2014FSC悬架答辩报告-太原理工

悬架Suspension独特创新设计AUniqueDesign多连杆独立悬架Multi-linkSuspension独创“瞬轴设计法”CreateANewMethod————————太原理工大学晋翔车队TaiyuanUniversityofTechnologyJXRacingTeam动态性能出众HighPerformance自主探索总结出多连杆悬架导向机构设计“瞬轴法”和转向回正力矩计算方法，充分发挥了多连杆悬架的优势，提高了赛车的操控性能Duringthisprocess,wefoundanewwayforthedesignofmulti-linksuspensionbyourselves,andthismethodcanbeusedfornearlyallkindsofindependentsuspension.太原理工大学JX.1赛车悬架采用了大学生方程式中极少用到的多连杆独立悬架，其设计过程经过了运动学优化（包括悬架运动时的车轮及主销定位参数变化、侧倾中心布置及载荷转移等参数变化）、动力学优化（包括转向力、反馈力等）、轻量化设计和制造成本优化JX.1racingcarofTYUTwasdesignedusingmulti-linksuspension，whichishardlyusedinFormulaStudent.Wedesigneditwithconsideringofkinematic，dynamic，lightweightandproducingcostoptimizing.———————————————————————————概述SummaryWhyismulti-link?高性能Performance调节自由Adjustable设计自由度DesignPossibilities受力良好ForceSituation面向制造节约成本EasierproduceandLesscostFirstofall,FormulaStudentisaengineeringdesigncompetitionaimingtotrainusnewguys,sowhydon’twetrysomethingnew?Whydon’twetrytolearnmorefromthis?高性能Performance多连杆独立悬架拥有更多的控制臂，因此，精心设计的多连杆悬架可以提供更好的操控性能。Amulti-linksuspensioncontainsmorelinkssothatitcansupplybetterhandlingperformancewhenelaboratedesigned.—————————————多连杆悬架在很多高性能汽车上得到应用，例如大众辉腾、宝马3系和5系、以及奔驰C级，他们的前后悬架均为多连杆形式。Infactthere’smanyhighperformancecars,suchasVolksWagonPhaeton,BMW3Classand5Class,andMercedesEClass,usemulti-link.Besides,withoutbushings,aracingcarwithmulti-linkwillhavelessproblems.杆系受力ForceSituation双叉臂悬架的A臂看似是一个结构稳定的三角形，但事实上由于焊接、应力、铰接等需求，A臂要想受力良好需要更多的工作和成本。There’salwaysbendingforceonanA-arm.AnA-armseemslikeasteadytriangle,butinfactit’sweldatend,sothattheforcecan’tbetransferedperfectlyalongbardirection,anditmaycausesometroubleatthehardpointconnectingA-armandupright.多连杆悬架的所有杆件均为二力杆，杆件结构简单，制造方便，成本低廉。Allthecontrolarminmulti-linksuspensionaretwo-forcememberswithsimplestructure,whichmeanswecanusethinnerbars,cheaperballjoints，andlesscostforproducing.Itdoesgreathelpforlightweightandvolume-produce.设计空间DesignPossibilitiesTrytoimaginewhatamazingcanbedonewithfivelinksin3Dspace?MorecontrolarmssupplyusmorepossibilitiesindesignthanonlytwoA-arms.Multi-linkcanachievebetterperformance(suchassteeringwheelfeedback,andkinematicstuff)orbetterpackage,youcanbalanceitduringthedesign.试想，三维空间中的五个杆件可以组合多少种可能？更多的连杆提供给了我们更大的设计空间。多连杆悬架可以实现更好的性能，也能实现更自由的布局。这提供给设计者更多的方便，可根据需要自由协调平衡。同时，设计自由度更大的多连杆悬架可能让你的车看起来的确与众不同。自由调节AdjustableDoubleA-armoftenhasfixedstructure,orusesomecomplexdesigntomakeitadjustable,andmostofthemcannotadjustcamberandkingpininclinationseparately.Multi-linkcanbeadjustallofcamber,kingpininclination,andkingpincaster,becausethere’snoactualkingpin.Thevirtualkingpinmoveswhenchangelengthofacontrolarm.