562 大学生方程式赛车设计（前后悬架设计）（（全套CAD图+说明书+翻译+三维图）
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大学生方程式赛车设计（前、后悬架设计）
摘 要
本设计为中国大学生方程式汽车大赛（Formula SAE - China，简称"FSAE"）赛车前、后悬架总成设计。悬架总成是汽车的一个重要组成部分，它的功用是把路面作用于车轮上的垂直反力、纵向反力和侧向反力以及这些反力所造成的力矩传递到车架上，以保证汽车的正常行驶。
本次设计根据大学生方程式汽车大赛的比赛规则及赛车设计具体参数要求，参考各种赛车悬架资料，分析各种悬架类型的优缺点，参考国际国内方程式汽车大赛的赛车设计方案，初选出了多连杆悬架和双横臂悬架，然后进行进一步的分析，并最终确定适合赛车运动的悬架形式---不等长双横臂式螺旋弹簧独立悬架。
设计中运用运动学原理分析各机构运动关系、确定尺寸参数,运用理论力学、材料力学知识计算悬架各部件的受力，以满足各零部件的强度要求。本次设计运用了CAD2008画平面图，并运用UG NX 7.0建立悬架模型，进行运动分析和高级仿真。
关键词：悬架，减振器，导向机构，定位参数，建模，运动分析
- 内容简介：
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20of et 2004; et 2009; et 2004; et 1967)2003; 2000,p. 8; et 1999) 2000). to to et 2003; et 1988)of in on et 1991; et * 613 9905 1258; 613 9905 2 (2011) 611et 2009; et 2006). An in of is of is of is of of of on is as a (is to e 211 2010 to of CT A of at of CT of to of of be CT as an 010 td as In by SO 2009), is 2003; 2008). To be as an be it it to as as of on CT s to to to A of to be to of as a . . . 0, 9 0098 010a a PC of of of to by of of it be to of CT of of CT 2005). et 2006), to to et 2003; 003; et 2003)SO in it is CT of to CT in to of CT is a is of in by of a It to of a of as et 2005, 1980et 2009).A in CT CT is 2008). CT et 2005, a on CT to by 2008). it is of in to of of of et 2008; 2007;et 2009,24p.). 2007)of CT e e to of CT to et (2008) of of in to et (2009,24p.) by by of to of at of to of is a if CT et (2009), to of of a of in of of be CT It of at of CT as of a ve a no C of of . it to of CT to as as of a of 1 4.4 3.0; 21 a a of at D.3 h ( 2003). CT is a 000 m is 0 km/h to No is on to 8 of 50 m, on 0 m at is 1a). to as as as on to 2011) 611on of in SO 2009). on a 900of a in a to of a as of or so of be as to to of by to 2 6 1. (CT et , as as to et 2008;et 2007) to be a 2008)on a 400on a to of of of a of e to a to to . as as to to to an of at a by of e2 on CT a do in CT be (2011) 61113. to CT is by CT an of as as 0an of an as in 00of a CT by CT of of in at on a at an F(4,100) CI to be 2. in (M to M M M M no F (4,104) p of 3. in of F (4,104) p (et (F (1,25) p F (1,25) p a F (1,26) p is as it on in of of CT of A of to be to to be in SO is a to be to dr 1 车道变换测试的灵敏度作为衡量车载系统需求的一种方式 绪论 司机在驾驶的时候被分散注意力是国际公认的一个重要的道路安全问题 ,特别的 ,那些潜在的 分散和降低司机的驾驶注意力的车内部方便的技术如信息，通信 ,娱乐和先进的辅助驾驶技术等 ,已经成为世界性的研究课题和倡议政策 . 设计这些系统的一个重要目的是确保驾驶时不过多的妨碍司机的驾驶任务和驾驶安全 这将是一个巨大的挑战 . 这个目标的实现有赖于在车辆设计和安全评估中有广泛被接受的科学方法 ,包括视觉闭塞 技术和外围检测等方法 准 ,另一个方法，是移线试验 (以下简称 想把 须是有效和可靠的，并且具有高灵敏度 . 本文的重点就是介绍 法的灵敏性。