FSAE电动赛车多连杆式后悬架结构设计与分析开题报告

开 题 报 告文 献 综 述一、概述中国大学生方程式汽车大赛（Formula Student China, 简称：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。FSC 是一项非盈利社会公益性事业，项目的运营和发展整合了优秀高等院校资源、整车和零部件制造商资源，获得了政府部和社会各界的大力支持以及品牌企业的资助。社会各界对 FSC 项目投入的人力支持和资金支持将全部用于赛事组织、赛事推广和为参赛学生设立赛事奖金。2010年第一届 FSC（FSAE）由中国汽车工程学会、中国 21 所大学（专）汽车院系、易车（BITAUTO）联合发起并成功举举办,截止 2012年 11月份，中国已经连续举办了 3届 FSAE比赛，参赛队伍数量已经由 2010年的 20支上升到 2012年 41支。与此同时，北京理工大学、同济大学、厦门理工大学等学校先后成立 FSAE车队，并赴国外参赛，积累了一定的比赛经验。FSC 立足于中国汽车工程教育和汽车产业的现状，吸收并借鉴其他国家 FS 赛事成功经验，以培养中国未来汽车产业领导者和工程师为目标的公共教育平台。FSC 通过全方位培训，提高学生们的设计、制造、成本控制、商业营销、沟通与协作等五方面的能力，全面提升汽车专业学生的综合素质，为中国汽车产业的发展积蓄人才。FSAE 赛车的主要目的是为了全面提升学生的综合能力，同时通过活动创造学术竞争氛围，为院校提供交流平台，进而推动学科建设的提升。美国 FSAE赛车相比于其他国家发展较早，其可追溯至 20世 70年代 MiniIndy赛车运动。1981 年，第一届 FSAE比赛在美国奥斯汀德克萨斯大学举行。经过 30多年的发展，FSAE 赛车运动在世界影响力日益凸显，比赛规模日益扩大。1998 年，英国机械工程师协会举办了第一届英国 FSAE比赛，从此 FSAE入驻欧洲；2000 年，澳大利亚举办第一届 FSAE比赛；2003 年，Formula SAE Japan 开始在日本举行，FSAE 赛车比赛正式落户亚洲；此外，巴西、意大利、德国等国家也相继举行了 FSAE赛车比赛。另外，FSAE 赛车比赛的深度也有所增加。除了传统的燃油车比赛，德国、日本、英国等国家也开始愈加重视电动汽车比赛的推动，德国于 2010年开始举办了 FSAE电动赛车比赛，拓展了 FSAE比赛新领域，丰富了 FSAE的内涵。二、悬架的设计及优缺点1、悬架的设计 悬架是汽车上重要的组成部分,它是车架或承载式车身和车桥或车轮之间弹性连接并传递力和力矩的装置的总称。汽车悬架直接关系到汽车的平顺性和操纵稳定性。其主要功能有把路面作用于车轮的垂直反力支承力、纵向反力驱动力和制动力、侧向反力以及这些反力所造成的力矩传递到车架或车身上。与轮胎一起,吸收和缓冲汽车行驶中由于路面不平所造成的各种制动和冲击,从而保证乘客乘坐舒适和货物的安全。使车身和车轮之间保持有适当的动态几何关系,即车轮跳动时应有正确的运动规律。悬架一般有起着缓冲作用的弹性元件、减振作用的减振器、导向作用的导向机构三部分组成。悬架按左右两侧车轮的运动是否关联,可分为非独立悬架和独立悬架。其中,非独立悬架的结构特点是汽车两侧车轮安装在一根整体式车轴的两端。一侧车轮上下跳动时,一定会影响到另一侧车轮的定位参数主要是车轮外倾的改变,但车轮距不会变动。而独立悬架结构特点是左右两侧车轮之间没有刚性的车轴,车轮独自通过悬架的弹性元件和导向杆系与车架相连。在左右车轮的运动关系上,当一侧车轮跳动时,对另一侧车轮的定位参数不产生影响。车轮之间没有运动干涉的结构决定了它较非独立悬良好的性能。本次毕业论文所研究的多连杆后独立悬架主要包括上横臂、下前后摆臂、纵向推力杆、减振器、螺旋弹簧等,它们通过橡胶衬套和各种约束连接，其结构如图 1所示图 1 1 一减振器；2、12 一固定支架；3 一纵向推力杆；4 一轮毅；5、10 一连接杆；6 一后摆臂；8 一副车架；9、13 一上摆臂；11 一制动器；14 一前摆臂；15 一垫圈；16 一稳定杆 17、18 一衬套. 悬架系统设计是赛车总体设计的一个重要组成部分，悬架的性能决定了赛车的性能表现。悬架设计是一个复杂的过程，涉及的参数计算和考虑因素比较多。不同的车型对悬架提出的设计要求是不同的。如一般轿车对悬架提出的设计要求有：1）保证汽车有良好的行驶稳定性；2）具有合适的衰减震动能力；3)保证汽车具有良好的操纵稳定性；4)有良好的隔音能力；5)汽车制动或加速时，要保证汽车稳定，减少车身纵倾，转弯时车身侧倾角要合适；6)结构紧凑、占用空间尺寸要小；7)可靠的传递车身与车轮之间的各种力与力矩，在满足零部件质量要小的同时，还要保证有足够的强度和寿命。如图 2，典型的多连杆独立悬挂结构图。 