33 - FSAE赛车悬架设计_百度文库
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33 - FSAE赛车悬架设计
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你可能喜欢FSAE赛车悬架系统结构设计--《汽车工程师》2012年09期
FSAE赛车悬架系统结构设计
【摘要】：为配合建立中国大学生方程式汽车大赛(FSAE)赛车的虚拟样机模型,根据FSAE赛事规则要求,对赛车悬架系统进行了结构设计。根据设计思路对轮辋、轮距及前后悬架立柱等相关部件进行了选择与设计,在确定采用不等长双横臂式悬架类型的基础上对弹性元件、减振器和导向机构的主要结构尺寸进行了设计计算,并应用软件Pro/E进行了三维建模设计,同时在SolidWorks环境下对前后摇块进行了强度校核。结果表明,前后摇块的最大合位移分别为4.260×10-3,2.838×10-2mm,最大变形均很小,设计的FSAE赛车悬架系统能够满足参赛要求,为进一步的实车研制提供了参考依据。
【作者单位】：
【关键词】：
【基金】：
【分类号】：U463.33【正文快照】：
悬架是汽车上的减振保稳部件,对汽车的操纵稳定性和行驶平顺性具有决定性作用,其结构设计的好坏将直接影响乘坐舒适性。文章以中国大学生方程式汽车大赛(Formula SAE of China,简称FSAE)中的实车为例,对其悬架系统进行了结构设计。1设计思路FSAE赛事规则要求赛车悬架应该保证
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京公网安备75号关于FSAE悬架和车架的介绍-五星文库
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关于FSAE悬架和车架的介绍
导读：本节将介绍用来设计Um-Rolla1996赛车的基本顺序，同时也向他们介绍整个产品的开发过程，架之间的相对刚度那样重要。这是由于一个现象就是FSAE底盘布局中传动系统组件之间距离很短。关键的设计点是要确保车架在一个不正确的降档或者猛然释放离合的情况下不会发生破坏。Um-Rolla所经历过的大多数车架失败是由于发动机支架和差速器支架的破坏。当设计电机链盘和差速器链盘周围的车架部分时，足够大的间隙
架之间的相对刚度那样重要。这是由于一个现象就是FSAE底盘布局中传动系统组件之间距离很短。关键的设计点是要确保车架在一个不正确的降档或者猛然释放离合的情况下不会发生破坏。Um-Rolla所经历过的大多数车架失败是由于发动机支架和差速器支架的破坏。
当设计电机链盘和差速器链盘周围的车架部分时，足够大的间隙必须存在，这样可以使一系列的前后链盘可以使用。这种空间允许一个较宽范围的传动比的选择。Um-Rolla的几个进程已经建立起来却因无法改主减速比。这种无奈已经证明了当你试驾赛车在FSAE竞赛中狭窄空间和空间开阔的障碍赛时是一种缺陷。
动力传动系统便于维修也是传动系统周围车架部分设计应该考虑的一个重要点。Um-Rolla已经发现提供足够的空间可以减少直接拆除发动机和维护涉及发动机的机械部分的工作量，当你的发动机需要改变的时候。当然，我们也容易发现，足够大的空间也使维护电动机上的部件如离合，发电机和一些阀类开关变得比较简单。
人机工程学
由于驾驶员的身高以及体重不同，而且还在一个较宽的范围内，使车架与驾驶员的组合变得合适是一件非常困难的。每个驾驶员的交互都应该设计以至于它是适合于各种各样的驾驶员。Um-Rolla的1996项目可以使身高1.58M到1.90M的驾驶员来操作。
控制系统――控制系统比如方向盘和踏板周围的车架设计，是一个问题以确保车架的结构与驾驶员执行的动作不会干涉。另外，控制系统必须足够强度的安装在车架上，这样当车辆在行驶过程中它的连接部分不会发生屈服。
车架不能干涉驾驶者在驾车过程中的所有操作动作。驾驶员的手臂在这片区域中是一个极其重要的部分。在过去，Um-Rolla已经设计出的车子很难保证体型较大的驾驶员的胳膊能够在驾驶舱内。所幸的是，这个方面在1996年的底盘中通过增大驾驶舱截面积得到了弥补。
车架的设计者应该将目光放在结构设计之上，这
样在设计的过程中其他的一些疏忽将会降低。举个例子，之前的一支车队在底盘装配的时候遇到了一个问题，当他们将方向盘直接装在齿轮齿条上面的时候。这是个错误的设计，因为方向盘和齿轮齿条之间的万向节无法弯曲90度。
