FSC赛车双横臂悬架受力与有限元分析

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FSC赛车车架的有限元分析

单元，最终建立的车架有限元］网格模型如图１所示。
收稿日期：２０１３ —０１—２５
作者简介：施长政（１９８８一），男，硕士研究生，主要研究方向为现代设计方法与制造技术。通讯作者：师忠秀（１９５７一），男，教授，硕导，主要研究方向为现代设计方法与制造技术。Ｅｍａｉｌ：ｓｈｉｘｚｙ＠１６３．ｃｏｎｒ
１车架力学分析的重要性
车架除了协调悬架、发动机、传动总成等部件，同时承受着所有部件传递的力和力矩，巧妙合理的空间桁
架式车架结构，不仅能增加强度，同时也能减轻质量，在没有实验成本的条件下判断车架的强度，需要进行有限元分析来获得分析结果，从而保证车架的强度。同时，车架的模态分析３］也很重要，模态分析结果不仅反
文章编号：１００６ —９７９８（２Ｏｌ３）Ｏ２ —０００６一Ｏ５
ＦＳＣ赛车车架的有限元分析
施长政，师忠秀，柳威，王甜甜
（青岛大学机电工程学院，山东青岛２６６０７１）摘要：为确保ＦＳＣ赛车的安全性能，本文以车架结构为研究对象，建立车架有限元模型，
架结构为研究对象，建立车架有限元模型，并采用Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ软件对车架进行有限元计算分析，分析结果表

FSAE赛车悬架系统设计

sR RR
三.弹性元件和减振器的选择与计算

弹性元件：而其配套的弹簧可供选用的分别有：300LBS/in、350LBS/in、 400LBS/in、450LBS/in刚度。经过计算，我们选择前弹簧刚度为350LBS/in。减振器：经过计算与分析，最终确定本辆赛车选用直径D=20mm的充气式减振器，这种减振器的优点是在不利于车辆连续行驶的路面上行驶时，能够体现出更加优良的阻尼力，是有着十分出色的工作的持续性和高速特性。
单片吊耳
整体式吊耳
减震器吊耳
摇臂吊耳
四.车轮定位参数的确定和优化
1. 车轮外倾角由于赛车经常需要快速转弯，希望能够最好的发挥轮胎性能，使其在转弯的过程中，最大的提供侧向力，所以赛车设计常把它设置为负角度，从而最大程度利用轮胎的附着能力，并且希望随轮跳变化尽量小。在常见的车轮跳动范围内，其变化量一般控制在1°以内。
e1 ——前悬架纵倾中心到地面的高度(mm)；

ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
抗驱动后仰角抗驱动后仰角可减小后轮驱动汽车车尾的下沉量或前轮驱动汽车车头的抬高量。与抗制动前俯角不同的是，只有当汽车为单桥驱动时，该性能才起作用。对于独立悬架而言，当纵倾中心位置高于驱动桥车轮中心时，这一性能方可实现。考虑到车架的加工问题，若上下横臂轴轴线不平行，车架加工难度会非常大，所以本次设计将上下横臂轴轴线设计成都和地面平行，即纵倾中心在无限远处。
推杆使不等长双横臂独立悬架

FSAE 赛事规则要求轮辋最小直径为203.2,mm, （8 英寸），轮辋空间的大小直接影响着立柱的设计，而立柱的大小有决定着上下横臂的距离，如图，为CATIA中建立的8英寸的轮辋模型。

基于ADAMS／CAR的FSC赛车悬架仿真与分析

基于ADAMS／CAR的FSC赛车悬架仿真与分析摘要本文在多体系统动力学相关理论的基础上，运用笛卡尔方法建模的有关知识，主要采用ADAMS/CAR建立FSC赛车悬架的动力学仿真模型，然后将该仿真模型与其他子系统一起组装形成虚拟样机，并与试验台连接进行仿真分析，然后分析车轮定位参数随车轮跳动量的变化情况，以车轮定位参数的变化量反映悬架的运动学性能。

这些为FSC赛车悬架的设计制造提供了可观的依据，为赛车悬架的性能优化指明了一定的方向。

关键词多体系统动力学；FSC；悬架；仿真模型；车轮定位参数本文运用多体系统动力学相关理论，采用ADAMS/CAR建立FSC赛车前后悬架的动力学仿真模型，然后调用其他子系统与前后悬架仿真模型共同组装成虚拟样车即整车动力学模型进行仿真分析，以车轮定位参数随车轮跳动量的变化情况反映悬架的运动学性能，并提出车轮定位参数的改进意见，为今后FSC赛车悬架仿真模型的建立积累了经验，并为整车模型的进一步优化奠定了基础。

