【正文】 （23）車輪處靜撓度： 前輪 （24）后輪 (25）19 式中 ——前輪單側乘適剛度(N/mm)； ——前側頻率(Hz)；——前側單輪簧載質量(kg)；——后輪單側乘適剛度(N/mm)； ——后側頻率(Hz)；——后側單輪簧載質量(kg)；——前輪靜撓度(mm)；—后輪靜撓度(mm)。，懸架軟能更好的緩和路面沖擊，整車平順性好；偏頻高懸架偏硬，高剛度能更好地控制重心，操縱穩(wěn)定性更好對于賽車出于操控性能的考慮采取前高后底。如果把汽車看成一個在彈性懸架上作單自由度振動的質量，由此可見 1) 在懸架承受一定的垂直載荷時，懸架的剛度越小，則偏頻越低。根據(jù)車輪外傾變化率計算出等視搖臂的長度，即確定瞬時中心的位置。 懸架正視幾何在本次的設計之初就已經選定了輪胎、輪輞的尺寸。磨胎半徑是前懸架設計的重要參數(shù)之一，前懸架設計的主要目標致意就是減小磨胎半徑，因為它的存在會導致縱向力轉向。對于獨立懸架而言，當縱傾中心位置高于驅動橋車輪中心時，這一性能方可實現(xiàn)?？骨案┞视墒?21)確定。后軸稍高的側傾中心有至少倆優(yōu)點，其一是后軸可以使用較軟彈簧，因為這的側傾力矩較小，其二就是保持側傾軸盡可能平行于賽車主慣性軸。側傾中心越低的話，側傾力矩就越大。13 圖210 側傾中心在簧載質量與非簧載質量之間，由側傾中心建立了離心力的作用點。 側傾中心側傾中心的高度是在前視圖中，由輪胎的接地點與瞬時中心的連線與汽車中心線的投影的交點測量而得的。然后我們把懸架的關鍵點投影到這兩個平面上。這樣形象的表達出了兩個物體之間的運動關系?！爸行摹贝淼氖羌傧氲模瑮U的連接處的瞬時轉動點的有效投影點。缺點：拉桿大部分時間承受拉力對桿件型材料來說，一般抗拉強度要小于抗壓強度，如果材料選用不當?shù)脑?，懸架在惡劣工作環(huán)境下，桿件容易被拉斷；布置的空間比較緊湊，在運動過程中易產生干涉。FSC賽車雙橫臂懸架一般有以下兩種設計方案，推桿式雙橫臂獨立懸架與拉桿式雙橫臂獨立懸架。此次設計的YX5 FSC賽車懸架系統(tǒng)選用的是雙橫臂獨立懸架。在等長雙橫臂懸架中，當車輪上下跳動時，車輪的平面沒有發(fā)生傾斜，但是輪距發(fā)生了交大的變化，增加了車輪滑移的可能性。獨立懸架按照結構可以分為三大類。非獨立懸架具有工作可靠，結構簡單的特點。10) 在CATIA中進行三維的繪制與裝配，檢查干涉。7) 選取傳遞比(MR)彈簧剛度，因為彈簧剛度一般為整數(shù)，所以選取的傳遞比應以彈簧剛度為基準。5) 計算極限工況下橫向與縱向的載荷轉移量，與懸架的行程（無橫向穩(wěn)定桿）。2) 確定前后懸架的布置形式，一般是雙橫臂式，主要確定是拉桿式布置還是推桿式布置。只要選取合適的橫臂長度以及布置角度，不等長雙橫臂式獨立懸架就可以使前輪定位參數(shù)變化以及輪距變化均在可控的限定范圍之內，使賽車具有良好的行駛穩(wěn)定性與平順性。華南理工大學吳健瑜總結了賽車懸架的設計流程，在ADAMS/Car模塊下創(chuàng)建懸架仿真模型，進行懸架運動學仿真分析。中國開展的汽車比賽較晚，但發(fā)展比較迅速，其中影響力比較大的是中國房產錦標賽(CTCC)，全國拉力錦標賽(CRC)。