“夢想4.0號”賽車行駛系設計（含UG三維圖）
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廣西
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夢想
賽車
行駛
設計
ug
三維
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摘要
隨著2010 年我國開始舉辦大學生方程式賽車比賽以來，越來越多的高校開始了對
FSAE 賽車的研究、制造與調試。到2017 年，我國大學生方程式汽車大賽由剛開始的20
多支車隊發展到了80 多支。為了我校行知車隊在2017 年10 月襄陽舉辦的第八屆中國
大學生方程式汽車大賽中取得優異的成績，本文對新一季的“夢想4.0 號”賽車的行駛
系統進行了設計與優化。根據2017 年方程式大賽規則，結合以往設計經驗，對“夢想4.0 號”賽車懸架和
車架進行設計計算。在懸架方面，對懸架類型進行了選型，選定車輪定位參數以進行了
懸架幾何設計和剛度與阻尼的計算。在車架方面，基于人機工程學和賽車總布置要求，
對車架進行了設計。然后利用CATIA 軟件對懸架總成和車架進行了三維建模。利用
ADAMS/Car 對車輪定位參數以及側傾中心高度進行了仿真，分析各參數隨輪跳的變化規
律，找出其不合理的性能參數，用ADAMS/insight 對其進行多目標優化。并用ADAMS/Car
對車輪中心剛度、乘適剛度、側傾剛度和傳動比進行仿真，仿真結果和理論設計計算進
行對比，驗證理論計算的正確性。用ANSYS 軟件對懸架關鍵零部件搖臂進行了有限元仿
真分析，驗證其強度是否符合要求。對于車架的分析，本文用ANSYS 對車架進行多種工
況下的強度分析，以及進行了扭轉剛度、彎曲剛度的仿真分析與計算，結果表明“夢想
4.0 號”賽車車架符合強度與剛度要求
- 內容簡介：
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大學設計外文資料翻譯原文名稱SuspensionKinematicsStudyoftheFormulaSAESportsCar中文名稱FSAE賽車的懸架運動學研究原文來源：S.Chepkasov,G.Markin,A.AkulovaProcediaEngineering150(2016)12801286學生姓名：學號：學院：機械與動力工程學院專業：車輛工程指導教師:20年月日外文資料翻譯第1頁共8頁FSAE賽車的懸架運動學研究S.Chepkasov,G.Markin,A.Akulova烏拉爾聯邦大學，16街，葉卡捷琳堡，620002，俄羅斯摘要：在這篇文章中，提到了一種“FSAE賽車”懸架系統的設計。講訴了一種雙叉臂懸掛。講述了這類賽車懸架的主要特點以及選定了懸架方案。制定了用于根據上臂的角度確定懸架的位置的數學模型。對FSAE賽車懸架的幾何參數進行分析和選擇。1、介紹在我們這個時代，世界上最受歡迎的汽車賽事是F1方程式。為了參與這些比賽而設計的汽車，除了牽引速度特性之外，還必須具有最高的可控性，以確保在在極速駕駛的情況下安全過彎。賽車要想高速克服高速賽道的彎道，需要工程師來解決與處理賽車操縱穩定性和安全性等相關的其他性能任務。當汽車轉向時，由于離心力會使汽車發生橫向側滑以及翻滾，為了減少像這種不利因素，需要考慮到諸如輪胎的特性，懸架的運動學以及轉向和阻尼等參數等懸架特點。因此，賽車比賽的結果很大取決于懸架的運動學。在設計FSAE賽車時，作者面對需要優化雙叉臂懸架的幾何參數問題，因此開發了其數學模型，進行了最佳幾何特征的分析和選擇。2、跑車車懸掛的運動學跑車的懸掛應該提供汽車輪子的適當的運動學，并且具有最小限度簧下部分的重量。