一、多体系统动力学基本理论多体系统是指由多个物体通过运动副连接的复杂机械系统。

任何一个复杂的机械系统进行动力学分析和计算时，首要的任务就是将这个系统进行合理的简化，建立一个由多个刚体（或刚柔体）组成的系统替代模型。

大部分常规的机械系统都可以描述成刚体和柔性多体系统模型。

目前在机械领域所采用的建模方法主要是20世纪80年代Chace和Haug提出的笛卡尔方法，而Garcia和Bayo于1994在笛卡尔方法的基础上又提出了完全笛卡尔方法。

目前国际上最著名的两个动力学分析商业软件ADAMS和DADS都是采用笛卡尔方法建模。

机械领域形成的笛卡尔方法是一种绝对坐标方法，以系统中每一个物体为单元，建立固结在刚体上的坐标系，刚体的位置相对于一个公共参考基进行定义，其位置坐标（也可称为广义坐标）统一为刚体坐标系基点的笛卡尔坐标与坐标系的方位坐标，方位坐标可以选用欧拉角或欧拉参数。

单个物体位置坐标在二维系统中为3个，三维系统中为6个（如果采用欧拉参数为7个）。

基于matlab的FSC赛车悬架受力分析

为
３．４ＦＳＣ赛车在过弯工况赛车以某一侧向加速度下过弯时，作用在车身上的离心力
，
按其质心所在位置分配到前后悬架有：
＝
２悬架系统的数学模型
悬架系统的力学分析属于多体系统动力学，多体系统动力学的基本方法是：首先对一个由不同质量和几何尺寸组成的系统施加一些不同类型的连接原件，从而建立起一个具有合适自由度的模型；然后软件会自动产生相应的时域非线性方程，并在给定方程
式中ａ为赛车的最大加速度（约为０．５ｇ）。则有前后单个车轮
的受力分别为＝，＝。，／２，。＝：，＝。／２。
悬架模型图如图ｌ所示，其中拉杆所受的力。
பைடு நூலகம்
为上Ａ臂；
为下Ａ臂；
动，当车轮经过凹凸不平路面时，车轮上下跳动，带动拉杆运动，拉
杆将运动传递给摇臂，摇臂转动压缩减震器，从而起到缓冲减震的
作用。
力Ｆｎ＝ａ（ｂ— ａ０ｈ７ｇ７ＬＦｚ２＝Ｇｔａ＋ａｏｈＲ／ｇ７Ｌ
相等的，以赛车前悬架为例，受力分析可得前轴左右轮在转向时所受
的地面垂直反作用力：式中．，，
用力。且有 △

双横臂扭杆悬架受力分析及刚度计算

Z = mg ( 1) ( 2) ( 3)
α角为力 P 与垂直线的夹角即 ∠EGA d , 如图 1 所示。直线 A u D u 的方程为
z - zD u y - yD u zD u - zA u yD u - yA u
=
( 5)
由于车轮着地点 E 的坐标已知 , 且 yG = yE , 带入式 ( 5 ) 可求得 G 点坐标 ( yG , zG ) , 则 α = arctan (
( 1. Automobile Engineering Departm ent, Academy of M ilitary Transportation, Tianjin 300161, China; 2. Units 72726, J inan 250023 , China )
Abstract: The force mode of double w ishbone independent suspension w ith torsion bar is established, calculation method of the force and torque loaded on torsion bar are determ ined by analysis of the mode, then for mulas of torsion bar line stiffness and suspension conversion stiffness are built . A t last, the stiffness curve of the torsion bar and suspension is gained by the calculation and analysis of a certain cross - country vihicle. Keywords: double w ishbone; torsion bar; force analysis; stiffness calculation

基于有限元分析的FSC赛车车架轻量化设计

10.16638/ki.1671-7988.2018.15.053基于有限元分析的FSC赛车车架轻量化设计徐森，曹晓辉，胡朝磊（江苏大学汽车与交通工程学院，江苏镇江212013）摘要：以大学生方程式赛车为实例，为了设计更高性能的车架，利用ANSYS软件校核车架的刚度，结合实验数据作为参考，在保证车架扭转刚度在目标值以上的前提下，不断修改车架的结构、钢管尺寸等，达到轻量化优化设计的目的，再通过软件分析车架强度与模态，保证车架的工作稳定性。

