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之前發了幾篇關於FSAE的文章,話不多說,今天就來簡要概括下FSAE賽車懸架的設計。

懸架是將車輪和車架相連接的部件,懸架將承受來自地面通過車輪傳遞各種力和力矩,同時懸架的設計也影響著在跳動時的輪胎姿態,這也極大影響著輪胎與地面的接觸特性,決定著輪胎的極限性能能否充分發揮。當然,這是比較官方的說法。

用我的方式來講懸架的重要性,可以做個對比,沒有懸架的汽車就像人直接騎著沒有輪胎的自行車—顛簸的很,有了懸架,就像坐在沙發上一樣舒適,當然,這只是一個方面的直觀對比。換句話說,一臺良好的賽車必須要有一個性能良好的懸架系統。

對於FSAE賽車來說,懸架的設計是否成功也在很大程度上決定了整個賽車性能的水平,在懸架的選擇上,設計主要考慮懸架性能、零部件複雜程度、和成本。 賽車中常見的懸架形式有:麥弗遜式,雙橫臂式,及多連桿式。

麥弗遜式獨立懸架

雙橫臂式獨立懸架

多連桿式獨立懸架

麥弗遜式:基本上是由彈簧和避震裝置以及下臂組成及簡單結構。減振器的上端與車身連接,下端由A臂支撐,除了零件數量少,質量輕以外,懸架行程能夠很好保證,可吸收大範圍來自路面的震動。

雙橫臂式:由於有上下兩個A形臂,所以稱為雙A臂,也成雙橫臂。隨著A臂的形狀和位置的不同,其能夠比較自由的控制加減速時車輛的姿態和車輪運動時的參數變化,又由於雙橫臂懸架具有良好的剛度,所以其常常用於重視操縱穩定性的跑車中。同時,也應為零部件多而且結構複雜,需要較大的安裝空間。

多連桿懸掛:此種懸架屬於雙A臂懸架的進化形,不過相對於雙A臂懸架的兩個安裝臂來說,多連桿懸架則需要3-5個安裝臂來解決車軸的位置。由於各安裝臂相互分離,配置的自由度極高,能夠方便更細膩的調校。

綜合考慮:麥弗遜式懸掛不能滿足賽車的苛刻的性能要求,多連桿式懸架設計難度大,花花費高。雙橫臂式懸架性能好,造價低,技術要求適中。

另外,由於FSAE賽車懸架常有拉桿式懸架和推桿式懸架,考慮賽車的美觀,前懸架採用拉桿式(pull rod),後懸架再用推桿形式(push rod)。

車輪上跳時,拉桿式懸架,拉桿受到拉力,而推桿收到壓力。

下面講一下它的結構設計的幾個要點:

1.瞬時轉動中心

瞬時轉動中心(Instant Center)能夠影響車輪跳動時的橫向滑移量,當車輪上跳時,瞬時轉動中心在地面上方時,車輪向外側滑移,瞬時轉動中心在地平面上時,距離不變車輪不滑移,當在地面以下時,車輪向內滑移。

瞬時轉動中心對車輪外傾角的相對輪跳動行程的變化是由影響的,瞬時轉動中心距離 IC與車輪中心平面的距離越遠,輪胎外傾角的變化率就越小。

2.側傾中心

左右車輪的瞬時轉動中心與相應應車輪的連線的交點就是側傾中心側傾中心在垂直方向距離地面的高度成為側傾中心高度。側傾中心位置是影響懸架側向性能的重要參數,當側向力與作用在側傾中心時,就沒有側傾力矩,車身就不會轉動。 由於側傾中心的位置是隨懸架運動而瞬時變動的,因而側傾中心高度是瞬時變動的。側傾中心越高,由側向力引起的側傾力矩就越小,反之亦然。

側傾中心的位置也影響著車輛的側傾力矩,前後懸側傾中心的連線為車輛的側傾軸線,側傾軸線的位置影響了車輛轉彎時的側傾力矩。車輛質心到側傾軸線的縱向垂直距離是懸掛質量離心力引起的側傾力矩的力臂。車輛質心到側傾軸線的橫向有效距離是懸掛質量重力引起的側傾力矩的力臂。同時也影響非懸掛質量的離心力引起的側傾力矩。當側傾中心的高度急劇下降或向彎道內側移動方向時,側傾力矩就會急劇增加。對於沒有橫向穩定桿的車輛來說,如果在設計時忽略了這一點,賽車的側傾角由於側傾力矩的突然變大,可能就很難受到控制。

3.偏頻

偏頻是與車輛的舒適性和安全性密切相關的參數之一, 指汽車前後部分車身的固有頻率n1 和 n2(亦稱偏頻)。 對於乘用車來說,後懸架的偏頻一般在 1-1.6Hz,對於舒適性要求低一些的貨車來說,懸架偏頻一般在1.5-2.2Hz之間。 FSAE 賽車比賽的正常道路為平滑的水泥或柏油路面,賽車在正常駕駛時不會有強烈的震動,同時相比舒適性,由於賽車更加註重操縱穩定性和安全性,因此懸架的偏頻易選的高一些, 懸架靜撓度直接影響車身振動的偏頻。

4.懸架剛度與側傾角剛度

懸架剛度是在車廂固定的情況下,在輪心處施加的使輪心發生單位垂直位移的垂直力。懸架的側傾角剛度是指單位車廂轉角下懸架系統給車廂的彈性恢復力偶矩。

已知懸架的線剛度,可根據下式算出懸架的側傾角剛度。

--懸架側傾角剛度

--懸架線剛度

--輪距

為了既有良好的平順性,又兼有良好的安全性,乘用車常常加裝橫向穩定桿,不影響車輛平順性的基礎上,增加車輛的側傾角剛度,改善車輛的安全性。

在確定上面這些基本參數後,還有一個比較重要的方面—車輪!

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