图 2 而 FSAE赛车悬架设计则要满足以下要求：1）要具有合适的衰减震动的能力；2）保证汽车具有良好的操纵稳定性；3）质量要轻；4）驾驶员操作和控制容易；5）安装方便并且易于调整；如图 3、4 所示，是国内外赛车后悬架图 图 3图 42、多连杆式悬架的优缺点多连杆悬架的优点可以自由的确定主销偏移距,减小因径向载荷引起的干扰力和力矩很好地控制了在制动和加速期间车的纵向点头运动有利于控制车轮的前束、外倾和轮距宽度变化,因此具有良好的操纵稳定性可有效地降低轮胎的磨损,延长其使用寿命从弹性运动学角度来看,在侧向力和纵向力条件下前束角的改变以及行驶舒适性都能得到精确的控制车轮受力点分散,因此连杆可以做得较细小,减轻了质量。多连杆悬架的缺点结构复杂,装配要求高。杆件的增多,占用空间大,车轮跳动时会出现过约束的现象。杆件之间需要衬套,增加衬套的磨损。研发维修成本高。多连杆悬架系统是传统悬架中最先进的悬架系统。但多连杆悬架结构复杂,材料制造要求较高,维修困难,成本较高,使它多用于中高档轿车。赛车多连杆后独立悬架设计流程1、悬架系统结构选型2、设计车型指标的分析与确定3、导向机构设计4、弹性元件设计 5、横向稳定杆设计 6、减振器设计 7、动态仿真 8、生成包洛体参考文献：1 刘松涛，刘云龙，吴宁宁，等.天津大学 2010 年赛车设计报告R.上海：中国汽车工程学会，2010：3-28.2 余志生.汽车理论M.4 版.北京：机械工业出版社，2006：161-175.3 王望予.汽车设计M.3 版.北京：机械工业出版社，2002：134-139.4 李嫚.FSAE 赛车悬架的优化设计及分析 D.哈尔滨： 哈尔滨工业大学，2011.5 吴健瑜，罗玉涛，黄向东.FSAE 赛车双横臂悬架优化设计J.机械设计与制造，2011（10）：120-122.6 李大元 低碳经济背景下我国新能源汽车产业发展的对策研究J 经济纵横，2011（2）：72757 Karsuhiko Kamiya, Junichi Okuse, Kazufumi Ooishi, Takeshi Koama, Jun kondou, Kunihito Togashi, Yukihiro Minezawa, Satoru Tanaka. Development of In-Wheel Motor System for Micro EV:M. EVS-18CD, Berlin,20018 O.Message, Samuel Gallion. EV drivers: mechatronics challenges and design trend analysisM. EVS-18CD,Berlin,20019 余志生汽车理论M北京：机械工业出版社，2000 10 王望予主编.汽车设计. 北京.机械工业出版社.2006 11 Branislaw Hredzak, Philip S.M.Chin. Design of Electronic Differential and Sliding Mode Controller for a Direct Electric Vehicle Wheel DriveM.EVS-16CD,Beijing,199912 牛礼民等, FSAE赛车悬架系统结构设计. 汽车工程师, 2012 (09).13罗鑫源，杨世文，杨军，王拖连,基于ADAMS的双横臂悬架的仿真及优化. 公路与汽运,2011.9.14侯永涛等, 基于 UG 的双横臂独立悬架运动学分析系统. 农业机械学报，2011(12).15贾宝，梅雪峰, 汽车双横臂独立悬架参数优化与仿真研究. 沈阳航空航天大学学报,2012(06)16孙涛，吕彩琴，王凯，孙经瑞, 汽车双横臂独立悬架的建模与仿真. 信息技术,2011(04)17麻友良电动汽车概论M 北京：机械工业出版社，201218陈家瑞汽车构造(下册) M北京：机械工业出版社，200619 张洪欣.汽车设计M.北京: 机械工业出版社,1999 开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：本课题的设计流程：（1）首先要确定赛车主要框架参数。（2）确定悬架系统类型。（3）对选定的悬架结构进行设计分析。需解决的问题：参照国外 FSAE赛车先进悬架形式，对中北大学 FSC赛车的后独立悬架结构形式进行分析，进行必要运动学动力学计算，以及主要元件设计计算，同时需要确定主要定位参数。研究手段：1.运用大学所学的基本课程为理论基础，以互联网为媒介和载体，了解悬架的结构特点。2.在图书馆和电子阅览室查阅参考文献和其他资料，以对这一课题的研究目的与任务有更深入的了解；3.进行必要的力学分析。4.对相关结构进行设计。5.绘零件图及装配图。毕业设计课题工作进度计划：2月 13日 3月 3日 查阅相关文献，学习相关设计软件，完成开题报告与外文翻译；3月 5 日 3月 10日 完成开题答辩及开题报告修改；3月 13日 4月 7日 学习相关软件，掌握 solidworks、CAD 使用方法；4月 10日 4月 30日 根据收集到的资料进行独立悬架设计；5月 5 日 5月 30日 撰写毕业论文，包括设计说明书；6月 1日 6月 10日 完成设计说明书及图纸初稿、指导教师评阅、定稿毕业设计的评阅；6月 11日 6月 15日 答辩； 开 题 报 告指导教师意见：指导教师： 年 月 日所在系审查意见：系主任： 年 月 日