优化后车架扭转刚度达到了2468.5N*m/deg，质量为27.659kg，达到预期设计目标。

关键词：FSC 赛车；车架设计；有限元分析；轻量化设计中图分类号：U467 文献标识码：B 文章编号：1671-7988(2018)15-143-04Lightweight Design of FSC Racing Car Frame Based on Finite Element AnalysisXu Sen, Cao Xiaohui, Hu Chaolei( Automotive and Traffic Engineering College, Jiangsu University, Jiangsu Zhenjiang 212013 )Abstract:Taking the student equation racing car as an example, in order to design a more high performance frame, use ANSYS software to check the stiffness of the frame, combined with the experimental data as a reference, the structure of the frame and the size of the steel tube are constantly modified under the premise that the frame's torsion stiffness is above the target value, so as to achieve the purpose of lightening and optimizing the design. The strength and mode of the frame are analyzed by software to ensure the working stability of the frame. After optimization, the torsion stiffness of the frame reaches 2468.5N*m/deg and the mass is 27.659kg.Keywords: FSC car; design of frame; finite element analysis; lightweight designCLC NO.: U467 Document Code: B Article ID: 1671-7988(2018)15-143-04前言轻量化是所有赛车及乘用车追求的目标，根据牛顿第二定律，F= m *a，在相同的牵引力下，质量减轻能获得更大的加速度，这是评判赛车动力性的三大指标之一。

双横臂独立悬挂主要零件有限元分析研究

彭友余，刘广征，郭晓燕
（中国北方车辆研究所，北京１０７）００２
摘
要：在运用ＡＡＤＭＳ软件对双横臂独立悬挂进行极限工况动力学仿真的基础上，运用ＡＡＵＢＱＳ软件对其主要
承载零件下横臂与球头销进行有限元分析，并就其结果对零件进行了分析、改进与试验对比．此方法可作为此
修稿Ｅ期：０９— ６— ８ｔ２０００
作者简介：彭余（９１一）１８，男，工程师，主要研究方向：车辆设计与仿真
第３期
彭友余等：双横臂独立悬挂主要零件有限元分析研究
内臂建立耦合约束；３）载荷施加在球头销球心点与弹簧底座中心点，其大小由动力学仿真结果得到．约束方式为在
ｏｉｅｓｆａｅｏＡＡＵ．ＡｃｒｉｇｔｔｅＦＡｒｓｌ，ｗｍｒｖｅｅｐｒｅｉ．ＩＳａｄｗｔｔｏｔｒｆＢＱＳｃｏｄｎＥｕｓｅｉｐｏｅｔｓａｔｄｓｎｔｈｈｗｏｈｅｔｈｓｇ
Ａｂｓｒｃ：ＵｔｉｉｇｔｏｗａｅｏｔａｔｉｚｎｈｅｓｆｒｆＡＤＡＭＳ，ｔｅｕｔｔｏｄｃｓｆｓｏｔｌｎｒｌｓｓｅｓｏｓｓｍｕｌｔｈｌｍａｅｌａａｅｏｈｒ—ｏｇａｎｕｐｎｉｎｉｉ — ｉｌｔｄａｄｎｌｚｄＢａｅｎｈｅｕｔｆｄｙａｃ，ｔｅｔｅｇｈｏｏｒａｍａｄｐｈｒｃｌｐｎ，ａｅｎａａｙｅ．ｓｄｏｔｅｒｓｌｏｎｍｉｓｈｓｒｎｔｆｌｗｅｒｓｎｓｅａｉｉｗｈｃｒｈｒｍａｙｐｒｓｏｈｒ－ｏｇａｎｕｐｎｉｎ，ｉａｃｌｔｄｂａｓｏｉｉｅＥｌｍｅｔＭｅｈｉｈａｅｔｅｐｉｒａｆｓｏｔｌｎＦｌｓｓｅｓｏｔｓｃｕａｅｙｍｅｎｆＦｎｔｅｎｔ — ｌ

