基于FSAE懸架幾何參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)
2019年06月04日 21:51
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附件5
湖南省大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃
項(xiàng) 目 申 報(bào) 表
項(xiàng)目名稱:
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學(xué)校名稱
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長沙理工大學(xué)
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學(xué)生姓名
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學(xué) 號(hào)
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專 業(yè)
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性 別
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入 學(xué) 年 份
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詹兆宇
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201469030236
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車輛工程
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男
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2014
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郝杰
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201569030229
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車輛工程
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男
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2015
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劉露
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201469030219
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車輛工程
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男
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2014
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陳幫杰
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201432020124
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車輛工程
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男
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2014
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指導(dǎo)教師
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吳茵
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職稱
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副教授
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項(xiàng)目所屬
一級(jí)學(xué)科
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交通運(yùn)輸工程
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項(xiàng)目科類(理科/文科)
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理科
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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(xiàng):《基于FSAE賽車車架扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)與有限元對(duì)比分析的對(duì)比研究》
主持《FSAE方程式賽車雙橫臂機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)》
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(xiàng)《FSAE制動(dòng)總成的設(shè)計(jì)》
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
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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(xiàng)目:天然纖維增強(qiáng)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(diǎn)項(xiàng)目:基于拓?fù)鋬?yōu)化的以塑代鋼PVC公路護(hù)欄設(shè)計(jì)新方法, 已結(jié)題。
參與高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金課題:面向純電動(dòng)汽車車身概念設(shè)計(jì)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(xiàng)目:天然麻類纖維增強(qiáng)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(xiàng)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(xiàng)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(xiàng)目:現(xiàn)代信息技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)課程中的應(yīng)用研究與實(shí)踐,已結(jié)題。
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項(xiàng)目研究和實(shí)驗(yàn)的目的、內(nèi)容和要解決的主要問題
1、研究和試驗(yàn)?zāi)康模?
本項(xiàng)目研究和實(shí)驗(yàn)最主要的目的是為滿足FSAE的比賽要求設(shè)計(jì)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(jì)的時(shí)候,要考慮整個(gè)底盤系統(tǒng)之間的聯(lián)系,讓懸架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能夠考慮到轉(zhuǎn)向和制動(dòng)對(duì)其的影響,讓賽車底盤系統(tǒng)達(dá)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(duì)FSAE賽車懸架的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行選擇,前后懸架均采用不等長雙橫臂獨(dú)立懸架,對(duì)前后懸架的主要參數(shù)和導(dǎo)向結(jié)構(gòu)進(jìn)行初步設(shè)計(jì)。
2) 利用Adams/Car模塊分別對(duì)賽車的前后懸架建立仿真模型,對(duì)建立的前后懸架模型進(jìn)行雙輪上下平行跳動(dòng)仿真運(yùn)動(dòng),得到懸架主要參數(shù)的曲線變化,并且利用Adams/Insight對(duì)前后懸架進(jìn)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(diǎn)為設(shè)計(jì)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(jì)變量,優(yōu)化分析,使賽車的前后懸架滿足設(shè)計(jì)要求,懸架的性能達(dá)到理想的變化范圍。
3、 解決的主要問題:
