FSAE电动赛车前悬架结构设计与分析【双横臂式悬架】开题报告

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开 题 报 告1．结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写 2000 字左右的文献综述：文 献 综 述一．课题研究背景FSAE (Formula SAE)系列赛事由 SAE (Society of Automobile Engineering，美国汽车工程师协会)主办，目的在于挑战世界各地大学本科生研究生团队设想、设计、制造小型方程式赛车的能力。为了给团队最大的设计灵活性和充分展示他们想象力和创造力的空间，比赛对整车的限制总体来说是比较少的。在参加比赛之前，车队一般都要花费八至十二个月的时间去设计、制造、检测赛车以及完成赛前准备。在和来自世界其他大学车队的比较过程中，赛事本身就给了车队证明和展示车队创造力和工程技术能力的机会。悬架系统是电动赛车的一个重要组成部分。悬架的性能是影响汽车行驶平顺性、操纵稳定性和行驶速度的重要因素。因此，研究电动赛车振动，设计新型悬架系统，将振动控制到最低水平是提高现代汽车质量的重要措施 [1]。悬架是将车轮和车架相连接的部件，悬架将承受来自地面通过车轮传递各种力和力矩，同时悬架的设计也影响着在跳动时的轮胎姿态，这也极大影响着轮胎与地面的接触特性，决定着轮胎的极限性能能否充分发挥。换句话说，一台良好的赛车必须要有一个性能良好的悬架系统。对于 FSAE 赛车来说，悬架的设计是否成功也在很大程度上决定了整个赛车性能的水平。二.课题研究的意义基于赛车和普通车辆的差异，本文将从赛车性能要求实际出发，对赛车的悬架系统进行设计，并研究悬架的性能以及相关参数对悬架系统性能的影响。在保证一定平顺性的基础上对其整体系统进行设计，力求使赛车具有良好操纵稳定性。在初步完成对赛车的悬架设计结束后，为了更多更深入地了解赛车的性能，利用 ADAMS 软件对悬架进行虚拟试验，得出悬架的基本性能。为进一步提高赛车操纵稳定性性能提供数据积累，为此后的赛车设计积累经验。3．国内外研究现状1.国外研究现状国外发达国家对车辆悬架运动学的研究起步较早，几乎同步于独立悬架诞生之日。德国的 Prof . J. Reimell(耶尔森·赖姆帕尔)著的《汽车底盘技术》对各种悬架运动学作了详细的分析，对车轮定位参数做了准确的定义，分析了他们的作用及其对整车操纵稳定性的影响。在悬架运动学分析中，描述了弹簧变形过程中车轮定位值的变化过程:描述了弹簧各部件及铰接处具有弹性，由轮胎和路面之间的力和力矩引起的车轮定位值的变化，并且给出了一些典型车型的车轮定位参数的变化曲线，这些变化曲线都是实测得到的，可以用来进行操纵稳定性的评价 [2]。由阿达姆·措莫托著的《汽车行驶性能》和安培正人著的《汽车的运动与操纵》，介绍了悬架运动学对汽车行驶性能的影响，在悬架运动学对汽车操纵稳定性的影响方面进行了较为系统的分析 [3,4]Wolfgang Matschinsky 编写的《车辆悬架》从悬架的理论建模、橡胶支撑的模型出发对悬架运动学特性的理论分析作了较为深入的研究。在悬架运动学分析中，将悬架简化成多连杆机构，用图解法来分析轮胎的跳动所引起的悬架变形;在悬架动力学分析中，则对悬架模型作了受力分析，推导出变形与力的关系，并将橡胶衬套铰接的处理简化成三根两两垂直的弹簧 [5]德国的 M.米奇克在《汽车动力学》卷 C 中详细介绍了汽车操纵稳定性和悬架性能之间的关系，并根据各种不同实车数据分析了不同子系统如转向系统、助力系统及悬架系统的各个参数对整车操纵稳定性的影响 [6]。2.国内研究现状我国从 80 年代开始逐步开展对汽车悬架运动学的研究，研究成果则多见于 90年代。其中，中国工程院院士郭孔辉所著的《汽车操纵稳定性》对悬架运动学作了最为系统的分析，并且在国内首次提出了从侧向力、纵向力转向的角度研究悬架运动学[7]。吉林大学的林逸教授等人在 90 年代也先后在各报刊发表文章阐述了橡胶元件的基本性能，着重分析了独立悬架中橡胶元件对汽车操纵稳定性的和平顺性的影响，并提出了处理运动学问题的思路和方法 [8]。