【正文】 質(zhì)量。整體式吊耳定位方便、強度大，但是質(zhì)量較大。在材料的選擇上與車架焊接連接的吊耳采用的是45號鋼，與立柱連接的吊耳采用的是7075鋁。在橫臂張角的設(shè)計時，要考慮到，橫臂對制動力與驅(qū)動力的承受能力，另外還有考慮輪輞的空間，不影響轉(zhuǎn)向。向心軸承在承受切向與軸向能力方面較強，但是，由于與橫臂焊接在一起，不能夠進行調(diào)節(jié)。對于橫臂鉸點處的設(shè)計是采用的桿端軸承與向心軸承。在賽車的制動、加速、轉(zhuǎn)彎的工況中，橫臂受力較大，但橫臂一般不會斷裂，折彎，危險工況一般出現(xiàn)在橫臂的連接點處，因此懸架橫臂不只在總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計上需要考慮受力的合理性，也要充分考慮每一個連接點的受力。在軸向設(shè)計時，主要考慮了軸承中心平面與主銷的距離，距離越小軸承的受力越好，但是距離越小意味著主銷越深入輪輞內(nèi)部，這就增加了車輪跳動時或前輪轉(zhuǎn)向時，橫臂與輪輞干涉的危險。由于今年采用10in的輪輞，輪輞本身的內(nèi)部空間就不大，并且立柱的材料是鋁制的，對于受力的因素考慮來說是可以優(yōu)先于非簧載質(zhì)量增加的不利因素。其原因也很簡單，賽車的加速性能是其主要的性能之一，此時后懸架會承受很大的推動力的作用，再對橫臂進行的受力分析可以知道，橫臂前端的桿與縱向方向夾角越小，越有利于將其所受到的彎曲受力改變成為壓彎受力，也就是受力狀態(tài)會更好。我們就拿后懸架來舉例說明，我們?yōu)榈玫胶髾M臂較大的前掠幾何角度，我們就必須使得懸架的前支點盡可能的靠近主環(huán)的位置。這兩個設(shè)計因素確實和賽車空間設(shè)計布置相互影響相互制約，此外軸距、傳動軸角度等諸多問題同樣影響著懸架設(shè)計者的思維(賽車重量分配比又制約著軸距的確定，發(fā)動機位置制約又制約著傳動軸的角度)[9]。除了以上介紹的有點以外，我們通過實驗證明了此減振器的使用壽命遠遠高于其他類型的減振器，這也會提高整個懸架系統(tǒng)的使用壽命。還有一種可能出現(xiàn)的現(xiàn)象稱之為泡沫化現(xiàn)象，這是一種不利的狀態(tài)，它很有可能會造成減振器的工作空程，進而造成阻尼力間歇性的失效，這種現(xiàn)象通常出現(xiàn)在連續(xù)且高速的狀況下。對于無內(nèi)摩擦的彈性原件懸架，～，[8]。由資料得到的是結(jié)果是大家把減振器的相對阻尼系數(shù)31 定在0～1之間的。減振器的阻尼只是作為懸架系統(tǒng)的一個性能，它還與選取的彈性元件的剛度以及整個懸架系統(tǒng)的質(zhì)量有關(guān)，當對他們進行匹配才會產(chǎn)生綜合的阻尼效果。在減振器卸荷閥打開前，阻力與減振器的振動速度的關(guān)系為 (233)式中 ——減振器阻尼系數(shù)； ——卸荷速度，～，取。其中筒式減振器具有工作壓力小的優(yōu)秀特點，并且因為其工作性能的穩(wěn)定而在現(xiàn)代汽車上得到廣泛應用。另外，還有一些關(guān)于設(shè)計減振器時應當滿足的基本要求：在減振器的使用期間必須要保證汽車行駛平順性和穩(wěn)定性。合適的安裝尺寸在設(shè)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，減振器的散熱必須好，在高速度高頻率的工作件下，如果不能保證正常的溫度的話，阻力值是持穩(wěn)定的，嚴重的話可能造成減振器過早的損壞。首先，減振器的工作速度必須在合適的范圍內(nèi)，在此基礎(chǔ)上再確保油液的壓力適當。 減震器的選擇與計算當我們計算好了彈簧的相關(guān)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。 圓柱形螺旋彈簧的計算最小工作載荷=0N，最大工作載荷=1567N，工作行程h=30mm，彈簧外徑不小于46mm。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。一般采用的是彈簧和減震器一體式的結(jié)構(gòu)。圖216 車身側(cè)傾軸線21 對整車考慮，慣性力對側(cè)傾軸線產(chǎn)生力矩為 (210) (211)則求解得： (212)上式對側(cè)向加速度求導，得到側(cè)傾率 (213)根據(jù)賽車性能設(shè)計，初定側(cè)傾率為1176。3) 穩(wěn)定桿通常用于前軸以提高前懸架的側(cè)傾剛度。一般情況下，車輛側(cè)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(cè)傾剛度。2) 有車輛側(cè)傾引起的側(cè)向簧載轉(zhuǎn)移，其影響與側(cè)傾的動力學相關(guān)，并進而引發(fā)轉(zhuǎn)向狀態(tài)變化的滯后。