ChinaFSAE方程式赛车悬架系统设计分析

毕业设计说明书

学院：机械工程

系(专业)：车辆工程

题目：方程式赛车悬架系统设计分析

毕业设计（论文）中文摘要

目录

1 绪论 (1)

1.1 引言 (1)

1.2 FSAE大学生方程式汽车大赛简介 (1)

1.3 赛事意义 (4)

1.4 课题的主要任务 (5)

2 FSAE悬架设计 (6)

2.1 FSAE底盘规则概况 (6)

2.2 悬架概述 (8)

2.3 悬架设计要求 (9)

2.4 悬架结构的选型 (10)

2.5 双横臂独立悬架导向机构的设计 (11)

2.6 FSAE赛车悬架参数 (15)

2.7 车轮定位参数 (23)

2.8 弹性元件、减震器的选择与布置 (24)

2.9 A臂材料与尺寸 (25)

2.10 连接件及轴承的选择 (26)

2.11 CAD图与CATIA三维实体图 (29)

2.12 主要零件的受力分析 (40)

3 方程式悬架的运动仿真 (45)

3.1 ADAMS软件简介 (45)

3.2 ADAMS基本模块 (46)

3.3 前悬架模型的建立 (47)

3.4 模型的仿真 (53)

3.5 仿真曲线的后期处理 (60)

结论 (66)

参考文献 (67)

致谢................................................. 错误!未定义书签。

1绪论

1.1引言

悬架是现代汽车上的重要总成之一[1]，由于双横臂悬架有较好的运动特性，因此在越来越多的轿车的前悬上得到应用，特别是在赛车上，更是得到广泛运用，其设计好坏对操纵稳定性、平顺性和安全性有着重要的影响。操纵稳定性不仅影响到汽车驾驶的操纵方便程度, 而且也是决定汽车高速安全行驶的一个主要性能[2]。本文根据中国FSC大赛规则对赛车的悬架系统进行了设计与分析。

汽车的四轮定位决定了整车的运动性能，前转向轮的定位整合了转向与悬架系统的所有几何参数[3]。悬架的运动学性能直接影响操纵稳定性等汽车使用性能，而正确的车轮定位参数能够使赛车的运动性能得到良好地发挥，同时还能够增加赛车的安全性与舒适性提高轮胎的使用寿命[4]，减轻驾驶员的驾驶疲劳。前轮定位参数包括主销内倾角、主销后倾角、前轮外倾角和前束。主销与导向机构配合的合理与否直接影响到赛车的诸多性能，从而影响整车的优劣。

1.2FSAE大学生方程式汽车大赛简介

1.2.1 Formula SAE

Formula SAE，是由各国SAE，即汽车工程师协会举办的面向在读或毕业7个月以内的本科生或研究生举办的一项学生方程式赛车比赛，要求在一年的时间内制造出一辆在加速、刹车、操控性方面有优异的表现并且足够稳定耐久，能够成功完成规则中列举的所有项目业余休闲赛车[5]。自1981年创办以来，FSAE已发展成为每年由7个国家举办的9场赛事所组成，并有数百支来自全球顶级高校的车队参与的青年工程师盛会。

SAE方程式（Formula SAE）系列赛源于1978年。第一次比赛于1979年在美国波斯顿举行，13支队伍中有11支完赛。当时的规则是制作一台5马力的木制赛车。SAE 方程式（Formula SAE）系列赛将挑战本科生、研究生团队构思、设计与制造小型具有越野性能的方程式赛车的能力。为给车队最大的设计弹性和自我表达创意和想象力

的空间，在整车设计方面将会限制很少。赛前车队通常用8至12个月组的时间设计、建造、测试和准备赛车。在与来自世界各地的大学代表队的比较中，赛事给了车队证明和展示其创造力和工程技术能力的机会。

为了达到比赛的目的、学生可以把自己假想设计人员。某一制造公司聘请他们为其设计、制造和论证一辆用来评估该公司某一量产项目的原型车。预期的销售市场是周末业余汽车比赛。因此，该车必须在加速，制动和操控性能方面表现出色。该车必须成本低廉、易于维修、可靠性好。此外，考虑到市场销售的因素，该车需美观、舒适，零部件也需要有通用性。制造企业计划每天生产四辆该型车, 并要求原型车实际耗资应低于2.5万美元（该规则09年已经取消）。设计小组受到的挑战是设计和组装一辆满足各种要求的车。各个设计环节将作为竞赛比较和评判的内容 [6]。

2008年Formula SAE系列赛包括以下九个比赛：

1)美国密歇根，Formula SAE，由SAE举办；

2)美国加利福尼亚，Formula SAE West,由SAE举办；

3)美国弗吉尼亚，Formula SAE VIR，由SAE协办；

4)澳大利亚，Formula SAE Australasia，由澳洲SAE举办；

5)巴西，Formula SAE Brasil，由巴西SAE举办；

6)意大利，Formula SAE Italy，ATA举办；

7)英国，Formula Student，由ImechE举办；

8)德国，Formula Student Germany；

9)日本，Formula SAE Japan。

2009年的比赛包括美国的密歇根、加州和弗吉尼亚赛，以及英国、巴西、意大利、日本、德国、澳大利亚赛。

2010年10月，中国第一届大学生方程式汽车大赛在上海国际赛车场举办。

2011年10月，中国第二届大学生方程式汽车大赛在上海国际赛车场举办。

1.2.2比赛规则简介

比赛规则非常开放，以鼓励学生的原创设计和各种形式的赛车的出现。比赛的基本原则如下：

1)开轮/开舱；

2)使用排量不超过610cc的四冲程汽油机；