FSC赛车车架的强度及刚度计算与分析

中国大学生方程式汽车大赛（简称中国“ ＦＳＣ ” ）是一项由高等院校汽车工程或汽车相关专业在校本科生及研究生组队参加的汽车设计与制造的比赛。大赛要求自行设计和制造出一辆在加速、制动、操控性等方面具有优异表现的小型单座休闲赛车，并能够完成全部或部分赛事环节的比赛。
Ｖｏ１．３３，Ｎｏ．６Ｄｅｃ．２０１３
ＦＳＣ赛车车架的强度及刚度计算与分析
张宝玉，韩忠浩，杨鹏
（辽宁工业大学汽车与交通工程学院，辽宁锦州１２１００１）
摘要：以辽宁工业大学第一代赛车车架为研究对象，运用ＣＡＴＩＡ软件建立赛车车架ＣＡＤ模型，并将其导
（Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ＆ＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｌｌｅｇｅ，ＬｉａｏｎｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｊｉｎｚｈｏｕ１２１００１，Ｃｈｉｎａ）
ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｂｊｅｃｔ，ｔｈｅＣＡＤｍｏｄｅｌｏｆｒａｃｉｎｇｃａｒｌｆａｍｅｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｂｙｕｓｉｎｇＣＡＴＩＡｓｏｔｆｗａｒｅ，ａｎｄ
ｔｈｉｓｍｏｄｅｌｉｓｉｍｐｏｒｔｅｄｉｎｔｏＦＥｓｏｔｆｗａｒｅＨｙｐｅｒＭｅｓｈ，ｈｅｔｎｔｈｅｉｆｉｔｎｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｏｆｔｈｉｓｒａｃｅｒ ’ Ｓｌａｆｍｅｉｓｇｅｎｒａｅｔｅｄｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｇｅｏｍｅｔｒｙｃｌｅａｎｕｐ，ｍｅｓｈｉｎｇ，ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔａｎｄｌｏａｄｉｎｇ．Ｉｎａｄｉｔｄｉｏｎ，ｓｔａｔｉｃｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｓｉｆｔｆｎｅｓｓｗｅｒｅａｌｓｏａｎａｌｙｚｅｄＳＯｔｈａｔｔｈｅｃａｒｆｒａｅｍｓｔｒｕｃｔｕｒｅｃｏｕｌｄｂｅｍａｄｅｔｏｍｅｅｔｗｉｈｔｓｒｔｅｎｇｔｈａｎｄ

基于ANSYS的FSC赛车车架有限元分析

基于ANSYS的FSC赛车车架有限元分析【摘要】中国大学生方程式汽车大赛（简称“中国FSC”）是一项由高等院校汽车工程相关专业在校学生组队参加的汽车设计与制造比赛[1]。

对于非承载式车身的赛车，车架承载着赛车整个车体，车架的结构强度很大程度上影响着整车的安全性、动力性、舒适性、操纵稳定性等多种综合性能。

本文对FSC赛车车架进行典型工况下的强度和刚度校核，确定其固有频率及稳定性，并进行疲劳分析，得出车架应力应变结果，为结构的改进提供合理化建议。

【关键词】FSC;ANSYS/Workbench;车架;分析1 车架有限元模型建立1.1三维模型导入及网格划分本文FSC赛车车架采用桁架式结构，在Catia中完成三维模型建立，将其转化成IGS文件导入到ANSYS Workbench中，车架选用4130合金钢，弹性模量为2.11E11Pa，泊松比为0.279，密度为7850 kg·m-3，屈服强度为785MPa，强度极限930MPa。

文中将车架的CATIA模型导入到ANSYS Workbench中，进行模型简化处理[2]。

网格划分是有限元分析前处理中的关键步骤，对后面分析的结果有重要影响。

在进行网格划分时，本文对一些主要的受力部位进行网格细化，取1mm的网格大小，对一些非重要受力部位统一采用10mm的网格大小来进行划分，在保证分析精确度的同时还可以提高整个网格分析的效率。

划分结果为分成7809个节点，4423个单元[3]。

2车架工况分析2.1弯曲工况分析：弯曲工况是指赛车在满载状态下匀速行驶的状况。

计算弯曲工况时，由于车辆行驶的动态效应，车架承受的实际载荷需乘上一个动载因数，一般为 2.0-2.5，本文取 2.5，车架静态工况加载方式为：重力场加载800N;座舱底杆集中载荷1875N;发动机固定杆集中载荷2000N;差速器支撑杆集中载荷300N。

在分析中忽略对整车分析影响较小的零件，重力加速度取10m/s?[4]。

FSC赛车车架的静态结构与模态分析

FSC赛车车架的静态结构与模态分析阎力;史青录;连晋毅【摘要】以太原科技大学万里车队自主研制的首辆FSC赛车车架为研究对象,基于CATIA和Hy-perMesh软件平台,分别建立车架的几何模型和有限元模型,利用有限元原理对车架进行多工况下的静态结构与自由模态分析.分析结果表明,车架强度与刚度均符合要求,同时车架低阶固有频率未与外界激励重合.避免了共振现象.经验证,该设计安全可靠,可为我校日后参赛提供保障.【期刊名称】《太原科技大学学报》【年(卷),期】2017(038)002【总页数】6页(P98-103)【关键词】FSC赛车;车架;刚度;静态分析;模态分析【作者】阎力;史青录;连晋毅【作者单位】太原科技大学机械工程学院,太原030024;太原科技大学机械工程学院,太原030024;太原科技大学机械工程学院,太原030024【正文语种】中文【中图分类】U469.696大学生方程式汽车大赛起源于美国，是一项由高等院校在校生参加的汽车设计与制造竞赛，简称FSAE(Formula SAE)，目前全球已有10余个国家举办，2010年中国汽车工程学会将该项赛事引入国内并命名为FSC [1]。

