【毕业设计】基于adamscar的fsae赛车动力学仿真 翻译译文

本科毕业论文（设计）翻译资料论文题目基于ADAMS/CAR的FSAE赛车动力学仿真班级1101402姓名李锟院（系）汽车工程学院导师王权第2章悬架设计方面设计悬架的目的是轮胎工作更容易且使其行为可预测，让车手能够控制住车。悬架应有助于保持轮胎和地面之间固定接触，使得轮胎能够发挥出最大作用。设计悬架时有许多影响悬架行为的因素，其中许多因素会以这样那样的方式对其施加影响。因此需投入大量工作进行折衷，使车辆能够在比赛中所有驾驶项目中表现良好。此项工作设计到的因素如下所述。21轴距轴距L是指前后轴中心之间的距离。轴距对前后轴载荷分配有很大影响。从公式21和图21可以看出，在加速和制动过程中前后轴之间，长轴距会比短轴距有更小的载荷转移。因此较长的轴距能够配备较软的弹簧增加车手的舒适性。另一方面，较短的轴距对相同的转向输入来说会有转弯半径小的优势，见283部分。短轴距的汽车可能会在出弯和直线行驶中表现紧张。抗反特征也可以加进悬架设计中，会影响到纵向载荷转移，见27部分。22轮距轮距对车辆的设计有重大意义。它会影响到车辆转弯行为和侧翻倾向。从公式22显示后轴负荷转移来看，轮距越大，转弯时的横向负荷转移就越小，反之亦然。大轮距也有劣势，就是车辆避障时需要更多的横向运动。根据规则，障碍的最小部分可能不会小于3M，越野和耐久赛道不会小于35M。需要的横向负荷转移量决定于车体安装的轮胎，见29部分。假如汽车装有防倾杆，也会影响到负荷转移。23主销和轮胎磨距主销是有A臂外端的上球铰头UBJ和下球铰头LBJ所决定的。主销轴不需要必须集中在轮胎接地痕迹上。从前侧看这个角度成为主销内倾角，轮胎印迹中心到主销中心接地点之间的距离成为轮胎磨距或磨距半径。在主轴高度水平策略的主销轴到车轮中心平面的距离成为销轴长度。图22显示了主销的几何形状。若销轴长度正，车轮转动的时候车体会被抬升，结果是增加转向盘的转向时间。主销内倾角越大车体上升越大，无论车轮怎么转。若没有后倾角度来防止，结果就是车辆会左右摇摆。车体的抬升会对低速转向有自调整的影响。主销内倾角会影响转向外倾。车轮转动时，它的顶端会向外探出。若主销内倾角为正，则使外倾角为正。角度很小，但不可忽视，特别是赛道包括急转弯的时候。若驱动或制动力在左右方不一样大小时，会产生与磨胎半径成比例的转向扭矩，车手会由转向盘感知到。24前束和拖距从侧视图看主销内倾称作后倾角。若主销轴不通过车轮中心，则会有侧向主销偏移。主销轴到地面轮胎印迹中心之间的距离叫做拖距或后倾偏移。侧视几何见图22。后倾角和拖距对于悬架几何的设计是很重要的。拖距越大，转向力矩越大。后倾角会导致车轮随转向而抬升和下降。其结果就是左右相反的运动，产生侧倾和载荷转移。产生过度转向。后倾角度对转向外倾有积极作用。正的后倾角度会使外侧车轮向负方向外倾，内侧车轮向正方向外倾，导致两侧都随转向而倾斜。由于内倾而产生的拖距尺寸与轮胎的气曳拖距相比可能不会太大。当轮胎达到侧滑极限时气曳拖距会接近于0。这将导致自心扭矩降低，目前是由于地面上轮胎转动中心和侧向力作用点之间的杠杆臂而产生的。这会给车手一个轮胎就要脱离的信号。若机械拖距与气曳拖距相比较大，该信号可能会消失。25瞬时中心和侧倾中心瞬时中心是悬架联接周围的几何中心。随着悬架运动，瞬时中心也跟悬架几何的变化而运动。