安全带――最重要的是，安全带的安装点必须足够强大去保证它不会再事故中发生破坏。它的安装还必须是在紧绷状态下不被全约束。这在Um-Rolla过去的车子中是个问题，为适用于不同体型的驾驶者，布置安全带的安装点。
逃生――快速逃生在1997年的规则中是非常重
要的要求，驾驶员必须在5s中之内逃出赛车。过去的Um-Rolla赛车在快速逃生方面非常困难。那些赛车在设计的时候在钢管结构中仅仅为车手的脚部和腿部空进留下165mm的高度空间。这是一种设计者为追求底盘刚度而牺牲人机工程的情况。
很明显，车架的设计是刚度，重量和装配之间的妥协。其中，刚度是最重要的部分，因为它影响着整
车的性能。如果应用太多的材料去提高车架的刚度，整车的性能会有所下降由于质量的增加。不仅要让车架变得刚度大和轻，而且可以将整车的所有系统装配进去。因此，在车架的设计过程中需要一些迭代去达到一种平衡。竞赛的时间节点可能会限制这些迭代的次数，以便赛车可以制造和测试。如果基本设计概念已经被应用于车辆而且一些想法已经给予了每个子系统，最后的结果将会是建立了一个FSAE赛车的良好基础。
3.Um-Rolla 1996赛车设计方法
尽管设计一个单一部件和系统是简单的，但是将所有的部件和系统合并在一起确实一件比较困难的事，比如一辆方程式赛车。设计团队在设计每个系统和部件的时候都必须在脑海中想一下它会在总装配中影响到什么。比如，悬架的设计小组必须在左右控制臂连
接点之间为车手的腿部留下足够的空间。
本节将介绍用来设计Um-Rolla1996赛车的基本顺序。这个顺序不是唯一去设计车辆的途径。但是，Um-Rolla发现这是对于FSAE车辆来说是逻辑的顺序。
1996年的设计是通过车辆宽度和车轮的基本尺
寸来确定车辆的参数。一旦这个工作完成后，驾驶员和发动机的位置初步确定了到设计车辆质心分布。一些设计被应用于安装重要或者难于安装的系统。举个例子，燃油系统必须安装在中心附近以降低比赛过程中质量变化的影响。
当车辆宽度和车轮基本参数被确定之后，设计团队作出了一个轮胎和车轮初步选型。设计团队对于一些基本的悬架参数：外倾增量，磨合半径，侧倾中心定位。这些都是需要的，这样车队就可以作出悬架的几何模型。
悬架模型通过分析外倾角变化和侧倾中心移动。
因为静态外倾角可能在测试的过程优化。在悬架建模期间，小组通过观察垂直方向和水平方向的侧倾中心的运动和外倾角的变化量当车轮相对于底盘垂直跳动25mm和2度的侧倾角时。在得到一个理想的悬架几何之前做一些重复的优化工作是非常必要的。
当悬架的设计工作敲定，转向系统在车架上可能的安装位置以及转向节臂的基础上开始设计。悬架系统的建模过程也可用来降低转向干涉。
一旦初期的悬架设计定稿，接下来提上日程的便是悬架的实体建模。然后画出初步的悬架部件机构设计。在实体装配模型中，让悬架在运动范围内运动，观察控制臂，耳片，立柱和轮胎是否有干涉。
检查完悬架的干涉问题之后，下一步要进行的工
作就是开始设计车架。Um-Rolla使用CAE装配软件去完成车架结构的建模。主要的部件，像发动机和差速器，都要在模型中建出来。为了简化这个过程，只有安装点或者草图被输入进来。另外，要为没有设计完成的系统在车架内留有足够的空间。例如，要为不同车手留有充足的需要空间。
当主要的部件已经建模完成，主环应该在模型中建立出来。这是需要做的，因为它意味着FSAE规则所定义车架的重要部分。图9.展示的事早期的车架设计模型。
图9.主要的车架部件
在这一点上，内侧悬架系统还没有设计完毕。然而，悬架的一些初期设计允许分析结构的载荷路径。
一旦模型中车架的硬点已经确定，“连接点”阶段就可以开始进行。运用三角结构和截面惯性矩的概念，将管件连接在那些点上。将各个系统的安装点以及前后悬架的安装点简单的连接在一起。如图10.1996车架最终设计。
有限元分析
当所有点连接完毕，车架将准备的有限元分析。使用市售的CAD/FEA软件包进行对该车架的有限元
分析。车架的主体结构使用梁单元，杆单元用于悬架
图10.连接点
结构。如图11.一个具有代表性的负载通过悬架连接点施加于车架上。因为准确的焊接模型的建模超出本科水平，这种模型非常严格如果要确定车架一个完美的结构。
1996年的车架结构。
? 1”x0.065”(主环材料) ? 1”x0.035” ? 3/4”x0.035” ?
