FSAE赛车悬架设计(清华)

FSAE赛车悬架设计

袁振(1)，尹伟奇(2)，刘爽(1)

1.清华大学汽车工程系，

2.清华大学物理系

【摘要】本文的目的是完成对清华大学FSAE车队2010年赛车的悬架设计，为车队以后的工作留下一份设计和分析思路。首先结合规则要求，确定赛车的偏频，进而计算出包括悬架刚度在内的有关参数，为更进一步的计算打下基础。之后分析了车轮定位参数对赛车性能的影响，明确了赛车悬架设计的有关基

本原则。通过ADAMS软件完成了前悬架的参数模型，并结合整车设计参数，进行仿真分析。利用ADAMS

软件的优化功能，对悬架参数进行优化。

【关键词】FSAE，悬架设计，CATIA，ADAMS

Suspension Design for FASE Racecar

Yuan Zhen(1), Yin Weiqi(2), Liu Shuang(1)

1. Department of Automotive Engineering, Tsinghua University

2.Department of Physics，Tsinghua University

Abstract:Tsinghua University FSAE program currently has no rigorous method for designing and analyzing the student-made racecars. This paper is to complete the suspension and to leave them not only a design but an idea of how to design. In suspension design process, I referred the general process. For the first, I combined regulatory requirements and determined the free frequency of the car. And then, I calculated a number of parameters, laying the foundation for the further calculation. For the next, I made it out how wheel alignment parameters will influence the performance of the car, and figured out some basic principles. I completed the parameter model of the front suspension with ADAMS. After that, I started to simulations. But results were not so satisfied. By using ADAMS Insight.，I got a set of ideal results with which the changes of wheel alignment parameters was within the range of experience.

Key words: FSAE, Suspension design, CATIA, ADAMS

1悬架设计的要求

一般汽车悬架设计要求保证汽车具有良好的行驶平顺性，故悬架的固有频率应较低，普通乘用车偏频为0.5-1.5Hz。对于赛车而言，舒适性则显得不是那重要，所以赛车悬架的偏频要高一些，具有适中负升力的赛车偏频为1.5-2Hz，具有高负升力的赛车，悬架的偏频为3-5Hz[1]。

悬架应该具有合适的减震性能，能快速衰减震动。

悬架应该能够保证赛车具有良好的操纵稳定性，转向时，赛车具有中性的转向特性；车轮跳动时，应不使车轮的定位参数变化过大，转向杆系与悬架导向机构的运动相协调。

赛车制动和加速时保证车身稳定，减小车身俯仰。

赛车在转弯时，侧倾幅度不能太大[2]。

能可靠地传递车身与车轮之间的一切力和力矩，在满足零部件轻的同时还要有足够的强度和寿命。当然对于赛车，寿命往往只有几个小时近百公里，但是我们制造的FSAE赛车同时需要让车手平时练习，所以寿命还是需要有保障的。

2悬架主要性能参数的确定

理论研究和使用经验证明：汽车前后悬架及其簧上质量组成的振动系统的固有频率是影响汽车行驶平顺性的主要参数之一[3]

。

根据比赛规则限定，悬架在坐有车手的情况下可以分别抬起和压下25.4mm。故设计悬架静挠度

1c f 30mm

=，

2c f 30mm

=，则前后悬架偏频 1n 2.876Hz =，2n 2.876Hz =。此数值适用于较小负升力的

赛车，符合FSAE 赛车使用要求。

根据上文确定的偏频，可计算出悬架的刚度：

2111c m (2n )

53794N /m 53.8N /mm

=π==

轮胎在静止时，径向刚度主要受胎压影响。设计选用轮胎型号为Hoosier 6x13赛车轮胎，当轮胎气压为2.4Bar 时，轮胎径向刚度为1350磅每英寸，折算为t c 236.5N /mm

=。

1可求得l K 69.6N /mm =，对于一侧悬架l K '34.8N /mm =进而可求出减震器弹簧刚度。

悬架的侧倾角刚度

2l 'B 321

34.810 1.3308343Nm /rad 2=×××=

这仅仅是在侧倾角较小时成立，实际上由于悬架杆系铰接点并非刚体，实际的侧倾角刚度要小一些。

3 悬架建模与仿真

悬架建模的目的是为了验证已有悬架参数的合理性，针对不够理想的参数进行优化，提高悬架性能。 3.1 悬架建模

FSAE 双横臂式前悬架的结构如图1所示，建立此仿真模型所需的几何定位参数(硬点坐标)通过参考美国MPI 大学2002年FSAE 赛车模型参数，力学特性参数(刚度、阻尼等特性)通过选用合适的模板获得。在建模时抽象出上摆臂、下摆臂、主销、转向节、轮轴等刚体。主销、转向节、轮轴为一体，上、下摆臂与主销以球铰联接，与副车架以衬套联接，转向节与转向拉杆以万向节铰接联接。