瞬时中心能通过前视图和侧视图来定位。如果从前视图看瞬时中心，可以从瞬时中心到轮胎接地印迹中心点来画一条线，若从两个方向来画，两条线的交点就是车辆簧载质量的侧倾中心。侧倾中心的位置由瞬时中心的位置来决定。高瞬心会导致侧倾中心也高，反之亦然。侧倾中心会在车辆的簧载质量和簧下质量间产生力偶合点。车辆转弯时作用在重心的离心力会转移到侧倾中心，以及下移到轮胎产生相应的侧向力。侧倾中心越高则围绕侧倾中心的侧翻力矩越小。这种侧翻力矩须由弹簧限制。另外一个影响因素就是横向纵向耦合效应。如果侧倾中心位于地面以上，轮胎产生的侧向力会围绕瞬心产生一个力矩，使得车轮降低抬升簧载质量。这种效应成为JACKING。若侧倾中心位于地面以下，侧向力会使簧载质量下移。由于侧倾中心的位置，侧向力会产生垂直偏转。若汽车侧倾时侧倾中心经过水平地面，簧载质量的运动方向会发生改变。外倾变化率是只是前视摇臂长度的函数。该长度是从前方看去从车轮中心到瞬心的直线长度。外倾角度改变量达到行驶距离。如公式23和图23所示在整个行驶过程中外倾角不是一成不变的，因为瞬心也会随着车轮移动而改变。26拉杆位置转向拉杆的位置也十分重要，其位置须保持悬架变形转向保持在最小限度。就是由于车轮移动前束角的变化，有较大颠簸转向的车辆在前轮经过障碍的时候会有改变运动方向的趋势。在不平坦道路上跑的时候这种效应会有一定危险。最小化此种效应的最简单的方法就是把转向拉杆定位在同一平面上，或者上下A臂任一。另一个需要牢记的因素就是侧向力下的外倾顺从。若拉杆位置在车轮中心的后上位置或者前下位置，会产生不足转向趋势。若A臂刚性足够，该效应会较小，因此由于A臂上的顺应性使得过度转向的风险最小化。从拉杆外端到上球铰头之间的杠杆臂长度和转向臂一起决定了转向轮和车轮转向角度之间的比例。27抗反特征悬架反特征描述了簧载质量和非簧载质量间的纵向垂直力耦合。缘起侧视摇臂的角度，反特征不改变轮胎印迹处的恒定负荷转移，它只存在于加速和制动时。稳定加速和制动时候的纵向质量转移是关于轴距，中心高度和加速制动力的函数，如图24所示。反特征改变经过弹簧的负荷量和车辆的俯仰角。反特征以百分数来衡量。百分百反俯前轴不会在制动时偏转，负荷不会转移，0度反俯仰的前轴会据弹簧刚度不同而偏转，所有负荷经过弹簧转移。也可能会有负面影响。导致偏转增益。公式24给出了有轮毂制动器的车辆前部的反俯仰百分比。制动和驱动力矩由悬架反应的方式会改变反百分量计算的方式。假如控制臂产生扭矩，无论是从来自制动或者驱动力矩，反量由IC相对地面接触点的位置来计算。如果悬架不产生驱动或制动力矩，但是只有前或后力，则“反”量由IC相对轮心位置来计算。对于后轮驱动车来说，有三种不然类型的反特征俯仰抑制，减小前进制动过程中的颠簸偏转。抬头抑制，减小前进制动中下垂移动。后坐抑制，减小前进加速中的颠簸移动量。28阿克曼转向低速转弯时，由于加速而产生的外侧力可以忽略不计，完成半径R的转向所需转向角，称为阿克曼转向角，可用公式25计算。如果两个前轮都相切于位于通过后轴一条线上的同一转向中心，那么就说该车符合阿克曼转向。结果就是外侧车轮比内侧车轮转向角度较小。如果两个车轮转向角相同，就说平行转向，如果外侧车轮转向角度的，就说反阿克曼转向。乘用车有介于阿克曼转向和平行转向之间的一种转向几何，而赛车通常采用反阿克曼转向。