即其分辨不同类型的能分散驾驶员注意力的技术的能力。 机分心 司机分心通常被描述为包含有不同的范围，而不是相互排斥的；例如，视觉，听觉和认知，生物力学（物理）等。这些类型，特别是视觉和认知分心，已经证明损害驾驶性能的不同方面，横向控制和事故检测度量对不同形式的驾驶干扰尤为敏感 已被证明 用增加车道变化来视觉负荷。相反，中等水平的认知负荷已被证明在车道保持性能的影响不大，甚至可以导致更 2 精确的横向控制。此外，认知和视觉任务可以损害事故的检测，但认知的分心也可以影响驾驶员更快更充分地应对事故的能力。 鉴于其目前的发展进入了 准和其在驾驶分心的研究越来越多地被使用， 够测量和区分不同的驾驶分心的影响 ,这是很重要的 . 因此本研究的目的是评估 分视觉与不同层次的需求认知的灵敏性。 道测试 道测试）是一个基于 驾驶模拟，目的是定量测量由于同时进行中的次要任务的 表现而引起的驾驶性能的退化程度 ,它已被广泛用来评估驾驶性能。同时该实验使用了一系列的车载信息系统（ 主驾驶任务提供信息支持（如导航）。此外，高级驾驶员辅助系统（ 应用也直接支持主驾驶任务。此前大量的研究都集中在对 行验证。这些早期的验证测试很多都是作为高级驾驶员注意力度量（ 目的一部分，他们不但发展了 且表明 一个有效，可靠和灵敏度高的的措施。 在随后的研究中，驾驶员发现：导航任务越复杂，在行驶路线变更时，偏离现象就越明显。这表明了 以根据不同的工作 量水平区分不同的次级任务。 最近， 研究工作继续发展，通过提出新的性能衡量标准来扩展其诊断能力。鉴于引起注意力分散原因的的复杂性和多面性，任何评测方法都必须进行多方面测量，以求正确总结车载设备的安全影响，这一点尤为重要。大量的研究已经检测了几种 衡量标准在区分不同类型注意力干扰因素上的灵敏度。 托姆和马库拉 (2007)检测了两个新的 量指标的灵敏度，分别是：车道控制（高通滤波侧部标准差 标志识别（正确的车道百分比 用来区分视觉任务和认知任务。结果表明，两 种注意力分散的类型分别能对 效果带来不利影响。视觉上而非认知上的任务导致对路径控制的下降；认知上而非视觉上的任务影响察觉力，不利于标志识别和响应。 布雅发现，经改编的平均偏差得分，正确变更车道比率和车道变换启动（ 三个衡量指标能够区分一些视觉手工相配合的和听觉上的任务，但不能区别其他类型的任务。 3 最后，为了考虑到任务的持续时间，哈布鲁克等 (2009, 24p.) 检测了每个任务的平均偏差。这个平均偏差由平均偏差得分除以每次运行完成的任务数得到。他们发现，这种修改 后的测量方法与原来的平均偏差分数相比，能够更好地根据不同的复杂度等级区分不同的导航任务。 这些研究表明，在目前提出的 果检测指标中，至少有一些能够灵敏地测出不同类型的注意力分散产生的不同效果。然而，一些其他的 标被研究人员和政策系统开发商越来越多地应用在论证 统的设计和安全问题方面。但我们仍然需要确定这些指标是否也能灵敏地检测出任务的不同。 本项研究扩展了上述研究结果。原因主要是：检测出了最近提出的一系列 向控制和事件检测参数（标志间车道保持波动，正确变更车道百分比 ，车道偏移数，车道变换启动（ 平均转向角）在根据不同层次需求区分视觉手工配合的任务和认知任务时的灵敏度。 本项研究结果可以为以下讨论提供资料，诸如哪些 量指标适合使用，哪些哪些可能需要进一步细化。本研究也丰富了越来越多此类旨在建立一套 理测量特性，使其发展为一项 准的研究。 法 计 本研究采用重复测量设计，有一个独立的，可变的任务条件。其中有五个层次：一个基线（无次要任务）条件和四个次要任务条件：视觉容易，视觉困难，认知容易和认知困难。参与者通过操作 本的 成四项次要任务条件。关于次要任务条件的更多详细信息请参阅 这些次要任务条件相结合使得检测 区分不同等级的需求以及不同类型的注意力分散（干扰条件）方面的能力成为可能。 与者 二十七名持有有效驾驶执照的司机参加了这项研究。参与者中有 16 人是男性， 11 人是女性，平均年龄为 岁（标准差 (= 围 =21 岁 31 4 岁）。除了一名参与者持有试用驾照（在前 4 年独立驾驶期间颁发，有明确的乘客、手机和汽车动力限制规定）之外，所有参与者均持有有效驾照。参与者取得 试用驾照的平均年龄为 岁（标准差（ =每周平均驾驶时间为 时（标准差（ =。 参与者是通过校园告示板、实时通讯、莫纳什招聘网站和当地报纸选用的。本研究的伦理批准由莫纳什大学人文研究伦理问题常委会 (权。参加者报销其时间和交通费用。 料 动任务 驾驶性能通过使用 一条 3000米直的三车道公路组成。速度通过这个系统被限制于 60公里 /小时 ,期间 参与测试者被要求停留在整个驱动器里面。没有其他 交通出现在路上。司机被要求通过 18个 出现在平均每隔 150米路两边的信号 来 改变车道。信号是空白的，直到出现 40 此时车道变化信息是鉴于 (图 1)。 图 1 参与者被指示尽快改变车道，当他们看到出现在信号上的信息时。参与者不需要在到达换车道标志之前提前完成他们的车道变换。 这个设置的测试取材于一系列 (009)。 这 视觉场景在1900年的一个液晶显示器上被提出。控制仿真是通过一个罗技的莫莫力反馈游戏方向盘和油门和制动踏板来实现。参与者坐在 一个高度可调的椅子 ,椅子 5 和踏板位置近似一个真正的车辆。 要任务 两个代理视觉手册和认知 每个都有两个层次的难度。人工或代理车载信息系统 (务是用这样级别的任务需求以便于可以系统地操纵。 觉人工任务 代理参考任务 (苏尔特 v 2 1)受控于视觉人工任务。任务要求参与者在相似视觉，小的干扰 循环 (视觉需求 )当中 来搜索一个更大的目标 循环和使用键盘箭头键来选择屏幕的中包含的一部分目标 (手动需求 )。 任务难度 (容易 ,困难 )是通过改变干扰项圈相对与目标圈的 尺寸和增加可能出现目标的屏幕部分的数量来实现 (容易 =2区域 ,难 =6个区域 )。 