清华大学张越今博士著的《汽车多体动力学及计算机仿真》一书，重点介绍了整车多体系统弹性模型的建立方法 [9]文献[10]运用 ADAMS/ Car 软件建立了某车双横臂独立悬架模型，在理论验证的基础上揭示了该悬架的运动规律。实验结果证明:适当调整下控制臂与车架前安装点的位置，可使悬架的抗点/抬头性能、悬架刚度和侧倾角刚度得到明显改善。仿真分析结果与理论计算结果对比表明，该方法可以准确地计算悬架的多种性能参数。文献[11]用 ADAMS，建立了某双横臂独立悬架虚拟样机模型，并进行了运动学仿真分析。在对车轮的侧向滑移进行详细分析的基础上看，车轮接地点侧向滑移量可以显著降低，文献[12]作者利用空间解析几何的方法轮胎的磨损，进一步优化设计，从优化结果情况将大为改善。对双横臂独立悬架进行运动学分析此方法计算过程中无需进行坐标变换，简化了运动分析过程，使得计算更加方便程实际应用。由于易于工程实际应用。文献[13]通过运用 ADAMS 软件对双横臂独立悬架进行数学建模、仿真，分析该悬架的几个定位参数在车轮上下跳动时的变化，保证了汽车具有不足转向特性和回正特性，从而更好地指导设计。文献[14-19]等均给出了前轮定位参数的详细定义及其对汽车操纵稳定性的影响，为汽车悬架设计提供了理论指导。4．悬架的设计流程现代 F1 赛车采用从外到内的设计过程，悬架设计流程如下:（1)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。（2)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。(3)确定赛车的偏频和赛车前后偏频比。(4)估计簧上质量和簧下质量的四个车轮独立负重。(5)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。（6）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。参考文献：[1]孙建民,孙凤英. 汽车悬架系统的发展及控制技术研究现状[J]. 黑龙江工程学院学报,2001,01:57-61.[2]耶尔森懒姆帕尔著，张洪欣，余卓平译.汽车底盘基础[M].北京:科学普及出版社，1992[3]阿达姆·措莫托著.黄锡鹏、解春阳译.汽车行驶性能[M].科学普及出版社，1992[4]安培正人著.陈幸波译.汽车的运动与操纵[M].机械工业出版社，1998[5] Matschinsky, Wolfgang. Die Radfuhrungen der Strassfahrzeug[M]. Verlag Tuev Reihland TuevReihland,1987[6] M.米奇克.汽车动力学 C 卷(第二版)[M].北京:人民交通出社，1997[7]郭孔辉.汽车操纵动力学[M].吉林:吉林科学技术出版社，1991[8]陈新，林逸，王焕明等.弹性元件对悬架性能的影响[J].汽车术,1996(5): 11-13[9]张越今.汽车多体动力学及计算机仿真[M].吉林:吉林科学技术出版社，1998[10]宋传学，蔡章林.基于 ADAMS_ CAR 的双横臂独立悬架建模与仿[J].吉林大学学报江学版)，2004, 34(4): 554-558[11]何耀华，阂斌云.基于 ADAMS 的双横臂独立悬架的优化设计[J].拖拉机与农用运输车，2006, 33(6): 73-74[12]李文君，蒋永林，高树新等.双横臂独立悬架空间运动学分析「J}.汽车工程，2006,28(6): 529, 558 一 560[13]吕振华，常放，杨道华.利用 ADAMS 对双横臂独立悬架进行仿真分析「J}.汽车科技，2005(5): 7-9[14]李军，孟红，张洪康等.汽车悬架参数对操纵稳定性影响的仿真分析研究「J}.车辆与动力技术，2001(4): 24-27[15]赵亦希，黄宏成，刘奋.悬架侧倾特性参数及动力学仿真「J}.传动技术，2001(1):40-45[16]史建鹏.