學(xué)校名稱

長沙理工大學(xué)

學(xué)生姓名

學(xué)  號

專      業(yè)

性 別

入 學(xué) 年 份

詹兆宇

201469030236

車輛工程

男

2014

郝杰

201569030229

車輛工程

男

2015

劉露

201469030219

車輛工程

男

2014

陳幫杰

201432020124

車輛工程

男

2014

指導(dǎo)教師

吳茵

職稱

副教授

項目所屬

一級學(xué)科

交通運輸工程

項目科類(理科/文科)

理科

學(xué)生曾經(jīng)參與科研的情況

詹兆宇：參加過兩屆中國大學(xué)生方程式汽車大賽

2015年度科技立項：《基于FSAE賽車車架扭轉(zhuǎn)實驗與有限元對比分析的對比研究》

主持《FSAE方程式賽車雙橫臂機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計》

劉露：參加過兩屆中國大學(xué)生方程式汽車大賽

2015年度科技立項《FSAE制動總成的設(shè)計》

陳幫杰：參加過一屆中國大學(xué)生方程式汽車大賽

郝杰：參加過一屆中國大學(xué)生方程式汽車大賽

指導(dǎo)教師承擔(dān)科研課題情況

主持湖南省教育廳一般項目：天然纖維增強聚醚型聚合物基生態(tài)剎車材料的研制,已結(jié)題。

參與湖南省自然科學(xué)省市聯(lián)合基金重點項目：基于拓?fù)鋬?yōu)化的以塑代鋼PVC公路護欄設(shè)計新方法， 已結(jié)題。

參與高等學(xué)校博士學(xué)科點專項科研基金課題：面向純電動汽車車身概念設(shè)計的碰撞相容性與NVH多目標(biāo)拓?fù)鋬?yōu)化方法及應(yīng)用研究，已結(jié)題。

參與湖南省科技廳項目：天然麻類纖維增強淀粉基生態(tài)材料的研究，已結(jié)題。

參與湖南省自然科學(xué)基金項目：聚醚醚酮自潤滑復(fù)合材料的摩擦學(xué)研究，已結(jié)題。

參與湖南省教育廳優(yōu)秀青年基金項目：聚苯酯改性聚醚醚酮耐磨復(fù)合材料的研究，已結(jié)題。

參與教研教改項目：現(xiàn)代信息技術(shù)在機械設(shè)計課程中的應(yīng)用研究與實踐，已結(jié)題。

項目研究和實驗的目的、內(nèi)容和要解決的主要問題

1、研究和試驗?zāi)康模?

本項目研究和實驗最主要的目的是為滿足FSAE的比賽要求設(shè)計出一套具有良好性能的懸架幾何參數(shù)，具體包括：

1) 在懸架設(shè)計的時候，要考慮整個底盤系統(tǒng)之間的聯(lián)系，讓懸架系統(tǒng)的設(shè)計能夠考慮到轉(zhuǎn)向和制動對其的影響，讓賽車底盤系統(tǒng)達到較佳的狀態(tài)。

2) 在整車性能上，提高賽車的操縱穩(wěn)定性、平順性。

2、研究內(nèi)容：

1） 根據(jù)整車的布置對FSAE賽車懸架的結(jié)構(gòu)形式進行選擇,前后懸架均采用不等長雙橫臂獨立懸架，對前后懸架的主要參數(shù)和導(dǎo)向結(jié)構(gòu)進行初步設(shè)計。

2） 利用Adams/Car模塊分別對賽車的前后懸架建立仿真模型,對建立的前后懸架模型進行雙輪上下平行跳動仿真運動,得到懸架主要參數(shù)的曲線變化，并且利用Adams/Insight對前后懸架進行優(yōu)化,以橫臂的定位參數(shù)為主要優(yōu)化目標(biāo),以上、下橫臂與車架的鉸接點為設(shè)計變量 ,以轉(zhuǎn)向輪定位參數(shù)為次優(yōu)化目標(biāo)，外傾角、前束角等為設(shè)計變量，優(yōu)化分析，使賽車的前后懸架滿足設(shè)計要求，懸架的性能達到理想的變化范圍。 

