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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。
摘要Formula SAE 赛事1980 年在美国举办第一次比赛，现在已经是为汽车工程学会的学生成员举办的一项国际赛事，其目的是设计、制造一辆小型的高性能方程式赛车，并使用这辆自行设计和制造的赛车参加比赛。
出于此项比赛的宗旨是让学生针对业余高速穿障的车手开发制造一个原型车，该原行车应该具备有可小批量生产的能力，并且原型车的造价要低于25,000 美元。
这项竞赛包含有3个最主要的基本元素，分别是：工程设计、成本控制以及静态评估,单独的动态性能测试,高性能的耐久性测试Formula SAE 赛事的主要参与者通常都是来自高校的学生组成的车队。
现在在美国、欧洲和澳大利亚每年都会举办Formula SAE 比赛。
Formula SAE 向年轻的工程师们提供了一个参与有意义的综合项目的机会。
为了促进民族汽车工业的发展，中国于2010年开始举办此赛事。
本次设计正因此而展开，本次设计主要是从车架的结构入手，为了让车架达到比赛所用赛车的刚度和强度进行设计和分析，本设计对整车做了总体布置，确定重心的位置。
然后将自己设计出的三个不同结构的车架运用Proe进行建模，然后将三个车架导入ansys软件进行静力结构分析与车架侧翻时候的静力分析，通过比较得到优化结果，将优化的车架进行模态分析。
由于车架看是简单实际上是比较复杂的，通过ansys软件的分析不但能满足设计的要求，而且缩短了设计的周期。
通过本次优化设计使中国FSAE赛车车架的设计能更加完美，同时通过比赛可以通过很多数据为民族汽车工业能提供很多重要的数据，进一步使民族汽车的更安全和实用。
关键词：车架；结构；静态分析；模态分析；优化设计ABSTRACTFormula SAE 1980 competition held in the first race in the United States, now is the student members of the Society of Automotive Engineers held an international event, whose purpose and designed using the Zheliang and manufactured race cars. For the purposes of this competition is to allow students to wear barrier for amateur drivers speed development and fabrication of a prototype vehicle, the original driving should have had the capacity to small batch product ion and prototype cars cost less than 25,000 dollars. The main competition includes three basic elements, namely: engineering design, cost control and static evaluation, a separate dynamic performance testing, durability testing high-performance Formula SAE competiti ons are usually the main participants from universities a convoy of students. Now in the United States, Europe and Australia will host an annual Formula SAE competition. In order to promote the national auto industry development, China started in 2010 to organize the event. This design is therefore to start, this design is mainly starting from the structure of the frame in order to allow the frame to match the car's stiffness and strength with the design and analysis, the design of the vehicle made a layout, determine the center of gravity position. And then design their own out of the use of three different frame structures Proe model, then