fsae赛车悬架优化设计(附件)【字数：8626】
摘 要此次论文研究的是FSAE赛车悬架，最终目的是得到FSAE赛车悬架的优化方案，即使赛车在行驶中的车轮定位参数变化幅度变小。本文首先根据当前各类悬架类型的优缺点和宁远车队现状进行悬架结构形式方案的选择。然后使用车队的赛车悬架参数，在Adams/Car中建立前悬架模型和悬挂装配，并且对悬架进行双轮上下平行跳动仿真试验，从而得到车轮定位参数随轮跳距离变化的曲线，分析各个定位参数变化幅度是否在合理范围，从而确定需要优化的定位参数。随后利用Adams/Insight模块分析设计变量对于优化目标影响程度，根据分析结果修改影响程度较大的设计变量的硬点坐标，对修改后的悬架模型进行双轮上下平行跳动仿真试验，根据优化前后定位参数变化幅度的比较确定优化结果是否合理。最后ANSYS软件对前悬架立柱进行有限元分析，确保其在弯曲工况和制动工况下的变形和应力满足结构要求。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究目的和意义 1
1.3 国内外研究现状 1
第二章 悬架模型的确立 3
2.1 悬架类型选择 3
2.2 车轮定位参数 3
2.2.1 车轮外倾角 3
2.2.2 主销后倾角 3
2.2.3 主销内倾角 4
2.2.4 车轮前束角 4
2.2.5 定位参数取值范围 5
2.3 基本参数总结 5
第三章 悬架的运动学建模与仿真分析 6
3.1 Adams/car与Adams/insight模块介绍 6
3.2 FSAE赛车前悬架建模 6
3.3 FSAE赛车前悬架仿真分析 8
3.3.1 车轮外倾角 10
3.3.2 主销后倾角 10
3.3.3 主销内倾角 11
3.3.4 车轮前束角 11
3.4 FSAE前悬架优化分析 12
3.4.1 车轮外倾角 14
3.4.2 主销后倾角 15
3.4.3 主销内倾角 15
3.4.4 车轮前束角 15
第四章 FSAE赛车悬架有 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
限元分析 17
4.1 ANSYS软件介绍 17
4.2 前立柱有限元分析 17
第五章 结束语 20
5.1 总结 20
5.2 展望 20
致 谢 21
参考文献 22
第一章 绪论
1.1 研究背景
Formula SAE (FSAE)，即世界大学生方程式赛车大赛。是由SAE International（国际汽车工程师学会）在1978年筹办的一项面向世界各地大学生的全球性赛车比赛。赛事目的是向各个参赛团体征集一辆由参赛团队独立设计、制造类似于F1比赛用车的小型赛车。FSAE组委会要求参赛赛车拥有良好的性能，并且在行驶中足够稳定耐久。1979年第一届FSAE大赛正式举行，举办地点在美国的休斯顿。我国于2010年也首次举办FSAE赛事，为中国高校提供参赛平台。大赛组委会给各个车队的赛前准备时间通常为8至12个月，在这段时间里车队必须完成设计、建造一辆赛车。
“汽车底盘的设计在整个汽车设计流程中有着举足轻重的地位，而作为底盘中最重要的部件悬架，也是汽车工程师在汽车设计中重点设计的部件之一。”[1]，汽车的操纵稳定性、行驶平顺性、舒适性等重要性能都与悬架系统的性能好坏有紧密的联系。由于悬架系统对于汽车性能有着重要的影响，可以说悬架设计成功与否可以间接或直接影响一个FSAE车队在当年的参赛成绩。
1.2 研究目的和意义
