開題報(bào)告---基于adams的fsae賽車動(dòng)力學(xué)仿真

1、<p>　　本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）</p><p><b>　　開 題 報(bào) 告</b></p><p>　論文題目基于Adams的FSAE賽車動(dòng)力學(xué)仿真 </p><p>　班 級(jí)</p><p>　姓 名</p><p>　院（系）汽車工程學(xué)院 &

2、lt;/p><p>　導(dǎo) 師</p><p>　開題時(shí)間2015.1.8 </p><p>　　1．課題研究的目的和意義</p><p><b>　　課題研究目的</b></p><p>　　本文是基于 SAE 方程式賽車(Formula SAE)基礎(chǔ)上所開展的動(dòng)力

3、學(xué)研究。</p><p>　　汽車是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，整車的操縱穩(wěn)定性受到輪胎、懸架、轉(zhuǎn)向等多方面因素的影響，基于賽車性能要求和普通車輛的差異，本文將從賽車性能要求實(shí)際出發(fā)，考慮懸架系統(tǒng)參數(shù)對(duì)整車動(dòng)力學(xué)性能的影響，在保證一定平順性的基礎(chǔ)上對(duì)操控性進(jìn)行仿真優(yōu)化，達(dá)到提高賽車操縱穩(wěn)定性的目的。并且最終在該款 FSAE 賽車的基礎(chǔ)上，通過多體動(dòng)力學(xué)仿真，來檢驗(yàn)和研究底盤參數(shù)對(duì)整車操縱穩(wěn)定性的影響。</p>

4、<p><b>　　課題研究意義</b></p><p>　　本文應(yīng)用動(dòng)力學(xué)仿真軟件ADAMS建立較為精確的 FSAE 虛擬樣機(jī)，實(shí)現(xiàn)賽車底盤的參數(shù)化優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以迅速建立相近車型的整車模型，結(jié)合賽車其他系統(tǒng)的虛擬樣機(jī)，對(duì)該 FSAE 賽車進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，對(duì)賽車的操縱穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)估和優(yōu)化，為以后的賽車設(shè)計(jì)提供了有效的參考。</p><p><b>

5、　　2．國內(nèi)外研究現(xiàn)狀</b></p><p>　　國內(nèi)數(shù)年前就開始相繼有學(xué)校專項(xiàng)針對(duì)大學(xué)生方程式賽車進(jìn)行性能研究，湖南大學(xué)作為國內(nèi)最早參加FSAE的大學(xué)，在2008年[1] [2],湖南大學(xué)的張武用ADAMS建立了湖南大學(xué)FSAE賽車的整車虛擬樣機(jī)，并運(yùn)用國標(biāo)進(jìn)行整車操縱穩(wěn)定性的動(dòng)力學(xué)仿真和評(píng)價(jià)，改變參數(shù)變量,分析其對(duì)賽車操縱穩(wěn)定性的影響規(guī)律，并提出改進(jìn)意見。同年湖南大學(xué)的劉美燕針對(duì)FSAE懸架進(jìn)行

6、了仿真分析，并運(yùn)用了多目標(biāo)優(yōu)化的方法對(duì)前懸架的主銷內(nèi)傾角、主銷后傾角、車輪外傾角和車輪前束角變化進(jìn)行了優(yōu)化分析，并以穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)為例,探討了后懸架輪胎傾角與輪胎束角對(duì) FSAE 賽車整車操縱穩(wěn)定性的影響,并對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)。2009[3]年湖南大學(xué)的柴天結(jié)合FSAE賽車比賽規(guī)則和賽道的布置特點(diǎn),從賽車底盤角度出發(fā)，提出了FSAE賽車設(shè)計(jì)參數(shù)制定的基本思路,確定了 FSAE賽車設(shè)計(jì)工作的基本方向和目標(biāo)。在2011年，北京理工大學(xué)的倪俊[4]

7、對(duì)和華南理工大學(xué)的吳健瑜[5]都對(duì)雙橫臂前懸架的運(yùn)動(dòng)學(xué)進(jìn)行了的仿真及優(yōu)化，研究了懸架參數(shù)中的敏感參數(shù)，獲得了動(dòng)態(tài)性能優(yōu)越的懸架幾何，改善了操控穩(wěn)定性。同年，西華大學(xué)的廖小亮[6]利用ADAMS 軟件建立FSA</p><p>　　國內(nèi)從七十年代初,長春汽車研究所和清華大學(xué)都同時(shí)致力于車輛動(dòng)力學(xué)的研究，研究工作主要集中在汽車操縱穩(wěn)定性、平順性性能指標(biāo)的評(píng)價(jià)法、汽車力學(xué)模型的建立、車輛的性能預(yù)測和優(yōu)化設(shè)計(jì)方法等[13

