FSAE賽車雙橫臂式前懸架設(shè)計
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畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告
設(shè)計(論文)題目:FSAE賽車雙橫臂式前懸架設(shè)計
院 系 名 稱:專 業(yè) 班 級:
學 生 姓 名:導 師 姓 名:
開 題 時 間:
指導委員會審查意見:
簽字: 年 月 日
畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告
學生姓名
系部
汽車與交通工程學院
專業(yè)、班級
指導教師姓名
職稱
副教授
從事
專業(yè)
車輛工程
是否外聘
□是■否
題目名稱
FSAE賽車雙橫臂式前懸架設(shè)計
一、課題研究現(xiàn)狀、選題目的和意義
研究現(xiàn)狀
20世紀80年代以來,汽車作為極其重要的交通工具,在交通運輸領(lǐng)域和人民日常生活中的地位日益突出。國內(nèi)、國際汽車市場的競爭變得空前激烈,用戶對汽車安全性、行駛平順性、操縱穩(wěn)定性的要求越來越高。汽車懸架系統(tǒng)是影響車輛動態(tài)特性最為關(guān)鍵的子系統(tǒng),其中由懸架所決定的汽車車輪定位參數(shù)對整車操縱動特性有著直接的影響。
懸架是汽車承載系統(tǒng)(車架或承載式車身)與車橋(或車輪)之間的一切傳力連接裝置的總稱。它的功用是把路面作用于車輪上的垂直反力(支撐力)、縱向反力(驅(qū)動力和制動力)和側(cè)向反力以及這些力所造成的力矩作用到車架(或承載式車身)上。汽車懸架系統(tǒng)與汽車的操縱性能、平順性能之間有著密切的關(guān)系。汽車懸架彈性地連接車輪(或車橋)和車架(或車身),緩和行駛中車輛受到的由不平路面引起的沖擊力;保證貨物完好和人員舒適;迅速衰減由于彈性系統(tǒng)引起的振動,使汽車在行駛中保持穩(wěn)定的姿勢,改善操縱穩(wěn)定性;并且當車輪相對車架跳動時,特別在轉(zhuǎn)向時,車輪運動軌跡要符合一定的要求,因此懸架還起使車輪按一定軌跡相對車身跳動的導向作用。理想的懸架不僅能使汽車隨路面起伏而上下運動,并能使整個車身在前進過程中盡量保持水平,而且懸架還能隨車速、路況、運動方式的變化做出適當?shù)?、靈敏的反應(yīng),同時,它還能使輪胎與路面隨對貼合,并使車輪保持適當?shù)慕嵌?,從而使汽車的動力性能、制動性能以及轉(zhuǎn)向性能得以充分體現(xiàn)。因此懸架是具有彈性聯(lián)系并能傳遞載荷、緩和沖擊、衰減振動以及調(diào)節(jié)汽車行駛中的車身位置等的汽車重要部件。汽車的車速越快,對操縱性和平順性的要求也就越高,因此,現(xiàn)代汽車的懸架系統(tǒng)越來越受到業(yè)內(nèi)人士的重視。
汽車懸架運動學的研究在國外起步較早,幾乎是隨著獨立懸架的誕生就開始了。而汽車懸架彈性運動學的研究是在上世紀80年代興起。德國的耶爾森·賴姆帕爾著的《汽車底盤技術(shù)》對各種懸架運動學及彈性運動學作了詳細的分析,對車輪定位參數(shù)做了準確的定義,分析了他們的作用及其對操縱穩(wěn)定性的影響。在懸架運動學分析中,描述了彈簧變形過程中車輪定位值的變化過程;在彈性運動學分析中,描述了彈簧各部件及交接處具有彈性,由輪胎和路面之間的力和力矩引起的車輪定位值的變化,并且給出了一些典型車型的車輪定位參數(shù)的變化曲線,這些變化曲線都是實測得到的,可以用來進行操縱穩(wěn)定性的評價。阿達姆·措莫托著的《汽車行駛性能》和安培正人著的《汽車的運動與操縱》介紹了懸架運動學對汽車行駛性能的影響。德國Matschinsky w.olfgang編寫的《車輛懸架》從懸架的理論建模、橡膠支撐的模型出發(fā)對懸架彈性運動學特性的理論分析作了較為深入的研究。
隨著計算機技術(shù)和控制理論的發(fā)展,車輛懸架系統(tǒng)動力學的研究得到進一步發(fā)展,人們開始應(yīng)用多體系統(tǒng)動力學軟件(例如:ADAMS,DADS)建立車輛及懸架系統(tǒng)的復雜動力學仿真模型,并通過分析得出了許多有益結(jié)論。
懸架的運動學/動力學仿真分析在汽車懸架系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)中占有重要的地位。 以機械CAD設(shè)計、虛擬樣機仿真技術(shù)為前題,提出運用虛擬樣機仿真軟件ADAMS里的CAR模塊分析并進行優(yōu)化汽車懸架的設(shè)計方法。 首先,根據(jù)懸架各部件之間的相對運動關(guān)系和各部件的參數(shù)在ADAMS\CAR中建立某轎車的麥弗遜前懸架的三維CAD模型,再加上路面激勵,分析懸架參數(shù)在汽車行駛中的變化規(guī)律。然后利用ADAMS\Insight對建立的懸架模型進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化,得到懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化解。
現(xiàn)代F1賽車的懸架為那些協(xié)同工作來達到性能要求的各個部件之間提供關(guān)鍵的連接。懸架是最大限度地發(fā)揮了發(fā)動機的功率,由尾翼,空氣動力學套件和輪胎的抓地力產(chǎn)生的下壓力,允許驅(qū)動力和下壓力有效地結(jié)合,變成賽道上的精靈。
