摘 要

悬架是车轮与车架之间的一系列连接与传力装置的总称，是汽车底盘重要的总成之一，用于传递车轮与车身车架之间的力和力矩，缓冲并吸收由不平地面传来的冲击。其性能也很大程度地决定了整车的运动性能以及舒适性，所以在汽车设计中，悬架的设计及优化显得尤为重要。在中国大学生电动方程式大赛背景下，本文以武汉理工大学WUTE车队方程式赛车悬架系统为研究对象，主要进行了前、后悬架的布置形式选择及参数设计，包括轮边参数的选取、各种刚度的匹配等；基于ADAMS/Car平台，建立前、后悬架的运动学模型，并对其进行悬架KC特性仿真，得到各重要参数在悬架运动过程中的变化情况，找出其中变化范围或变化方向不理想的参数，作为悬架优化的目标参数；再利用ADAMS/Insight平台，根据布置等情况分别将前、后悬架硬点坐标设为变量，进行敏感度分析及多目标优化，根据优化结果调整模型并再次进行仿真，比较优化前后的仿真结果，得知悬架运动性能得以提升，实现了优化；最后尝试引入第三弹簧的设计，包括布置形式以及参数设计，利用ADAMS/Car进行整车的运动仿真，主要进行操纵稳定性试验，以及考察第三弹簧在抗俯仰中的贡献。在文章的最后对研究成果进行了小结，为将来的FSAE悬架系统设计提供一定参考。

关键词：悬架KC特性；第三弹簧；操纵稳定性

Abstract

Suspension contains springs, dampers and linkages which connects a vehicle’s body or frame to its axles or wheels. It's one of the important parts of vehicle chassis. It is used to transfer the force and torque between the wheels and the body, and buffer and absorb the shock from the uneven ground. Its performance also largely determines the vehicle's performance and comfort. Therefore, the suspension design and optimization are particularly important in the vehicle design. In the background of FSEC, this paper takes the WUTE Racing team's formula car suspension system as the object of study, to design the layout of the suspension system and preliminarily select parameters including wheel alignment and various stiffness. Based on ADAMS/Car, we established the model of the front and rear suspension, and analyze their Kamp;C characteristics. Then we used ADAMS/Insight to do sensitivity analysis and multi-objective optimization. According to the optimization results, the model is adjusted and simulated again. By comparison, we know that the suspension performance is improved and optimized. Finally, we try to carry out the design of the third spring, including the layout and parameter design, and use ADAMS/Car to simulate the whole vehicle, mainly for handling stability test, and to investigate the contribution of third springs in anti-dive/ anti-lift. At the end of this paper, we give a brief summary of the research results, which will provide guidance for the future design of FSAE suspension system.

Key Words: suspension KC characteristics; third spring; handling stability

目 录

第1章 绪论1

1.1 FSAE赛事简介1

1.2 国内外研究现状1

1.3 论文的主要内容及意义3

第2章 悬架系统设计4

2.1 悬架系统方案选型4

2.2 悬架基本参数的选取6

2.2.1 轴距6

2.2.2 轮距6

2.2.3 车轮定位参数7

2.2.4 侧倾中心8

2.3 悬架刚度计算8

2.3.1 偏频的选取8

2.3.2 刚度及阻尼初步计算9

2.4 悬架几何设计12

2.5 悬架结构初步设计14

2.6 本章小结15

第3章 ADAMS建模及优化16

3.1 ADAMS/CAR简介16

3.2 悬架的评价方法16

3.3 前悬架建模及K特性仿真分析16

3.4 前悬架硬点优化19

3.5 后悬架建模及K特性仿真分析及优化22

3.6 前悬架C特性仿真分析24

3.6.1 纵向力加载试验25

3.6.2 侧向力加载试验26

3.6.3 回正力矩试验28

3.7 本章小结28

第4章 第三弹簧及横向稳定杆设计30

4.1 布置形式选取30

4.2 参数计算30

4.2.1 前后悬架的第三弹簧30

4.2.2 前后悬架的横向稳定杆31

4.3 ADAMS建模32

4.4 本章小结34

第5章 操纵稳定性分析35

5.1 蛇行试验35

5.2 角阶跃输入试验38

5.3 稳态回转试验40

5.4 加速仿真42

5.5 制动仿真44

5.6 本章小结46

第6章 总结与展望47

参考文献48

致谢50

第1章 绪论

1.1 FSAE赛事简介