8、] [14]。1992年，清華大學(xué)的張海芩運(yùn)用牛頓-歐拉法，建立了包含懸架系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、輪胎模型和制動(dòng)系統(tǒng)的非線性模型[15]，對(duì)汽車操縱穩(wěn)定性和制動(dòng)性進(jìn)行了更進(jìn)一步的研究。車輛動(dòng)力學(xué)發(fā)展到了一個(gè)很高的水平。</p><p>　　1973年[16]，美國Michigan大學(xué)教授等人研制出了ADAMS軟件，國外車輛動(dòng)力學(xué)中的操縱穩(wěn)定性研究經(jīng)歷了由試驗(yàn)到理論，開環(huán)到閉環(huán)的研究過程。仿真計(jì)算也是由穩(wěn)態(tài)到瞬態(tài)的響應(yīng)仿真

9、，力學(xué)模型由線性發(fā)展到非線性的多體系統(tǒng)模型。</p><p>　　縱觀國內(nèi)國外，雖然動(dòng)力學(xué)的建模和仿真在乘用車領(lǐng)域發(fā)展的很成熟，然而國內(nèi)的大學(xué)生方程式賽車領(lǐng)域，相關(guān)研究比較少，所以這個(gè)題目還是很有研究意義的。</p><p>　　3. 本課題的研究內(nèi)容及技術(shù)方案</p><p>　　本文的主要內(nèi)容是運(yùn)用虛擬樣機(jī)技術(shù)，系統(tǒng)地完成以哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）FSAE 賽車的

10、操縱穩(wěn)定性為研究目的的虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)流程。利用虛擬樣機(jī)技術(shù)建立賽車的整車動(dòng)力學(xué)模型，參照國家標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)和比賽項(xiàng)目對(duì)整車進(jìn)行了操縱穩(wěn)定性仿真研究。通過仿真，分析對(duì)影響操縱穩(wěn)定性的因數(shù)及其規(guī)律，提出改進(jìn)意見，為以后的 FSAE 賽車設(shè)計(jì)提供參考。</p><p>　　主要研究內(nèi)容及技術(shù)方案包括以下四個(gè)方面：</p><p>　?。?）根據(jù)哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海） FSAE 賽車的所有結(jié)構(gòu)參數(shù)，利用

11、ADAMS/Car 軟件建立了整車的動(dòng)力學(xué)模型，包括前后懸架系統(tǒng)、前后輪胎、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及車身結(jié)構(gòu)。從而將虛擬樣機(jī)技術(shù)引入到 FSAE 賽車性能研究領(lǐng)域。</p><p>　　（2）根據(jù) ADAMS 的仿真控制原理，參照普通汽車的操縱穩(wěn)定性道路試驗(yàn)方法和國家標(biāo)準(zhǔn) GB/T6323-1994 汽車操縱穩(wěn)定性試驗(yàn)方法，并根據(jù)比賽項(xiàng)目適當(dāng)修改實(shí)驗(yàn)參數(shù)，進(jìn)行操縱穩(wěn)定性試驗(yàn)仿真，包括：蛇形試驗(yàn)、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角階躍輸入試驗(yàn)、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)

12、角脈沖輸入試驗(yàn)、轉(zhuǎn)向回正性能試驗(yàn)、轉(zhuǎn)向輕便性試驗(yàn)和穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)。并根據(jù)實(shí)驗(yàn)調(diào)試數(shù)據(jù)和賽事經(jīng)驗(yàn)適當(dāng)調(diào)整性能評(píng)價(jià)指標(biāo)，使實(shí)驗(yàn)更有效。</p><p>　　（3）選擇賽車的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)，根據(jù)參數(shù)變化設(shè)計(jì)出幾種變形車型。對(duì)所有的變形車型進(jìn)行操縱穩(wěn)定性試驗(yàn)仿真，將結(jié)果與原型車相比較，研究不同參數(shù)對(duì)賽車操縱穩(wěn)定性的影響規(guī)律。</p><p>　?。?）根據(jù)參數(shù)影響規(guī)律，對(duì) FSAE 賽車就操縱穩(wěn)定性方

13、面提出改進(jìn)意見，對(duì)今后的設(shè)計(jì)工作具有重要的指導(dǎo)意義。</p><p><b>　　4. 本設(shè)計(jì)的特色</b></p><p>　　本文特色是將國家標(biāo)準(zhǔn) GB/T6323-1994 汽車操縱穩(wěn)定性試驗(yàn)方法運(yùn)用到FSAE賽車的性能的評(píng)價(jià)，根據(jù)實(shí)際調(diào)試數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)參數(shù)做相應(yīng)的調(diào)整，使之更加適合FSAE的賽車性能評(píng)價(jià)，形成具有特色的評(píng)價(jià)方法，為以后車隊(duì)賽車動(dòng)力學(xué)評(píng)價(jià)提