汽车转向轮前束与车轮外倾角的设计匹配〔J}.汽车科技，2005(3): 10-12[17]褚志刚，邓兆祥，胡玉梅等.汽车前轮定位参数优化设计「J}.重庆大学学报，2003,26(2): 87 一 89[18]陈加国.前轮定位参数及其动态变化对汽车操稳性能的影响「J}.机械设计与制造，2004(2): 115 一 116[19]董恩国，张蕾.基于 ADAMS 的车轮定位参数优化设计「J}.中国农机化，2006(5):106-108开 题 报 告２．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：一.本课题的设计流程：（1）首先要确定赛车主要框架参数。（2）确定悬架系统类型。（3）对选定的悬架结构进行设计分析。二.需解决的问题：参照国外 FSAE 赛车先进悬架形式，对中北大学 FSC 赛车的前悬架结构形式进行分析，进行必要运动学\动力学计算，以及主要元件设计计算，同时需要确定主要定位参数。三.研究手段：1.运用大学所学的基本课程为理论基础，以互联网为媒介和载体，了解悬架的结构特点。2.在图书馆和电子阅览室查阅参考文献和其他资料，以对这一课题的研究目的与任务更深入的了解；3.进行必要的力学分析。4.对相关结构进行设计。5.绘零件图及装配图。开 题 报 告指导教师意见：该学生的选题，紧扣专业方向、紧扣现实，做到理论与实践结合、与实习体会结合，有现实意义，有完成选题的能力和条件，其开题报告体现了我院培养高级实用型人才的目标的要求。且该生对于所开课题进行了较为详尽的调研，参考了许多文献，最后确定的课题具有一定的实用价值。本课题是学生所学专业知识的延续，符合学生专业发展方向，对于提高学生的基本知识和技能，对于提高学生的研究能力有益。研究方法和研究计划基本合理，难度合适，学生能够在预定时间内完成该课题的设计。同意参加开题报告答辩。指导教师： 年 月 日所在系审查意见：系主任： 年 月 日附件：参考文献格式学术期刊 作者﹒论文题目﹒期刊名称，出版年份，卷(期)：页次如果作者的人数多于 3 人，则写前三位作者的名字后面加“等”，作者之间以逗号隔开。例如：[1] 李峰，胡征，景苏等. 纳米粒子的控制生长和自组装研究进展. 无机化学学报， 2001, 17(3): 315~324[2] J.Y.Li, X.L.Chen,H.Li. Fabrication of zinc oxide nanorods. Journal of Crystal Growth, 2001,233:5～7学术会议论文集 作者﹒论文题目﹒文集编者姓名﹒学术会议文集名称，出版地：出版者，出版年份：页次例如：[3] 司宗国，谢去病，王群﹒重子湮没快度关联的研究﹒见赵维勤，高崇寿编﹒第五届高能粒子产生和重离子碰撞理论研讨会文集，北京：中国高等科学技术中心，1996：105图书 著者﹒书名﹒版本﹒出版地：出版者，出版年﹒页次如果该书是第一版则可以略去版次。例如：[4]韩其智，孙洪洲﹒群论﹒北京：北京大学出版社，1987﹒101预印本 作者﹒论文题目﹒预印本编号（出版年份）例如：[5]Xiaofeng Guo and Jianwei Qiu﹒The leading power corrections to the structure functions﹒hep—ph/9810548(1998)学位论文 作者﹒论文题目﹒学士(或硕士、博士 )学位论文. 出版地：出版者，出版年份例如：[6] 陈异. 纳米粒子形貌控制研究. 硕士学位论文. 北京：中国科学院, 2002电子文献 主要责任者. 电子文献题名﹒电子文献的出处或可获地址. 发表或更新日期例如：[7] 王明亮. 关于中国学术期刊标准化数据库系统工程的进展. http://www.caycd.edu.cn/pub/wml.txt/980810-2.html, 1998-08-16专利 专利所有者. 专利名称. 专利国别：专利号，日期.例如：[8] 姜锡洲.一种温热外敷药制备方案. 中国专利：881056073，1989-07-26.