跟公路賽車不同,駕駛舒適性不在方程式彈簧的考慮范圍,阻尼比也非常硬,以確保撞擊路面顛簸和路肩的影響盡可能快地緩和。彈簧吸收碰撞產(chǎn)生的能量,減震器在回程行程將能量釋放,并阻止振蕩力產(chǎn)生。就像是把一個球抓住而不是任由它反彈的情形。
隨著20世紀90年代禁止使用微機控制的可變懸架,所有的F1賽車的懸掛功能必須在沒有電子控制介入的前提下發(fā)揮出來。賽車開始使用前后多連桿懸掛,大致相當于一些公路汽車雙橫臂式布局,使得轉(zhuǎn)彎時可以通過調(diào)節(jié)懸架底部和頂部長度不等的懸臂來控制車輪外傾角。由于是離心力驅(qū)動車身前進,越低的懸臂的有限輻射范圍越廣,可允許輪胎的底部相對于頂部可以傾斜的更遠,這對最大限度地發(fā)揮輪胎抓地力至關(guān)重要。
公路車不同,F(xiàn)1賽車的彈簧不再直接安裝在懸臂上,而是直接操縱經(jīng)由推桿和雙臂曲柄,這樣就可以使用阻尼比更寬的軟彈性裝置,當受壓更大的時候這樣的彈簧可以變得更硬。這對減少非懸架重量(彈簧和路面之間的部件的重量)是很重要的。
現(xiàn)代F1懸架是持續(xù)可調(diào)的。特定賽道的初始化設(shè)定會根據(jù)天氣情況(下雨天懸架要軟很多)和過去的經(jīng)驗,初始化會決定基準彈簧和減震器的設(shè)定。這些等級可能會根據(jù)車手偏好和輪胎表現(xiàn)進行調(diào)整,懸架的幾何框架也可能因特殊情況而異。設(shè)置是根據(jù)賽道的空氣動力學要求,天氣情況和車手偏好(例如習慣轉(zhuǎn)向不足還是轉(zhuǎn)向過度),沒有什么比賽車的前輪或后輪失去抓地力的極限更復雜了。
目的:
運用ADAMS對前懸架的虛擬設(shè)計試驗仿真,并且提出優(yōu)化設(shè)計的意見,獲得分析車輪垂直跳動、轉(zhuǎn)動與車輪前束角的變化等關(guān)系。獲得相關(guān)數(shù)據(jù),為以后做車是提供數(shù)據(jù)依據(jù)。通過專業(yè)綜合訓練,綜合運用汽車設(shè)計課程和其他相關(guān)的理論與實際知識,掌握汽車設(shè)計的一般規(guī)律,學習正確的設(shè)計思想,培養(yǎng)分析和解決實際問題能力。
意義:
汽車懸架和懸掛質(zhì)量、非懸掛質(zhì)量構(gòu)成了一個振動系統(tǒng),該振動系統(tǒng)的特性很大程度上決定了汽車的行駛平順性,并進一步影響到汽車的行駛車速、燃油經(jīng)濟性和運營經(jīng)濟性。該振動系統(tǒng)也決定了汽車承載系和行駛系許多零部件的動載,并進而影響到這些零件的使用壽命。此外,懸架對整車操縱穩(wěn)定性、抗縱傾能力也起著決定性的作用。由于中國有2010年才開始舉辦FSAE方程式賽車的比賽,加之中國汽車制造業(yè)起步晚于發(fā)達國家,所以此次懸架設(shè)計為中國大學生方程式汽車賽出點微薄之力
二、設(shè)計(論文)的基本內(nèi)容、擬解決的主要問題
設(shè)計(論文)的基本內(nèi)容:
(1)懸架系統(tǒng)的總體方案設(shè)計,包括對懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式設(shè)計和系統(tǒng)各零部件的總體布置設(shè)計;
(2)確定懸架的主要參數(shù),并進行相應(yīng)的計算和校核
(3)運用PRO/E建立三維物理模型
(4)在ADAMS軟件平臺上建立懸架的簡化物理模型,進行動力學仿真分析
(5)得出優(yōu)化方案
擬解決的主要問題:
(1) 對懸架主要參數(shù)的確定
(2) 對懸架的主要計算
(3) 根究計算結(jié)果進行三維建模
(4) 把三維模型導入ADAMS進行運動仿真
(5) 根究仿真結(jié)果得出優(yōu)化方案
三、技術(shù)路線(研究方法)
調(diào)查研究,搜集資料
方案得確定,并進行計算
ADAMS進行運動仿真
是否合理?
N
Y
Por/E建模
結(jié)論分析
撰寫設(shè)計說明書
四、進度安排
(1)調(diào)研,資料收集,完成開題報告; 第1—2周(2月28日 ~ 3月13日)
(2)整體方案設(shè)計,完成結(jié)構(gòu)示意圖(手繪) 第3周(3月14日 ~ 3月20)
(3)結(jié)構(gòu)設(shè)計計算,運動分析, 第4— 8周(3月21日 ~ 4月24)
(4)繪制設(shè)計圖 第9—12周(4月25日 ~ 5月22)
(5)編寫設(shè)計說明書 第13周(5月23日 ~ 5月29)
(6)畢業(yè)設(shè)計(論文)審核、修改 第14—15周(5月30日 ~ 6月12)
(7)畢業(yè)設(shè)計(論文)答辯準備及答辯 第16周(6月13日~ 6月19)
五、參考文獻
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六、備注
指導教師意見:
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雙橫臂式前
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