14、供科學(xué)良好的基準(zhǔn)。</p><p><b>　　5. 進(jìn)度安排</b></p><p>　　1-3周：查閱資料，包括相關(guān)動(dòng)力學(xué)仿真相關(guān)論文，操控性仿真評(píng)體系文獻(xiàn)，動(dòng)力學(xué)相關(guān)書籍，并學(xué)習(xí)Adams軟件。</p><p>　　4-5周：繼續(xù)學(xué)習(xí)Adams軟件及其模型機(jī)理。</p><p>　　6周：收集整車與各個(gè)總成詳細(xì)參數(shù)

15、。</p><p>　　7-9周：逐步完成各個(gè)總成Adams虛擬樣機(jī)模型的建立，包括輪胎、轉(zhuǎn)向、懸架、動(dòng)力系統(tǒng)、車身系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)建模。</p><p>　　10-11周：完成Adams整車組裝及參數(shù)模型的調(diào)試，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真，得出仿真結(jié)果。</p><p>　　12-14周：完成變種車的仿真，得出仿真結(jié)果。</p><p>　　

16、15-18周：整理運(yùn)算實(shí)驗(yàn)成果，按照要求撰寫論文各章內(nèi)容，并準(zhǔn)備答辯。</p><p><b>　　6. 參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　張武. FSAE賽車操縱穩(wěn)定性的仿真研究[D]. 湖南大學(xué),2008.</p><p>　　劉美燕. FSAE賽車懸架仿真分析及操縱穩(wěn)定性虛擬試驗(yàn)[D]. 湖南大學(xué),2008.</p>&

17、lt;p>　　柴天. FSAE 賽車整車性能分析與研究[D]. 湖南大學(xué), 2009.</p><p>　　倪俊,徐彬. FSAE賽車雙橫臂前懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真及優(yōu)化[J]. 車輛與動(dòng)力技術(shù), 2011, (4):51-54.</p><p>　　吳健瑜. 大學(xué)生方程式賽車懸架設(shè)計(jì)及優(yōu)化研究[D]. 華南理工大學(xué), 2011.</p><p>　　倪俊, 徐彬.

18、基于ADAMS的FSAE賽車建模與操縱穩(wěn)定性仿真[J]. 工程設(shè)計(jì)學(xué)報(bào), 2011, (5):354-358.</p><p>　　廖小亮, 孫澤海. 基于ADAMS的FSAE賽車轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]. 湖北汽車工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào), 2011, (4):39-42.</p><p>　　倪俊. FSAE賽車動(dòng)力學(xué)仿真中輪胎模型應(yīng)用[J]. 汽車工程學(xué)報(bào), 2012, 02(5). DOI

19、:10.3969/j.issn.2095-1469.2012.05.08.</p><p>　　倪俊. FSAE賽車彎道競賽動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向特性研究[J]. 車輛與動(dòng)力技術(shù), 2012, (2).</p><p>　　周東玉. FSAE賽車總布置、懸架設(shè)計(jì)及整車操穩(wěn)性分析[D]. 長安大學(xué), 2013. DOI:10.7666/d.D408865.</p><p>　　王行

20、. 方程式賽車操縱穩(wěn)定性研究[D]. 廣東工業(yè)大學(xué), 2013.</p><p>　　姚一珂. 懸架特性對(duì)FSC賽車操縱穩(wěn)定性影響的分析[D]. 中北大學(xué), 2014.</p><p>　　喻凡, 林逸編著.汽車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社, 2005</p><p>　　郭寬友.汽車操縱穩(wěn)定性的影響閃素及評(píng)價(jià)方法研究[J].重慶工學(xué)院學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)

21、版),2007:07: 53-56.</p><p>　　張威,張景海,隗海林,等.汽車動(dòng)力學(xué)仿真模型的發(fā)展[J].汽車技術(shù),2003(2):3-6.</p><p>　　賈長治,殷軍輝,薛文星.MDADAMS虛擬樣機(jī)從入門到桔通[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2010.</p><p>　　QC/T 480-1999. 汽車操縱穩(wěn)定性指標(biāo)限值與評(píng)價(jià)方法[S]. 1

22、999</p><p>　　GB/T 6323.6-1994. 汽車操縱穩(wěn)定性試驗(yàn)方法 穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)[S]. 1994</p><p>　　GB/T 6323.5-1994. 汽車操縱穩(wěn)定性試驗(yàn)方法 轉(zhuǎn)向輕便性試驗(yàn)[S]. 1994</p><p>　　GB/T 6323.4-1994. 汽車操縱穩(wěn)定性試驗(yàn)方法 轉(zhuǎn)向回正性能試驗(yàn)[S]. 1994</p>