对于简单的情况 , 目标循环是干扰循环的两倍 ,然而对于困难的情况，目标循环比干扰循环大15%。苏尔特的一个示例显示被包含在图 1 b。 视觉任务是半自学的 ,即参与者可能花同样多的时间来让他们的选择 ,但是 当下一个刺激呈现出来的时候软件会被控制 如 ,2008;2007),同时被认为是一个满足 (永利和理查德森 ,2008)。视觉辅助工作呈现在司机 左边的一个仪表盘屏幕上 ,位于他们正常视野 范围内的 30(横向和纵向 )并且触手可及。 知任务 认知任务是由一个解决任务的数学难题 , 涉及基本的加法组成 ,再有两个难度水平 容易 和困难。 随机数是使用 过一个耳机，大声念给参与者。对于简单的难度水平 ,参与者被要求添加到 5，并且大声回应。对于困难的难度水平 ,参与者被要求 增加到 7。 这个任务是半自学的 ,即参与者给予足够的时间需要对每一个问题进行回应 (自控节奏 ), 但该系统在前一个反应给出之后会立即提出下一个问题 (系统节奏 )。这个任务 在实验前被广泛的指导 ,来确保在 简单和困难水平中 有一个适当程度的困难和分化。 程 6 到达会议时 ,参与者完成了一个人口问卷调查。然后 ,他们得到了一个口头解释的 其次是静态的 (没有 践和 基线实验的可视觉和认知的次要任务。 参与者完成 1践驾驶，然后是 6个 试运行 :基线 、 视觉简单 、 视觉硬、认知容易 、 认知 困难和最后一个基线试验。 在每个一心二用地开车之前 , 参与者被指示 “集中你的注意力 安全驾驶 ,但是不要忽略次要任务 ”。视觉和认知次要任务的顺序是通过参与者提出频传适应 任何实践效果来达到平衡的。 据分析 向控制措施 均偏差 司机横向偏差的平均得分是与 后者 是自动计算分析软件 差分数计算出每个运行在整个长度的驱动 (标准平均偏差分数 ),以及直线路段之间车道变化 (10米的前后变化 ),后者在车道改变影响下 提供了一个额外测量横向控制。参与者犯了一个错误的换车道例子被排除在直线部分分析，因为他们过度膨胀了 这个偏差得分。 均转向角 使用 标准 均转向角度数 (相当于1/400的一个完整的圆 )是计算出每一整个 路转移 在每一次运行中，车道的偏移数量通过检查由 一个车道偏移被定义为 7 件检测措施 道改变起始 联芯国际企业代表了换车道信息呈现在一个标志上的距离和司机实际上启动了换车道的距离之间的不同 联芯国际企业代表一个事件检测措施。 确的车道变化百分比 在每次运行里正确运算的 线路改变百分被计算作为一个措施来体现参与者正确回应线路改变命令的能力。此外 ,该类型由司机所犯的车道改变错误会被定性检查。两种类型错误会被检查 :错过了车道变化 (司机继续朝直方向驾驶而没有改换车道 )和错误的车道变化 (司机执行换车道 ,但是错误的车道 )。 级任务表现 主要任务完成时间 (以毫秒为单位 )是计算视觉和认知次要任务 ,以检查任何潜在的性能权衡整个二级和 使用 析。单向重复测量方差分析 (方差分析 )被用来比较所有 除了正确的车道变化百分比 )。 由于损坏的数据文件，意味着偏差和 温室变更被制作用于直接部分的主要偏差和用最小显著差别 (算出成功的比较 。正确的百分比换车道数据不是正态分布 ,因此 ,分析了使用非参数弗里德曼测试。描述性分析变换车道的错误 (错过与错误的 被承担。两个基线运行任何措施没有被发现明显的误差 ,因此这些数据被组合成 一个基线条件 (p . 05)。结果被改正是因为必要 使用 温室 球形违规 。 果 向控制措施 均偏差 整个传动和直线段的平均偏差分数呈现在图 8 图 3均偏差在整个驱动整个任务条件差距显著 (F(4,100) = p . 05)。 平均数量为每个驾驶状态 的车道远行的平均数量显示在图 3。 图 3道远足数量方面的显著差异被发现在条件 (F(4104)=p . 05)。 改变错误 (错过或不正确的变化 )。 不正确车道改变的百分比反正在归属于每一个错误类型的每个条件下被包含在图 标 1 内。 这种分析显示的小百分比的车道改变错误了 ,大多数由错过巷的变化 ,表明一个失败检测到信号而不是误解它。这个错误类型是困难任务条件中很常见和略多普遍当在执行认知任务的时候。 级任务绩效 10 两个独立的分析 旨在研究两个次级任务的任务完成时间（没有驾驶）和当完成 2(基线 ,以 2(容易 ,困难 )重复测量方差分析(行对于视觉任务和认知任务分别。由于技术问题 ,视觉任务数据没有被参与者记录。 觉 平均完成时间每个视觉显示和底线和 。没 有明显的相互作用任务难度和条件之间被发现 (F(1、 25)? p . 05);然而 ,重要的主要影响发现条件 (F(1、 25)? p . 05), 也没有显著的条件的平均影响(F(1、 26)=p . 05)。后者的结果是有趣的 ,因为它表明 ,司机没有交换认知任务的性能来支持驾驶任务。 4 讨论 当前的研究评估了几个最近 向控制和事件提出检测参数的能力来区分视觉手册和认知代理 务的不同层次需求。许多横向控制指标被 11 认为是对 任务不同点很敏感 ,但是事件检测指标都不太能区分任务之间的不同。这些结果有可能对于包含的 准的电池指标有重要影响。横向控制是一种常用的驱动性能措施 ,已被证明是对几种形式司机损伤很敏感 。 按照目前 向控制指标 ,总体平均车道偏差测量确认这个措施是对微分的影响视觉和认知转移。正如预期的那样 ,整体平均偏差分数最高的司机开车时执行视觉次要任务 ,均明显高于认知容易和基线条件。两个认知任务的平均偏差分数均明显高于基线条件 ,虽然这些任务的影响在横向控制方面比视觉任务较少。 任务难度而言 ,有一个趋势 ,平均偏差分数较高的 艰苦任务条件比容易 条件 ;然而 ,这种差异不显著。为什么平均偏差测量是不敏感的任务需求的差异不是完全清楚。平均偏差结果相符的过去在这个领域的研究 ,它表明 ,加负载增加车道保持变化 ,而认知二次任务的影响不大 ,或者没有效果 , 在车道保持性能 (et ,2005; 格林伯格 et ,2003;et ,2008)。