐述了国内外 FSAE 赛车有关悬架设计方面的发展水平。（2）对大学生方程式赛车悬架定型进行有序的选择，对 A 臂的材质进行选择，确定了钢管双 A 臂独立悬架的布置形式；（3）主要讲述了赛车前悬架的设计方法，其中包括了悬架几何、车轮的定位参数、悬架偏频的选择和对悬架阻尼的计算。并建立前悬架 Catia 三维模型。（4）建立前悬架仿真模型，这里的模型采用的是 Adams/Car 模块，对前轮进行运动学仿真，利用 Adams/insi
