FSAE電動賽車多連桿式后懸架結構設計與分析開題報告

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開 題 報 告文 獻 綜 述一、概述中國大學生方程式汽車大賽（Formula Student China, 簡稱：FSC）是一項由高等院校汽車工程或汽車相關專業(yè)在校學生組隊參加的汽車設計與制造比賽。FSC 是一項非盈利社會公益性事業(yè)，項目的運營和發(fā)展整合了優(yōu)秀高等院校資源、整車和零部件制造商資源，獲得了政府部和社會各界的大力支持以及品牌企業(yè)的資助。社會各界對 FSC 項目投入的人力支持和資金支持將全部用于賽事組織、賽事推廣和為參賽學生設立賽事獎金。2010年第一屆 FSC（FSAE）由中國汽車工程學會、中國 21 所大學（專）汽車院系、易車（BITAUTO）聯(lián)合發(fā)起并成功舉舉辦,截止 2012年 11月份，中國已經(jīng)連續(xù)舉辦了 3屆 FSAE比賽，參賽隊伍數(shù)量已經(jīng)由 2010年的 20支上升到 2012年 41支。與此同時，北京理工大學、同濟大學、廈門理工大學等學校先后成立 FSAE車隊，并赴國外參賽，積累了一定的比賽經(jīng)驗。FSC 立足于中國汽車工程教育和汽車產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀，吸收并借鑒其他國家 FS 賽事成功經(jīng)驗，以培養(yǎng)中國未來汽車產(chǎn)業(yè)領導者和工程師為目標的公共教育平臺。FSC 通過全方位培訓，提高學生們的設計、制造、成本控制、商業(yè)營銷、溝通與協(xié)作等五方面的能力，全面提升汽車專業(yè)學生的綜合素質，為中國汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展積蓄人才。FSAE 賽車的主要目的是為了全面提升學生的綜合能力，同時通過活動創(chuàng)造學術競爭氛圍，為院校提供交流平臺，進而推動學科建設的提升。美國 FSAE賽車相比于其他國家發(fā)展較早，其可追溯至 20世 70年代 Mini－Indy賽車運動。1981 年，第一屆 FSAE比賽在美國奧斯汀德克薩斯大學舉行。經(jīng)過 30多年的發(fā)展，F(xiàn)SAE 賽車運動在世界影響力日益凸顯，比賽規(guī)模日益擴大。1998 年，英國機械工程師協(xié)會舉辦了第一屆英國 FSAE比賽，從此 FSAE入駐歐洲；2000 年，澳大利亞舉辦第一屆 FSAE比賽；2003 年，F(xiàn)ormula SAE Japan 開始在日本舉行，F(xiàn)SAE 賽車比賽正式落戶亞洲；此外，巴西、意大利、德國等國家也相繼舉行了 FSAE賽車比賽。另外，F(xiàn)SAE 賽車比賽的深度也有所增加。除了傳統(tǒng)的燃油車比賽，德國、日本、英國等國家也開始愈加重視電動汽車比賽的推動，德國于 2010年開始舉辦了 FSAE電動賽車比賽，拓展了 FSAE比賽新領域，豐富了 FSAE的內涵。二、懸架的設計及優(yōu)缺點1、懸架的設計 懸架是汽車上重要的組成部分,它是車架或承載式車身和車橋或車輪之間彈性連接并傳遞力和力矩的裝置的總稱。汽車懸架直接關系到汽車的平順性和操縱穩(wěn)定性。其主要功能有把路面作用于車輪的垂直反力支承力、縱向反力驅動力和制動力、側向反力以及這些反力所造成的力矩傳遞到車架或車身上。與輪胎一起,吸收和緩沖汽車行駛中由于路面不平所造成的各種制動和沖擊,從而保證乘客乘坐舒適和貨物的安全。使車身和車輪之間保持有適當?shù)膭討B(tài)幾何關系,即車輪跳動時應有正確的運動規(guī)律。