YX5 FSC赛车悬架设计与制作毕业设计Word格式文档下载.docx

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在技术答辩与成本答辩当中，不仅仅要考验队员对专业知识的掌握，对整辆赛车的了解，还要求队员要有足够优异的表达能力，从而使技术裁判对赛车有了感官的认知。

动态赛包括耐久赛、直线加速、高速避障等，同学们制作的赛车的性能通过这样的动态赛才能展现出来。

裁判通过各个车队在各个赛事中的综合表现进行评分，从而评判各校赛车队的性能，得出各个车队的成绩。

通过这项赛事，同学们可以更多的了解到赛车运动、市场营销等方面的知识，同时激发更多同学的兴趣，使其参与其中。

在制作赛车的过程当中，学生可以将书本上学到的知识与实践相结合，综合提高自己的专业知识。

1.1.2大学生方程式赛车的研究意义

当前，中国的汽车工业已经蓬勃发展，但是还不是真正的汽车技术强国。

而中国从汽车制造大国向技术强国迈进，已成为国人迫切的目标，而人才的培养至关重要。

中国大学生方程式赛车活动组织举办的目的就是对汽车专业人才的培养。

在整车的设计阶段，培养了学生的设计能力提高了他们的专业素养。

只有当学生对专业知识有了一定的积累，对整车系统有了一定的把握才能够独立的去完成对某一个系统的设计，包括这个系统的零部件；

在赛车零件的加工阶段又使学生对加工工艺有了更深的了解。

队员在设计零件的时候就会考虑到零件的加工工艺与加工工序包括车、铣、钻孔、线切割等等。

在与加工师傅的交流过程中使得队员对零件加工有了更深的认识，用最为简单的工序加工出合格的零件，价格又要尽量便宜，从而控制成本。

在参赛阶段培养的是大学生的临场应变能力与团队协作能力。

在比赛过程要比多项静态项目与动态项目，难免会遇到突发状况，这就要考验一个车队怎样去合作，共同应对难关。

大学生在参与的这一年过程当中无疑是充满挑战的过程。

首先参与者要能过熟练掌握CAD、CATIA、UG等二维与三维操作软件以方便对以后的设计。

另外在这个过程中还会遇到各种各样的问题，零件原材料的购买、加工工厂的寻找，正是不断的客服这些困难，才锻炼了自己的心智，为以后步入社会打下坚实的基础。

1.2悬架系统概述

汽车悬架系统是车轮与车架之间的一切连接装置的总成。

它主要由弹性元件、减振器、和导向机构三部分组成，另外在多数悬架系统中还附加有横向稳定杆。

其中，弹性元件起到缓冲的作用，减振器起到减振的作用，导向机构起到导向的作用，横向稳定杆能够有效的减弱汽车在转弯时的侧倾角度。

弹性元件包括螺旋弹簧、钢板弹簧、空气弹簧和扭杆弹簧。

轿车一般多用的是螺旋弹簧，钢板弹簧与空气弹簧多用于货车或客车，扭杆弹簧多应用与轻型客车或货车[1]。

由于路面不是绝对的平整，所以当汽车在行驶过程中会不断的受到来自地面的冲击，这种冲击力通过车轮不断地传到车架或车身，使乘坐人员与驾驶人员感到不舒适，对于货车而言，严重的话还有可能造成货物的损坏。

弹性元件就是缓和这种冲击，尽量使乘坐人员感到舒适，确保货物的完好。

当弹性元件不断的受到冲击时，便会持续地发生振动而这种振动也会使乘坐人员与驾驶人员感到不适，减振器的便会使这种振动迅速减弱，消除振动的快慢还与阻尼力有关，阻尼力越大振动消除的就越快，但是阻尼力也不能过大，太大的话冲击载荷便会加大，会有可能造成某些零件的损坏。

导向机构的形式各有不同，主要是把纵向反力、侧向反力以及这些力所造成的力矩传递到车架上，所以起到一个传力的作用，另外导向机构还控制车轮在跳动时随车架的摆动轨迹，所以导向机构在传力的同时还有着导向的作用。