國外發(fā)達國家對賽車運動學的研究起步較早，美國的William F Milliken和Douglas L. Miliken合著的《Race Car Vehicle Dynamics》，詳細介紹了各種賽車的設計過程，包括懸架所有參數(shù)的定義和選取原則、懸架的正視、側視與空間幾何學、懸架各種參數(shù)對懸架的影響程度、懸架的類型、防側傾桿的設計、彈簧與阻尼器的計算選擇等，是賽車懸架設計的重要理論依據(jù)[3]。賽車一般是犧牲了一部分平順性，來大到較好操控性，使輪胎與地面有更佳的接觸，附著力也有所提高。懸架系統(tǒng)種類繁多，不同類型的車有著不同的功用，因此所選用的懸架類型也各不相同。燭式懸架的優(yōu)點是可以控制主銷參數(shù)與車輪定位參數(shù)不會發(fā)生較大的變化，但缺點是減震套筒承受著很大的側向力，加大套筒與主銷之間的摩擦阻力，嚴重是會有損壞，因此燭式懸架逐漸被淘汰?？v臂式懸架包括單縱臂式懸架與雙縱臂式懸架。橫臂式主要有單橫臂與雙橫臂式兩種，但是單橫臂逐漸已被淘汰，當車輪跳動時，車輪的平面發(fā)生變化，致使輪距改變較大，對輪胎磨損較大，而且對轉向操縱性有一定影響。在螺旋彈簧非獨立懸架中左右車輪通過一根軸相連，通常還包括縱向推力桿、橫向推力桿、加強桿等部分。圖11 懸架的結構形式簡圖當汽車在高速轉彎的時候，汽車車架或車身相對于地面會發(fā)生一定角度的側傾，而橫向穩(wěn)定桿的存在就是減弱這種側傾角度，增強汽車的穩(wěn)定性。由于路面不是絕對的平整，所以當汽車在行駛過程中會不斷的受到來自地面的沖擊，這種沖擊力通過車輪不斷地傳到車架或車身，使乘坐人員與駕駛人員感到不舒適，對于貨車而言，嚴重的話還有可能造成貨物的損壞。它主要由彈性元件、減振器、和導向機構三部分組成，另外在多數(shù)懸架系統(tǒng)中還附加有橫向穩(wěn)定桿。大學生在參與的這一年過程當中無疑是充滿挑戰(zhàn)的過程。隊員在設計零件的時候就會考慮到零件的加工工藝與加工工序包括車、銑、鉆孔、線切割等等。而中國從汽車制造大國向技術強國邁進，已成為國人迫切的目標，而人才的培養(yǎng)至關重要。裁判通過各個車隊在各個賽事中的綜合表現(xiàn)進行評分，從而評判各校賽車隊的性能，得出各個車隊的成績。第一屆比賽共有20支車隊參賽，以后規(guī)模逐漸擴大，到第六屆已有超過60支車隊報名參賽。第1章 緒論 YX5 FSC賽車懸架設計與制作畢業(yè)設計第1章 緒論 課題背景 大學生方程式賽車的總體概述大學生方程式汽車大賽，首次舉辦與1981年，在此之后在各國汽車工程協(xié)會的幫助下使其蓬勃發(fā)展，使得更多的大學生參與其中，通過這個平臺鍛煉自己的能力，提高自己的專業(yè)技能，對汽車專業(yè)有了更深的了解。大賽包括主要包括靜態(tài)項目與動態(tài)項目，而靜態(tài)項目又包括技術答辯、市場營銷、成本答辯。通過這項賽事，同學們可以更多的了解到賽車運動、市場營銷等方面的知識，同時激發(fā)更多同學的興趣，使其參與其中。 中國大學生方程式賽車活動組織舉辦的目的就是對汽車專業(yè)人才的培養(yǎng)。在與加工師傅的交流過程中使得隊員對零件加工有了更深的認識，用最為簡單的工序加工出合格的零件，價格又要盡量便宜，從而控制成本。首先參與者要能過熟練掌握CAD、CATIA、UG等二維與三維操作軟件以方便對以后的設計。