一种用于大学生方程式赛车的解耦悬架设计方法技术

本发明专利技术公开了一种用于大学生方程式赛车的解耦悬架设计方法，包括如下步骤：步骤1、根据大学生方程式赛车建立解耦悬架模型，依据解耦悬架模型选取解耦悬架参数，用于实现对悬架线刚度和侧倾角刚度的解耦；步骤2、根据解耦悬架参数进行悬架Adams建模并仿真分析，确定待优化结构；步骤3、对待优化结构进行参数优化，得到优化后的解耦悬架参数，根据优化后的解耦悬架参数设计解耦悬架。本发明专利技术可以实现悬架线刚度和侧倾角刚度的完全解耦，并能给赛车带来的操控稳定性和平顺性的提升。的操控稳定性和平顺性的提升。的操控稳定性和平顺性的提升。

【技术实现步骤摘要】
一种用于大学生方程式赛车的解耦悬架设计方法


[0001]本专利技术涉及赛车设计领域，特别涉及一种用于大学生方程式赛车的解耦悬架设计方法。

技术介绍

[0002]中国大学生方程式赛事(FSAE)成立于2010年，发展至今已成为了一项较为成熟的赛事。FSAE赛车的悬架设计在这10余年间也经历了不断地发展。在方程式赛车上，悬架性能甚至决定了赛车的极限。传统的悬架由于其悬架线刚度及侧倾角刚度及阻尼耦合，使得赛车底盘的性能发挥在很大程度上受到了限制。对于FSAE赛车来说，较大的侧倾角刚度能够增大赛车的侧向抓地力极限对于提升赛车的整车性能有积极意义；但由此造成的悬架线刚度的提高又会导致作用予轮胎于地面之间的动载荷变化波动较大，破坏了赛车的整体平顺性，降低了赛车的性能。这两方面的矛盾对赛车的悬架系统的设计造成了较大困难。有些学者基于原有的悬架形式，对车辆的刚度进行调节，尝试找到侧倾角刚度和线刚度的平衡。但目前的技术都是在常规的悬架形式上进行了设计，用以达到了预期的侧倾角刚度或线刚度目标。但是，由于其线刚度和侧倾角刚度完全耦合，都只能达到一方面的最优，或是进行折中平衡,悬架的性能没有得到完全发挥。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种用于大学生方程式赛车的解耦悬架设计方法。本专利技术可以实现悬架线刚度和侧倾角刚度的完全解耦，并能给赛车带来的操控稳定性和平顺性的提升。
[0004]本专利技术的技术方案如下：一种用于大学生方程式赛车的解耦悬架设计方法，包括如下步骤：
[0005]步骤1、根据大学生方程式赛车建立解耦悬架模型，依据解耦悬架模型选取解耦悬架参数；
[0006]步骤2、根据解耦悬架参数进行悬架Adams建模并仿真分析，确定待优化结构；
[0007]步骤3、对待优化结构进行参数优化，得到优化后的解耦悬架参数，根据优化后的解耦悬架参数设计解耦悬架。
[0008]上述的用于大学生方程式赛车的解耦悬架设计方法，所述的解耦悬架模型包括两侧的车轮，车轮连接有悬架下横臂和悬架上横臂；两侧所述悬架上横臂经推杆分别对应连接有左侧摇臂和右侧摇臂；所述左侧摇臂和右侧摇臂之间设有一根横置的俯仰弹簧以及一根斜置的侧倾弹簧；所述解耦悬架模型通过横置的俯仰弹簧来提供悬架的线刚度，通过斜置的侧倾弹簧提供悬架的侧倾角刚度；当车辆进行加速或制动时，两侧车轮会发生同方向的运动，此时两侧摇臂会同时向内侧或外侧转动，从而引起俯仰弹簧的压缩或拉伸，而侧倾弹簧此时不参与工作；当车辆发生侧倾运动时，两侧车轮发生相反方向的运动，此时侧倾弹簧发生长度变化而俯仰弹簧不工作以此实现对悬架线刚度和侧倾角刚度的解耦。
[0009]前述的所述的用于大学生方程式赛车的解耦悬架设计方法，所述解耦悬架参数包括前悬架和后悬架的偏频、乘适刚度、线刚度、侧倾增益、侧倾角刚度、俯仰阻尼系数以及侧倾阻尼系数。
[0010]前述的用于大学生方程式赛车的解耦悬架设计方法，步骤2中，所述仿真分析的评价指标包括悬架的解耦度和传递比的变化；
[0011]所述解耦度用于评价悬架侧倾角刚度和线刚度相互干涉的程度，当解耦度越高，则代表弹簧及减振器的布置结构越合理，侧倾角刚度和线刚度干涉越小；所述解耦度通过平行轮跳下侧倾弹簧的长度变化以及反向轮跳下俯仰弹簧的长度变化来体现；
[0012]所述传递比是轮胎中心的位移与弹簧长度变化量的比值，传递比在悬架跳动的过程中的变化影响悬架刚度，通过仿真分析将传递比保持在合理范围内。
[0013]前述的用于大学生方程式赛车的解耦悬架设计方法，所述待优化的结构包括俯仰弹簧优化和侧倾弹簧的优化，优化过程是先设计变量，然后设置目标函数，最后构建约束条件。
[0014]前述的用于大学生方程式赛车的解耦悬架设计方法，所述俯仰弹簧的设计变量主要包括两个：摇臂臂长x1和摇臂内侧与其纵轴的夹角x2，则得到设计变量为：
[0015][0016]所述目标函数为解耦度和传递比的目标函数，目标函数表示如下：
[0017]F[X]＝ω
l
(Δ
l
‑
Δ
i1
)+ω2(Δ2‑
Δ
i2
)；
[0018]式中：ω1和ω2分别为加权系数，Δ1为俯仰弹簧实际压缩量，Δ
