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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: 汽車與交通工程學(xué)院
專 業(yè) 班 級: 車輛B07-1
學(xué) 生 姓 名: 蘇 傳 建
導(dǎo) 師 姓 名: 崔 宏 耀
開 題 時 間: 2011.3.14
指導(dǎo)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(xué)生姓名
蘇傳建
系部
汽車與交通工程學(xué)院
專業(yè)、班級
車輛B07-1
指導(dǎo)教師姓名
崔宏耀
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(jì)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(dāng)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(dǎo)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(jìn)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(dāng)?shù)摹㈧`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(dāng)?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(xué)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(xué)的研究是在上世紀(jì)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(xué)及彈性運動學(xué)作了詳細(xì)的分析，對車輪定位參數(shù)做了準(zhǔn)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(xué)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(xué)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(jìn)行操縱穩(wěn)定性的評價。阿達(dá)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(xué)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(xué)特性的理論分析作了較為深入的研究。
隨著計算機(jī)技術(shù)和控制理論的發(fā)展，車輛懸架系統(tǒng)動力學(xué)的研究得到進(jìn)一步發(fā)展，人們開始應(yīng)用多體系統(tǒng)動力學(xué)軟件(例如：ADAMS，DADS)建立車輛及懸架系統(tǒng)的復(fù)雜動力學(xué)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(xué)/動力學(xué)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(jī)械CAD設(shè)計、虛擬樣機(jī)仿真技術(shù)為前題,提出運用虛擬樣機(jī)仿真軟件ADAMS里的CAR模塊分析并進(jìn)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(jìn)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(dá)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(jī)的功率，由尾翼，空氣動力學(xué)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(jì)90年代禁止使用微機(jī)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(dāng)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(jìn)，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(yuǎn)，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(dāng)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(zhǔn)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(jìn)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(xué)要求，天氣情況和車手偏好（例如習(xí)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(fù)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(xùn)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(xué)習(xí)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(jìn)一步影響到汽車的行駛車速、燃油經(jīng)濟(jì)性和運營經(jīng)濟(jì)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(jìn)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(dá)國家，所以此次懸架設(shè)計為中國大學(xué)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(jìn)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(jìn)行動力學(xué)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(jìn)行三維建模
（4） 把三維模型導(dǎo)入ADAMS進(jìn)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(jìn)行計算
ADAMS進(jìn)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(jìn)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(zhǔn)備及答辯 第16周（6月13日～ 6月19）
五、參考文獻(xiàn)
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[9]葉鳴強(qiáng),王耘,胡樹根 基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的雙橫臂獨立前懸架振動仿真分析及參數(shù)優(yōu)化, 浙江大學(xué)機(jī)械與能源工程學(xué)院, 2005
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[13]王其東，趙韓，李巖，祝少春，汽車雙橫臂式獨立懸架機(jī)構(gòu)運動特性分析，合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版) 2001
[14]Haug E J Concurrent engineering tools and technologies for mechanical system design 1993
[15] Milliken, William F./ Milliken, Douglas L. Race Car Vehicle Dynamics Society of Automotive Engineers 2005 6
六、備注
指導(dǎo)教師意見：
簽字： 年 月 日