开题报告-巴哈赛车悬架系统设计

1、窗体顶端选题名称： 巴哈赛车悬架系统设计 选题学生： 1目的及意义（含国内外的研究现状分析） 1.1选题目的 为了提高大学生巴哈越野赛车的转向性能和动力性能，在保证巴哈赛车的驾驶安全性和可靠性的前提下，设计一套符合大赛规则要求、具有一定的平顺性、舒适性以及优秀的操作性和稳定性，并能与其它结构良好配合的赛车悬架系统，以实现小型越野赛车在极端道路工况下能稳定、高效地完成转向、加速等一系列操作。 1.2选题意义 巴哈大赛自2015年正式进入我国以来，由于大多数车队都处于发展初期，且缺乏足够的技术资料，汽车各方面的设计仍存在诸多明显的问题。悬架系统作为一个极具创新空间和设计难度的项目，其设计的成功与否

2、是评价赛车设计的最重要因素之一。 悬架作为赛车的重要组成部分，是巴哈赛车上车桥与车架、车轮之间传力装置的总称，悬架的主要作用是传递作用在车轮和车身之间的力和力矩，例如支撑力、制动力和驱动力等，并且可以缓和赛车在极端工路面工况下受到的来自路面的冲击载荷、载荷衰减时产生的振动，以此来保证车手驾驶的平顺性、并在一定程度上减小车辆本身的动载荷。通常情况下车辆的悬架系统由弹性元件、减震器以及导向机构等组成，这三部分分别承担悬架系统的动载荷缓冲、减振和力的传递。根据结构不同可将悬架分为非独立悬架和独立悬架两种，而巴哈赛车为了适应相对恶劣的比赛环节，通常选用独立悬架。 对于赛车而言，除了保证悬架系统最基本、

3、最重要的驾驶安全性和可靠性以外，对于悬架系统的结构类型、布置方式等方面的要求更加严格。由于巴哈赛车的结构和功能的特殊性，选择合适的前后悬架对于整车的设计起着重要的作用。独立悬架系统因其本身所具有良好的车轮触地性、乘坐舒适性及操作安全性，再加之左右车轮可相对于彼此自由运动的优点，几乎成为巴哈赛车设计的必选项。而为了满足巴哈赛车前轮转向和后轮承载的设计要求以及轻量化的优化要求，通常在前轮位置采用双横臂式独立悬架，而后轮则采用巴哈赛车特有的单纵臂多连杆式独立悬架。由此可见，巴哈赛车的悬架设计是整车设计中最具创新性和难度的设计内容之一，也是近年来各个车队所关注的重点。 本次毕业设计题目的应用意义在于通

4、过对往届比赛用车悬架系统的研究，综合巴哈赛车其他设计参数，初步掌握利用计算机辅助设计和辅助计算等技术设计悬架的方法。通过不同形式前后悬架之间的高效配合，为巴哈赛车量身设计一款兼具安全性、高效性、舒适性以及轻量化等多重优点的悬架系统。 1.3国内外研究现状 Baja是西班牙语越野车的意思，巴哈大赛最早起源于1976年的美国南卡罗来纳大学，是大学生方程式汽车大赛的前身，因而国内外研究巴哈赛车的群体多为在校大学生。经过多年的发展与革新，国外诸多大学的巴哈赛车技术已达到较高水准。在传动系统设计方面，美国、巴西等高校学生凭借着对工业知识的扎实掌握和浓厚的汽车文化氛围熏陶，在高校通用的设计方案上敢于创新、

5、标新立异，萌生了许多优秀的设计方案。 例如密歇根大学Baja车队自制了不可伸缩的传动半轴，在结构上承担了一部分悬架的功能，从而代替下摆臂，在材料上使用碳纤维包裹，使整车减重近6千克。这套方案将传动与悬架联动，在材料选用和实验验证的基础上不断优化。最终，密歇根大学在2017年美国巴哈大赛三场赛事中斩获第二、第一、第三名。 悬架系统作为巴哈赛车的重要总成之一，在面对恶劣的比赛环境时，对赛车性能有着重大的影响，也是参赛队伍设计、优化的重心。悬架主要分为非独立悬架和独立悬架，非独立悬架虽然在结构和制造成本方面具有一定的优势，但左右侧车轮在遇到不平路面上下跳动时，会相互牵连，进而降低赛车驾驶的稳定性和乘

6、坐的舒适性，且对于其简单的结构而言，各机构自由度小也会造成驾驶稳定性的下降。 在悬架形式方面，由于巴哈小型越野车属于参赛车型，在有效控制成本的情况下，各车队尽可能地选用性能优秀的悬架形式。因此，在巴哈赛车悬架的设计过程中，考虑到前悬架需要承担转向作用，但承载力较小，故大多采用双横臂独立悬架；而对于后悬架，按照巴哈比赛规则要求采用的中置后驱赛车设计，后悬架需要承载很大的重量，故各车队采用了各自创新的以单纵臂为设计基础的单纵臂多连杆式独立悬架，从而使后悬架兼具承载能力强和保证赛车操作稳定性的优点。 2研究（设计）的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施 2.1基本内容 （1）导向机构参数设计和力学

7、性能分析，其中包括空间模型的建立、运动学特性的分析与计算弹性元件的受力分析等； （2）弹性元件参数设计和力学性能分析，其中包括弹簧选型、几何参数确定和力学性能校核等； （3）稳定装置的设计计算及结构布置等； （4）阻尼元件的几何参数设计和阻尼特性分析等； （5）负载分配设计及检验计算； （6）悬架的弹性特性分析，包括满载频率和频率特性等； （7）轮胎的选型和气压设定。 2.2设计目标 （1）通过比赛规则分析和悬架系统设计方法应用的结合，设计一套操作稳定性优良，在极端路况条件下可以高效工作、且安全可靠地巴哈赛车独立悬架系统； （2）在设计过程中探索双横臂式独立悬架在车身前端承担转向任务和单纵臂式