其中，彈性元件起到緩沖的作用，減振器起到減振的作用，導向機構起到導向的作用，橫向穩(wěn)定桿能夠有效的減弱汽車在轉彎時的側傾角度。彈性元件就是緩和這種沖擊，盡量使乘坐人員感到舒適，確保貨物的完好。目前汽車上可以分為非獨立懸架(圖11a)與獨立懸架(圖11b)。空氣彈簧非獨立懸架由空氣壓縮機、空氣濾清器、車身高度控制閥、空氣彈簧、儲氣罐、壓力調節(jié)器等組成。雙橫臂式懸架又可以分為等長雙橫臂與不等長雙橫臂懸架。單縱臂式懸架通常用于后輪。麥弗遜式懸架主要由滑柱與擺臂組成，相對燭式懸架使得滑柱的受力減小。汽車設計工程師通常會根據(jù)車的大小與功用來選取懸架的類型，最終期望的目的是使該類型汽車有更好的操控性與平順性。 國內外研究現(xiàn)狀國外開展汽車的賽事運動比較早，歷史上首次汽車比賽出現(xiàn)在19世紀末，到1950年國際汽聯(lián)首次舉辦了世界錦標賽，并一直舉辦到今天，這期間也是F1這項頂級賽事蓬勃發(fā)展的階段?！禗esign of a Suspension for a Formula Student Race Car》介紹了瑞典皇家理工學院2004年FSAE賽車的懸架設計過程。我國開始對汽車懸架的研究起源于80年代，對懸架的研究成果多出現(xiàn)在90年代，吉林大學于1997年建立了汽車動態(tài)模擬國家重點實驗室，展開了對汽車系統(tǒng)動力學與控制的研究，包括汽車的整車、總成及關鍵零部件的進行動力學建模、分析和研究。以懸架的評價指標為準則，對仿真結果進行詳細分析，找出變化范圍和方向不合理的性能參數(shù)，并作為懸架優(yōu)化設計的目標依據(jù)。目前，幾乎所有的賽車采用的是不等長雙橫臂式獨立懸架，另外在中高級轎車的前后懸架上不等長雙橫臂式獨立懸架也已得到廣泛應用。3) 確定主銷參數(shù)以及決定賽車性能參數(shù)的范圍，偏頻圍、側傾率、懸架行程，側傾中心高度等。根據(jù)前后側傾角剛度與側傾率、懸架行程，設計前后橫向穩(wěn)定桿。8) 上面計算與選型完成后，在重新對初值進行校核。 11) 在ADAMS中進行建模與優(yōu)化。獨立懸架的結構特點是車橋是做成斷開式的，每一側的車輪能夠單獨通過彈性元件與車架相連，兩側車輪可以單獨的跳動，從而互不影響。1) 車輪在汽車的橫向平面內上下擺動的懸架是橫臂式獨立懸架，分別有單橫臂式與雙橫臂式。在不等長雙橫臂獨立懸架中，只要上下橫臂的長度選擇適當，可以有效控制主銷與車輪的角度以及輪距的變化范圍，同時不大的輪距變化，可以通過較軟的輪胎變形來適應。 懸架作為賽車的重要組成系統(tǒng)，其性能就更尤為重要了。圖26 推桿式布置圖27 拉桿式布置推桿式雙橫臂獨立懸架的優(yōu)點：推桿承受的是軸向的壓力，對桿件型材料來說，抗壓強度一般要大于抗拉強度，即使賽車長時間工作，懸架也不容易折斷損壞，安全系數(shù)較高；推桿易于布置，在懸架的運動過程中不易發(fā)生干涉。綜合比較上述兩種賽車懸架設計方案，并考慮比賽規(guī)則對懸架設計的要求、裝配、調試難易程度、可靠性等因素，最終確定YX5賽車前懸架和后懸架均采用推桿使不等長雙橫臂獨立懸架。圖29表明了怎樣一個長桿代替兩個短桿。在懸架設計中，將三維問題轉化為二位問題可以變得很方便。