双A臂悬架通常具有难于调整的结构，或者需要更复杂一点的设计来实现某个参数的可调。由于多连杆悬架没有实际的主销，它可以通过调节控制臂的长度来实现车轮和主销定位参数的调整。在不同的比赛中，只需拧拧螺母就可以实现定位参数的微调。瞬轴法InstantAxleMethodAwheelmovesaroundanaxiscalledinstantaxleatcertaintimewhenit’sjumpingorrebounding,andthereissomekindofgeometricalrelationshipbetweencontrolarmsandtheinstantaxle.Usingthismethodwecanfindwhereisthekingpinofacertainsuspension,butalsodoitinoppositedirection.Youknowtheinstantaxledoesalotofinfluences,sowefixinstantaxlefirstly,andplacecontrolarmsbyfollowingthegeometricalrelationshipanywherewewant.ThisprocesscanbedoneeasilyandvisuallywithasoftwarelikeCATIA(everybodycanuseCATIA).多连杆悬架的控制臂通常是空间交错的，“虚拟”的主销轴线位置的确定本身就是一个课题。我们独立提出了一种新的“瞬轴法”设计多连杆悬架的方法。这种“瞬轴法”通过基础的三维建模，将复杂的空间解析问题用几何法表达了出来，不仅直观可见，而且方便于对其运动学和动力学规律的研究，已经形成从“零”开始的整套多连杆悬架设计流程。瞬轴法InstantAxleMethod悬架运动学KinematicIt’snoteasytodesignamulti-linksuspension,especiallywhenthewheelsaretraveling,everythingyoudesignedinstaticconditionchangescausingmoredatatodealwith.Wediditonlybyabasalandpopularsoftware,CATIA.Itmightlooksstupid,butwhatwedidisquitemeaningfulforustounderstandtheoryandprincipleofsuspension.由于悬架的跳动，产生的大量动态特性数据将使设计变得十分困难。在这里我们只用了最基础的软件——CATIA，来处理这些问题。这样一种最简单最基础的计算机辅助，对使我们更好地了解悬架理论起到了重要作用。悬架运动学Kinematic悬架运动学Kinematic悬架运动学Kinematic悬架运动学Kinematic悬架运动学Kinematic力反馈ForcefeedbackInaFormulaStudentracingcar,wedon’thaveEPS.Butsteeringforceandforcefeedbackareimportantforfeelingandcontrolthecar.Atthispointwealsocameupwithawayfoundbyourselvestocalculateit.ItalsoonlyusedCATIA,butnoneofsimulationsoftware.ThemethodwefoundusedcalculationfunctionofCATIA,andwemadebothvelocityandforcevisible.在大学生方程式的赛车上，我们没有电子助力转向，但是转向力和方向盘力反馈对于操控车辆来说又十分重要。对此，我们找到了一种计算转向力和力反馈的方法。同时，通过这种方法，我们也清晰地了解到了力反馈产生的机理。力反馈ForcefeedbackFv外侧707Fv内侧643Fs外侧68Fs内侧68Fv’与支承力夹角（外侧）85.42Fv’与支承力夹角（内侧）85.138Fs‘与侧向力夹角（外侧）2.275Fs‘与侧向力夹角（内侧）2.725Fv’外侧56.45465936Fv’内侧54.49819058Fs'外侧67.94640314Fs'内侧67.92310736外侧车轮Fv'力臂长度-37.529外侧车轮Fs'力臂长度25.097内侧车轮Fv'力臂长度36.479内侧车轮Fs'力臂长度26.04Fv引起的回正力矩（外侧）-2118.686911Fv引起的回正力矩（内侧）1988.039494Fs引起的回正力矩（外侧）1705.25088Fs引起的回正力矩（内侧）1768.717716Fv引起的回正力矩（合计）-130.6474168Fs引起的回正力矩（合计）3473.968595回正力矩总和（N·mm）3343.321178Thisisasheetcontainingwhatwemeasuredfromthemodelandresultswegotbycalculation.Finallywegotasheetlikeright右面的表格包含了从CATIA数模中测量的项目和计算的结果，最终我们可以借此得到某一工况下。转向力和力反馈的结果———————————————————力反馈ForcefeedbackThisWecalculatedthreeconditions,highspeedandlowlateralG,middlespeedandmiddleG,andhighG,toevaluatestraightaheadcontrollabilityandcorneringco