本文基于FSAE赛事组委会提出的赛车悬架要求、车队的现状和历史经验，参考国内外各类文献和车队过去几年悬架数据的变化，首先进行FSAE赛车悬架的类型的选择及车轮定位参数的设计与计算。通过CAD软件绘制悬架几何三视图，来确定建模所需的硬点坐标。然后利用Adams/Car模块建立赛车前悬架模型和悬挂总装配，并进行双轮平行跳动仿真试验，得到四个车轮定位参数随车轮跳动的变化曲线。依据参考资料确定车轮定位参数变化幅度的合理范围，并对四条曲线进行分析确定哪些车轮定位参数的变化幅度超出合理范围，需要优化。而后利用Adams/Insight模块确定具体的优化计划，并修改硬点坐标，再次进行运动学仿真分析，通过优化前后仿真分析曲线的对比确定优化结果，定位参数是否都在合理范围内。最后使用ANSYS软件对前悬架立柱进行有限元分析，保证在弯曲工况和制动工况下，立柱的最大应力和最大形变满足材料极限。
FSAE赛车悬架系统设计的目的与意义，在于研究悬架运动参数的变化规律，为赛车调试提供理论依据。确保赛车具备比较好的稳定性与平顺性。确保所设计的悬架使用的可行性和可靠性，在大赛使用。与传统悬架相比较，此次论文通过软件进行研究，即缩短了研究时间，也节约了材料，而且用更科学的方法提高了优化的质量，为今后FSAE赛车悬架优化提供了经验。
1.3 国内外研究现状
由于技术发展的原因，汽车动力学的研究的起步在国外比我国国内要早。早在五十年代末，欧美研究人员就知道利用车架的应力和形变可以通过有限元法来计算。随着相关企业的不断发展和对新技术的不断投入，有限元分析技术也日益成熟。目前利用有限元软件对汽车结构进行分析已成为车企达到减少成本的主要手段之一。
国内对于悬架的研究起步于上世纪80年代，相对国外来说起步较晚，但是也取得了可喜的成果。其中中科院郭院士所著的《汽车操作稳定性》一书中，对汽车悬架的结构、类型、运动等进行了分析。
国内外对于悬架的研究主要在火车和轿车，在FSAE赛车研究相对较少。因为FSAE赛车赛事才只有30几年的发展，大部分研究的也只是大学生，没有专业的人士来进行分析、讨论和研究，学术水平不高。所以落后于轿车和火车悬架的发展，所以此次论文研究FSAE赛车悬架优化是很有意义的。
第二章 悬架模型的确立
2.1 悬架类型选择
经过近百年的发展，汽车悬架主要发展出两种类型，一种是独立悬架，另外一种是非独立悬架[2]。非独立悬架虽然有结构简单、成本低、强度高、前轮定位变化小等优点，但是其平顺性和操纵稳定性对于独立悬架来说是比较差的，货车和大客车上用的比较多[3]。独立悬架结构相对于非独立悬架来说较为复杂，但是由于其具有质量轻、舒适性高，左右车轮互不相干等优点，而且采用独立悬架的汽车的操稳性较好，所以多数国内的FSAE赛车都选用独立悬架作为赛车的悬架。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究目的和意义 1
1.3 国内外研究现状 1
第二章 悬架模型的确立 3
2.1 悬架类型选择 3
2.2 车轮定位参数 3
2.2.1 车轮外倾角 3
2.2.2 主销后倾角 3
2.2.3 主销内倾角 4
2.2.4 车轮前束角 4
2.2.5 定位参数取值范围 5
2.3 基本参数总结 5
第三章 悬架的运动学建模与仿真分析 6
3.1 Adams/car与Adams/insight模块介绍 6
3.2 FSAE赛车前悬架建模 6
3.3 FSAE赛车前悬架仿真分析 8
3.3.1 车轮外倾角 10
3.3.2 主销后倾角 10
3.3.3 主销内倾角 11
3.3.4 车轮前束角 11
3.4 FSAE前悬架优化分析 12
3.4.1 车轮外倾角 14
3.4.2 主销后倾角 15
3.4.3 主销内倾角 15
3.4.4 车轮前束角 15
第四章 FSAE赛车悬架有 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
限元分析 17
4.1 ANSYS软件介绍 17
4.2 前立柱有限元分析 17
第五章 结束语 20
5.1 总结 20
5.2 展望 20
致 谢 21
参考文献 22
第一章 绪论
1.1 研究背景
