方程式赛车悬架系统设计分析中期报告

大学生方程式赛车悬架系统设计大学生方程式赛车悬架系统设计中国大学生方程式汽车大赛，在XX年开始举办，至XX 年已举办三届，大赛目的是为了提高大学生汽车设计与团队协作等能力，而华南农业大学XX年才组队设计赛车，现在还没有派队参加比赛，本文初步探讨SAE赛车悬架设计的方案，为日后华南农业大学参赛打下基础。

本课题的重点和难点1、根据整车的布置对FSAE赛车悬架的结构形式进行的选择。

2、对前后悬架的主要参数和导向机构进行初步的设计。

3、用Catia或Proe建立悬架三维实体模型。

4、在Adams/car中建立该悬架的虚拟样机模型，进行仿真，分析其运动学性能。

5、悬架设计方案确定后的优化改良。

优化的方案一：用ADAMS/Insight进行优化，以车轮的定位参数优化目标，以上下横臂与车架的铰接点为设计变量进行优化。

优化的方案二：轻量化，使用Ansys软件进行模拟悬架工作状况，进行受力分析，强度校核，优化个部件结构，受力情况。

1、查阅FSAE悬架的设计。

2、运用Pro/E或者Catia进行零件设计和仿真建模，设计出悬架的雏形。

3、在Adams/car中建立该悬架的虚拟样机模型，进行仿真，分析其运动学性能。

4、用ADAMS/Insight进行优化，改善操纵稳定性。

5、使用Ansys软件进行模拟悬架工作状况，进行受力分析，优化个部件结构及轻量化。

悬架设计流程如下：首先要确定赛车主要框架参数，包括：外形尺寸、重量、发动机马力等等。

确定悬架系统类型，一般都会选用双横臂式，主要是决定选用拉杆还是推杆。

确定赛车的偏频和赛车前后偏频比。

估计簧上质量和簧下质量的四个车轮独立负重。

根据上面几个参数推算出赛车的悬架刚度和弹簧的弹性系数。

推算出赛车在没有安装防侧倾杆之前的悬架刚度初值，并计算车轮在最大负重情况下的轮胎变形。

计算没安装防侧倾杆时赛车的横向负载转移分布。

根据上面计算数值，选择防侧倾杆以获得预想的侧倾刚度和LLTD。

最后确定减振器阻尼率。

122研究与探索Research and Exploration ·工艺与技术中国设备工程 2017.05 (上)中国大学生方程式汽车大赛（简称FSAE）在2010年首次举办，迄今为止已经成功举办了7届，中国大学生方程式汽车大赛为培养学生汽车设计、加工制造、成本控制和车队成员间协作的能力提供了良好的工程实践平台；此外，参与比赛可为各大参赛院校间提供广阔的交流平台，进而推动各院校间学术交流。

1 设计思路FSAE 赛事规则要求赛车悬架系统必须满足以下要求：能够保证赛车具备良好的行驶平顺性、良好的操纵稳定性、合适的衰减振动能力；能可靠的传递车轮和车身之间的各种力和力矩，保证有足够的强度和使用寿命；在赛车制动和加速时保证车身稳定，减小车身纵倾，确保转弯时车身侧倾角合适；便于布置和维护。

根据赛事规则制定FSAE 赛车悬架系统的初步设计流程，如图1所示。

图1 方程式悬架系统设计流程2 前、后悬架基准参数计算选定根据方程式大赛的规则，查阅相关的资料，确定主要基准参数，如表1所示；悬架系统车轮定位参数如表2所示。

表1 悬架基准参数表2 车轮定位参数3 减震器、横向稳定杆的设计3.1 减震器的选取赛车偏频的选取与悬架刚度有直接关系，为了避免共振，偏频的选取不宜一致，同时基于性能的考虑，综合去年FSAE 赛车设计经验，此次赛车悬架偏频的选取为前悬n1=3.2Hz，后悬n2=2.6Hz。

利用赛车整车参数计算适乘刚度，以此来选择合适的弹簧。

悬架传递比为：25.2i MR = （1）前悬弹簧刚度： （2）后悬弹簧刚度： 2)(MR K K WRSR= （3）根据计算数据并参照弹簧参数表，选择前悬为310lb/in,后悬为300lb/in 的弹簧。