通过使用乘用车的阿克曼转向，或者其他侧赛车通常具有较高侧向加速度，因此所有轮胎有较大的滑移角度并且弯道时内侧车轮上符合比弯道外侧车轮小的多，因为横向负荷转移了。低负荷的轮胎需要较小的偏角来达到转弯力峰值，赛车采用低速转向几何法会产生弯道内侧轮胎以高于所需偏移角被拖曳，这只会导致轮胎温度升高，由于滑移角诱导阻力而使车速降低。因此赛车通常采用平行转向甚至反阿克曼转向。阿克曼转向的不同型式见图2629外倾角外倾角是车轮倾斜平面与纵向垂直平面之间的夹角。车轮顶端相对于车体向外倾斜时候定义为正的外倾角。外倾角对轮胎产生侧向力施加影响。外倾的滚动轮胎在倾斜方向产生侧向力。在零滑移角时候称为外倾推力。由于轮胎印迹的变形外倾也会影响回正力矩。这种影响相当小，随着滑移角增大时可以忽略。使车轮外倾往往导致车轮转弯时候侧向力的增加。在轮胎的线性范围内是这样的。假如超过其线性范围，外倾的附加影响就会见效，这种效应称为衰退。因此外倾车轮和不外倾车轮产生的侧向力的区别较小，最大滑移角时候为大约510。而在0度时差别较大，因为存在外倾推力。使轮胎外倾的效果对斜交轮胎比子午线轮胎大。对子午线轮胎来说，外倾力在大约5度时开始下降，而斜交轮胎在更小角度时外倾力达到最大。210前束前束可用来克服赛车的操纵困难。后轮后束可用来改善入弯。车辆入弯时，更多负荷转移到外侧车轮，结果是过度转向。静态前束量决定因素有，例如阿克曼转向几何，平顺和侧倾转向，顺应转向和外倾。前束最小量是希望减少侧倾阻力和由于轮胎相互作用引起的不必要的轮胎起热和轮胎磨损。第3章工作目标2004年是KTH进行FSAE项目的第一年，没有经验。为了粗略估计赛车尺寸和重量，我们从2003年赛事中收集数据，分别是轴距、轮距和轮重，见表31参加2003年赛事的大部分车的全部数据不能获得，所以表31所列的数据只来自所有尺寸和重量可获得的车辆。基于文献调查，2003年赛事车辆的认识和在车辆动力学和赛车有良好认知的人之间的讨论基础之上，赛车指导方针得以建立。该指导方针的目的是为工作确立明确的目标。建立的指导准则如下主销内倾角在0和8度之间磨胎半径在0到10MM之间主销后倾在3到7度静态外倾角在0到4度，且可调前轴外倾增益在0203D/R后轴外倾增益在0508D/R最大侧倾角大约为2度前轴侧倾中心高度在0到50MM，后轴稍高精确控制且可预测的侧倾轴运动最小化颠簸转向后轴5065的侧倾刚度主销内倾保持在8度以下，因为过大的主销内倾转向时会导致前轴的大量抬升。保持磨胎半径较小会使得车辆易于低速操纵，并减少制动过程中前轮牵引力瞬失早成车辆改变方向的危险，并且减少转向力矩干扰。后倾角在转弯时有积极作用，但是过大的后倾角会造成重量转移，导致过度转向。在0到4度且可调的后倾角在车辆测试中汇十分有益。比赛期间，加速赛也允许将外倾角设置在0度，以最小化滚动阻力。外倾增益是补偿由于转弯过程中侧倾角造成的外倾角度减少。后轴有较大外倾增益的原因是使转弯中后胎和地面间有尽可能大的接地印迹。这将允许车手踩更早更大的油门。后轴稍高的侧倾中心有至少俩优点，其一是后轴可以使用较软弹簧，因为这的侧倾力矩较小，其二就是保持侧倾轴尽可能平行于赛车主惯性轴。第4章方法41轮距和轴距轮距和轴距对加速和制动项目中前后轴之间的负荷转移量有影响，并且转弯时负荷从弯道内侧轮向外侧轮转移。应用MATLAB程序来估算纵向载荷转移和轴距之间的相互关系。