1)針對(duì)兩屆賽事中出現(xiàn)賽車高速過彎時(shí)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(jì)上存在的問題。
2)解決懸架系統(tǒng)理論分析和試驗(yàn)驗(yàn)證難以結(jié)合在一起的問題。
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國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展動(dòng)態(tài)
懸架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和性能的好壞會(huì)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(gè)良好的整車必須要有一個(gè)良好的懸架系統(tǒng)。
對(duì)于 FSAE 賽車來說,懸架的設(shè)計(jì)是否成功也決定了整個(gè)賽車性能的水平,其中懸架的設(shè)計(jì)要包括合理選擇懸架系統(tǒng)的形式,對(duì)懸架的各個(gè)元件進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)和選擇,進(jìn)行懸架的運(yùn)動(dòng)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(dá)到最優(yōu)。
吉林大學(xué)于 1997 年建立了汽車動(dòng)態(tài)模擬國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,展開了對(duì)汽車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)與控制的研究,包括對(duì)汽車的整車、總成及關(guān)鍵零部件進(jìn)行動(dòng)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(dú)立懸架的模型,詳細(xì)地分析了懸架的性能曲線,并且利用遺傳算法對(duì)懸架進(jìn)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(duì)即將開發(fā)的車型的懸架進(jìn)行分析,對(duì)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(jì)質(zhì)量。湖南大學(xué)劉美燕以系統(tǒng)動(dòng)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(duì)前懸架進(jìn)行了優(yōu)化和分析;對(duì)所建立的整車模型進(jìn)行了典型的操縱穩(wěn)定性仿真實(shí)驗(yàn),并且對(duì)比了前后賽車的操縱穩(wěn)定性能。雖然在國內(nèi)對(duì)懸架動(dòng)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(duì)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(duì)懸架的研究主要是針對(duì)普通汽車懸架的研究,而對(duì) 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(duì)于FSAE賽車懸架設(shè)計(jì)與仿真及優(yōu)化的研究也有了很大的進(jìn)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(jì)顯得尤為重要。
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本項(xiàng)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(duì)五年以來在賽車懸架設(shè)計(jì)研究的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)之上,本項(xiàng)目成員曾經(jīng)設(shè)計(jì)過FSAE賽車的懸架、車架、制動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì),能熟悉運(yùn)用CAD、UG繪圖及ANSYS、Adams分析軟件,對(duì)材料的基本性能較為了解。
實(shí)踐能力:
本項(xiàng)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(jì)加工和測試,具有較強(qiáng)的實(shí)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(duì)賽車的駕駛方式及操控性有一定的熟知度。
獲得成績:
本項(xiàng)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(jiǎng),其中ANSYS仿真分析答辯進(jìn)入了全國前十,具有獨(dú)立進(jìn)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。
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項(xiàng)目的創(chuàng)新點(diǎn)和特色
1、使用CAD軟件并依據(jù)經(jīng)驗(yàn)先對(duì)前后的懸架的硬點(diǎn)位置進(jìn)行初步的選取,同時(shí)對(duì)阻尼和彈簧的參數(shù)進(jìn)行選擇。
2、利用ADAMS/CAR模塊對(duì)賽車的前后懸架建立仿真模型,對(duì)影響操縱穩(wěn)定性的前懸架性能參數(shù)進(jìn)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(diǎn)為設(shè)計(jì)變量,進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)和多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì),最終得到較優(yōu)的硬點(diǎn)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(shí)間,降低賽車的設(shè)計(jì)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(gè)部件運(yùn)動(dòng)情況,與仿真結(jié)果對(duì)比分析,驗(yàn)證仿真結(jié)果的真實(shí)性、可靠性。
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項(xiàng)目的技術(shù)路線及預(yù)期成果
1、技術(shù)路線
1) 首先對(duì)去年設(shè)計(jì)的懸架幾何進(jìn)行總結(jié)分析,找出設(shè)計(jì)缺陷所在,避免這些問題在新的設(shè)計(jì)中出現(xiàn)。
2) 利用CAD軟件對(duì)前后懸架進(jìn)行初始的硬點(diǎn)選取和零部件選型。
3) 使用ADAMS軟件建立懸架的虛擬樣機(jī)模型并對(duì)硬點(diǎn)進(jìn)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(duì)模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化;并進(jìn)行加工圖紙的繪制。
5) 加工懸架零部件并裝配。
6) 進(jìn)行測試并對(duì)測試結(jié)果和理論研究做對(duì)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(jì)優(yōu)化方案。在保證懸架強(qiáng)度可靠性的前提下,實(shí)現(xiàn)輕量化,同時(shí)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。
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年度目標(biāo)和工作內(nèi)容(分年度寫)
2017年1月前:完成對(duì)16賽季懸架運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)總結(jié),分析。
2017年2月前:完成對(duì)17賽季懸架設(shè)計(jì)大綱及預(yù)算的設(shè)想。
2017年5月前:對(duì)17賽季懸架參數(shù)進(jìn)行計(jì)算設(shè)計(jì)仿真分析。
2017年6月前:通過計(jì)算得到的懸架幾何參數(shù),設(shè)計(jì)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(jìn)行實(shí)驗(yàn)測試;通過實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)果,進(jìn)行懸架前期調(diào)教,對(duì)機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向輪定位參數(shù)等進(jìn)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(duì)比分析。
2018年4月前: 完善好相關(guān)的研究材料。
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指導(dǎo)教師意見
簽字: 日期:
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注:本表欄空不夠可另附紙張