Formula SAE (FSAE)，即世界大学生方程式赛车大赛。是由SAE International（国际汽车工程师学会）在1978年筹办的一项面向世界各地大学生的全球性赛车比赛。赛事目的是向各个参赛团体征集一辆由参赛团队独立设计、制造类似于F1比赛用车的小型赛车。FSAE组委会要求参赛赛车拥有良好的性能，并且在行驶中足够稳定耐久。1979年第一届FSAE大赛正式举行，举办地点在美国的休斯顿。我国于2010年也首次举办FSAE赛事，为中国高校提供参赛平台。大赛组委会给各个车队的赛前准备时间通常为8至12个月，在这段时间里车队必须完成设计、建造一辆赛车。
“汽车底盘的设计在整个汽车设计流程中有着举足轻重的地位，而作为底盘中最重要的部件悬架，也是汽车工程师在汽车设计中重点设计的部件之一。”[1]，汽车的操纵稳定性、行驶平顺性、舒适性等重要性能都与悬架系统的性能好坏有紧密的联系。由于悬架系统对于汽车性能有着重要的影响，可以说悬架设计成功与否可以间接或直接影响一个FSAE车队在当年的参赛成绩。
1.2 研究目的和意义
本文基于FSAE赛事组委会提出的赛车悬架要求、车队的现状和历史经验，参考国内外各类文献和车队过去几年悬架数据的变化，首先进行FSAE赛车悬架的类型的选择及车轮定位参数的设计与计算。通过CAD软件绘制悬架几何三视图，来确定建模所需的硬点坐标。然后利用Adams/Car模块建立赛车前悬架模型和悬挂总装配，并进行双轮平行跳动仿真试验，得到四个车轮定位参数随车轮跳动的变化曲线。依据参考资料确定车轮定位参数变化幅度的合理范围，并对四条曲线进行分析确定哪些车轮定位参数的变化幅度超出合理范围，需要优化。而后利用Adams/Insight模块确定具体的优化计划，并修改硬点坐标，再次进行运动学仿真分析，通过优化前后仿真分析曲线的对比确定优化结果，定位参数是否都在合理范围内。最后使用ANSYS软件对前悬架立柱进行有限元分析，保证在弯曲工况和制动工况下，立柱的最大应力和最大形变满足材料极限。
FSAE赛车悬架系统设计的目的与意义，在于研究悬架运动参数的变化规律，为赛车调试提供理论依据。确保赛车具备比较好的稳定性与平顺性。确保所设计的悬架使用的可行性和可靠性，在大赛使用。与传统悬架相比较，此次论文通过软件进行研究，即缩短了研究时间，也节约了材料，而且用更科学的方法提高了优化的质量，为今后FSAE赛车悬架优化提供了经验。
1.3 国内外研究现状
由于技术发展的原因，汽车动力学的研究的起步在国外比我国国内要早。早在五十年代末，欧美研究人员就知道利用车架的应力和形变可以通过有限元法来计算。随着相关企业的不断发展和对新技术的不断投入，有限元分析技术也日益成熟。目前利用有限元软件对汽车结构进行分析已成为车企达到减少成本的主要手段之一。
国内对于悬架的研究起步于上世纪80年代，相对国外来说起步较晚，但是也取得了可喜的成果。其中中科院郭院士所著的《汽车操作稳定性》一书中，对汽车悬架的结构、类型、运动等进行了分析。
国内外对于悬架的研究主要在火车和轿车，在FSAE赛车研究相对较少。因为FSAE赛车赛事才只有30几年的发展，大部分研究的也只是大学生，没有专业的人士来进行分析、讨论和研究，学术水平不高。所以落后于轿车和火车悬架的发展，所以此次论文研究FSAE赛车悬架优化是很有意义的。
第二章 悬架模型的确立
2.1 悬架类型选择
经过近百年的发展，汽车悬架主要发展出两种类型，一种是独立悬架，另外一种是非独立悬架[2]。非独立悬架虽然有结构简单、成本低、强度高、前轮定位变化小等优点，但是其平顺性和操纵稳定性对于独立悬架来说是比较差的，货车和大客车上用的比较多[3]。独立悬架结构相对于非独立悬架来说较为复杂，但是由于其具有质量轻、舒适性高，左右车轮互不相干等优点，而且采用独立悬架的汽车的操稳性较好，所以多数国内的FSAE赛车都选用独立悬架作为赛车的悬架。
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