three trailers into ansys structural analysis software for static and time frame roll static analysis, by comparing the optimized results will optimize the modal analysis of the frame. Since the frame is a simple fact to see is more complicated, not only through the analysis ansys software to meet design requirements, and shorten the design cycle. The optimal design by the Chinese FSAE car frame is designed to be more perfect, while a lot of data by race for the nation through the automotive industry can provide many important data, and further make the national car more secure and practical.Key words: Frame;Structure; Static analysis;Modal analysis; optimal Design第1章绪论1.1研究的目的和意义(1)通过此次毕业设计能为FSAE赛车提供出车架的设计方案，能填补学校在这方面的空白之处，也能为学校组建FSEA方程式赛车作出微薄的贡献。
FSC大学生方程式赛车悬架设计与研究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 (1)1.1本设计的目的与意义 (1)1.2FSC大赛概况 (1)1.3国内外方程式赛车悬架的研究现状 (2)1.3.1国外研究现状 (2)1.3.2国内研究现状 (3)1.4设计研究的主要内容 (3)1.5本章小结 (4)2悬架系统设计 (5)2.1设计原理与思路 (5)2.2悬架形式的确定 (7)2.3相关部件的设计与选型 (8)2.3.1轮辋与轮胎的选型 (8)2.3.2车轮定位参数 (8)2.3.3 轴荷比、轴距与轮距的设计 (9)2.3.4 悬架导向机构的设计 (10)2.3.5 性能参数的计算 (11)2.3.6 前后悬架立柱的设计 (13)2.3.7 减震器的选型 (13)2.3.8悬架基本参数 (15)2.4章节小结 (16)3 悬架三维建模与装配 (17)3.1悬架零部件的三维建模 (17)3.2悬架的装配 (18)3.3章节小结 (19)4 ADAMS悬架建模与仿真 (20)4.1悬架动力学建模 (20)4.2悬架仿真 (21)4.3仿真结果分析 (23)4.4章节小结 (25)5硬点坐标的优化 (26)5.1仿真结果优化 (26)5.2优化前后结果分析 (28)5.3章节小结 (31)6 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 (50)1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。
2011年4月 机电技术77作者简介：郭刚(1985-)，男，硕士研究生，研究方向：汽车安全设计。
F-SAE 赛车后悬架优化赛车后悬架优化分析分析郭刚1 葛晓宏1，2 黄红武1，2(1.厦门大学机电系，福建 厦门 361005；2.厦门理工学院，福建 厦门 361024)摘 要:运用多体动力学软件ADAMS/VIEW 模块建立F-SAE 赛车后悬架模型，并对模型进行仿真分析，研究分析FSAE 赛车运动中后悬架随车轮上下跳动时定位参数的变化规律，评价悬架数据合理性。
采用优化分析对悬架不合理数据进行优化，进一步改善悬架系统性能，以提高产品开发质量。
关键词：赛车独立悬架；ADAMS ；优化分析中图分类号：U463.33 文献标识码：A 文章编号：1672-4801(2011)02-077-03汽车悬架是车身和车轮之间的一切传力连接装置的总称，它把路面作用于车轮的支承力、牵引力、制动力和侧向力以及这些力所产生的力矩传递到车身上，以保证汽车的正常行驶。
悬架系统是汽车重要的组成部分，汽车悬架系统的性能是影响汽车行驶平顺性、操纵稳定性和安全性的重要因素。
由于汽车悬架部件之间运动关系复杂，一般都设计成主销内倾和后倾，并且控制臂轴也大多倾斜布置，这些都给悬架的运动学、动力学分析带来很大困难。
随着计算机技术不断提高，国内外研制开发了很多专门用于机械构件运动仿真分析及优化设计的专用软件，ADAMS 软件就是其中之一。
ADAMS 是虚拟样机分析的应用软件，用户可以运用该软件非常方便地对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析；该软件还是虚拟样机分析开发工具，其开放性的程序结构和多种接口，可以成为特殊行业用户进行特殊类型虚拟样机分析的二次开发工具平台。
