浅析FSE方程式赛车悬架和车架的设计.docVIP

FSE方程式赛车悬架和车架的设计介绍 （只翻译悬架部分） Edmund F. Gaffney lll and Anthony R. Salinas University of Missouri-Rolla 概要 这是一篇基于UM-Rolla队设计经验的有关SAE方程式赛车悬架和车架的设计介绍性文章。在这里呈现的是一些基础理论和方法，所以一些刚起步的队伍可以遵循这里面的一些基础来设计他们的赛车。所列举的例子是参照于UM-Rolla队的1996年的参赛数据。 1.悬架几何学 悬架几何方面关注于悬架设计的一些基础性知识并着重于UM-Rolla队1996年的设计。 FSAE的悬架由于受过弯速度的限制只能在汽车动力学很狭隘的一个领域内运作，正如你所知道的，过弯速度又是受到跑道尺寸的限制。因此，FSAE悬架的设计应该严格遵守比赛的要求。例如，汽车的轮距和轴距是影响操作稳定性至关重要的因素。这两个方面不仅影响着载荷转移，同时还影响着过弯半径。 此外，我们不仅只能关注于悬架的几何学方面，还得考虑元件的价格还有市场上是否能买得到。例如，inboard suspension很容易在市场上买到而outboard suspension可能比较便宜些而且制作起来也更加容易些。 UM-Rolla队使用推杆驱动的螺旋弹簧独立悬架系统。做出这样的决定主要是因为受到安装技术的限制。此外，不管是对裁判还是对供应商来说，inboard suspension更为适合如今的赛车。 尽管我们所讨论的是上下臂不等长的悬架系统，但你要知道的是这其中的大部分概念对于其他的悬架系统也同样适合。 轮距 如图1所示，轮距是汽车左右两侧车轮中心线之间的距离。对于过弯来说，这是非常重要的一个概念，因为它可以抵制重力作用于质心的惯性力（CG）和作用于轮胎的侧向力所共同产生的倾覆力矩。对于赛车设计者来说，轮距是影响赛车横向负荷转移的一个至关重要的因素。这也就是说，在悬架的运动分析之前，设计者一定要对轮距有个深刻的了解。 图1.轮距 （1996年的前悬正视图） 当我们确定轮距的时候，前后轮的轮距并不一定要相同。举个例子来说，对于后轮驱动的赛车而言，通常前轮的轮距要大一些。这种设计理念是为了通过将抗拒侧翻的负荷转移到前轮来增大出弯时后轮的牵引力。（This design concept is used to increase rear traction during corner exit by reducing the amount of body roll resisted by the rear tires relative to the front tires.）基于FSAE方程式赛车的过弯速度和驱动力重量比(horsepower-to-weight ratio)，这种设计理念必须要牢记。 轴距 轴距当然也必须要纳入设计师的考虑范围。轴距是指汽车前后轮车轴之间的距离。它同时也受到负荷转移的影响，不过是在纵向。除了具有抗减速前倾和加速后仰的特性外，轴距还影响到重心（CG）位置的布置，但是对于悬架系统的运动学特性而言却影响不大。然而，在设计过程的初期轴距就要被确定下来，因为这对整车的安装起着非常大的作用。 在轮距和轴距确定之前，设计师可以研究其他参赛者的车并以此作为自己赛车设计计算的一个基准。包括轮距和轴距在内的FSAE赛车说明书，可以在SAE出版的赛事说明中找到。 1996年UM-Rolla队使用的是1727mm的轴距，1270mm的前轮距和1219mm的后轮距。尽管这个轴距足够胜任FSAE赛事的尺寸要求，但是他们还是想将下一辆他们所设计的赛车轴距提高到1854.2mm。这种改动试图去提高赛车在高速下入弯时的稳定性。 轮胎和车轮 在考虑完轴距和轮距之后，紧接着要确定下来的是轮胎和车轮。考虑到轮胎对于赛车的操作稳定性起着非常大的作用，小组中的每一个成员必须对轮胎的尺寸和材料是否可以买到有个彻底的深入的调查了解。例如，对于车轮直径给定的赛车而言，轮胎高度决定了球关节（装在车轮内部）与地面之间的距离。 轮胎尺寸-设计师应该意识到对于车轮直径给定的赛车而言轮胎尺寸是受到限制的。因此，考虑到轮胎尺寸对于操作稳定性的重要性，在轮胎的选择上我们需要谨慎。因为轮胎与地面的接触面积对抓地力起着非常大的作用，所以通常我们会使用更宽的轮胎来提升牵引力。然后，同时我们也必须要记住宽轮胎增加了旋转质量，这将会使本来就受到限制的发动机负荷增大。相比较宽轮胎所增加的牵引力而言，由于增加负荷所导致的总体性能上或许反而会有害。宽轮胎不但增加了总重量，而且还无疑的会增加橡胶材料的耗材。既然赛车轮胎是被设计用来更为有效的在特殊的温度范围内运作，增加进去的材料可能会阻止胎温上升到最佳的温度范围内。UM-Rolla队1996年赛