5/8”x0.035
为了简化车架结构的复杂性，不在同一个平面上的弯管处的数量减少到只有两个。虽然这不是FSAE唯一的设计顺序，Um-Rolla已经使用这种基本的方法完成了过去的设计。
不像学校的环境，FSAE比赛中没有正确或者错
误的答案。设计师可以把它们的设计连续迭代，直到得到理想的妥协方案。制作FSAE赛车给予了大学生
图11.FEA模型
当模型解决之后，可视化的结果使得我们可以看到任何薄弱的环节。这种途径可以很快得出仿真结果。例如，如果一个区域出现了应力过大，我们将对本区域采取不同形式的结构来取代它。另外，Um-Rolla设计者发现管长和短跨度与节点之间应该有一个较大的截面惯性矩来提高其刚度。
为了降低赛车的成本，我们仅仅有很少尺寸种类的管件能够选择，这使优化变得很有限由于壁厚的限制。Um-Rolla车队使用以下4130钢管尺寸去构建
如何将知识运用在现实的合作团队中的能力，同时也向他们介绍整个产品的开发过程。
在设计过程中，团队必须在成本，制造，性能和设计时间之间做一个折中的方案。使它们的赛车能够在各个方面都有较好的表现。竞赛的时间表，结合了高校严格的课程表，限制了每个设计迭代的次数。然而，车队应该明白，一个理想的设计需要付出很多次的迭代设计。所用的时间量减去加工和测试的时间量。尽管本文集中在设计，对于车辆的测试也是非常重要的，这样一些设计上的疏忽将会在比赛之前暴露出来。
一个设计不好的赛车在比赛中不会表现的很好。相反，一个精心设计的赛车也可能在比赛中表现的不那么出色，除非有足够的时间去制作和测试。对于没
有经验的FSAE车队，专注于可能提升较大性能的复杂工程技术可能太耗时。因此，FSAE车队应使用基
本工程概念去设计他们的车。这将简化设计阶段并且
允许他们尽可能早的完成他们的车去测试和重新设计。完成赛车并且去参赛的车队会获得更多的知识和FSAE的经验。
包含总结汇报、IT计算机、资格考试、外语学习、专业文献、办公文档、旅游景点、行业论文以及关于FSAE悬架和车架的介绍等内容。本文共3页
相关内容搜索我校FSAE车队底盘部工作进展情况
底盘部是我校FSAE车队中最大的一个部门，负责整车的绝大部分工作任务，可以说是整个车队的支撑和主体。底盘部有传动组、制动组、转向组、悬架组、车架组等五个小组，其中由韩利辉部长负责制动组、传动组和车架组；由郭振辉部长负责悬架组、转向组，并辅助韩部一起负责车架组。
底盘部每个成员都积极参加了底盘前阶段工作，组长带着队员们又是跑市场买零件，又是找场地做加工，他们总是风风火火、朝气蓬勃、乐此不彼。有时为了找到一个合适的零件，队员们会花费很多精力，要跑好几个卖厂一遍又一遍地询问厂家；更有的时候，为了确保结构强度要求，队员们会花上好几个时日，去查阅大量的资料、做大量的计算、验算，自己设计加工赛车零件。零件设计的过程，也是大家学习的过程，这不仅锻炼了大家的动手能力同时也强化了大家的理论知识，让同学们切身体会到了一种新的、高效的而且快乐的教学模式。
底盘部各项工作正在有序的进展中，其中经过历时三天的辛苦奋战，骡车的车架制作已经完成；未来十天，底盘部将把主要工作放在整车的制作上，届时我们就能看到我校FSAE车队设计的赛车了。
让我们期待汽院学子自己设计制作的F1赛车吧！
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