对应的弹簧刚度分别为：KS 1=54.3kN/m；KS 2=52.5kN/m。

由此可计算出悬架的实际上跳行程，由于侧倾增益值1.91°/g，不在低负升力赛车的侧倾增益取值范大学生方程式赛车悬架系统设计与仿真分析吴雪玲，倪彰，何宇，张兴，顾迪，赵越（江苏理工学院 汽车与交通工程学院，江苏 常州 213000）摘要：按照FSAE 赛事对赛车及悬架系统的设计要求，以整车基本参数和设计规则为参照依据，选定轮胎、轮辋型号，利用CATIA 软件建立了FSAE 赛车悬架系统的几何模型，对减震器、横向稳定杆等进行结构设计，利用Adams/Insight 软件对轮胎跳动时悬架参数变化进行对比分析与优化，并运用ANSYS 软件对悬架的主要受力部件进行分析。

大学生方程式赛车悬架系统的设计研究摘要：悬架是车架（或承载式车身）与车桥（或车轮）之间的一切传力装置的总称。

一般由弹性元件、减震器和导向机构组成，在多数的轿车和客车上还设有横向稳定杆。

悬架的功用是把路面作用于车轮上的垂直反力（支承力）、纵向反力（驱动力和制动力）和侧向反力以及这些反力所造成的力矩都传递到车架（或承载式车身）上，保证汽车的正常行驶。

关键词：悬架系统；刚度；横向稳定杆；计算1.悬架的设计要求具有合适的衰减震动的能力；保证汽车具有良好的操纵稳定性；汽车制动或加速时，要保证车身稳定，减少车身纵倾，转弯时车身侧倾角要合适；结构紧凑、占用空间尺寸要小；安装方便并易于调整；尽可能的传递车身与车轮之间的各种力和力矩，保证强度同时做到轻量化。

2.整车参数整车质量m（包含车手60）：300kg，前后轴距L：1550mm，前轮距B1：1250mm，后轮距B2：1200mm，质心高度h：300mm，前悬静态侧倾中心高度Z RF：15m，后悬静态侧倾中心高度Z RR：25mm，前后载荷比：45:55。

3.设计计算3.1 偏频选定汽车偏频是指汽车前、后部分车身的固有频率（用和表示）。

不同范围的偏频适用于不同类型、不同用途的汽车，一般的取值范围：普通轿车0.5~1.5，适中负升力赛车1.5~2.0，高负升力赛车3.0~5.0以上。

FSAE赛车的前后悬架偏频范围在2.4~3.5，且偏频的大小决定了悬架刚度的大小，影响赛车的舒适性和操纵性能。

综上考虑，前后悬架偏频定为：，。

3.2 悬架刚度计算（1）质心到侧倾轴线的距离计算：图1 横向载荷转移几何如图1所示，，，。

（2）悬架乘适刚度计算：（赛车簧下质量为60kg）赛车簧上质量，前轴左右单侧车轮的簧上质量，后轴左右单侧车轮的簧上质量，前轴左右单侧悬架的乘适刚度，后轴左右单侧悬架的乘适刚度。

（3）前后悬架传动比计算：（轮胎刚度）前后悬架的车轮中心刚度，，前悬架弹簧刚度为，后悬架弹簧刚度为，前悬架传动比，后悬架传动比。

毕业设计说明书学院：机械工程系(专业)：车辆工程题目：方程式赛车悬架系统设计分析毕业设计（论文）中文摘要目录1 绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2 FSAE大学生方程式汽车大赛简介 (1)1.3 赛事意义 (4)1.4 课题的主要任务 (5)2 FSAE悬架设计 (6)2.1 FSAE底盘规则概况 (6)2.2 悬架概述 (8)2.3 悬架设计要求 (9)2.4 悬架结构的选型 (10)2.5 双横臂独立悬架导向机构的设计 (11)2.6 FSAE赛车悬架参数 (15)2.7 车轮定位参数 (23)2.8 弹性元件、减震器的选择与布置 (24)2.9 A臂材料与尺寸 (25)2.10 连接件及轴承的选择 (26)2.11 CAD图与CATIA三维实体图 (29)2.12 主要零件的受力分析 (40)3 方程式悬架的运动仿真 (45)3.1 ADAMS软件简介 (45)3.2 ADAMS基本模块 (46)3.3 前悬架模型的建立 (47)3.4 模型的仿真 (53)3.5 仿真曲线的后期处理 (60)结论 (66)参考文献 (67)致谢................................................. 错误!未定义书签。