當我們用一條線連接球鉸接點和控制臂之間的軸套，把它投影到包含上下橫臂的平面，然后這兩條先將在某點相交，這個交點便是桿的瞬時連接點。通過在汽車的兩側作圖而得，這兩條線的交點便是車的簧載質量相對地面的轉動中心。當一輛車轉彎時，作用于中心的離心力，被輪胎與地面的摩擦力所抵消。側傾中心越高的話，作用于側傾中心的水平力，也就力地面越高。 縱傾中心雙橫臂式獨立懸架的縱傾中心可用作圖法得出，作倆橫臂轉動軸的延長線，兩線的交點即為縱傾中心。 13 （21）式中 ——前懸架縱傾中心到地面的高度(mm)； ——制動力分配系數(shù)； ——軸距(mm)； ——前懸架縱傾中心到前軸中心的距離(mm)； ——質心的高度(mm)?？紤]到車架的加工問題，若上下橫臂軸軸線不平行，車架加工難度會非常大，所以本次設計將上下橫臂軸軸線設計成都與地面平行，即縱傾中心在無限遠處。高低不平的路上如果有磨胎半徑，那輪胎的軌跡就不是一條嚴格的直線。YX5賽車選定的輪輞尺寸是8英寸，輪輞空間的大小直接影響著立柱的設計，而立柱的大小有決定著上下橫臂的距離。然后根據(jù)瞬時中心的位置，調整上下橫臂的角度，以滿足側傾中心的高度。但懸架剛度越小，在懸架承受一定的垂直載荷下，車輪上下運動的行程就越大。最終選取的偏頻為：。 傳遞比的確定車輪與地面接觸點和零件連接點間的傳遞比ix，y即表明行程不同，也表明兩處的受力不同，圖213為一個簡單臂，其力與行程的傳遞比分別為 （26） （27）圖213 傳遞比在車輪導向機構僅為單臂的獨立懸架中就是這種關系。又因為彈簧剛度的標準化，綜合考慮最終選取的彈簧剛度為：傳遞比、懸架剛度與彈簧剛度之間的關系： （29）最終的前后傳遞比為： 在彈簧剛度、懸架剛度、傳遞比確定后可以通過設計合適的搖臂機構來滿足傳遞比，另外在懸架的變化過程中傳遞比是一直在變化的，因此在設計搖臂機構的時候應當注意在懸架的運動行程中有效的控制傳遞比的變化范圍，并且可以設計傳遞比的變化趨勢。幾乎所有的充氣式輪胎與載荷并非成線性關系。所以，輪胎需要有更大的側偏角來保持轉向時所需要的側向力。如果前軸的側傾力矩分配較大，則車輛具有不足轉向特性，如果后軸側傾力矩分配較大，側車輛具有過多轉向特性。而對側傾角剛度的提供有兩個來源，由彈簧提供與橫向穩(wěn)定桿提供。側傾載荷的轉移來自于兩方面：1) 有側向力引起的側向載荷轉移。一般情況下，車輛側傾力矩的分配有偏向前輪的傾向：1) 相對于載荷，前軸彈簧剛度通常比后軸彈簧剛度略微小一些，然而，大多數(shù)轎車均使用獨立前懸架，由于有效的能增大前懸架彈簧的間距，因而增大了前軸的側傾剛度。圖216 車身側傾軸線21 對整車考慮，慣性力對側傾軸線產生力矩為 (210) (211)則求解得： (212)上式對側向加速度求導，得到側傾率 (213)根據(jù)賽車性能設計，初定側傾率為1176。而其配套的彈簧可供選用的分別有：300LBS/in、350LBS/in、400LBS/in、450LBS/in剛度。 減震器的選擇與計算當我們計算好了彈簧的相關尺寸和參數(shù)的時候，我們就需要為我們的彈簧配合一個合適的減振器了。合適的安裝尺寸在設計之初就以及確定，在選擇好彈簧剛度之后，減震器的工作行程也就大致可以算出來了，所以在選擇減震器的時候，一定要保證大于該工作行程；另外，減振器的散熱