側(cè)傾載荷的轉(zhuǎn)移來自于兩方面：1) 有側(cè)向力引起的側(cè)向載荷轉(zhuǎn)移。 19前彈簧提供的側(cè)傾角剛度：后彈簧提供的側(cè)傾角剛度: 式中 ——前彈簧側(cè)傾角剛度(Nm/ 176。而對側(cè)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。就這樣建立了側(cè)傾力矩與側(cè)偏剛度的聯(lián)系，而側(cè)傾角剛度的大小又影響著側(cè)傾力矩的分配。如果前軸的側(cè)傾力矩分配較大，則車輛具有不足轉(zhuǎn)向特性，如果后軸側(cè)傾力矩分配較大，側(cè)車輛具有過多轉(zhuǎn)向特性。如果發(fā)生在后輪胎，后部將向外滑，車輛具有過多轉(zhuǎn)向特性。所以，輪胎需要有更大的側(cè)偏角來保持轉(zhuǎn)向時所需要的側(cè)向力。當汽車急轉(zhuǎn)向時，左右車輪的載荷會發(fā)生變化，內(nèi)側(cè)車輪的載荷減小，外側(cè)車輪的載荷變大。幾乎所有的充氣式輪胎與載荷并非成線性關(guān)系?？梢酝ㄟ^CATIA草圖設(shè)計傳遞比的大小，并且模擬其隨車輪跳動的變化趨勢。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(guān)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(shè)計合適的搖臂機構(gòu)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(shè)計搖臂機構(gòu)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(shè)計傳遞比的變化趨勢。得：， 在彈簧剛度的選取上，在減震器行程滿足的基礎(chǔ)上盡量選擇彈簧剛度較小的型號。 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(gòu)僅為單臂的獨立懸架中就是這種關(guān)系。最終選取的偏頻為：。另外，簧載質(zhì)量變化范圍大的，偏頻變化范圍也越大。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。圖212 懸架幾何草圖 15 懸架剛度的計算 偏頻的選取偏頻是指車身的固有頻率，是影響汽車行駛穩(wěn)定性與平順性的重要指標之一，偏頻由簧載質(zhì)量和懸架剛度決定。然后根據(jù)瞬時中心的位置，調(diào)整上下橫臂的角度，以滿足側(cè)傾中心的高度。15 圖211 輪輞模型在繪制懸架的正視幾何時，首先根據(jù)輪輞空間的大小，做出上下橫臂鉸點之間的距離。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(shè)計，而立柱的大小有決定著上下橫臂的距離。前懸磨胎半徑初定為，后懸的定為。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。主銷偏距可通過延長主銷軸線交于地面求得。考慮到車架的加工問題，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(shè)計將上下橫臂軸軸線設(shè)計成都與地面平行，即縱傾中心在無限遠處。與抗制動前俯角不同的是，只有當汽車為單橋驅(qū)動時，該性能才起作用。 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(zhì)心的高度(mm)。 抗制動前俯角 制動抗點頭是指制動時懸架抵抗因縱向載荷轉(zhuǎn)移引起前懸架彈簧壓縮變形的能力。 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(zhuǎn)動軸的延長線，兩線的交點即為縱傾中心。最終確定的側(cè)傾中心高度：前懸架30mm，后懸架60mm。側(cè)傾中心越高的話，作用于側(cè)傾中心的水平力，也就力地面越高。側(cè)傾中心越高圍繞側(cè)傾中心的側(cè)傾力矩就越小。當一輛車轉(zhuǎn)彎時，作用于中心的離心力，被輪胎與地面的摩擦力所抵消。很顯然瞬時中心距離地面的高度，與輪胎的距離，在車輪的內(nèi)側(cè)還是外側(cè)決定著側(cè)傾中心的位置。通過在汽車的兩側(cè)作圖而得，這兩條線的交點便是車的簧載質(zhì)量相對地面的轉(zhuǎn)動中心。如果你在側(cè)視圖里作投影，得到的瞬時中心，將影響著車輪的運動路徑，抗俯仰特性，主銷后傾角的變化率。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。我們做出經(jīng)過車輪中心的鉛垂面，一個平行于汽車的中心線，另一個垂直于汽車中心線。