幾乎所有的賽車和跑車配備懸掛雙叉臂獨立懸架與其具有最佳運動參數相關。大尺寸是一個缺點，安裝時，這種類型的車用于日常使用，但是，當它被用于汽車的方程式賽車時，它成為一個優勢，因為它重心位置較低，而且它會茶使汽車輪距加寬和抗側翻，無論承載框架的大小和結構如何。改變雙橫臂懸架桿的相對位置變化時，橫向和縱向的車傾斜的高度隨著改變，所以，認為這種類型的懸架能夠提供完美的運動比率。另一方面，叉臂之間的距離變化影響引導裝置和鉸鏈上作用的力的變化。根據規則1，選擇雙叉臂懸架車的整車幾何參數外文資料翻譯第2頁共8頁如圖1。圖1FSAE賽車整車幾何尺寸圖據說，懸架設計問題是最有趣的汽車工程師，因為他們需要創造性的解決方案和良好的工程科學知識。對懸架運動學問題研究的巨大貢獻J.Reimpel教授在他的書中更充分地體現了汽車底盤設計的各個方面，以及各種車輛的數據和制定的關鍵對運動學依賴性的建議3,2。國內作者I.N.Uspensky和A.A.Melnikova4提出了彈性阻尼元件的選擇和計算問題建議選擇懸架的特點取決于路況。文獻5提供了一種選擇懸架參數的一般算法，制定了基本的負載模式。另外，在建立數學模型時，使用了建議和6中提出的一些方法。FSAE賽車制作要求:(1）外傾角應隨叉臂旋轉角度而變化。因此，當車輛轉彎時，懸架提供恒定的接地面積。這是要讓大側向力的傳輸和更均勻的輪胎磨損。(2）在懸掛過程中的輪距變化應該很小，在5-10毫米的范圍內，以最大限度的與車輪接地面積。(3）主銷的長度應布局的條件下將最大可能的降低接頭杠桿反應。3、數學模型在我們的案例中，建設性的原因（為了合理放置在車架上），懸掛傳遞垂直力對彈性元件通過推力和搖臂，其本身的彈性構件位于框架的底部。在案例中，由于建設性的原因（為了合理放置在框架上），懸架傳輸通過推力和搖外文資料翻譯第3頁共8頁臂在彈性構件上的垂直力，其本身的彈性構件位于框架底部。此外，以下假設：懸掛部件（彈簧除外）被認為是絕對剛性的。該數學模型沒有考慮推桿的運動學，由于公式的復雜性，這個問題有待于以后的研究。圖2前懸架運動學設計方案在最初階段，采取了懸掛的最初尺寸。初始數據被認為是坐標將臂安裝到框架上，臂和樞軸的長度，主銷偏移的長度，外傾角初始位置和橫向樞軸的傾斜角度，如圖2。圖2中使用以下符號：uZ，uY-上臂與車架連接點的水平和垂直坐標;1Z，1Y分別是下臂與車架連接點的水平和垂直坐標;upinZ.，upinY.-上臂鉸鏈主銷軸的水平和垂直坐標;1.pinZ，1.pinY分別是下臂鉸鏈主銷軸的水平和垂直坐標;0Z,0Y-車輪中心點O的水平和垂直坐標;CCZ,CCY,-分別是車輪接觸地面中心的水平和垂直坐標;pl-主銷的長度;ofl-車輪偏移的長度;ul-上臂長度;Il-下臂的長度;-上臂的傾角;-下臂的傾斜角度;T-拉桿的傾角;-外傾角;-主銷與垂直軸的傾斜角。由于上述計算方案是使用理論力學方法和機器理論的Mathcad數學模型。要檢查計外文資料翻譯第4頁共8頁算結果是否在Solidworks中運行連接到MicrosoftExcel。所提出的數學模型具有一個自由度。作為可選參數的角度上臂到水平。杠桿upinZ.的上端的水平坐標由下式計算：uuupinzlzcos.（1）杠桿upiny.上端的垂直坐標由下式計算：uuupinylysin.（2）下臂ipinY.的末端的垂直坐標對參數具有相當復雜的三角關系，所以為簡單起見，引入了額外的變量（公式4-10）：eDdylpim2.（3）)(22.bacyzbadupinupin（4）ehdD42（5）1)(2bae（6）1.yyaupin（7）1.zzbupin（8）22.2.2121221upinupinpyzyzllc（9）2.2,.222)(upinupinupinpyzzbcbclh（10）杠桿ipinZ.