8、独立悬架在车身后端承载发动机等零部件时的各构件力学分析方法 （3）在参数设计和力学性能校核后，运用CATIA、ADAMS、Car Maker等软件对设计进行分析，进而探索此独立悬架系统设计的优化方法和改进可能。 2.3技术路线 2.4拟采用的技术方案及措施 本课题通过对巴哈大赛比赛规则和比赛道路情况的研究，结合悬架系统的基本性能要求和设计思路，运用所学过的力学、机械学等基础知识，对悬架进行结构设计，并确定各零部件的材料和几何尺寸。在参数、材料确定的基础上，利用CATIA三维建模软件建立该悬架的三维模型，并通过ADAMS、Car maker等软件进行仿真分析，从而获得一套操作稳定性、动力性等各项

9、性能符合大赛要求且具有一定竞争实力的巴哈赛车独立悬架系统。 3进度安排 周次（时间） 工作内容 提交内容（阶段末） 方案构思、文献检索、完成开题报告 文献检索、开题报告 外文翻译、资料再收集 外文翻译 设计计算、草图绘制 设计计算草稿、草图 图样绘制、编写设计计算说明书（论文） 图样、论文初稿 图样及设计计算说明书整理、资料袋整理、答辩资格审核 正式图样、论文 学生提出答辩申请，并做答辩准备；教师审阅图纸、说明书 终稿、毕业设计资料袋 参加答辩、推荐优秀论文 毕业设计成绩、优秀论文 4阅读的参考文献不少于15篇（其中近五年外文文献不少于3篇） 1 李飞,吴华伟,姜杰.FSAE赛车双横臂悬架系统

10、设计J.重庆理工大学学报(自然科学),2018,32(05):77-81. 2 邓召文,徐成强,王保华.FSAE赛车悬架系统优化设计与刚度调校J.中国农机化学报,2015,36(06):207-211. 3 王军,赵世明,陈少杰,李文珊,康一帆.FSAE赛车双横臂独立悬架系统设计J.农业装备与车辆工程,2013,51(08):17-19+42. 4 杨岳,邹铁方.基于ADAMS的FSAE赛车双横臂前悬架优化设计J.公路与汽运,2013(05):23-27. 5 何宇,倪彰,吴雪玲,张兴,顾迪.FSAE赛车悬架系统几何设计及虚拟样机仿真分析J.江苏理工学院学报,2017,23(06):40-46

11、. 6 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. 7 康翌婷,张文明,林景高.单纵臂悬架的弹塑性分析J.矿山机械,2013,41(09):40-44. 8 周华.单纵臂式悬架主体结构形式的研究J.装备制造技术,2011(09):14-16. 9 秦东杰. 某越野车单纵臂拓扑优化设计D.吉林大学,2007. 10 蔡加加,王东方,苏小平.车轮定位参数对操纵稳定性影响研究J.机械设计与制造,2014(04):70-72. 11 NI Jun. Research on Crosswind Stability of FSAE Raci

12、ng Car with Rear Wing at Different Attack Angles A. Hong Kong Education Society.Proceedings of 2012 International Conference on Mechanical Engineering and Materials(ICMEM 2012 (Part 2)C.Hong Kong Education Society:智能信息技术应用学会,2012:6. 12 王锐,苏小平,王卫.汽车操纵稳定性中悬架特性分析与优化J.机械设计与制造,2015(05):96-99. 13 王忠. 高机动性

13、越野车悬架横臂疲劳寿命预测A. 大连理工大学、中国机械工程学会机械工业自动化分会、中国自动化学会制造技术专业委员会.第三届中国CAE工程分析技术年会论文集C.大连理工大学、中国机械工程学会机械工业自动化分会、中国自动化学会制造技术专业委员会:中国力学学会,2007:5. 14 Jun Ni. The Suspension Optimization of FSAE Racing Car Based on Virtual Prototyping Technology A. Society of Automotive Engineers of China(SAE-China)、Internation

14、al Federation of Automotive Engineering Societies(FISITA).FISITA 2012 World Automotive Congress Proceedings -Volume 7:Vehicle Design and TestingC.Society of Automotive Engineers of China(SAE-China)、International Federation of Automotive Engineering Societies(FISITA):中国汽车工程学会,2012:10. 15 赵强,张薇,齐含,杜金秋

15、,梁元生.基于workbench的baja赛车车架有限元分析J.时代农机,2016,43(01):43-44+58. 16 王炳杰. 赛车悬架几何多目标优化A. 中国汽车工程学会（Society of Automotive Engineers of China）.2014中国汽车工程学会年会论文集C.中国汽车工程学会（Society of Automotive Engineers of China）:中国汽车工程学会,2014:4. 17 Shu-hua LIAO. Optimization of Baja Racing Car Front Suspension Parameters Base

16、d on ADAMS A. Advanced Science and Industry Research Center. Proceedings of 2018 International Conference on Modeling, Simulation and Analysis (ICMSA 2018) C.Advanced Science and Industry Research Center: Science and Engineering Research Center,2018:5. 18 杨荣山,黄向东,袁仲荣,赵克刚.多目标优化方法在悬架几何设计上的应用J.华南理工大学学报(自然科学版),2009,37(07):85-89. 19 Paulo Pedro Kenedi, Pedro Manuel Calas Lopes Pacheco, Ronaldo Domingues Vieira, Jorge Carlos Ferreira Jorge, Walter Danninger.