当汽车在高速转弯的时候，汽车车架或车身相对于地面会发生一定角度的侧倾，而横向稳定杆的存在就是减弱这种侧倾角度，增强汽车的稳定性。

目前汽车上可以分为非独立悬架（图1-1a）与独立悬架（图1-1b）。

独立悬架

非独立悬架

非独立悬架按结构可分纵置钢板弹簧非独立悬架、螺旋弹簧非独立悬架、空气弹簧非独立悬架、油气弹簧非独立悬架等。

钢板弹簧在货车上应用较为广泛，钢板弹簧通常通过铰链与吊耳纵向布置地固定在车架上，这样可以使得弹簧在变形时两包耳中间之间的距离可以发生改变，这也是货车中采用较多的一种连接形式。

在螺旋弹簧非独立悬架中左右车轮通过一根轴相连，通常还包括纵向推力杆、横向推力杆、加强杆等部分。

空气弹簧非独立悬架由空气压缩机、空气滤清器、车身高度控制阀、空气弹簧、储气罐、压力调节器等组成。

空气弹簧通常应用于客车上，并且随压缩行程的不同，可以实现变刚度的调节，另外空气弹簧也可以实现车身高度的自动调节，很大程度上提高了行驶的平顺性。

独立悬架系统主要包括横臂式独立悬架、纵臂式独立悬架、车轮沿主销移动的悬架、单斜臂式独立悬架。

横臂式主要有单横臂与双横臂式两种，但是单横臂逐渐已被淘汰，当车轮跳动时，车轮的平面发生变化，致使轮距改变较大，对轮胎磨损较大，而且对转向操纵性有一定影响。

双横臂式悬架又可以分为等长双横臂与不等长双横臂悬架。

等长双横臂悬架使得在车轮在跳动过程中，主销的参数大致不会发生变化，但是轮距的变化较大，造成轮胎滑移[2]。

而不等长双横臂可以使车轮与主销的变化范围都不太大，因此在轿车上应用较多。

纵臂式悬架包括单纵臂式悬架与双纵臂式悬架。

单纵臂式悬架通常用于后轮。

双纵臂式悬架包括两个等长的纵臂，所以可以用于转向轮。

车轮沿主销移动的悬架包括烛式悬架与麦弗逊式悬架。

烛式悬架的优点是可以控制主销参数与车轮定位参数不会发生较大的变化，但缺点是减震套筒承受着很大的侧向力，加大套筒与主销之间的摩擦阻力，严重是会有损坏，因此烛式悬架逐渐被淘汰。

麦弗逊式悬架主要由滑柱与摆臂组成，相对烛式悬架使得滑柱的受力减小。

麦弗逊悬架的主销为摆臂与轮毂的铰接点与车架与减震器铰接点之间的连线，因此当车轮跳动时，主销参数会有一定的改变，这种变化范围也比较小。

另外麦弗逊悬架的优点是占用的布置空间较小，便于其他零件的布置，所以麦弗逊被广泛应用于轿车的前悬当中。

悬架系统种类繁多，不同类型的车有着不同的功用，因此所选用的悬架类型也各不相同。

汽车设计工程师通常会根据车的大小与功用来选取悬架的类型，最终期望的目的是使该类型汽车有更好的操控性与平顺性。

而同一类型的悬架也可以通过选取不同磅数的弹簧来调整悬架的刚度，这也是悬架调校的一部分。

赛车更为看重的是操控稳定性，这对悬架调校要求的更多，也更为复杂一些，赛车悬架一般刚度比较高，且前后悬架一般都会附加横向稳定杆，使其调校范围更大一些。

赛车一般是牺牲了一部分平顺性，来大到较好操控性，使轮胎与地面有更佳的接触，附着力也有所提高。

1.3国内外研究现状

国外开展汽车的赛事运动比较早，历史上首次汽车比赛出现在19世纪末，到1950年国际汽联首次举办了世界锦标赛，并一直举办到今天，这期间也是F1这项顶级赛事蓬勃发展的阶段。

大学生方程式汽车大赛（FSAE）首届比赛于1979年在美国休斯顿进行。

30多年来，FSAE已发展成为每年有15个国家举办的20场赛事。

国外发达国家对赛车运动学的研究起步较早，美国的WilliamFMilliken和DouglasL.Miliken合著的《RaceCarVehicleDynamics》，详细介绍了各种赛车的设计过程，包括悬架所有参数的定义和选取原则、悬架的正视、侧视与空间几何学、悬架各种参数对悬架的影响程度、悬架的类型、防侧倾杆的设计、弹簧与阻尼器的计算选择等，是赛车悬架设计的重要理论依据[3]。