在FSC项目中，车架是支承车身的基础构件，作为安装基体，它承载并连结所有的系统组件(包括发动机、传动、悬架等)，同时承受这些组件的重量和传递给车架的各种复杂载荷。

因此，车架性能的优劣将影响整车的表现[2]。

现针对我校首辆FSC赛车车架，简述其设计流程并分析在多种典型工况下的静态结构与模态特性。

1.1 车架形式FSC赛车车架的结构形式主要包括空间管阵式、单体壳和混合式(前单体壳后空间管阵)三类。

单体壳重量轻、扭转刚度大，但成本高昂、设计复杂、工艺要求高、维修困难，目前国外车队运用较多。

相对而言，空间管阵式车架结构简单、成本低廉、方便制造、易于维修，现阶段国内FSC赛车车架仍普遍采用该传统形式进行设计和优化，并以此作为单体壳的低成本可持续替代品。

FSC赛车悬架侧倾特性分析与研究

()。

心越高则越接近车身的质心,即质心与侧倾轴线的距离约小。

车身側偏时产生的侧倾力矩就越小,车身侧偏角也就越小,左右载荷转移越小,这有利于车辆的操控稳定性,降低了车辆的平顺性当侧倾中心较低时,车身侧偏角较大,载荷转移大,不利于车辆操控稳增加了车辆平顺性。

除此之外,侧倾中心高度对轮距变化影响比侧倾中心越高,轮距变化越大,轮胎磨损更严重;反之,较好于乘用车而言,侧倾中心高度一般在0~120mm之间,而对于重心较低的方程式赛车一般取0~80mm,且一般取前悬侧倾中心略低于后悬侧,这样有利于汽车保持一定的转向不足,有利于驾驶员的操纵鉴于国内外大学生方程式赛车设计经验,取前悬侧倾中心高度30mm,后悬侧倾中心高度为50mm。

悬架侧倾刚度理论分析在上部分提到悬架的侧倾中心的高度对车身偏转角的刚度有影图2悬架前后侧倾刚度的分配也是很重要的,一般来(赛车悬架侧倾特性分析与研究。

积极的情感体验和自我实现的满足感。

图2混合菌发酵过程中不同时间的蛋白质含量Result of Mixed bacteria in fermentation process the content at the different time表3单菌和混合菌发酵完成的蛋白质含量Result of single and mixed bacteria at fermentationcompleted protein content混合菌种发酵对蛋白质的消耗明显高。

24h48h嗜热链球菌保加利亚乳杆菌混合菌嗜热链球菌保加利亚乳杆菌0.2680.2850.2250.2630.2750.2310.2330.1980.2050.1870.2250.2240.2280.1990.196这样有利于避免一些有加工误差带来的影响。

FSC赛车双横臂悬架受力与有限元分析

图 2 制动时的汽车受力图
加速时,由赛车发动机及传动部分分析可知,赛车产生惯性力的最大加速度约为 0 .5 g,地面作用于前后
轮的法向力 F z1 ,F z2 为
ìïïF z1
=
G L
(b
-
a g
h
g
)
í
îïïF z2
=
G L
(a
+ φg h
g
)
则
F z1 ≈ 1 1 1 8 .2N ,F z1la =F z1ra =F z1/2 ,F z2la =F z2ra =F z2/2 式中,下标 z 表示垂直地面方向;1 和 2 表示前、后方向;l 和 r 表示前后轮方向。
由有限元分析结果可以得出,杆件最大应力为 3 6 .4 7 8 MPa,碳纤维管材料的抗拉强度为 2 400 MPa,安全系为 6 5 .8 ,远大于一般机械设计的安全系数 1 .5 ~2 .5 ,所以符合要求。
6 结束语
本文以参加中国大学生方程式汽车大赛的赛车悬架为研究对象,运用 Matlab 软件对双横臂悬架杆件进行受力分析 ,分析结果表明 ,双横臂悬架杆件受力情况 ,明显优于传统繁琐的计算方法 ,提高了工作效率。同时,通过使用 Workbench 软件对杆件进行有限元分析,得出了较高的安全系数,在没有实验设备的情况下确保了杆件的安全使用,为 FSC 赛车的开发研究节约了实验成本。该研究为 FSC 赛车悬架安全性能和不同类型悬架受力分析系统的开发提供参考依据。但该程序还存在悬架分析类型的局限性,在以后的研究中将进行改进。

