FSAE赛车转向设计优化及整车操纵稳定性分析

摘要

赛车转向系统作为赛车重要子系统之一，是由车手亲自操纵来控制赛车进行比赛。在比赛过程中转向机构很大程度上决定了赛车的转向性能，同时影响赛车的操纵性能及其他性能；一个好的转向系统可以充分的发挥赛车的整体性能，并且能给车手很好的反馈，提高整体表现。故应用数学建模方法，在有约束条件下对转向梯形进行优化，通过整车动力学仿真模拟测试整车性能，对指导实车进行改进具有重要意义。
　　本文首先介绍了大学生方程式赛车国内外的发展情况；以赛车转向子系统和整车操稳性为研究方向，总结了国内外大学生方程式赛车转向系统及整车操稳性研究现状；介绍FSC赛车设计过程，较为详细分析了本赛车的转向机构设计优化过程；最后建立整车的动力学参数模型，并利用该模型对赛车操稳性进行分析。
　　针对阿克曼转向梯形机构的优化设计，建立了数学模型，确定了约束条件，求得目标函数最优值，断开式转向梯形机构的优化是整体式转向梯形机构优化的递进，并且将优化结果有效应用于转向机构的设计当中；为了提高车辆参赛表现，同时设计了接近平行转向的过阿克曼转向梯形机构，应用Adams/Car进行了参数优化；最后确定了转向机构参数，并且在整车转向仿真测试中进行验证，取得了良好效果。
　　本文对整车进行了五项操纵稳定性试验和方向盘的振动分析。经过对试验结果的分析表明：赛车的急剧转向能力一般，转向瞬态响应灵敏，回正性随速度升高变化明显，转向盘角阶跃输入特性与稳态转向性能较好；赛车在到达一定速度(40km/hr)时可操纵性较差，赛车应该尽可能避免在40km/hr左右较长时间行驶。