i1
为理想的侧倾弹簧变化量，Δ2为侧倾弹簧实际压缩量，Δ
i2
为理想的俯仰弹簧压缩量；
[0019]所述约束条件包括摇臂长度的约束和摇臂内侧与其纵轴夹角的约束，约束条件如下：
[0020][0021]前述的用于大学生方程式赛车的解耦悬架设计方法，所述侧倾弹簧的设计变量主要包括两个：摇臂臂长x1和摇臂内侧与其纵轴的夹角x2，则得到设计变量为：
[0022][0023]所述目标函数为解耦度和传递比的目标函数，目标函数表示如下：
[0024]F［X］＝ω1|Δ1‑
Δ
i1
|+ω2|Δ2‑
Δi2|；
[0025]式中：ω1和ω2分别为加权系数，Δ1为俯仰弹簧实际压缩量，Δ
i1
为理想的侧倾弹簧变化量，Δ2为侧倾弹簧实际压缩量，Δ
i2
为理想的俯仰弹簧压缩量；
[0026]所述约束条件包括摇臂长度的约束和摇臂内侧与其纵轴夹角的约束，约束条件如下：
[0027][0028]与现有技术相比，本专利技术通过一根横置的俯仰弹簧来提供悬架的线刚度，一根斜置的侧倾弹簧提供悬架的侧倾角刚度，从结构上进行了创新，实现了对悬架线刚度和侧倾角刚度的解耦。本专利技术从解耦悬架的特性出发，分别将偏频和侧倾增益作为赛车纵向性能和侧向性能的设计出发点，对悬架的线刚度和侧倾角刚度分开进行计算，得到了合适的悬架各项刚度和阻尼等参数。本专利技术将传递比和解耦度作为设计目标，将摇臂臂长和摇臂内侧与其纵轴的夹角作为设计变量，并根据零件的实际结构和整车布置要求构建了约束条件，运用约束坐标轮换法取得了合适的设计变量参数，实现了较好的优化效果，提高了解耦悬架的性能，并能给赛车带来的操控稳定性和平顺性的提升。
附图说明
[0029]图1为本专利技术解耦悬架模型的结构示意图；
[0030]图2为前悬架俯仰弹簧传递比仿真结果；
[0031]图3为前悬架俯仰弹簧长度变化仿真结果；
[0032]图4为后悬架俯仰弹簧传递比仿真结果；
[0033]图5为后悬架俯仰弹簧长度变化仿真结果；
[0034]图6为前悬架侧倾弹簧传递比仿真结果；
[0035]图7为前悬架侧倾弹簧长度变化仿真结果；
[0036]图8为后悬架侧倾弹簧传递比仿真结果；
[0037]图9为后悬架侧倾弹簧长度变化仿真结果；
[0038]图10为俯仰弹簧的模型示意图；图10中的(a)是俯仰弹簧静态情况，图10中的(b)是车轮下跳时的摇臂转角；图10中的(c)是车轮上跳时的摇臂转角；
[0039]图11是俯仰弹簧的目标函数三维情况；
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于大学生方程式赛车的解耦悬架设计方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1、根据大学生方程式赛车建立解耦悬架模型，依据解耦悬架模型选取解耦悬架参数，用于实现对悬架线刚度和侧倾角刚度的解耦；步骤2、根据解耦悬架参数进行悬架Adams建模并仿真分析，确定待优化结构；步骤3、对待优化结构进行参数优化，得到优化后的解耦悬架参数，根据优化后的解耦悬架参数设计解耦悬架。2.根据权利要求1所述的用于大学生方程式赛车的解耦悬架设计方法，其特征在于：所述的解耦悬架模型包括两侧的车轮(1)，车轮(1)连接有悬架下横臂(2)和悬架上横臂(3)；两侧所述悬架上横臂(3)经推杆(4)分别对应连接有左侧摇臂(5)和右侧摇臂(6)；所述左侧摇臂(5)和右侧摇臂(8)之间设有一根横置的俯仰弹簧(7)以及一根斜置的侧倾弹簧(6)；所述解耦悬架模型通过横置的俯仰弹簧来提供悬架的线刚度，通过斜置的侧倾弹簧提供悬架的侧倾角刚度；当车辆进行加速或制动时，两侧车轮会发生同方向的运动，此时两侧摇臂会同时向内侧或外侧转动，从而引起俯仰弹簧的压缩或拉伸，而侧倾弹簧此时不参与工作；当车辆发生侧倾运动时，两侧车轮发生相反方向的运动，此时侧倾弹簧发生长度变化而俯仰弹簧不工作以此实现对悬架线刚度和侧倾角刚度的解耦。3.根据权利要求2所述的所述的用于大学生方程式赛车的解耦悬架设计方法，其特征在于：所述解耦悬架参数包括前悬架和后悬架的偏频、乘适刚度、线刚度、侧倾增益、侧倾角刚度、俯仰阻尼系数以及侧倾阻尼系数。4.根据权利要求2所述的用于大学生方程式赛车的解耦悬架设计方法，其特征在于：步骤2中，所述仿真分析的评价指标包括悬架的解耦度和传递比的变化；所述解耦度用于评价悬架侧倾角刚度和线刚度相互干涉的程度，当解耦度越高，则代表弹簧及减振器的布置结构越合理，侧倾角刚度和线刚度干涉越小；所述解耦度通过平行轮跳下侧倾弹簧的长度变化以及反向轮跳下俯仰弹簧的长度变化来体现...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨世伟，李强，
申请(专利权)人：浙江科技学院，
类型：发明
国别省市：