减少车道保持成绩时期的视觉手册的需求被认为是结果。至少对于视觉任务，昏迷可能源于自然的苏尔特任务的使用。这个不同程度的复杂性主要来源于该任 务持续时间的差异 ,而不是更大或更小数量的认知资源。当参与者被不断从事苏尔特任务 (即下一个刺激立即完成后另一个 ),这不是意外 , 个人任务持续时间的差异在简单的和困难的条件不反映在驾驶分数。它不太可能是由于水平的任务困难使用 ,这是显示在广泛的驾驶进行该试验之前已经足够不同的感知水平的需求。 平均偏差结果普遍符合的过去在这个领域的研究 在这个领域的研究 ,它表明 ,视觉手动 增加负载增加车道保持变化 ,而认知次级任务的影响不大 ,或者没有效果 ,在车道保持性能的条件下。 在视觉手册需求的时期，减少车道保持性能被认为源于转向错误的加 强。当视觉注意力转移 路上 ,司机倾向于保持一个固定的转向角 ,使更少的微操舵纠正 ,可反过来导致巷 编织和远足。与苏尔特任务相关联的手工需求可能还会导致了车道保持变异的增加。认知需求 ,然而被认为有更少的影响车道保持由于视觉的影响隧道。 et 2005)发现 ,当执行认知任务时，司机的视觉扫描模式改变 ,这样就增加了他们的目光集中向道路的中心。这导致一种改进的跟踪响应和降低横向偏差。一个类似模式 的 结果发现了道路延伸的平均数量。最多数量的车道远足 (任何部分车辆外正确的车道 )被发现的视觉硬条件 ,这是 明显高于一切其他的双重条件和基线条件。认知和视觉容易任务中的道路冲程数量高于比基线的。这些结果表明 ,车道 偏移测量至 12 少是有点敏感于任务类型和层次差异需求的不同点。其他两个横向控制指标似乎对视觉体力和认知任务的不同层次需求拥有有限的灵敏度。发现无显著差异在任务意味着转向角。一些差异也被发现在直线平均偏差措施的任务中 ,并且 只有视觉和认知容易任务不同于其他 (尽管模式的趋势是在预期的方向 )。两个事件检测指标检查也会出现有限的灵敏度对于不同的 务。没有显著差异被发现在正确车道改变措施比例的任务。车道改变起始 ( 代表一个事件检测测量和之前的研究发现 ,司机发现和应对能力任务的能力(格林伯格 et 003;斯特雷耶和德鲁斯 ,2004;斯蒂尔 et 003)。不仅一些差异被发现于任务中 ,而且 数在基线条件中比双任务条件中长。这表明受试者服用更少的时间来启动他们的车道改变当执行另一个的任务比不分心 ,这一发现与其他 究。车道改变起始措施的结果 是 非常意外的。司机可能 ,因此 ,可以预见巷调节他们的行为改变事件 ,与二次相应的任务 ,这样他们的响应这些事件不是退化 ,甚至可能是改善如果他们分配更高 的优先驾驶任务。实际上 ,当观察参与者完成 个过程时 ,实验者指出 ,许多参与者在调节他们的次级任务的配合，这样他们可以在道路的变化后立即执行任务。 虽然其他的研究已经发现 ,司机困难应对事件干扰时 ,这些事件通常被意想不到的或未预料到的 (克劳尔 et ,2006;流浪者 et ,2003。 司机检测和响应事件的能力可能较少受影响与次级任务的配合 ， 如果这些事件是受到期望的话。这个解释也可能占的百分比 ,为什么正确车道变化非常高在一心二用地条件。该研究数据也影响 被声明作为 案标准的 示。 一个可能同 时影响横向控制和事件检测结果的重要因素是给予参与者的车道改变指令。符合 准草案 (007),参与者在当前的实验被要求改变车道 ,就尽快可能换车道后信息出现在签署。不同于其他 验采用的指令 (例如 ,et ,2007;2009),当前的参与者没有要求去完成他们的车道变换当他们达到换车道标志的时候。而使用的指令当前的研究导致了更多的渐进的、也可以说是更自然的道路变化 ,它确实有效果诱导更高的意思偏差值比在其他的研究已经发现 ,可能不一致 。 这些更加渐进的车道改变操作可能减少 了 使它对于次级任务不同的影响不太敏感。使用不同的车道改变指令来提高水平的任务需求可能 认 均偏差标准被指定在 这个是非常 13 重要的。事实上 ,这一标准没有达到任何试验 ,包括最后的底线驱动 (平均偏差=。 相对更高的平均偏差分数在研究过程中发现被认为是由于给出说明的结果 ,而不是缺乏任务的实践。还应该考虑到 因为它代表一个车道改变策略 ,不是一个真实发生在真正 驾驶中的描述。我们结果突出的潜在意涵不一致的解释 包括是否需要变道完成司机到达之前签署。 另一个方法论的问题是使用人工代理 务。虽然这些任务允许需求水平强加的次要任务是容易和系统 操纵 ,可以认为他们强迫节奏的自然不整合与实际 务 ,通常是自学的。一个试图克服这种限制通过使代理 务变成半自主步调的方法出现了 ,借此 ,司机可能只需要做出他们的回应 ,但新任务的呈现是被系统所控制的。它是重要的 ,然而 ,这的敏感性指标 ,进一步分析用真实 的 务为了看看效果上自学交互司机的任务分配策略和驾驶性能。最后 ,本研究采用一个相对较小的和同质的参与者样本，并且 广泛驾驶人口的程度是有限的。因此 ,进一步研究研究的有效性和灵敏度的 须采用一个更广泛的样本的参与者从一个范围的驾驶和 人口的背景 ,可能有不同的应对能力与二级任务要求而驾驶。 5 结论 鉴于其作为一个 准的发展 ,来越被研究者和政策制定者用来得出有关车载系统的设计和当驾驶时候使用可接受性的结论。虽然这是一个积极的步骤 ,它是很重要的建立的指标用于得出此种 结论是敏感的一系列的驾驶和二级任务要求。本研究试图建立最近几个 向控制和事件检测指标对于 视觉指南 和认知任务 的灵敏度 不同程度需求的影响程度的灵敏度。许多 标的检查 ,特别是事件检测指标 ,证明本研究敏感性差。这可能是由于 或者也可能是一个事实使用的指令。超出评估 一个贡献本文演示的重要性 ,令和方式他们可以改变级别的需求所要求的任务 ,因此 ,获得了结果。目前 ,尚不清楚 令，有关它的定义属于开放性的。