基于不同工况下的FSC赛车车架有限元分析

表１车架材料属性
提出的赛车车架结构设计合理，为进行ＦＳＣ赛车车架的有限元分析提供了一个有效工具— — ＡＢＡＱｕＳ软件。
ｌ
弹性模量／ＧＰａＩ
泊松比
ｌ密度ｇ，ｃｍ
Ｉ
收糟日期：２０１５－０４－２２基金Ｊ戛目：上海高校青年教师培养资助计划（ＺＺＧＣＤ１５０４４）；国家自然科学基金项目（５１１７５３２０）
作者简介：张心光（１９８２一），男，讲师，博士，主要从事噪声控制和动力系统建模研究。
Ｉ４４１第３７卷第１Ｏ期２０１５ —１０（上）
参考文献：
【１】Ｓ．Ｙａｎｇ，Ｄ．Ｘｉａｎｇ，Ａ．Ｂｒｙａｎｔ，Ｐ．Ｍａｗｂｙ，Ｌ．Ｒａｎ，Ｐ．Ｔａｖｎｅｒ．
基于不同工况下的ＦＳＣ赛车车架有限元分析
ＦｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｏｆＦＳＣｒａｃｅｃａｒｆｒａｍｅ
ｂａｓｅｄｏｎｄｉｆｅｒｅｎｔｋｉｎｄｓｏｆｗｏｒｋｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ
用】。邓泽涵等应用ＡＢＡＱＵＳ软件对ＦＳＡＥ赛车车架进行有限元分析，校核了车架在三种典型工况下的强度，其车架弯曲刚度和扭转刚度的分析结果可作为结构优化
的理论依据。
图１车架三维模型

FSC赛车双横臂悬架受力与有限元分析

研究对象，运用Ｍａｔｌａｂ软件对双横臂悬架杆件进行受力分析，并结合Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ的有限元分析保证悬架的
强度，软件分析结果表明，其较高的安全系数足以确保赛车的安全性能。
１前悬架结构
ＦＳＣ赛车前悬架采用不等长双横臂悬架结构形式，悬架模型图如图１所示。前悬架采用拉杆式结构形式，悬架具有左右对称性，其中，
Ｆ为上Ａ臂，Ｆ为下Ａ臂，Ｆ册为拉杆。
２悬架受力分析
１２
青岛大学学报（工程技术版）
第２８卷
抱死（不论是同时抱死或分别前后抱死），此时，地面作用于前后轮的法向力ＦＦ。：分别为
ＩＦ＝（６＋以）｛１Ｆ一（Ｒ一）
＇～
中图分类号：Ｕ４６１．１文献标识码：Ａ
中国大学生方程式汽车大赛（简称“ 中国ＦＳＣ ” ）是一项由高等院校汽车工程或汽车相关专业在校学生
组队参加的汽车设计与制造比赛，２００９年１Ｏ月正式启动，其目的是通过全方位考核，提高学生们的设计、制
型进行受力分析，同时在Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ软件中，建立管件模型并导入Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ软件中进行有限元强度分析，分析结果表明，杆件最大应力为３６．４７８ＭＰａ，远小于碳纤维管材料的

FSC横向稳定杆设计及有限元分析

FSC横向稳定杆设计及有限元分析作者：陈柯序，周怡洁，杨雳来源：《时代汽车》 2018年第8期1引言大学生方程式赛车(FSC)中常采用双横臂独立式悬架，特点是车质量轻，比功率大，在快速转向时两侧悬架发生不等量变形大，引起车身侧倾，会极大程度上影响赛车的弯中姿态和转向特性，此时需要横向稳定杆提供抑制车身侧倾的力矩，增加悬架的侧倾角刚度，以提升赛车的操稳性。

横向稳定杆(anti-roll bar)，其固定在左右悬架的下臂。

（其基本结构如图1）赛车在转弯时作用在车的滚动中心的离心力造成车身的侧倾，侧倾后，簧上质量加剧侧倾，导致赛车弯内轮和弯外轮的减震弹簧拉伸和压缩，载荷转移，造成横向稳定杆的杆身扭转，其利用杆身被扭转产生的反弹力来抑制车身侧倾。

