摘 要

本文基于中国大学生方程式大赛（Formula Student China）的基础规则，结合自己在学校车队工作及赛车驾驶经验，设计了一套完整的大学生方程式赛车悬架系统。具体工作方向如下：

首先研究了中国大学生方程式大赛规则，了解了悬架系统的设计规则，以及后续设计时应注意的问题。通过查阅文献，知道了大学生方程式赛车悬架的设计步骤，研究了悬架系统会如何对赛车操纵稳定性产生影响。

设计阶段，首先研究了各种不同形式的悬架的优缺点，确定了赛车采用双横臂式独立悬架，接着对赛车的基本参数进行了选取并确定了车轮定位参数，然后分别对悬架刚度、横向稳定杆、减震器等部件进行了设计计算，并绘制了前后悬架几何三视图。最后对前后悬架进行了三维模型的建立、及二维图纸的绘制。

关键词：大学生方程式；悬架系统；悬架几何；车轮定位参数

Abstract

This paper is according to the rules of Formula Student China, combine with my working experience in WUT and driving experience. I designed a complete FSAE race car suspension system. My works in concrete are mainly as follows:

First, I read FSAE rules carefully, I got a good knowledge of rules as well as noticed what need to pat attention when doing my design work. Then, I read lots of paper to know how to do the design work and studied how suspension system influence the performance of the race car.

In design period, I studied merit and demerit of different kinds of suspension and I decided to apply double-wishbone independent suspension on FSAE race car and determined basic parameter of the car. Later, I designed and calculated Suspension stiffness, anti-roll bar and damper. At last, I made three-dimensional model of my design as well as two-dimensional drawing.

Key Words：FSAE；suspension system；suspension geometry； aligning parameters

目 录

第1章 绪论 1

1.1 FSAE赛事介绍 1

1.1.1 发展历史 1

1.1.2 赛事规则 1

1.2 研究目的及意义 3

1.2.1 研究背景 3

1.2.2 国内外研究状况 3

1.2.3 研究目的及意义 4

1.3 研究的基本内容、目标 4

第2章 悬架系统设计基础 5

2.1 悬架系统方案选取及设计流程 5

2.1.1 悬架系统方案选取 5

2.1.2 悬架类型的选择 6

2.1.3 设计流程 7

2.2 大赛规则及基本数据 7

2.2.1 大赛规则 7

2.2.2 基础数据 7

第3章 车轮定位参数的设计 9

第4章 悬架主要参数计算 13

4.1 FSAE赛车悬架偏频的选择 13

4.2 悬架刚度的计算 13

4.3 横向稳定杆的计算 16

4.4 减震器与导向机构的计算 17

第5章 悬架几何设计 19

5.1 前悬架几何平面设计 19

5.2后悬架几何设计 21

第6章 零部件设计与装配 22

6.1 控制臂的设计 22

6.2 立柱的设计 23

6.3 摇臂的设计 24

6.4 横向稳定杆的设计 25

6.5 前后悬架的装配 26

参考文献 27

致 谢 29

第1章 绪论

1.1 FSAE赛事介绍

1.1.1 发展历史

1979年，SAE Mini-Indy赛车比赛第一次在美国休斯敦大学举办。主办方借鉴了Mini Baja 的比赛制度并要求统一采用一台5匹马力的发动机，这项赛事吸引了13所大学报名比赛，来自这13所大学的学生通过自己学到的知识独立的设计制造赛车参赛，最终德克萨斯大学获得冠军。

这场专为高校及大学生举办的赛事，经过几十年的发展，已经成为目前最炙手可热的大学生赛车运动。目前美国、德国、法国、意大利、日本、中国等国家都已经相继开始由各个国家的汽车工程师协会牵头举办比赛^[1]。在表1.1中列举出来目前比较有影响力的赛事。

表1.1 国际FSAE系列赛

1.1.2 赛事规则

FSAE赛事基本上由各国的汽车工程师协会联合各国开设车辆工程、机械工程等相关专业高校开展举办。参赛高校学生要求在10个月的时间里独立的设计并制造出一台符合赛委会规则的赛车参加比赛。想要赢得比赛，这台赛车必须具备较强的加速和制动能力、高速行驶时具有良好的操控行和稳定性、过弯时车身姿态稳定转向精准。赛委会将制定赛车参赛技术标准，这套技术标准相对来讲比较开放，因此参赛的学生有较大的创造空间将自己所学的知识应用于赛车设计。但是从安全、公平等角度出发，主委会对发动机排量、车架、车身空套、悬架系统、制动系统等有详细的技术要求限制^[2]。现将赛车参赛技术标准总结如下：

1. 赛车轮胎外露、采用敞开式驾驶室；
2. 赛车必须适合第95百分位男性驾驶员和第5百分位女性驾驶员驾驶；
3. 发动机排量将被限制在610cc之内；
4. 必须安装内径20mm的进气限流阀；
5. 车辆的轴距应大于1525mm（60英寸）；
6. 较小的轮距应大于较大轮距的75%；
7. 制动系统工作时能使四个车轮全部抱死；
8. 悬架跳动行程不小于50.8mm(2英寸)；
9. 轮辋直径不得小于203.2mm（8英寸）
10. 大量结构强度要求；
11. 大量安全要求；

在大赛完备的赛事技术规则内，各个车队的学生们将利用自己的智慧和团队配合共同完成赛车的设计和制造，并最终参加一年一度的比赛。FSAE赛事分为静态测试和动态测试两个部分；静态测试有三个项目：商业展示、赛车静态设计和赛车成本展示，在这些环节中，车队将以PPT讲说、答辩等方式来向评委介绍自己赛车的商业价值、设计理念、特色创意、成本管控等，最终由评委给分；动态测试有五个项目：75m直线加速测试、8字绕环测试、高速避障测试、耐久测试和效率测试^[3]。

其中动态测试将考验赛车真正的性能：75m直线加速测试考验的是赛车的加速性能，赛车将在规定的75m赛道上静止起步全力冲向终点，并记录用时；8字绕环测试考验的是赛车的弯道能力，赛车将在两个宽3m、内径15.25m、圆心相距18.25m的赛道内比赛，比赛时先向右侧的圆环绕两圈然后边线向左侧的圆环绕两圈，并记录用时^[4]；高速避障测试将评价赛车的机动性和灵活性，测试在一条紧凑赛道中单独发车，组委会以桩桶的形式在赛道中布置直道、定半径弯、发卡弯、蛇形穿桩等以综合考验赛车的加速、制动、转向等性能；耐久测试和效率测试将同时进行，其目的是为了考验赛车工作时的可靠性、机械结构的耐久度以及赛车的燃油经济性，测试将在总长22公里的赛道上进行，组委会以桩桶的形式在赛道中布置直道、定半径弯、发卡弯、蛇形穿桩，比赛时依次发车并在发车前将燃油加注到燃油标记线位置，完成比赛后将记录比赛用时和燃油消耗量。最后组委会将采用科学的公式将将比赛用时等结果转换为得分相加。按照最终得分排名角逐出比赛冠军车队。各个测试项目及分值见表1-2^[5]。