事实上 ,不同的研究人员使用不同的换车道指令 ,用显著的影响在 结果上。认知任务的使用是改编自 一个 作为她的博士学位研究来进行一个任务。 14 确认 这项研究是由澳大利亚联邦通过合作研究中心的先进汽车技术建立的。随着 例如 .,使用一个自适应路径轨迹模式而非规范性模型在计算平均偏差 ;009),提供清晰和明确的车道 改变指令将 对于 增加为一个 计和安全评估工具是非常重要的。 毕 业 论 文 题目 大学生方程式赛车设计 （前、后悬架 设计 ） 2013 年 05 月 30 日 1 大学生方程式赛车设计（前、后悬架设计） 摘 要 本设计为中国大学生方程式汽车大赛 （ 称赛车前、后悬架总成设计。悬架总成是汽车的一个重要组成部分，它的功用是把路面作用于车轮上的垂直反力、纵向反力和侧向反力以及这些反力所造成的力矩传递到车架上，以保 证汽车的正常行驶。 本次设计根据大学生方程式汽车大赛的比赛规则及赛车设计具体参数要求，参考各种赛车悬架资料，分析各种悬架类型的优缺点， 参考国际国内方程式汽车大赛的赛车设计方案，初选出了多连杆悬架和双横臂悬架，然后进行进一步的分析， 并最终确定适合赛车运动的悬架形式 设计中运用运动学原理分析各机构运动关系、确定尺寸参数 ,运用理论力学、材料力学知识计算悬架各部件的受力，以满足各零部件的强度要求。本次设计运用了 平面图，并运用 X 立悬架模型 ，进行运 动分析和高级仿真。 关键词： 悬架， 减振器， 导向机构，定位参数， 建模，运动分析 2 to ) is an of is to on on as as by to in to s to of to of of of of to of of s of to of on of as as on of of of of to 3 of to G .0 符 号 说 明 M 汽车总质量， 轴距， 1 前轮距， 2 后轮距， mm 最小离地间隙 , 1 满载时前轴负荷分配 , N 满载时后轴负荷分配 , N R 车轮半径， 轮胎宽度 ,mm k 动载系数 ,1 附着系数， 主销后倾角 , 主销内倾角 , 车轮外倾角 , C 主销偏置距 , N 弹簧有效圈数 ,1 1 前悬架偏频， 2 后悬架偏频， 5 目 录 第一章 绪 论 . 1 事简介 . 1 事意义 . 1 析各种悬架类型优缺点 . 2 述 . 2 架分类及优劣分析 . 3 第二章 前、后悬架设计 . 7 定悬架类型 . 7 车悬架设计要求分析 . 9 定车轮定位参数 . 9 定悬架参数 . 10 架静挠度 . 10 架动挠度 . 10 向机构的设计 . 11 架尺寸设计 . 14 力分析及强度校核 . 18 面不平路况 . 19 速制动的车况 . 20 弯的车况 . 21 第三章 减震器设计 . 28 簧设计计算 . 28 悬架弹簧设计 . 28 悬架弹簧设计 . 28 震器设计及计算 . 29 悬架减震器设计 . 29 悬架减震器设计 . 30 第四章 横向稳定杆设计 . 31 述 . 31 6 向稳定杆设计及计算 . 31 悬架稳定杆设计 . 31 悬架稳定杆设计 . 32 第 五章 建立模型，运动分析 . 33 第六章 结 论 . 36 参考文献 . 37 致 谢 . 38 1 第一章 绪 论 事简介 中国大学生方程式汽车大赛（简称 “中国 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。各参赛车队按照赛事规则和赛车制造标准，在一年的时间内自行设计和制造出一辆在加速、制动、操控性等方面具有优异表现的小型单人座休闲赛车，能够成功完成全部或部分赛事环节的比赛。 2010 年第一届中国 中国汽车工程学会、中国二十所大学汽车院系、国内领先的汽车传媒集团 易车（ 合发起举 办。中国持 “中国创造擎动未来 ”的远大理想，立足于中国汽车工程教育和汽车产业的现实基础，吸收借鉴其他国家 事的成功经验，打造一个新型的培养中国未来汽车产业领导者和工程师的交流盛会，并成为与国际青年汽车工程师交流的平台。中国 力于为国内优秀汽车人才的培养和选拔搭建公共平台，通过全方位考核，提高学生们的设计、制造、成本控制、商业营销、沟通与协调等五方面的综合能力，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进行长期的人才积蓄，促进中国汽车工业从 “制造大国 ”向 “产业强国 ”的战略方向迈进。 中国 一项非盈利的社会公益性事业，利在当代，功在未来。项目的运营和发展结合优秀高等院校资源、整车和零部件制造商资源，获得了政府部门和社会各界的大力支持以及品牌企业的资助。社会各界对项目投入的人力支持和资金赞助全部用于赛事组织、赛事推广和为参赛学生设立赛事奖金。 事意义 目前，中国汽车工业已处于大国地位，但还不是强国。从制造业大国迈向产业强国已成为中国汽车人的首要目标，而人才的培养是实现产业强国目标的基础保障之一。大学生方程式赛车活动将以院校为单位组织学生参与， 2 赛事组织的目的主要有 :一是重点培养学生的设计、制造能力、成本控制能力和团队沟通协作能力，使学生能够尽快适应企业需求，为企业挑选优秀适用人才提供平台；二是通过活动创造学术竞争氛围，为院校间提供交流平台，进而推动学科建设的提升 ;大赛在提高和检验汽车行业院校学生的综合素质，为汽车工业健康、快速和可持续发展积蓄人才 ,增进产、学、研三方的交流与互动合作等方面具有十分广泛的意义。毫无疑问，对于对汽车的了解仅限于书本和个人驾乘体验的大学生而言，组成一个团队设计一辆纯粹而高性能的赛车并将它制造出来，是一段极具挑战，同时也受益颇丰的过程。在天马 行空的幻想、大脑一片空白的开始、兴奋的初步设计、激烈的争执、毫无方向的采购和加工、无可奈何的妥协、令人抓狂的一次次返工、绞尽脑汁的解决难题之后，参与者能获得的不仅仅是 G 及焊接、定位、机加工技能 ,更有汽车工程师的基本素养和丰富实践经验。 