《DesignofaSuspensionforaFormulaStudentRaceCar》介绍了瑞典皇家理工学院2004年FSAE赛车的悬架设计过程。

前后悬架均采用了拉杆不等长双横臂式悬架。

运用Adams软件进行建模，研究不同的系统环境对主销内倾角、主销后倾角、侧倾中心高度等等参数的影响，对所设计的悬架进行了优化[4]。

中国开展的汽车比赛较晚，但发展比较迅速，其中影响力比较大的是中国房产锦标赛（CTCC），全国拉力锦标赛（CRC）。

我国开始对汽车悬架的研究起源于80年代，对悬架的研究成果多出现在90年代，吉林大学于1997年建立了汽车动态模拟国家重点实验室，展开了对汽车系统动力学与控制的研究，包括汽车的整车、总成及关键零部件的进行动力学建模、分析和研究。

合肥工业大学的阮五洲利用Adams软件创建了双横臂独立悬架的模型，详细地分析了悬架的性能曲线，并且利用遗传算法对悬架进行优化。

广汽本田汽车有限公司的邹海峰工程师利用Adams/car软件对即将开发的车型的悬架进行分析，对悬架和整车的主要性能事先预测，为悬架的优化提供了可靠的数据，缩短了产品的开发周期，提高了汽车产品的设计质量。

华南理工大学吴健瑜总结了赛车悬架的设计流程，在ADAMS/Car模块下创建悬架仿真模型，进行悬架运动学仿真分析。

以悬架的评价指标为准则，对仿真结果进行详细分析，找出变化范围和方向不合理的性能参数，并作为悬架优化设计的目标依据。

在ADAMS/Insight模块下对悬架进行试验设计，根据运动学仿真结果和试验设计结果，对悬架进行多目标优化设计。

1.4本章小结

本章首先阐述了介绍了大学生方程式大赛的历史以及阐述了其重要意义，简要介绍了悬架系统的分类和组成，并简单陈述了国内外悬架系统研究开发的现状。

只要选取合适的横臂长度以及布置角度，不等长双横臂式独立悬架就可以使前轮定位参数变化以及轮距变化均在可控的限定范围之内，使赛车具有良好的行驶稳定性与平顺性。

目前，几乎所有的赛车采用的是不等长双横臂式独立悬架，另外在中高级轿车的前后悬架上不等长双横臂式独立悬架也已得到广泛应用。

第2章悬架系统设计

2.1赛车悬架设计思路

根据赛事的规则与要求，首先拟定YX-5赛车悬架系统的设计思路。

如下:

1）确定了解整车主要框架参数，包括轮距，轴距，质量等。

2）确定前后悬架的布置形式，一般是双横臂式，主要确定是拉杆式布置还是推杆式布置。

3）确定主销参数以及决定赛车性能参数的范围，偏频围、侧倾率、悬架行程，侧倾中心高度等。

4）估计簧上质量与簧下质量四个车轮载荷。

初设偏频值，推算出悬架刚度，侧倾角刚度，侧倾率等。

5）计算极限工况下横向与纵向的载荷转移量，与悬架的行程（无横向稳定杆）。

根据前后侧倾角刚度与侧倾率、悬架行程，设计前后横向稳定杆。

6）计算极限工况下横向与纵向的载荷转移量，与悬架的行程（有横向稳定杆）。

验证在此偏频下其他性能参数是否满足要求，如不满足，做稍微修改，反复验证。

7）选取传递比（MR）弹簧刚度，因为弹簧刚度一般为整数，所以选取的传递比应以弹簧刚度为基准。

8）上面计算与选型完成后，在重新对初值进行校核。

悬架的设计计算就是一个反复迭代与校核的过程，使主要性能参数都在设置范围内。

9）在计算完成后便进行悬架的结构设计，主要是悬架几何的确定（正视、侧视）悬架几何确定后，接下来设计传递比，摇臂，推杆与减震器的布置，以及横向稳定杆的布置。

10）在CATIA中进行三维的绘制与装配，检查干涉。

11）在ADAMS中进行建模与优化。

2.2悬架系统方案的选定1

汽车悬架的结构类型主要分为两类：

独立悬架与非独立悬架。

非独立悬架是由一根整体式车桥将两侧车轮相连