此程序没有考虑由于沥青态度引起的重心高度的交替变化，因为这个影响很小可以忽略。图41中表示了此M程序输出的例子，加速中两种不同轴距分别为1525和1700的前轴到后轴的负荷转移。轴距的确定方法主要基于总布置，因为这将决定轴距的大小。轴距应尽可能短以优化急速转弯的能力，但不能小于1525。其中高速转弯时内外侧车轮间的载荷分配是关于前后轮距的函数。由于横向加速度的影响会有从弯道内侧向外侧车轮的载荷转移。图42的M输出一个稳态转弯仿真。内侧车轮上的载荷可看成是轮胎和横向加速度的函数。比较曲线图和固特异赛车轮胎数据表明垂直轮胎载荷影响轮胎产生侧向力的能力。图43表示了从固特异赛车轮胎获得的轮胎曲线图。决定轮胎的另一个因素就是赛道的尺寸。根据规则赛道宽度都大于35M，那么最急促的发卡弯的直径也不会小于9M。避障项目中赛道宽3M，但此时赛道宽度并不重要。符合阿克曼转向几何的车辆转弯半径低速时候正比于轴距和转向角度。完成外径9M的发卡弯车辆中心线的转弯半径需为9M减去道宽一般。结果就是阿克曼角度为较大的轮距的劣势是使得符合车轮角度的A臂角度较窄，导致A臂占用更多的纵向力。42前悬设计前悬的设计主要基于总布置。轮距。车轮尺寸、轮胎尺寸、制动系、减震器等，在决定下球铰头的适当位置时都必须考虑。前悬设计型式是SLA悬架，意思是短长A臂，指的是上下控制臂不等长。421轮辋首先要考虑的是采用哪种轮辋。轮辋尺寸与轮辋内刹车可用空间一起决定了球铰接头的安置。使用的轮辋是T的，前轮136”，后轮138”。轮辋的测量和图纸绘制在PD中进行。图44是CAD图纸。422刹车特别设计的刹车盘是根据总布置条件从ISR订购的。他是高性能摩托车刹车系统独一无二的专家公司。有了确定的尺寸，轮辋内剩余的空间和下球铰头的位置就能估算出来了。下球铰的最终定位是据轮辋的布置来进行。423前视图几何下球铰的可能位置现在是由安装刹车系统后剩余的空间来决定的。为了获得合适的侧倾外倾特性，用公式42计算前视摇臂长度。从接地中心通过所求侧倾中心到处于所需FVSA长度的瞬时中心（从接地印迹中心算）画一条直线。从瞬时中心到下球铰画一条直线，到上球铰再画一条直线。上控制臂的长度应尽可能长，但受总布置所限。车手的腿必须放在下控制臂间以便保持中心高度尽可能低。上控制臂长度将决定外倾曲线曲率。若上下控制臂等长，外倾曲线将是竖直的直线，若上臂短于下臂，曲线将凹向负倾角方向，这样是可取的。上臂越短，外倾曲线越凹陷。可能设计这样的几何，使其上跳时缓慢外倾，下落时迅速减少。424侧视几何侧视几何的设计基于所需的反特征之上。对于后驱车的前悬设计唯一的反特征就是抗俯仰。公式24计算其反特征量度。这给了我们所需的侧视摇臂角度。侧视摇臂长度SVSA决定了过凹凸块时车辆的纵向跳变量。建立反特征的几何图见图46425控制臂枢轴内侧球铰的定位，车架上球铰的定位也从几何上来设计。采用方法就是RACECARVEHICLEDYNAMICS中所述方法，用来设计SLA悬架和其他悬架型式的一种投影方法。看图47。首先，前视时上控制内内侧枢轴点记为点1，上球铰头记为点2。点2向纵向平面投影点记为点3。下控制臂相应点记为点11，点12，点13。然后这些点转移到侧视图中。从侧视图瞬心经过点3画一条直线，稍远一点，任意一点记为点4。在点13进行同样程序给出点14位