与此同时，管理和运营整个团队让未来的企业管理者接受了一次难度十足的锻炼。 事也给了汽车厂商发现优秀人才和创意想法的机会。 河南科技大学是一所具有悠久历史的综合性大学，而车辆工程是学校的老牌专业，这次 河南科技大学 组织车队参赛对 于整个 学校来说 是个提升知名度的有效契机， 也是对外交流，提升自身技术的最佳时机， 我们车辆专业将不负众望， 努力尽自己的一份力，争取在比赛中取的好成绩， 为学校建设一流大学做出重要贡献。 析各种悬架类型优缺点 1 概述 悬架是保证车轮与车桥或车架与车身之间具有弹性联系并能传递载荷、缓和冲击、衰减振动以及调节汽车行驶中的车身位置等有关装置的总称。主要组成为：弹性元件、减振器、导向机构、横向稳定器、缓冲块。 悬架系统设计需满足下述要求： 1、 通过合理设计悬架的弹性特性及阻尼特性，使其具有合适的衰减振动能力以保证汽车 有良好的行驶平顺性； 2、 合理设计导向机构以保证力与力矩的可靠传递，并满足汽车具有良好的操纵稳定性的要求； 3 3、 导向机构的运动应与转向杆系的运动相协调，避免发生运动干涉，否则可能引发转向轮摆动； 4、 汽车制动或加速时要保证车身稳定，减少车身纵倾，转弯时车身侧倾角要合适； 5、 结构紧凑、占用空间尺寸小，尤其悬挂部分质量尽量小； 6、 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； 7、 便于布置， 轿车设计中特别考虑给发动机及行李箱留出足够空间； 1 悬架分类及优劣分析 根据两侧车轮垂直运动是否关联分非独立悬架和独立悬 架。 一、非独立悬架 非独立悬架的左右轮装在一根整体的刚性轴或非断开式驱动桥的桥壳上， “非独立 ”名称由此而来。其典型结构如图 1示。 图 1独立悬架 图 1立悬架 非独立悬架的优点有：结构简单，制造、维护方便，经济性好；工作可靠，使用寿命长；车轮跳动时，轮距、前束不变，因而轮胎磨损小； 缺点是：占用空间大，簧下质量大；当两侧车轮跳动不一致时会相互影响，行驶平顺性低；在不平路面直线行驶时，由于左右轮跳动不一致而导致的轴转向会降低直线行驶的稳定性。 非独立悬架主要用在质量大的商用车以及某些乘用车的后悬架上。 二 、独立悬架 与非独立悬架相比，独立悬架具有如下优点： (1)一定变形范围内左右车轮可单独跳动互不影响，可减少车身的倾斜和振动； (2)非悬挂质量小； (3)占用横向空间少，便于发动机布置，可以降低发动机的安装位置，从而降低 4 汽车质心位置，有利于提高汽车的行驶稳定性； (4)易于实现驱动轮转向。 独立悬架又有多种结构型式，主要有： 1、 横臂式独立悬架 横臂式悬架是指车轮在汽车横向平面内摆动的独立悬架，按横臂数量的多少又分为双横臂式和单横臂式悬架 。 (1) 单 横臂式独立悬架 图 1横臂式独立悬架 图 1横臂式独立悬架 单横臂式具有结构简单，侧倾中心高，有较强的抗侧倾能力的优点。但当车轮跳动时会使主销内倾角和车轮外倾角变化大，故不宜用作前悬架。随着现代汽车速度的提高，侧倾中心过高会引起车轮跳动时轮距变化大，使轮胎相对地面侧向滑移，轮胎磨损加剧，故多应用在后悬架上，但由于不能适应高速行驶的要求，目前应用不多。 (2) 双横臂式独立悬架 等长双横臂式悬架在其车轮作上、下跳动时，可保持主销倾角不变，但轮距却有较大的变 化，会使轮胎磨损严重，故已很少采用。不等长双横臂式悬架在其车轮上、下跳动时，只要适当地选择上、下横臂的长度并合理布置，即可使轮距及车轮定位参数的变化量限定在允许范围内。这种不大的轮距改变，不应引起车轮沿路面的侧滑，而为轮胎的弹性变形所补偿。因此能保证汽车有良好的行驶稳定性。 双横臂悬架一般用作轿车的前、后悬架，轻型载货汽车的前悬架、高级轿车后悬架，以及要求高通过性的越野汽车的前、后悬架。 2、 车轮沿主销移动的悬架（包括烛式悬架和麦克弗逊式独立悬架） (1) 烛式悬架 烛式悬架的结构特点是车轮沿着刚性地固定 在车架上的主销轴线上下移 5 动。烛式悬架的优点是：当悬架变形时，主销的定位角不会发生变化，仅是轮距、轴距稍有变化，因此特别有利于汽车的转向操纵稳定和行驶稳定。但缺点是汽车行驶时的侧向力会全部由套在主销套筒的主销承受，致使套筒与主销间的摩擦阻力加大，磨损也较严重，因此已很少采用。 图 1式悬架结构图 图 1克弗逊悬架结构图 (2) 麦克弗逊式独立悬架 麦弗逊式悬架是绞结式滑柱与下横臂组成的悬架形式，减振器可兼做转向主销，转向节可以绕着它转动。其构造简单 ，布置紧凑，并且几乎不占用横向空间，有利于发动机布置。当车轮跳动时，其轮距、前束及车轮外倾角等均改变不大，减轻了轮胎的磨损，也使汽车具有良好的行驶稳定性。 缺点是：悬架运动特性的可设计性不如双横臂悬架；需采取相应措施隔离振动、噪声；减振器的活塞杆与导向套之间存在摩擦力，使得悬架的动刚度增加，弹性特性变差；对轮胎的不平衡较敏感；减振器紧贴车轮布置，其间空间很小，有些情况下不便于采用宽胎或加装防滑链。 所以在有些情况下双横臂悬架有较大的优势。 麦克弗逊悬架最佳的应用场合是前置前驱动微型和普通级轿车的前悬架，近年来 出厂的前置前驱动轿车大多采用了这种布置方式。 3、 纵臂式独立悬架 纵臂式独立悬架是指车轮在汽车纵向平面内摆动的悬架结构，又分为单纵臂式和双纵臂式两种形式。 纵臂式独立悬架具有如下优点：结构简单；占用垂向及横向空间小；纵臂的转动点同时也构成了悬架的纵倾中心； 纵臂的转动轴线与地面平行时（实际结构中大部分如此），轮距以及车轮的前束和外倾角不随车轮的跳动而变化。 6 单纵臂式悬架当车轮上下跳动时会使主销后倾角产生较大的变化，因此单纵臂式悬架不用在转向轮上。双纵臂式悬架的两个摆臂一般做成等长的，形成一个平行四杆结构，这样 ，当车轮上下跳动时主销的后倾角保持不变。双纵臂式悬架多应用在转向轮上。 