fsae方程式賽車懸架系統(tǒng)設(shè)計

fsae方程式賽車懸架系統(tǒng)設(shè)計

2010年，中國學(xué)生方程式汽車比賽（fsae）首次在7個地點舉行。中國學(xué)生方程式汽車比賽為學(xué)生培養(yǎng)汽車設(shè)計、制造、成本控制和團隊成員合作能力提供了一個很好的項目實踐平臺。此外，參加比賽的機會為所有參加比賽的大學(xué)之間提供了一個廣闊的交流平臺，以促進各大學(xué)之間的學(xué)術(shù)交流。1增加加速度和操縱FSAE賽事規(guī)則要求賽車懸架系統(tǒng)必須滿足以下要求:能夠保證賽車具備良好的行駛平順性、良好的操縱穩(wěn)定性、合適的衰減振動能力;能可靠的傳遞車輪和車身之間的各種力和力矩,保證有足夠的強度和使用壽命;在賽車制動和加速時保證車身穩(wěn)定,減小車身縱傾,確保轉(zhuǎn)彎時車身側(cè)傾角合適;便于布置和維護。根據(jù)賽事規(guī)則制定FSAE賽車懸架系統(tǒng)的初步設(shè)計流程,如圖1所示。2基于之前和之后框架的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)的計算根據(jù)方程式大賽的規(guī)則,查閱相關(guān)的資料,確定主要基準(zhǔn)參數(shù),如表1所示;懸架系統(tǒng)車輪定位參數(shù)如表2所示。3振動器和水平穩(wěn)定桿的設(shè)計3.1懸架彈簧的選取賽車偏頻的選取與懸架剛度有直接關(guān)系,為了避免共振,偏頻的選取不宜一致,同時基于性能的考慮,綜合去年FSAE賽車設(shè)計經(jīng)驗,此次賽車懸架偏頻的選取為前懸n1=3.2Hz,后懸n2=2.6Hz。利用賽車整車參數(shù)計算適乘剛度,以此來選擇合適的彈簧。根據(jù)計算數(shù)據(jù)并參照彈簧參數(shù)表,選擇前懸為310lb/in,后懸為300lb/in的彈簧。對應(yīng)的彈簧剛度分別為:由此可計算出懸架的實際上跳行程,由于側(cè)傾增益值1.91°/g,不在低負(fù)升力賽車的側(cè)傾增益取值范圍內(nèi)(1.0~1.83.2橫向側(cè)傾剛度的增加橫向穩(wěn)定桿的作用是避免賽車急速過彎時發(fā)生過大的橫向側(cè)傾,盡量保證賽車車身平衡,以此來增加賽車橫向側(cè)傾剛度、增強行駛平順性。選擇適當(dāng)?shù)那昂髴壹艿膫?cè)傾角剛度比值,也有助于賽車所需要的轉(zhuǎn)向特性。橫向穩(wěn)定桿角剛度C式中:d——穩(wěn)定桿直徑,mm;?b——橫向穩(wěn)定桿轉(zhuǎn)角,°;M利用公式(4)可計算得穩(wěn)定桿角剛度為C4懸架系統(tǒng)的anasis應(yīng)力分析主要部件建模、受力分析如下。輪轂是用來連接輪胎鋼圈,在與軸承過盈配合的面上施加固定,允許輪轂轉(zhuǎn)動。輪轂材料選用為7075鋁,輪轂結(jié)構(gòu)與輪輞配合,采用四螺栓配合。在法蘭盤上預(yù)留六個緊固圓孔,使用卡箍件對剎車盤進行固定,使得制動盤安裝和拆卸簡單化,如圖2所示為前輪轂三維模型圖。利用ANSYS軟件對前輪轂進行受力分析,在鋼圈安裝孔上施加3600N的力,同時在四個孔上施加300N·m的轉(zhuǎn)矩,安全系數(shù)為5,受力分析結(jié)果如圖3所示。作為懸架系統(tǒng)最重要的部分之一,立柱上面連接著輪轂、懸架上下A臂和制動卡鉗,并且承載整車質(zhì)量。立柱受力復(fù)雜,且屬于賽車的簧下質(zhì)量,為提高賽車的操縱穩(wěn)定性,在保證足夠剛度的情況下需要盡量減輕立柱質(zhì)量,后立柱三維模型圖如圖4所示。利用Ansys對后立柱進行應(yīng)力分析,施加后輪極限工況承受的制動力為605N,垂直載荷為4000N。兩種工況組合的安全系數(shù)為4.7,受力分析結(jié)果如圖5所示。懸架各零部件的ANSYS應(yīng)力分析宗旨在于使各個重要受力部件能夠滿足在各種工況下穩(wěn)定工作。從以上立柱及輪轂受力云圖可知,能夠達(dá)到FSAE賽車設(shè)計要求。5車輪跳動系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計FSAE賽車前后采用的均為不等長雙橫臂獨立懸架,利用Adams軟件,在Adams里面建立虛擬實物模型,對車輪進行激勵仿真分析,如圖6所示。在本次仿真分析中,虛擬激振臺設(shè)置上下跳動距離為25.4m,利用左側(cè)和右側(cè)車輪同步上下跳動來計算懸架跳動過程中各重要參數(shù)的變化規(guī)律。包括:主銷內(nèi)傾角、主銷后傾角、輪胎束角、懸架剛度等,車輪跳動測試如圖7所示。懸架參數(shù)如果設(shè)計不合理,會導(dǎo)致定位參數(shù)變化過大,從而影響賽車性能,出現(xiàn)轉(zhuǎn)向沉重,輪胎磨損嚴(yán)重等等問題。通過車輪跳動的測試,在各參數(shù)的變化曲線圖中,可知該賽車在輪胎上下跳動時其主銷內(nèi)傾角和前束值的變化范圍較大。因此要利用測試結(jié)果,對車輪定位參數(shù)進行優(yōu)化設(shè)計,如圖8。改善車輪內(nèi)傾角,優(yōu)化后前束角變化呈直線變化,說明懸架上下跳動過程中內(nèi)傾角變化較小,能夠保證賽車具有較好的操縱穩(wěn)定性,如圖9所示為優(yōu)化前后前束角變化對比圖。6優(yōu)化結(jié)果分析以上所有懸架涉及的重要參數(shù)通過ADAMS/car模塊,建立出實物空間分布坐標(biāo)以及變化量。同時,結(jié)合懸架運動仿真中出現(xiàn)的問題,對懸架系統(tǒng)主要參數(shù)進行了細(xì)致優(yōu)化,最終的優(yōu)化數(shù)據(jù)和曲線圖表明,懸架的運動性能得到了顯著提高。懸架系統(tǒng)的設(shè)計關(guān)乎整車的結(jié)構(gòu)性能,本次設(shè)計,賽車懸架類