懸架一般有起著緩沖作用的彈性元件、減振作用的減振器、導向作用的導向機構三部分組成。懸架按左右兩側車輪的運動是否關聯(lián),可分為非獨立懸架和獨立懸架。其中,非獨立懸架的結構特點是汽車兩側車輪安裝在一根整體式車軸的兩端。一側車輪上下跳動時,一定會影響到另一側車輪的定位參數(shù)主要是車輪外傾的改變,但車輪距不會變動。而獨立懸架結構特點是左右兩側車輪之間沒有剛性的車軸,車輪獨自通過懸架的彈性元件和導向桿系與車架相連。在左右車輪的運動關系上,當一側車輪跳動時,對另一側車輪的定位參數(shù)不產(chǎn)生影響。車輪之間沒有運動干涉的結構決定了它較非獨立懸良好的性能。本次畢業(yè)論文所研究的多連桿后獨立懸架主要包括上橫臂、下前后擺臂、縱向推力桿、減振器、螺旋彈簧等,它們通過橡膠襯套和各種約束連接，其結構如圖 1所示圖 1 1 一減振器；2、12 一固定支架；3 一縱向推力桿；4 一輪毅；5、10 一連接桿；6 一后擺臂；8 一副車架；9、13 一上擺臂；11 一制動器；14 一前擺臂；15 一墊圈；16 一穩(wěn)定桿 17、18 一襯套. 懸架系統(tǒng)設計是賽車總體設計的一個重要組成部分，懸架的性能決定了賽車的性能表現(xiàn)。懸架設計是一個復雜的過程，涉及的參數(shù)計算和考慮因素比較多。不同的車型對懸架提出的設計要求是不同的。如一般轎車對懸架提出的設計要求有：1）保證汽車有良好的行駛穩(wěn)定性；2）具有合適的衰減震動能力；3)保證汽車具有良好的操縱穩(wěn)定性；4)有良好的隔音能力；5)汽車制動或加速時，要保證汽車穩(wěn)定，減少車身縱傾，轉彎時車身側傾角要合適；6)結構緊湊、占用空間尺寸要?。?)可靠的傳遞車身與車輪之間的各種力與力矩，在滿足零部件質量要小的同時，還要保證有足夠的強度和壽命。如圖 2，典型的多連桿獨立懸掛結構圖。 圖 2 而 FSAE賽車懸架設計則要滿足以下要求：1）要具有合適的衰減震動的能力；2）保證汽車具有良好的操縱穩(wěn)定性；3）質量要輕；4）駕駛員操作和控制容易；5）安裝方便并且易于調整；如圖 3、4 所示，是國內外賽車后懸架圖 圖 3圖 42、多連桿式懸架的優(yōu)缺點多連桿懸架的優(yōu)點可以自由的確定主銷偏移距,減小因徑向載荷引起的干擾力和力矩很好地控制了在制動和加速期間車的縱向點頭運動有利于控制車輪的前束、外傾和輪距寬度變化,因此具有良好的操縱穩(wěn)定性可有效地降低輪胎的磨損,延長其使用壽命從彈性運動學角度來看,在側向力和縱向力條件下前束角的改變以及行駛舒適性都能得到精確的控制車輪受力點分散,因此連桿可以做得較細小,減輕了質量。多連桿懸架的缺點結構復雜,裝配要求高。桿件的增多,占用空間大,車輪跳動時會出現(xiàn)過約束的現(xiàn)象。桿件之間需要襯套,增加襯套的磨損。研發(fā)維修成本高。多連桿懸架系統(tǒng)是傳統(tǒng)懸架中最先進的懸架系統(tǒng)。但多連桿懸架結構復雜,材料制造要求較高,維修困難,成本較高,使它多用于中高檔轎車。賽車多連桿后獨立懸架設計流程1、懸架系統(tǒng)結構選型2、設計車型指標的分析與確定3、導向機構設計4、彈性元件設計 5、橫向穩(wěn)定桿設計 6、減振器設計 7、動態(tài)仿真 8、生成包洛體參考文獻：[1] 劉松濤，劉云龍，吳寧寧，等.天津大學 2010 年賽車設計報告[R].上海：中國汽車工程學會，2010：3-28.[2] 余志生.汽車理論[M].4 版.北京：機械工業(yè)出版社，2006：161-175.[3] 王望予.汽車設計[M].3 版.北京：機械工業(yè)出版社，2002：134-139.[4] 李嫚.FSAE 賽車懸架的優(yōu)化設計及分析 [D].哈爾濱： 哈爾濱工業(yè)大學，2011.