3、 解決的主要問題：

1）針對兩屆賽事中出現(xiàn)賽車高速過彎時車輪離地，下橫臂受沖擊力壓彎的情況，解決在懸架幾何參數(shù)設(shè)計上存在的問題。

2）解決懸架系統(tǒng)理論分析和試驗驗證難以結(jié)合在一起的問題。

國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展動態(tài)

懸架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和性能的好壞會直接影響汽車的操縱穩(wěn)定性和汽車的行駛平順性等整車的性能，換句話說，一個良好的整車必須要有一個良好的懸架系統(tǒng)。

對于 FSAE 賽車來說，懸架的設(shè)計是否成功也決定了整個賽車性能的水平，其中懸架的設(shè)計要包括合理選擇懸架系統(tǒng)的形式，對懸架的各個元件進行合理的設(shè)計和選擇，進行懸架的運動學(xué)和靜力學(xué)的分析，最終使懸架滿足參賽要求，并且使懸架的性能參數(shù)盡可能達到最優(yōu)。

   吉林大學(xué)于 1997 年建立了汽車動態(tài)模擬國家重點實驗室，展開了對汽車系統(tǒng)動力學(xué)與控制的研究，包括對汽車的整車、總成及關(guān)鍵零部件進行動力學(xué)建模、分析和研究。合肥工業(yè)大學(xué)的阮五洲利用 Adams 軟件創(chuàng)建了雙橫臂獨立懸架的模型，詳細地分析了懸架的性能曲線，并且利用遺傳算法對懸架進行優(yōu)化。廣汽本田汽車有限公司的鄒海峰工程師利用 Adams/car 軟件對即將開發(fā)的車型的懸架進行分析，對懸架和整車的主要性能事先預(yù)測，為懸架的優(yōu)化提供了可靠的數(shù)據(jù)，縮短了產(chǎn)品的開發(fā)周期，提高了汽車產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量。湖南大學(xué)劉美燕以系統(tǒng)動力學(xué)理論為基礎(chǔ)，利用仿真軟件 Adams 建立 FSAE 賽車懸架模型，對前懸架進行了優(yōu)化和分析；對所建立的整車模型進行了典型的操縱穩(wěn)定性仿真實驗，并且對比了前后賽車的操縱穩(wěn)定性能。雖然在國內(nèi)對懸架動力學(xué)的研究比較多，但是由于懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，對于懸架的有限元研究還是并不很多，從國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀可以看出對懸架的研究主要是針對普通汽車懸架的研究，而對 FSAE 賽車懸架系統(tǒng)的研究很少。

自2010年中國舉辦第一屆FSAE大賽以來，賽事在國內(nèi)發(fā)展的很快，到2013年更是增加了FSEC比賽。到如今，對于FSAE賽車懸架設(shè)計與仿真及優(yōu)化的研究也有了很大的進展，像湖南大學(xué)采用碳纖維的推拉桿，吉林大學(xué)懸架的推拉桿、橫臂都是碳纖維的，這都是建立在懸架幾何參數(shù)的仿真及優(yōu)化的基礎(chǔ)之上，懸架幾何參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計顯得尤為重要。 

本項目學(xué)生有關(guān)的研究積累和已取得的成績

基于長沙理工大學(xué)方程式賽車隊五年以來在賽車懸架設(shè)計研究的經(jīng)驗基礎(chǔ)之上，本項目成員曾經(jīng)設(shè)計過FSAE賽車的懸架、車架、制動系統(tǒng)。參與過長沙理工大學(xué)2015、2016年賽車的懸架、車架、制動系統(tǒng)的設(shè)計，能熟悉運用CAD、UG繪圖及ANSYS、Adams分析軟件，對材料的基本性能較為了解。