纵臂式悬架，转向时后轴外侧悬架加载，内侧减载，使得两后轮到前轴距离发生变化，类似轴转向效应，增加了过度转向的趋势，故不适合在转向要求精确地高速赛车上。 图 1纵臂式悬架 图 1纵臂式悬架 4、 车轮在汽车斜向平面内摆动的悬架（单斜臂式独立悬架） 单斜臂式独立悬架是介于单横臂和单纵臂之间的一种悬架结构形式。其摆臂绕与汽车纵轴线具有一定交角（ 0 90 ）的轴线摆动，选择合适的交角可以满足汽车操纵稳 定性要求。这种悬架适于做后悬架 。 图 1斜臂式后悬架 7 第二章 前、后悬架设计 定悬架类型 独立悬架的结构特点是两侧的车轮各自独立地与车架或车身弹性连接，因而具有以下优点： 1、在悬架弹性元件一定的变形范围内，两侧车轮可以单独运动，而互不影响，这样在不平道路上行驶时可减少车架和车身的振动，而且有助于消除转向轮不断偏摆的不良现象。 2、减少了汽车的非簧载质量，因而减小了悬架所受到的冲击载荷，可以提高平均车速，这一点对赛车来说尤为重要。 3、使汽车重心下降，提高行驶稳定性，同时能给予 车轮较大的上下运动空间，因而可以将悬架刚度设计得较小，使车身振动频率降低，以改善行驶平顺性。 但是独立悬架结构复杂，制造成本高；保养维修不便；在一般情况下，车轮跳动时，由于车轮外倾角与轮距变化较大，轮胎磨损较严重。 本赛车采用当今方程式赛车普遍使用的悬架结构，故采用独立悬架。独立悬架有多种形式，基于方程式赛车特点，选用双横臂独立悬架。 采用此种悬架，主要优点是设定前轮定位参数的变化及侧倾中心位置的自由度大，悬架控制臂的长度可自行设定，便于优化转向机构达到很好的转向特性。缺点是结构复杂，造价高，并且由于赛车采 用较大的弹性刚度，双横臂悬架运动空间不足的特点也不造成很大影响。 综合而论，双横臂独立悬架的基本性能还是优于其他形式的悬架结构。双横臂式独立悬架侧倾中心高度比较低， 上、下横臂长度之比为 0. 660. 70时，车轮平面倾角变化小于 5 6，单个车轮上轮距的改变量应不大于 45胎弹性变形的允许尺寸） 不会引起轮胎磨损 ， 并且能自适应路面，轮胎接地面积大，贴地性好，抓地性能好，路感清晰。 上下横臂均采用叉臂，构成三角形具有很强的稳定性 。 横向力由两个叉臂同时吸收，因此横向刚度大，抗侧倾性能优异。这使得支柱减 震器不再承受横向作用力，而只应对车轮的上下抖动，因此在弯道上具有较好的方向稳定性。 8 上下两个 A 字形叉臂可以精确的定位前轮的各种参数。 设计灵活，可以通过合理选择空间导向杆系的铰接点的位置及导向臂的长度，使得悬架具有合适的运动特性（亦即当车轮跳动或车身侧倾时，车轮定位角及轮距的变化能尽量满足设计的要求），并且形成恰当的侧倾中心和纵倾中心。 减振器采用双向作用筒式减振器，弹性元件为螺旋弹簧，优点：无需润滑，不忌污泥，纵向空间小，本身质量小，广泛用于独立悬架。 双横臂式独立 悬挂运动性出色，为法拉利、玛莎拉蒂等 超级跑车所运用 。也广泛运用于 各种赛车上。 图 2拉利 车 因此本赛车前、后悬架均采用 不等长双横臂式螺旋弹簧独立悬架 。 图 2次设计的赛车 9 车悬架设计要求分析 1、 悬架的所有接合点必须可以被技术检查官员看到，无论是可以直接看到或是通过移动覆盖件来实现。 2、 离地间隙：有车手时至少有 态间隙。 3、 车轮裸露，悬架可见。 4、 轴距 为 1680右。 5、 前轮距为 1199右，后轮距为 1149右。 6、 侧向稳定性：任意方向倾 60 度相当于 轮不能翻滚 ，测时坐最高车手 。 要求：质心确定，轮距，轴距足够。 7、 进气与燃油控制系统的部件，必须安装在外框以内。（外框：仿滚架顶部到四车轮的外缘） 8、 偏频在适合人体范围内，阻尼衰减快，车身刚度大。 9、 各零部件强度足够，满足安全性。 10、 与其它机构的协调性，避免干涉。 11、 紧固件：使用的紧固件满足公制 要求，紧固件使用锁紧装置防松，可调节的杆件端头必须用锁紧螺母固定以防松。 定车轮定位参数 前轮定位参数功用 保证转向轮有自动回正作用，以保证汽车直线行驶。 主销后倾角 ：主销轴线和地面垂线在汽车纵向平面内的夹角。一般=1 3。主销后倾角大，稳定力矩过大，转向沉重，由于赛车无转向助力，故要求 不能太大，且赛车轮胎气压低与路面的接触点后移，故取 =0。 主销内倾角 ：主销轴线和地面垂线在汽车横向平面内的夹角。 功用：转向后能自动回正。并使转向操纵轻便。 车轮绕主销旋转时，必须与主销轴线垂直，这将使车轮克服重力抬高相应高度，在重力作用下，自动回正。 主销偏置距 C：主销轴线与地面的交点与轮胎接地点之间的距离。 10 如 C 缩小，即 增大，可减少路面作用到前轮上的阻力矩，使转向轻便。 但 不能过大，否则，将增大车轮的滑转。 0 8 ， 4 0 6 0c 。取 =0，c=50 车轮外倾角 ：车轮平面与纵向垂直平面的夹角。 功用：定位作用，防止偏磨损；减轻轮毂外轴承和紧固螺母的负荷。 =1 2。可由转向节的设计来保证。 =0。 前轮前束：两轮前边缘距离之差。 功用：在于抵消行驶中因前轮倾斜而造成的前轮越滚越近的趋势。 可通过改变 横 拉杆的长度来保证。前轮前束取 定悬架 参数 架静挠度 对于大多数汽车而言，其悬挂质量分配系数 =而可以近似地认为 =1，即前后桥上方车身部分的集中质量的垂直振动是相互独立的，并用偏频 1n ， 2n 表示各自的自由振动频率，偏频越小，则汽车的平顺性越好。用途不同的汽车，对平顺性的要求是不一样的。轿车对平顺性的要求最高，客车次之，载 货车更次之。由前面得各种车型车身固有频率的实用范围为：货车 行客车 级轿车 1 取 n= 悬架的工作行程由静挠度与动挠度之和组成。 由 式中 悬架静挠度（ 得悬架静挠度： 25 c 2 5 2 （ 2 架 动 挠度 11 悬架的动挠度是指悬架从满载静平衡位置开始压缩到结构允许的最大变形 (通常指缓冲块压缩到其自由高度的 1/2 或 1/3) 时，车轮中心相对 车架 (或车身 )的垂直位移。