[5] 吳健瑜，羅玉濤，黃向東.FSAE 賽車雙橫臂懸架優(yōu)化設計[J].機械設計與制造，2011（10）：120-122.[6] 李大元． 低碳經(jīng)濟背景下我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的對策研究［J］． 經(jīng)濟縱橫，2011（2）：72－75．[7] 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,2001[8] O.Message, Samuel Gallion. EV drivers: mechatronics challenges and design trend analysis[M]. EVS-18CD,Berlin,2001[9] 余志生．汽車理論[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2000 [10] 王望予主編.汽車設計. 北京.機械工業(yè)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 Drive[M].EVS-16CD,Beijing,1999[12] 牛禮民等, FSAE賽車懸架系統(tǒng)結構設計. 汽車工程師, 2012 (09).[13]　羅鑫源，楊世文，楊軍，王拖連,基于ADAMS的雙橫臂懸架的仿真及優(yōu)化. 公路與汽運,2011.9.[14]　侯永濤等, 基于 UG 的雙橫臂獨立懸架運動學分析系統(tǒng). 農(nóng)業(yè)機械學報，2011(12).[15]　賈寶，梅雪峰, 汽車雙橫臂獨立懸架參數(shù)優(yōu)化與仿真研究. 沈陽航空航天大學學報,2012(06)[16]　孫濤，呂彩琴，王凱，孫經(jīng)瑞, 汽車雙橫臂獨立懸架的建模與仿真. 信息技術,2011(04)[17]　麻友良．電動汽車概論［M］． 北京：機械工業(yè)出版社，2012．[18]　陳家瑞．汽車構造(下冊) [M]．北京：機械工業(yè)出版社，2006[19] 張洪欣.汽車設計[M].北京: 機械工業(yè)出版社,1999 開 題 報 告２．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）：本課題的設計流程：（1）首先要確定賽車主要框架參數(shù)。（2）確定懸架系統(tǒng)類型。（3）對選定的懸架結構進行設計分析。需解決的問題：參照國外 FSAE賽車先進懸架形式，對中北大學 FSC賽車的后獨立懸架結構形式進行分析，進行必要運動學\動力學計算，以及主要元件設計計算，同時需要確定主要定位參數(shù)。研究手段：1.運用大學所學的基本課程為理論基礎，以互聯(lián)網(wǎng)為媒介和載體，了解懸架的結構特點。2.在圖書館和電子閱覽室查閱參考文獻和其他資料，以對這一課題的研究目的與任務有更深入的了解；3.進行必要的力學分析。4.對相關結構進行設計。5.繪零件圖及裝配圖。畢業(yè)設計課題工作進度計劃：2月 13日~ 3月 3日 查閱相關文獻，學習相關設計軟件，完成開題報告與外文翻譯；3月 5 日~ 3月 10日 完成開題答辯及開題報告修改；3月 13日~ 4月 7日 學習相關軟件，掌握 solidworks、CAD 使用方法；4月 10日~ 4月 30日 根據(jù)收集到的資料進行獨立懸架設計；5月 5 日~ 5月 30日 撰寫畢業(yè)論文，包括設計說明書；6月 1日~ 6月 10日 完成設計說明書及圖紙初稿、指導教師評閱、定稿畢業(yè)設計的評閱；6月 11日~ 6月 15日 答辯； 開 題 報 告指導教師意見：指導教師： 年 月 日所在系審查意見：系主任： 年 月 日