在懸架設(shè)計中，將三維問題轉(zhuǎn)化為二位問題可以變得很方便。圖29 瞬時中心瞬時中心來源于在二維平面內(nèi)的動態(tài)的學習。圖29表明了怎樣一個長桿代替兩個短桿?！八矔r”的意思是桿的連接在那一確切的位置。綜合比較上述兩種賽車懸架設(shè)計方案，并考慮比賽規(guī)則對懸架設(shè)計的要求、裝配、調(diào)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。拉桿式雙橫臂獨立懸架的優(yōu)點：減震器與搖臂機構(gòu)下置，能夠降低賽車的重心，提高行駛穩(wěn)定性；充分利用車架的內(nèi)部空間，有利于車身的流線設(shè)計。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。FSC賽事對賽車懸架提出的具體規(guī)則為：賽車必須配備一個具有減震器的可完全操控的懸架系統(tǒng)，前后車輪的有效行程至少為 (2英寸)，(1英寸)的上跳行程與 (1英寸)的回彈行程；有固定的駕駛員座位；技術(shù)檢查時，所有懸架安裝點必須可見，直接能看到或者打開蓋子能看到。 懸架作為賽車的重要組成系統(tǒng)，其性能就更尤為重要了。對于對操控性要求更高的賽車比賽中，不等長雙橫臂獨立懸架被廣泛應用于前后懸架中。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。圖24 燭式懸架圖25 麥弗遜式懸架其中，雙橫臂懸架按照橫臂的長度等長與否又分為等長雙橫臂獨立懸架和不等長雙橫臂獨立懸架。1) 車輪在汽車的橫向平面內(nèi)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。2) 獨立懸架擁有更小的非簧載質(zhì)量，可以在汽車行駛過程中減弱來自地面的沖擊，提高汽車平均行駛速度。獨立懸架的結(jié)構(gòu)特點是車橋是做成斷開式的，每一側(cè)的車輪能夠單獨通過彈性元件與車架相連，兩側(cè)車輪可以單獨的跳動，從而互不影響。非獨立懸架是由一根整體式車橋?qū)蓚?cè)車輪相連，車輪與車橋共同通過彈性原件與車架相連。 11) 在ADAMS中進行建模與優(yōu)化。9) 在計算完成后便進行懸架的結(jié)構(gòu)設(shè)計，主要是懸架幾何的確定（正視、側(cè)視）懸架幾何確定后，接下來設(shè)計傳遞比，搖臂，推桿與減震器的布置，以及橫向穩(wěn)定桿的布置。8) 上面計算與選型完成后，在重新對初值進行校核。驗證在此偏頻下其他性能參數(shù)是否滿足要求，如不滿足，做稍微修改，反復驗證。根據(jù)前后側(cè)傾角剛度與側(cè)傾率、懸架行程，設(shè)計前后橫向穩(wěn)定桿。初設(shè)偏頻值，推算出懸架剛度，側(cè)傾角剛度，側(cè)傾率等。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(cè)傾率、懸架行程，側(cè)傾中心高度等。如下:1) 確定了解整車主要框架參數(shù)，包括輪距，軸距，質(zhì)量等。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。 本章小結(jié)本章首先闡述了介紹了大學生方程式大賽的歷史以及闡述了其重要意義，簡要介紹了懸架系統(tǒng)的分類和組成，并簡單陳述了國內(nèi)外懸架系統(tǒng)研究開發(fā)的現(xiàn)狀。以懸架的評價指標為準則，對仿真結(jié)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(shè)計的目標依據(jù)。廣汽本田汽車有限公司的鄒海峰工程師利用Adams/car軟件對即將開發(fā)的車型的懸架進行分析，對懸架和整車的主要性能事先預測，為懸架的優(yōu)化提供了可靠的數(shù)據(jù)，縮短了產(chǎn)品的開發(fā)周期，提高了汽車產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量。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(guān)鍵零部件的進行動力學建模、分析和研究。運用Adams軟件進行建模，研究不同的系統(tǒng)環(huán)境對主銷內(nèi)傾角、主銷后傾角、側(cè)傾中心高度等等參數(shù)的影響，對所設(shè)計的懸架進行了優(yōu)化[4]?！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(shè)計過程。30多年來，F(xiàn)SAE已發(fā)展成為每年有15個國家舉辦的20場賽事。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