1绪论1.1引言悬架是现代汽车上的重要总成之一[1]，由于双横臂悬架有较好的运动特性，因此在越来越多的轿车的前悬上得到应用，特别是在赛车上，更是得到广泛运用，其设计好坏对操纵稳定性、平顺性和安全性有着重要的影响。

操纵稳定性不仅影响到汽车驾驶的操纵方便程度, 而且也是决定汽车高速安全行驶的一个主要性能[2]。

本文根据中国FSC大赛规则对赛车的悬架系统进行了设计与分析。

汽车的四轮定位决定了整车的运动性能，前转向轮的定位整合了转向与悬架系统的所有几何参数[3]。

悬架的运动学性能直接影响操纵稳定性等汽车使用性能，而正确的车轮定位参数能够使赛车的运动性能得到良好地发挥，同时还能够增加赛车的安全性与舒适性提高轮胎的使用寿命[4]，减轻驾驶员的驾驶疲劳。

目录引言 (2)1车架外形设计 (2)1．1车架设计和制作的整体思路 (2)1. 1. 1车架设计思路 (2)1. 1. 2车架制造思路 (2)1．2车架整体设计 (2)1．2．1车架形式选择 (2)1.2.2车架材料选择 (3)1．2．3车架用钢管规格选择 (4)1. 3车架各部分设计 (5)1. 3. 1底盘外形设计 (5)1．3．2前隔板设计 (6)1. 3. 3前环设计 (7)1. 3. 4前隔板支架 (9)1. 3. 5前环支架 (10)1. 3. 6主环与肩带安装管 (11)1. 3. 7主环支架 (12)1. 3. 8侧防撞结构设计 (14)1. 3. 9发动机安装区的设计 (15)1．3．10后悬架安装区设计 (16)1．3．11其他斜支撑管 (16)2 车架有限元模型的建立 (17)2.１车架实体模型的建立 (17)2．3载荷的分析与处理 (18)2．4车架工况分析 (18)2．4．1弯曲工况 (18)2．4．2扭转工况 (19)2．4．3前右轮悬空 (19)2．4．4右后轮悬空 (20)2．4．5制动工况 (20)2．4．6转弯工况 (21)2．5车架的模态分析 (22)3 结束语 (3)车架设计引言赛车的车架是支撑赛车其他部件，构成赛车主体的重要部件。

该报告就是叙述车架设计的整个过程的，其主要包含两大部分内容:车架外形设计、车架有限元分析。

车架外形设计从车架的形式选择、材料选择、管件规格选择和各部分详细设计等方面进行了叙述。

车架有限元分析主要运用ANSYS力学分析软件对车架模型进行了计算机模拟分析，主要利用有限元方法通过工程分析软件ANSYS对车架进行静态强度和模态分析，获得车架在不同工况下的变形量和强度载荷及不同阶数的固有频率和振型，检验车架的结构是否合理，并未其改进提供依据。