的下端的水平坐標由公式計算：byaczlpinlpin.（11）下臂的傾斜角度由下式計算：)arccos(.llupinlzz（12）樞軸軸向垂直角的傾角由下式計算：外文資料翻譯第5頁共8頁)arcsin(.lupinlpinlzz（13）外傾角由下式計算：)(00（14）點的垂直坐標0y：cos2.0llpinlyy（15）點的水平坐標0z：)cos(sin201.0fupinllzz（16）觸點中心的垂直坐標ccy.：cos0.CTccRyv（17）車輪接地中心的水平坐標ccz.：sin0.CTccRzz（18）其中CTR-靜態輪半徑輪距B：cczB.2（19）輪距改變量：0BBB（20）因此，為了獲得數學模型，可以根據懸架幾何，設置其幾何參數來繪制傾角和輪距的變化。4、FSAE賽車的懸掛的幾何參數的選擇下一步是選擇設計值的懸架的幾何參數。在布局規則和條件的基礎上，作者確定了以下限制：（1）懸掛行程為60毫米（30回彈，壓縮30）（2）將下部臂的支撐與車架布局條件所定義的車架相配合，以便進一步的計算是永久外文資料翻譯第6頁共8頁性的。（3）根據所提出的要求選擇主銷的長度，所以不要改變。（4）初始外傾角-31因此，可以通過改變上臂到車架的安裝點，改變桿的長度，改變主銷內傾角等。在本文中，作為示例，考慮上臂的支撐位置和傾角對外傾角特性和輪距的影響取決于懸掛行程。已經通過使用公式（1-20）計算了上臂位置的三個變體的懸架幾何參數，結果如表1和圖（圖3）所示。表1計算結果在圖3中示出了三條曲線，其中說明了懸臂行程中上臂傾斜和研究懸架特性的相互關系，允許圖形比較懸架運動學的幾個選項的參數。從這些圖可以得出結論，安裝的第三個選項（0）上臂更完全滿足本文規定的要求，因為輪距在壓縮運動期間保持恒定，并且其在回彈期間的變化在允許的范圍內。因此，外傾角為負，幾乎不變。有必要注意到，收到的結果只適用于初始條件在本文中描述。5、結論總之，作者注意到，所得到的數學模型是通用的，并且允許定義任何雙叉臂懸架的運動學，并且不僅可以應用于FSAE賽車。下一步是完成模型并編寫一個計算機程序，從而可以繪制幾何參數的曲線和輪距曲線的變化，以及評估這些參數對懸架運動特性的外文資料翻譯第7頁共8頁影響。優化懸架運動學的任務的解決方案總是非常有趣和原始的，因此可以針對更具體的條件改變和改進模型。圖3上臂傾斜度對懸架運動學的影響：（a）外傾角隨懸架行程的變化;（b）輪距隨懸架行程外文資料翻譯第8頁共8頁的變化。參考文獻1FormulaSAE,Rules2016,2015.2J.Reimpell,Vehiclechassis1,Vogel-Buchverlag,Wurzburg,1983.3J.Reimpell,Vehiclechassis:mechanicofelasticsuspensions,Vogel-Buchverlag,Wurzburg,1983.4I.N.Uspensky,A.A.Melnikov,Designofvehiclesuspension,Mashinostroenie,Moscow,1976.(inRussian).5B.A.Afanasiev,B.NBelousov,L.F.Zheglov,Designoffour-wheeldrivevehicles,PublishinghouseoftheBMSTU,oscow,2000.(inRussian).6V.A.Kurdyuk,N.S.Volsky,Methodofparametersdoublewishbonessuspensionselectionfromtheanalysisoft
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