基于空间RSSR机构FSAE赛车后轮悬架与转向机构的优化设计

摘要

FSAE赛事允许赛车灵活设计，自主制造的特点使得其在各高校间得到了广泛的交流和学习。赛事规则提倡增加后轮转向装置，后轮配合前轮转向既可减小赛车的转弯半径，也能提高行驶稳定性与机动灵活性。实现后轮转动可以帮助赛车在设计项目和测试项目中取得好成绩。目前针对后轮转向的研究多集中于控制理论方法，FSAE赛车后轮转向机构的研究较少，而针对前轮转向与悬架结构的优化设计较多，通常的研究方法采用平面投影模型，忽略空间模型，或在仿真软件中建模，未能清晰的表示构件参数之间关系。本文借鉴前轮的设计经验，创建由若干空间RSSR机构组成的具有转向特性的后轮悬架与转向杆系结构，利用空间RSSR机构的解析法建立转向杆系与后轮悬架的数学模型，通过MATLAB和ADAMS的现代设计方法得出合理的结构。
　　本研究主要内容包括：⑴基于空间旋转矩阵法和矢量回转法建立双RSSR机构串联的整体式转向梯形的数学模型，以梯形底角与梯形臂长度为设计变量，以双阿卡曼转向条件为目标函数，利用MATLAB的优化工具箱完成对转向机构的优化设计，为了验证理论分析的正确性，在 ADAMS中验证理论分析的合理性。⑵鉴于断开式转向梯形的优越性以及赛车后桥空间的局限性，合理布置后将转向拉杆用转向梯形代替，设计断开式梯形转向杆系，建立数学模型，通过初始数据在MATLAB中得到杆件的输入输出曲线。为了使设计更加直观，在 ADAMS中创建仿真模型，根据数学模型的函数关系，设计硬点坐标参数化的模型，优化后得到合理的机构。计算转向阻力矩后将其添加在主销上，得出传动摇臂的最大扭矩及受力最大的二力杆，对其进行受力和变形分析，验证杆件的刚度和强度。⑶根据相关结论通过比较后，选择断开式转向梯形，具有转向特性的双横臂独立悬架需重新设计，本文基于 RSSR机构的运动学，以设计赛车悬架的三视图法为基础，根据整车参数以及轮胎正视平面内的侧倾中心和侧视平面内的纵倾中心得到瞬轴，建立上下控制面，确定横臂长度后，在三维模型中得到悬架硬点位置，最后以空间连杆运动学为基础建立程序完成悬架的轮跳仿真，得出各参数的变化范围。⑷依据悬架硬点坐标，在ADAMS中建立双横臂悬架的模型，通过轮跳仿真得出各参数的变化曲线，以变化范围较大的参数为多目标函数，以硬点坐标为设计变量，在Adams/Insight中完成多目标函数的优化分析，使悬架的参数具有合理的变化范围，达到悬架的最优性能。

目录

声明

第一章 绪论

1.1课题背景及来源

1.2 FSAE赛车悬架国内外研究状况

1.3转向机构国内外的研究

1.4空间连杆机构简介及其研究方法

1.5机械优化设计

1.6研究的意义与主要内容

第二章 整体式转向梯形

2.1后轮转向机构简述

2.2后轮转向杆系的数学建模

2.3传动RSSR机构分析

2.4后轮转向梯形的优化设计

2.5 ADAMS仿真软件的验证

2.6本章小结

第三章 断开式转向梯形的设计

3.1断开式转向梯形设计

3.2转向梯形数学模型的建立

3.3基于ADAMS断开式转向梯形的优化

3.4本章小结

第四章 基于RSSR机构双横臂悬架导向机构的几何设计

4.1悬架系统概述

4.2悬架自由度分析

4.3整车参数

4.4双横臂悬架导向机构的设计

4.5基于MATLAB的运动学仿真

4.6本章小结

第五章 基于ADAMS悬架运动学仿真及优化

5.1 ADAMS动力学分析

5.2 后轮悬架导向机构模型的建立

5.3后轮悬架的轮跳仿真

5.4后轮悬架导向机构的优化

5.5本章小结

第六章 总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

附录

致谢

攻读学位期间发表的学术论文