1车架外形设计1．1车架设计和制作的整体思路1. 1. 1车架设计思路如果把一辆赛车比作一个充满活力的运动员的话，车架就是他的骨骼。

悬架问题分析报告悬架是汽车的重要组成部分，它对汽车的行驶稳定性和悬挂系统的可靠性起着重要作用。

为了保障汽车的正常行驶和减少事故的发生，悬架问题的及时发现和解决至关重要。

因此，本报告将对一些常见的悬架问题进行分析和总结。

首先，我们将着眼于悬架问题的原因。

悬架的主要功能是保证汽车在不平整路面上行驶时的稳定性和舒适性。

然而，长时间行驶、路况恶劣以及缺乏定期保养等因素都可能导致悬架故障。

其中，最常见的问题是悬架弹簧断裂、减震器失效、悬架部件磨损等。

这些问题会导致汽车在行驶时出现颠簸感、行驶不稳定以及悬架部件的松动等现象。

接下来，我们将探讨悬架问题对汽车性能的影响。

悬架问题的存在会对汽车的操控性、行驶稳定性和乘坐舒适性产生负面影响。

例如，悬架弹簧断裂会导致车身高度下降，增加油耗并降低通过障碍物的能力。

减震器失效会导致车辆悬挂部件频繁碰撞，进而影响车辆的平稳行驶。

悬架部件的磨损不仅会降低车辆的稳定性，还会增加零部件间的摩擦和磨损，进而导致更严重的故障。

最后，我们需要就如何发现和解决悬架问题提出一些建议。

定期车辆保养和检查是防止悬架问题的最好方法之一。

及时检修、更换磨损部件，以及保持悬架部件的润滑和紧固都能有效地减少悬架问题的发生。

另外，驾驶员在驾车过程中应留意车辆的颠簸感和不稳定现象，一旦发现问题应及时前往专业维修站进行检查和维修。

综上所述，悬架问题对于汽车的安全和正常行驶至关重要。

通过定期保养、检查和维修，可以有效地避免悬架问题的发生，并最大程度地保障汽车的行驶稳定性和乘坐舒适性。

同时，驾驶员对车辆的观察和及时发现悬架问题的能力也起着重要作用。

只有通过综合的策略和措施，才能更好地解决悬架问题，确保汽车的安全行驶和乘坐体验。

FSE方程式赛车悬架和车架的设计介绍首先让我们来看悬挂系统的设计。

悬挂系统是赛车性能的关键之一，它负责车辆的悬挂和减震功能。

常见的悬挂系统包括双横臂悬挂、麦弗逊悬挂以及多连杆悬挂等。

这些系统的设计目标是提供稳定的悬挂和减震，保持赛车在高速行驶过程中的稳定性和操控能力。

在FSE方程式赛车中，双横臂悬挂是最常见的选择。

双横臂悬挂由上下两个横臂组成，它们连接在车轮和车架之间，通过控制横臂的连接点，可以改变车轮的角度和车辆的姿态。

这种悬挂系统具有良好的悬挂刚度和减震能力，能够提供灵敏的操控和高速稳定性。

减震器是悬挂系统中的关键部件，它通过控制车轮的上下运动来减少车身的震动。

在FSE方程式赛车中，减震器通常采用液压减震器，它利用液体的阻尼效果来控制车轮的运动。

减震器的设计需要考虑赛车在高速行驶和高负荷情况下的稳定性和减振效果。

除了悬挂系统，车架也是FSE方程式赛车设计中的重要部分。

车架是赛车的骨架，它需要具备足够的刚性和强度，以承受高速行驶和强烈的冲击力。

车架通常采用高强度材料，如碳纤维复合材料，以提供轻量化的同时不牺牲结构强度。

在车架的设计中，还需要考虑到空气动力学效应。

FSE方程式赛车的车架通常采用流线型设计，以降低风阻和提高汽车的速度。

车架上会安装机翼和扰流板等辅助空气动力学设备，以增加下压力和稳定性，提供更好的操控性能。

此外，车架的设计还需要考虑底盘的布置和驾驶员的安全。

赛车底盘的设计要求低重心和最小的阻力，以提高车辆的操控性能。

车架还需要提供足够的空间来容纳驾驶员和各种设备，同时保护驾驶员免受冲击和碰撞的伤害。

总之，FSE方程式赛车的悬挂系统和车架是保证车辆性能和操控能力的重要组成部分。

悬挂系统负责提供稳定的悬挂和减震功能，而车架则承载车辆的结构强度和空气动力学效应。

通过合理的设计和材料选择，可以使FSE方程式赛车达到卓越的性能和安全性。

FSAE方程式赛车后悬架总成设计摘要：悬架系统是汽车车身与车轮之间的传力连接装置的总称，决定汽车的舒适性、稳定性和安全性。

本文介绍FSAE赛车的后悬架的设计原则，方法及相关步骤,根据给定的设计参数，采用双横臂式悬架。

通过已知参数，包括车轮定位参数选定，对悬架未知参数进行设计和计算，求出悬架几何计算、得出各种刚度计算和校核、阻尼系数计算等。

由得出的参数，选择布置方案及零部件方案，设计给出一套完整的后悬架各零部件的设计和装配设计。

关键词：FSAE赛车,后悬架系统,双横臂式悬架,参数设计FSAE formula after the supension assembly designXU Xiao HanChongqing Jiao Tong university Chongqing 400074ABSTRACT: The suspension system is a general term for all power transmission coupling means between the car body and the wheels, So the study FSAE racing suspension remains a very importantissue. This article is to introduce the FSAE car rear suspension design principles, methods and related steps, starting with the use of a given design parameters proposed suspension of three designs to determine the type of suspension structure by comparing the advantages and disadvantages; to overhang frame design parameters, including wheel alignment parameters selected, the suspension geometry calculations, various stiffness calculation, the damping coefficient calculation based on the results of the design parameters。