23、<p>　　GB/T 6323.1-1994. 汽車操縱穩(wěn)定性試驗(yàn)方法 蛇行試驗(yàn) [S].1994</p><p>　　GB/T 6323.3-1994. 汽車操縱穩(wěn)定性試驗(yàn)方法 轉(zhuǎn)向瞬態(tài)響應(yīng)試驗(yàn)(轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角脈沖輸入) [S].1994</p><p>　　GB/T 6323.2-1994. 汽車操縱穩(wěn)定性試驗(yàn)方法 轉(zhuǎn)向瞬態(tài)響應(yīng)試驗(yàn)(轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角階躍輸入) [S].1994&l

24、t;/p><p>　　郭孔輝. 汽車操縱穩(wěn)定性[M] .長春:吉林人民出版社. 1983 .</p><p>　　郭孔輝. 汽車操縱動(dòng)力學(xué)[M]. 吉林科學(xué)技術(shù)出版社, 1991</p><p>　　余志生. 汽車?yán)碚揫M]. 第5版. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009 .</p><p>　　王望予. 汽車設(shè)計(jì)[M]. 第4版. 北京：機(jī)械工業(yè)出

25、版社，2004.</p><p>　　鳩田幸夫. 汽車設(shè)計(jì)制造指南[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.</p><p>　　任衛(wèi)群. 車－路系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)中的虛擬樣機(jī)[M]. 電子工業(yè)出版社, 2005</p><p>　　(德)威魯麥特. 車輛動(dòng)力學(xué)模擬及其方法[M]. 北京理工大學(xué)出版社,1998</p><p>　　(美)格里斯比.

26、車輛動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)[M]. 清華大學(xué)出版社,2006</p><p>　　(美)拉賈馬尼. 車輛動(dòng)力學(xué)及控制[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2010</p><p>　　(德)米奇克. 汽車動(dòng)力學(xué)[M]. 清華大學(xué)出版社,2009</p><p>　　雷雨成. 汽車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)及仿真[M].國防工業(yè)出版社,1997</p><p>　　安部正人.

27、車輛操縱動(dòng)力學(xué)[M]. 機(jī)械工業(yè)出版社,2012</p><p>　　陳軍. MSC.ADAMS技術(shù)與工程分析實(shí)例[M]. 北京：中國水利水電出版社,2008.</p><p>　　Milliken, William F. & Milliken, Douglas L. Race Car Vehicle Dynamics[M]. Society of Automotive Engin

28、eers, 1995.</p><p>　　Bastow D, Howard G, Whitehead J P. Car suspension and handling[M]. Warrendale: SAE international, 2004.</p><p>　　Adams H. Chassis engineering[M]. Penguin, 1993.</p>&

29、lt;p>　　Staniforth A. Competition car suspension: design, construction, tuning[M]. Haynes, 1988.</p><p>　　Kröger M, Popp K, Panning L, et al. Ground vehicle dynamics[M]. Springer, 2010.</p><

30、;p>　　Puhn F. How to make your car handle[M]. Penguin, 1976.</p><p>　　Costin M, Phipps D. Racing and sports car chassis design[M]. R. Bentley, 1967.</p><p>　　Dixon J C. Suspension geometry and

31、 computation[M]. Wiley, 2009.</p><p>　　Guiggiani M. The science of vehicle dynamics[M]. Springer, 2014.</p><p>　　Dixon J. The shock absorber handbook[M]. John Wiley & Sons, 2007.</p>

32、<p>　　Wong J Y. Theory of ground vehicles[M]. John Wiley & Sons, 2001.</p><p>　　Pacejka H B. Tire Characteristics and Vehicle Handling and Stability[J]. Tire and Vehicle Dynamics (Third Edition), 20

33、12: 1-58.</p><p>　　Dixon J C. Tires, suspension, and handling[J]. Methods, 1996, 2008: 04-14.</p><p>　　Smith C. Tune to win[J]. Development, 1978, 2008: 04-14.</p><p>　　Rajamani R.

34、Vehicle dynamics and control[M]. Springer, 2011.</p><p>　　Segers J. Analysis techniques for racecar data acquisition[M]. Warrendale, PA: SAE International, 2008.</p><p>　　SAE International 2015

35、Formula SAE Rules[EB/OL]. </p><p>　　Milliken Research Associates. TTC web site. </p><p>　　Edward M. Kasprzak,University at Buffalo,David Gentz. The Formula SAE Tire Test Consortium—Tire Testing