1 利用ADAMS/VIEW 创建汽车后悬架模型[5] [7] [9]1.1 悬架模型的建立由于较复杂的模型在计算机中难以建立，所以对所建立的模型做如下简化和假设：(1) 悬架中所有零部件都认为是刚体，同时零部件之间的所有连接都简化为铰链，内部间隙不计；(2) 减振器简化为线性弹簧和阻尼； (3) 各运动副内的摩擦力忽略不计； (4) 轮胎简化为刚性体。
FSAE悬架几何设计总结
一、赛车基本参数的确定
1•轮距与轴距的确定
轮距与轴距目前并无确定的方法精确计算，比较常见的是参考国外所给出的一个经验公式：
B KL
式中，B为轮距，L为轴距，K为经验系数，查相关资料得知K 一般取~。
以下为各个参数值影响与限制条件：
1) 轮距:
①在合理的情况下，轮距应当尽可能大，轮距越大，转向时横向负载转移越小，有利于提高车子的稳定性，但太大则需要提供很大的转向力。
②由于驱动轮轮距窄有利于车子出弯提速，故后轮轮距一般比前轮轮距小。
④⑤⑥⑦
2) 轴距：
①长轴距会比短轴距有更小的载荷转移，对于车子稳定性、受力情况较好。
②轴距越大，整车的质量也就越大，并且还需考虑车子上各个部件的安装问题，一般要考虑人机工程学、发动机的大小与布置，轮胎宽度与悬架上下A臂的安装要求。
参考往年学校车队与其他车队的数据，综合考虑以上因素，轴距定为1600mm 前后轮距分别为1250/1200mm
2. 其他参数的确定
对于质心高度与轴荷比，由于这和各个部件的安装设计和后期的装配有关，
此处参考去年数据确定。
、前悬架设计
1，正视图几何
在正视图几何中设计参数的确定如下面所述：
1) 车轮外倾角(wheel-camber-angle)
前轮外倾角的影响：
①一定的角度能够产生回正力矩。
②太大会使转向困难。
③参考，当外倾角在5时具有最大的侧向力。
④一般取正值，以补偿因车重而下压使得外倾角向负值变化的趋势，应使得车子在行驶过程中轮胎能够与地面更多的均匀的接触，减少个别地方磨损严重的现象。
⑤负的外倾角能够增加车子过弯时的稳定性，此处与轮胎的磨损相制约，与进行
相应的取舍。
查看相关论文，得知前轮外倾角一般为2到4 ,此处初定为2 ,后期会设计调
整装置，对前轮的外倾角进行调节。
2）底盘侧倾角（chassis-roll-angle）
此处尚缺少理论依据，查阅相关资料，初定为3
3）等效摆臂长度（fvsa）
参考，fvsa由以下公式计算：
t/
fvsa 2---------
1 rollcamber
wheel camber an gle
rollcamber
chassis roll an gle
式中：
t trackwidth，为轮距，前轮为1250mm，后轮为1200mm。
求得fvsa=1875mm。
4）侧倾中心高度
侧倾中心高度的影响：
①侧倾中心过高，则轮距变化大。
②后轮侧倾中心高度一般比前轮高。
③侧倾中心接近地面时，当有侧向力作用时，可以降低底盘在垂直方向上的跳动。
④侧倾中心位于地面上，过弯时对底盘的顶推力会使悬架向底盘弯曲。
查看相关论文，得知前悬架侧倾中心高度30到40mm，此定为40mm。
后悬架的一般为50到60mm，定位50mm。
5）上下摆臂（正视图上投影，以下均为投影长度值）的长度
上下摆臂长度的影响：
①上下摆臂都长，则轮距变化小。
②增加上摆臂长度或则缩小下摆臂长度，有利于提高抗侧倾能力。
③摆臂长如果是上长下短，则跳动时轮胎外倾角变大，不利于过弯。
由此摆臂长定为上短下长，上下摆臂比为
考虑前方三个踏板的放置要求，上摆臂长定为320mm下摆臂长度为360mm
6）主销内倾角、主销偏置距和磨胎半径
这三个参数存在相互制约的情况，需要根据各自的作用做相应的取舍，各个参数的影响：
①正的主销内倾角有回正作用。
②主销偏置距越小越好，最好为0,但由于轮辋，刹车盘等的布置问题，尽量取小值。
③磨胎半径越小越好，太大容易导致过度转向。
④磨胎半径一般为正值，能够提供转向回正。
综合考虑，经计算定主销内倾角为2，主销偏置距为21mm磨胎半径为5mm. 由上面的参数可以画出前悬架几何的主视图几何：
2.侧视图几何
1）抗点头率
抗点头率的计算公式如下：
e_L
d d i h
式中，h为质心高度，L为轴距，B为制动力分配系数，中心的水平距离，ei为前悬架瞬心到地面的距离。
根据相关资料和以往FSAE的参数，抗点头率一般取0 图瞬心在地面上。
2）等效摆臂长度（svsa）
瞬心定在后轮附近，由此确定SVSc b
3）后倾角
后倾角的影响：
①后倾角会产生转向的回正。
②过大会使转向困难。
由此初定后倾角为3
由上面参数则可以画出侧视图几何：
!d i为前悬架瞬心到前轴即e i为0，故前轮侧视
4
3. 水平视图几何
水平视图中仅有一个参数需要确定，即为水平平面中上A臂两点连线与下A臂
两点连线的夹角，一般为0 由此可以确定前悬架的空间位置与长度。
以下为前悬架8个硬点的位置坐标：
坐标原点为车子纵向平面与前轮中心处的横向平面在地面上的交点（原点在地面上）
下图为空间坐标系的建立示意图：
▲ Z
X
以下为各点坐标：（上前上横臂前方的硬点，其他类似）。