實踐能力：

本項目組成員參與了兩屆FSAE賽車的加工環(huán)節(jié)，參與過很多的零件的設(shè)計加工和測試，具有較強的實踐能力。詹兆宇作為車手，參加2016年全國大學(xué)生方程式汽車大賽，對賽車的駕駛方式及操控性有一定的熟知度。

獲得成績：

本項目組成員參加過的2015年中國大學(xué)生方程式汽車大賽，獲得全國第25名，三等獎，其中ANSYS仿真分析答辯進入了全國前十，具有獨立進行靜力學(xué)分析的能力。2016年中國大學(xué)生方程式汽車大賽，獲得直線加速十一名，8字繞環(huán)第七名。

項目的創(chuàng)新點和特色

1、使用CAD軟件并依據(jù)經(jīng)驗先對前后的懸架的硬點位置進行初步的選取，同時對阻尼和彈簧的參數(shù)進行選擇。

2、利用ADAMS/CAR模塊對賽車的前后懸架建立仿真模型，對影響操縱穩(wěn)定性的前懸架性能參數(shù)進行優(yōu)化，以四輪定位的參數(shù)和側(cè)傾中心為優(yōu)化目標(biāo)，以上下橫臂的鉸接點為設(shè)計變量，進行試驗設(shè)計和多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計，最終得到較優(yōu)的硬點坐標(biāo)，通過軟件的仿真得到一套良好性能的懸架參數(shù)，減少懸架的研發(fā)時間，降低賽車的設(shè)計研究制造成本。

3、在阻尼上裝有阻尼位置傳感器，并裝有行車記錄儀，記錄極限操控下懸架各個部件運動情況，與仿真結(jié)果對比分析，驗證仿真結(jié)果的真實性、可靠性。

項目的技術(shù)路線及預(yù)期成果

1、技術(shù)路線

1) 首先對去年設(shè)計的懸架幾何進行總結(jié)分析，找出設(shè)計缺陷所在，避免這些問題在新的設(shè)計中出現(xiàn)。

2) 利用CAD軟件對前后懸架進行初始的硬點選取和零部件選型。

3) 使用ADAMS軟件建立懸架的虛擬樣機模型并對硬點進行優(yōu)化處理。

4) 使用UG軟件建立整車的三維模型，利用ANSYS軟件對模型進行結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化；并進行加工圖紙的繪制。

5) 加工懸架零部件并裝配。

6) 進行測試并對測試結(jié)果和理論研究做對比。

2、預(yù)期成果：

1) 得到一套最適合比賽的懸架幾何參數(shù)，完成長沙理工2017方程式賽車懸架的設(shè)計優(yōu)化方案。在保證懸架強度可靠性的前提下，實現(xiàn)輕量化，同時解決往屆賽季懸架橫臂受沖擊力，彎曲變形的問題，提升賽車性能。

年度目標(biāo)和工作內(nèi)容（分年度寫）

2017年1月前：完成對16賽季懸架運動數(shù)據(jù)總結(jié)，分析。

2017年2月前：完成對17賽季懸架設(shè)計大綱及預(yù)算的設(shè)想。

2017年5月前：對17賽季懸架參數(shù)進行計算設(shè)計仿真分析。

2017年6月前：通過計算得到的懸架幾何參數(shù)，設(shè)計優(yōu)化懸架結(jié)構(gòu)。

2017年9月前：加工17賽季懸架部件，裝于17賽車，進行實驗測試；通過實驗得到的結(jié)果，進行懸架前期調(diào)教，對機構(gòu)、轉(zhuǎn)向輪定位參數(shù)等進行再優(yōu)化。

2017年11月前：懸架后期調(diào)校，參加2017年全國大學(xué)生方程式汽車大賽。

2017年12月前：完成數(shù)據(jù)采集和對比分析。

2018年4月前: 完善好相關(guān)的研究材料。

指導(dǎo)教師意見

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