基于matlab的FSC赛车悬架受力分析

基于matlab的FSC赛车悬架受力分析

摘要:中国大学生方程式汽车大赛(简称“中国FSC”)赛车广泛采用双横臂悬架,在对双横臂悬架的设计优化过程中,需对悬架受力分析,传统的计算方法繁冗复杂。本文针对赛车的不同行驶工况,建立了双横臂悬架的力学模型,并对该模型进行受力分析,同时依据悬架系统的受力的数学模型,利用matlab求解各杆件所受的力。该模型的建立有助于设计人员对各杆件进行强度校核,提高了设计人员的工作效率。

关键词:FSC 双横臂悬架受力分析matlab

现代汽车的总要组成之一,它把车架与车轴弹性的连接起来,其主要任务是传递作用在车轮和车架之间的一切力和力矩;缓和路面传传给车架的冲击载荷,保证汽车行驶平顺性。由于双横臂悬架能够使车身制动时减少纵倾,保持车身良好的稳定性能,且能使得轮距变化较小,提高轮胎的耐磨性等优点,在FSC中,双横臂悬架受到广泛采用。本文以FSC赛车的双横臂悬架为例,建立双横臂悬架的力学模型,利用Matlab求解,得出各杆件所受的力。

1 双横臂悬架工作原理

双横臂悬架属于独立悬架,按上下横臂是否等长,又分为等长双横臂式和不等长双横臂式两种悬架,本文分析的为不等长双横臂式,其中上下横臂将车轮与车身连接起来,车轮可绕车身上下跳动,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。

4 双横臂悬架力学模型

4.1 模型的准备

(1)悬架受力分析以整车设计时的坐标系作为参考。

(2)以前悬架左轮及其悬架作为例,将轮胎,主销和双横臂悬架作为一个整体从汽车系统中分离出来,单独进行受力分析。

4.2 模型的简化

在FSC赛车设计初期,所以参数不能完全确定,均以经验值和估算值进行分析,对悬架系统而言,悬架系统的受力不必十分精确,但必须满足所求的估算值要大于其实际工况下的最大值,且两者相差不能过大,故可进行以下优化:

(1)悬架的空间力系简化为平面力系,便于分析计算和求解。

(2)由于目前大多数FSC赛车悬架杆件采用碳纤维材料,其质量很轻,故在受力分析时可忽略不计。

4.3 悬架杆件的受力分析[5]

简化的悬架平面力系模型如图2所示,由理论力学[6]知识可得,各力在y,z轴上的投影之和,为0,对任意一点的力矩之和为0,即得到力系的平衡方程:

6 结论

本文以FSC赛车的双横臂悬架为研究对象,通过分析赛车不同工况下轮胎的受力情况,建立了赛车悬架的力学模型,并得出悬架系统受力的矩阵方程,利用matlab即可求出悬架各杆件所受力的大小。本文设计能较为快速求得杆件的受力情况,为后期的强度校核做好了充足准备,但由于该模型中很多参数值不能确定,只能采用估算值,经验较少的设计人员使用该模型可能会有一定的困难。

参考文献

[1]王望予.汽车设计[M].4版.北京:机械工业出版社,2004.

[2]喻凡,林逸.汽车系统动力学[M].北京:机械工业出版社,2005.

[3]余志生.汽车理论[M].5版.北京:机械工业出版社,2009.

[4]基于灰度和几何特征的图像匹配算法研究[EB/OL].万方数据库,2013.

[5]皱玉东,张铁柱,赵红,等.FSC赛车双横臂悬架受力分析与有限元分析[J].青岛大学学报:工程技术版,2013(6).

[6]哈尔滨工业大学理论力学教研室.理论力学[M].7版.北京:高等教育出版社,2009(7).