设计横向稳定杆时，除了要考虑整车总的侧倾角刚度外，还应考虑前后悬架的侧倾角刚度之比。

赛车设计中根据车手的驾驶习惯不同，常常会将前后悬都装上稳定杆，调节到略微转向过度（就个人驾驶习惯而言）。

最理想的状态是把横向稳定杆所提供的侧倾角刚度控制在悬架的总侧倾角刚度的20%~50%之间。

2横向稳定杆侧倾刚度计算汽车上悬架系统的稳定装置可以装与纵向，也可装与横向，对于二轴汽车，在前轴或是后轴加装需要经过具体的分析来匹配整车的性能[l。

在进行稳定装置的匹配过程之中，纵向的相对来说便于计算，而横向的稳定杆却相对较复杂一些。

它必须由整车操稳性和车身的受力状况两大因素综合考虑决定。

主要是通过对横向稳定杆的设计来控制前后轴角刚度Kl和K2的分配关系。

换言之，控制前后角刚度的比值入=Kl/K2。

首先需要考虑的是一个合理的转向特性。

车轴的偏离角的大小是与该车轴的角刚度成正比的。

通过横向稳定杆来调整整车的角刚度在前后轴上的分配，可以改变前后轴的偏离角的大小。

进而改变整车的转向特性趋势。

但是，这仅仅是考虑了横向稳定杆的单一作用下的结果。

实际中整车的转向特性是由多方面因素共同决定的，如轴荷分配、结构参数、轮胎材料等。

基于ANSYS的FSC赛车车架有限元分析

第50卷第11期doi ：10．3969／j．issn．1673－3142．2012．11．006基于ANSYS 的FSC 赛车车架有限元分析李越辉，尉庆国（030051山西省太原市中北大学机电工程学院）［摘要］车架为车手提供保护，同时还是赛车最主要的承载结构，车架应有足够的强度和刚度。

应用ANSYS 软件对赛车车架进行有限元分析，首先在ANSYS 软件中建立车架的有限元模型，然后用ANSYS 软件对车架模型进行了不同工况下的强度分析和扭转刚度分析。

结果表明，车架强度可满足要求，而扭转刚度不足。

据此，提出提高车架扭转刚度的措施。

最后对车架进行模态分析，证明其不会与路面激励或赛车其他部件发生共振。

［关键词］FSC 赛车；车架；有限元；ANSYS ；模态分析［中图分类号］TH16［文献标志码］A［文章编号］1673-3142(2012)11-0021-04Finite Element Analysis on FSC Racing Car Frame Based on ANSYSLI Yue－hui ，WEI Qing－guo（School of Mechanical and Electrical Engineering ，North University of China ，Taiyuan City ，Shanxi Province 030051，China ）［Abstract ］Car frame ，which is the main bearing structure of racing car ，providing the driver with protection ，should havesufficient strength and stiffness．Finite element analysis on car frame was done by ANSYS software．Firstly ，finite element model of car frame was constructed by ANSYS software ；then strength analysis under different working conditions and torsion stiffness analysis were made for car frame by ANSYS．The analysis results showed that the strength of car frame was satisfactory ，but the torsion stiffness was not．Accordingly ，method to improve torsion stiffness was proposed．Finally ，modal analysis was used on the car frame to prove resonance would not occur between the frame and pavement incentive or other component of racing car．［Key words ］FSC racing car ；car frame ；finite element ；ANSYS ；modal analysis0引言中国大学生方程式汽车大赛（简称“中国FSC ”）是一项由高等院校汽车工程相关专业在校学生组队参加的汽车设计与制造比赛。

FSC大学生方程式汽车悬架设计与研究

FSC大学生方程式赛车悬架设计与研究FSC大学生方程式汽车悬架设计与研究摘要悬架的系统设计与优化，是汽车总体设计中极其重要的一个环节。

本设计以北京理工大学珠海学院FSC车队2020年赛车悬架系统的结构设计为研究目标，主要进行了几个方面的研究工作。

本设计结合赛事规则要求，先确定设计思路，对轮距、轴距、前后悬架立柱等相关部件进行计算与设计，分析车轮定位参数对赛车性能的影响，在确定采用不等长双横臂式悬架结构后，选择弹性元件、减振器、导向机构与其他元件的类型，确保其符合赛车悬架设计的相关原则，并利用CATIA软件对其中重要元件进行三维建模设计，最后，基于ADAMS仿真平台，建立赛车悬架的运动学仿真模型，对其进行仿真分析，得到悬架参数模型后，对初选参数进行结果分析，并利用ADAMS对悬架参数进行优化。