要求悬架应有足够大的动挠度，以防止在坏路面上行驶时经常碰撞缓冲块。一般：动挠度，轿车： 7 9 大客车： 5 8 货 车：6 9故选择动挠度为 8： 0为了得到良好的平顺性，应当采用较软的悬架以降低偏频，但软的悬架在一定载荷下其变形量也大，对于一般赛车而言，悬架总工作行程（静扰度与动扰度之和）应当不小于160而dc =250+80=33060符合要求 。 向机构的设计 一、 侧倾中心 双横臂式独立悬架的侧倾中心由如图 5示方式得出。将横臂内外转动点的连线延长，以便得到极点 P，并同时获得 P 点的高度。将 P 点与车轮接地点 N 连接，即可在汽车轴线上获得侧倾中心 W。当横臂相互平行时， 出与其平行的通过 N 点的平行线，同样可获得侧倾中心 。 图 2横臂式独立悬架侧倾中心悬架 W 的确定 图 2臂相互平行的双横臂式独立悬架侧倾中心 W 的确定 12 本次设计采用相互平行的双横臂布置。 二、 纵向平面内上、下横臂的布置方案 上、下横臂 轴抗前俯角的匹配对主销后倾角的变化有较大影响。图 5中横坐标为（主销后倾角）值，纵坐标为车轮接地中心的垂直位移量 Z。角度的取值见图注，其正负号按右手定则确定。 图 21、 2的匹配对 的影响 为了提高汽车的制动稳定性和舒适性，一般希望主销后倾角的变化规律为 ：在悬架弹簧压缩时后倾角增大；在弹簧拉伸时后倾角减小，用以造成制 动时因主销后倾角变大而在控制臂支架上产生防止制动前俯的力矩。 1 方案：弹簧压缩后倾角增大，拉伸时减小； 2 方案：弹簧压 缩后倾角增大，拉伸时减小； 3 方案：主销后倾角基本不变化，多用于赛车设计： 4 方案：弹簧压缩后倾角减小，拉伸时增大； 5 方案：弹簧压缩后倾角减小，拉伸时增大； 6 方案：弹簧压缩后倾角增大，拉伸时减小。 1， 2， 3， 6 的跳动规律是比较好的，目前被广泛采用。 本次设计选择方案 3 进行设计。 三、 纵向横向平面内上、下横臂的布置方案 13 比较图 a、 b、 c 三图可以清楚地看到，上、下横臂布置不同，所得侧倾中心位置也不同，这样就可根据对侧倾中心位置的要求来设计上、下横臂在横向平面内的 布置方案。 a) b) c) 图 2、下横臂在横向平面内的布置方案 本次按照图 c 进行设计。 四、 上下横臂长度的确定 双横臂式悬架的上、下臂长度对车轮上、下跳动时前轮的定位参数影响很大。现代轿车所用的双横臂式前悬架，一般设计成上横臂短、下横臂长。这一方面是考虑到布置发动机方便，另一方面也是为了得到理想的悬架运动特性。 轮距变化 车轮外倾角 主销内倾角 图 2下横臂长度之比 2 改变时的悬架运动特性 14 上图为下横臂长度 持原车值不变，改变上横臂长度 2分别为 计算得到的悬架运动特性曲线。 设计汽车悬架时，希望轮距变化要小，以减少轮胎磨损，提高其使用寿命，因此应选择 2 在 近；为保证汽车具有良好的操纵稳定性，希望前轮定位角度的变化要小，这时应选择 1 在 近。综合以上分析，该悬架的 2 应在 围内。 架尺寸设计 根据赛车设计经验， 对于赛车，侧倾中心在地面之上时，赛车转弯，悬架压缩引起外侧车轮的正 轮胎倾角增益，使其接地性降低。如果侧倾中心位于地面之下。则赛车转弯时，轮胎侧向力对侧倾中心的力矩使悬架相对于底盘上升。所以，赛车设计时，要确定侧倾中心的位置，使举升力和倾覆力矩相对的线性变化，从而获得可信的操纵稳定性。一般赛车设计时，尽量使侧倾中心贴近地面。减少由侧向力引起的悬架垂直运动。 所以将悬架上下横臂设计为均为与地面平行，这样悬架的 侧倾中心正好在地面，增强了操作稳定性，同时便于设计制造。 一 、 前悬架 目前 已知赛车总体方案，前轮距 1200架组设计 的前端上杆架宽522杆架宽 450动组设计的主销关节轴承安装孔，距离轮中心为 80及悬架与车架的焊接块长 35位置关系如图： 图 2悬架正视示意图 15 所以上悬架的垂直距离 由上相关数据计算得出。 1200） /2=2242= (1200) /2=260 （ 2 本次设计用的杆件为外径 2壁厚 2 杆件与 螺母， 节轴承链接。 初步设计前悬架上横臂的形状如下图 所示 图 2悬架上叉臂装配图 水平方向上 节轴承所占距离 20筒所占距离 17定安装伸出的螺纹均为 以杆长 : L=224-(20+7)2=134 取安装悬架上横臂的两个焊接块垂直距离为 178两叉臂的张角定为 50 度，所以 134+450斜叉臂在垂直车架叉臂上的焊接大致位置。 初步设计前悬架下横臂的形状如下图所示 16 图 2悬架下叉臂装配图 水平方向上 节轴承所占距离 20筒所占距离 17定安装伸出的螺纹均为 以 垂直车架的杆长 L=260-(20+7) 2=170安装悬架上横臂的两个焊接块垂直距离为 220两叉臂的张角定为 50 度，所以 170+450斜叉臂在垂直车架叉臂上的焊接大致位置。 二 、 后悬架 目前已知赛车总体方案，后轮距 1150架组设计的后端上杆架宽600杆架宽 400动组设计的主销关节轴承安装孔，距离轮中心距 离为 80及悬架与车架的焊接块长 35置关系如图： 图 2悬架正视 示意 图 17 所以上悬架的垂直距离 由上相关数据计算得出 ： 1150） /2=1602= (1150) /2=260次设计用的杆件为外径 2壁厚 2 杆件与 螺母， 节轴承链接。 由于前悬架的位置已定， 前后轴距为 1600以大致定出后悬架安装 在车架上的位置。 初步设计前悬架上横臂的形状与杆件在悬架上的位置以及如下图所示 图 2悬架上叉臂装配图 水平方向上 节轴承所占距离 20筒所占距离 17定安装伸出的螺纹均为 以垂直车架的杆长 ： L=160-(20+7) 2=70安装悬架上横臂垂直横臂的焊接块距车架后端关节处距离为 97两叉臂的张角定为 70 度，且斜叉臂在垂直车架叉臂上的焊接大致位置为距离左部杆端 12 初步设计
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