关键词：大学生方程式赛车；悬架系统；结构设计；仿真优化Design and Study of Suspension for a FSC CarAbstractThe design and optimization of suspension system is an essential part of the overall design for a race car. This design takes the suspension system of FSC race car designed by the race team ,which is from Beijing institute of technology, Zhuhai, as the research objective. The the design mainly work in several aspects. This design was based on the competition rules of FSC. The calculation of the wheel track and spread of axles as well as the design of some related components including the front and rear suspension column have been conducted after a clear idea of the design had been made. The next step is the analysis of wheel alignment parameters in order to make out whether it affects the performance of the car. When unequal-length wishbone suspension is selected, the paper chose the type of flexible components, absorder, guide mechanism and other parts, and make sure it in the line with some basic principles. After that, we established 3D model with the help of the software of CATIA. Finally, based on the simulation platform of ADAMS, the kinematics simulation model of racing car suspension was established, and the simulation analysis was carried out. After the suspension parameter model was obtained, the results of primary parameters were used to analyze, and the suspension parameters were optimized by ADAMS.Keywords: FSC Race Car; Suspension system; Design of Structure;Simulate and Optimize目录1绪论 (1)1.1本设计的目的与意义 (1)1.2FSC大赛概况 (1)1.3国内外方程式赛车悬架的研究现状 (2)1.3.1国外研究现状 (2)1.3.2国内研究现状 (3)1.4设计研究的主要内容 (3)1.5本章小结 (4)2悬架系统设计 (5)2.1设计原理与思路 (5)2.2悬架形式的确定 (7)2.3相关部件的设计与选型 (8)2.3.1轮辋与轮胎的选型 (8)2.3.2车轮定位参数 (8)2.3.3 轴荷比、轴距与轮距的设计 (9)2.3.4 悬架导向机构的设计 (10)2.3.5 性能参数的计算 (11)2.3.6 前后悬架立柱的设计 (13)2.3.7 减震器的选型 (13)2.3.8悬架基本参数 (15)2.4章节小结 (16)3 悬架三维建模与装配 (17)3.1悬架零部件的三维建模 (17)3.2悬架的装配 (18)3.3章节小结 (19)4 ADAMS悬架建模与仿真 (20)4.1悬架动力学建模 (20)4.2悬架仿真 (21)4.3仿真结果分析 (23)4.4章节小结 (25)5硬点坐标的优化 (26)5.1仿真结果优化 (26)5.2优化前后结果分析 (28)5.3章节小结 (31)6 结论 (32)参考文献 (33)致谢 (34)附录 (35)附录1英文文献原文 (35)附录2中文翻译 (43)附录3前悬架左耳片CAD二维图 (49)附录4前悬架左立柱CAD二维图 (50)1绪论1.1本设计的目的与意义悬架，作为汽车连接车架与车桥的传力装置，是现代汽车上的重要总成之一。

FSC赛车碳纤维悬架设计与制作

FSC赛车碳纤维悬架设计与制作新型复合材料在FSC赛车上使用的情况越来越广泛，它们的使用可以减轻整车质量以提高整车的操纵性和动力性。

文章通过理论与实验相结合，描述了FSC赛车碳纤维悬架设计与制作过程，并且得到相应的实验数据，为改进悬架设计及材料使用提供了理论依据与实验数据。

标签：悬架；碳纤维复合材料；拉伸试验1 碳纤维悬架中国大学生方程式汽车大赛（简称“中国FSC”）是一项由高等院校汽车工程或汽车相关专业在校学生组队参加的汽车设计与制造比赛。

各参赛车队按照赛事规则和赛车制造标准，在一年的时间内自行设计和制造出一辆在加速、制动、操控性等方面具有优异表现的赛车。

然而悬架系统作为汽车一个极其重要的部分，在此项比赛中对整个赛车的操纵性、动力性、舒适性影响颇为重要。

随着FSC 比赛一次一次的成功举办，各个车队逐渐把用4130钢管为材料的双横臂悬架使用到了一定水平，开始寻求另外一种碳纤维复合材料进行制作。

文章以宁远2014年赛车前悬架为例，通过受力分析、力学实验、以及成品应用来为碳纤维悬架的制作提供依据。

2 双横臂悬架几何设计与受力分析2.1 双横臂悬架形式的选择以及几何模型的建立由于FSC大赛比赛规则，赛车所有车轮必须安装有功能完善的、带有减震器的悬架。

在有车手乘坐的情况下，轮胎的跳动行程至少为50.8mm（2英寸），其中向上25.4mm（1英寸），向下25.4mm（1英寸）。

赛车的轴距至少为1525mm （60英寸），较小的轮距（前轮或后轮）必须不小于较大轮距的75%。

再结合宁远车队前两年赛车的设计，决定选用拉杆不等长双横臂悬架，因为相比麦弗逊悬架和其他悬架来说，双横臂悬架中间有足够的空间留给悬架的导向杆系布置，有较低的侧倾中心有利于整车的操控性，并且在F1项赛事中得到广范应用。

赛车的初步参数如下：轴距=1600mm；前轮距=1250mm；前侧倾中心高=30mm；侧倾外倾变化率=0.65；抗点头ηd=4.54%。