kth-fsae懸架設(shè)計(jì)外文翻譯--譯文

1、<p>　　瑞典皇家工學(xué)院（KTH）</p><p>　　大學(xué)生 FSAE 項(xiàng)目 之懸架設(shè)計(jì)</p><p>　　Adam Theander</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　2004 年 7 月份瑞典皇家理工學(xué)院賽車隊(duì)將參加在英國(guó)舉行的大學(xué)生方程式賽事。該項(xiàng)賽事 是在遵循 FSAE

2、 規(guī)則的前提下，各個(gè)院校打造自己的方程式賽車參加 PK。2004 年元月，KTH 的七十多名學(xué)生啟動(dòng) FSAE 項(xiàng)目。本文的目的是設(shè)計(jì)賽車懸掛系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向幾何。設(shè)計(jì)應(yīng)滿足 Pk 中不同項(xiàng)目競(jìng)爭(zhēng)的需要。這里介紹的設(shè)計(jì)將納入到參與項(xiàng)目學(xué)生設(shè)計(jì)的底盤之中。本文 工作的結(jié)果表明最合適的懸架設(shè)計(jì)方案是經(jīng)典的不等長(zhǎng)雙 A 臂型設(shè)計(jì)。這種懸架設(shè)計(jì)型式 易于設(shè)計(jì)，且滿足所有需求。本文的工作就是為 KTH 將來(lái)的 FSAE 項(xiàng)目組設(shè)計(jì)懸架和轉(zhuǎn)向 幾何提供指

3、導(dǎo)。</p><p>　　致謝 本碩士論文在瑞典斯德哥爾摩的皇家工學(xué)院航空和車輛工程系，車輛動(dòng)力學(xué)部門進(jìn)行。從 2003 年 12 月至 2004 年 5 月期間寫作完成。</p><p>　　我想對(duì)一些人表達(dá)我的感激之情。我的導(dǎo)師 AS 教授，是他給我機(jī)會(huì)來(lái)完成這個(gè)論文；我的 上司研究工程師 MB，是他熱心參與并花費(fèi)時(shí)間給我無(wú)盡的幫助；內(nèi)燃機(jī)博士生 FW，他在 KTH 賽車組作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)

4、人，幾乎把所有課余時(shí)間都花在了本項(xiàng)目上；還有 KTH FSAE 項(xiàng) 目組的所有同學(xué)，沒(méi)有你們也不會(huì)有 KTH 賽車的今天。最后我想借此機(jī)會(huì)特別感謝大家成 為“”的學(xué)生，是誰(shuí)誰(shuí)知道。沒(méi)有他們最后幾周的辛勤付出，在 5 月 14 日是永遠(yuǎn)不會(huì)有這 么一輛車誕生的。</p><p>　　斯德哥爾摩 2004.5</p><p>　　Adam Theander</p><p&

5、gt;<b>　　1 簡(jiǎn)介</b></p><p><b>　　1.1 背景</b></p><p>　　2003 年秋天 KTH 一群學(xué)生開始此項(xiàng)目。目標(biāo)是建造一輛符合 FSAE 規(guī)則的賽車，并且參加</p><p>　　2004 年七月在英格蘭萊斯特群 BPG 試驗(yàn)場(chǎng)舉行的比賽。FSAE 項(xiàng)目涉及三個(gè)不同的既定項(xiàng) 目

6、，一個(gè)是內(nèi)燃機(jī)，一個(gè)是先進(jìn)的機(jī)械零件，另一個(gè)小項(xiàng)目是機(jī)械設(shè)計(jì)。很快我們就有了超 過(guò) 70 個(gè)學(xué)生參與，無(wú)論是作為志愿者還是三個(gè)項(xiàng)目之一的成員。</p><p><b>　　1.2 工作目標(biāo)</b></p><p>　　本文工作目標(biāo)是設(shè)計(jì) FSAE 賽車的懸架幾何。設(shè)計(jì)應(yīng)滿足賽事要求的不同動(dòng)態(tài)比賽的要求。 細(xì)分如下：</p><p>　　確定相關(guān)

7、設(shè)計(jì)參數(shù)； 研究設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)整車以及其內(nèi)部的相互作用； 與車架組同學(xué)確定懸架布置問(wèn)題；確定不同行駛工況；研究所需調(diào)整等級(jí)； 優(yōu)化原始裝配； 規(guī)劃進(jìn)一步的工作。</p><p>　　參與 KTH2004 賽車項(xiàng)目的學(xué)生會(huì)用到此項(xiàng)工作的結(jié)果，希望能為以后的項(xiàng)目提供更多的幫 助。</p><p><b>　　1.3 競(jìng)爭(zhēng)目標(biāo)</b></p><p>　

8、　比賽的宗旨是讓學(xué)生構(gòu)思 設(shè)計(jì) 制造他們的小型方程式賽車并參加比賽。車架和發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè) 計(jì)會(huì)有所限制，是為了讓他們挑戰(zhàn)所學(xué)知識(shí) 自身創(chuàng)造力和想象力。</p><p>　　1.3.1 車輛設(shè)計(jì)目標(biāo) 為了比賽，學(xué)生們假設(shè)一家制造公司聘請(qǐng)他們來(lái)為生產(chǎn)項(xiàng)目打造一款原型車用以評(píng)價(jià)。預(yù)期 市場(chǎng)是非專業(yè)的周末越野車賽。因此該車必須具有較高的加速性能 制動(dòng)性能和操縱穩(wěn)定性。 也必須成本低 易于維護(hù)并且可靠性高。生產(chǎn)效率約為每天四

9、輛的小批量生產(chǎn)，該原型車的 費(fèi)用成本應(yīng)低于 25000 刀。學(xué)生們面臨的挑戰(zhàn)是設(shè)計(jì)和建造滿足這些目標(biāo)的一款原型車。每 輛車都會(huì)與其他競(jìng)爭(zhēng)車輛進(jìn)行比較判斷誰(shuí)才是總體最帥的。</p><p>　　1.4 比賽項(xiàng)目和車輛判定 比賽分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)項(xiàng)目。靜態(tài)項(xiàng)目包括： 商業(yè)報(bào)告 工程設(shè)計(jì) 成本分析</p><p>　　商業(yè)報(bào)告是為假想的制造公司進(jìn)行的，目的是評(píng)價(jià)團(tuán)隊(duì)的營(yíng)銷能力。陳述官會(huì)評(píng)價(jià)其組織 內(nèi)

10、 容和陳述文稿的交付。進(jìn)行工程設(shè)計(jì)是為了評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)過(guò)程中的工作以及該設(shè)計(jì)是否符合市場(chǎng) 需求。成本分析的目的是教會(huì)參與的學(xué)生成本和預(yù)算都是非常重要的，在工程進(jìn)行的每一步 都需要考慮。</p><p>　　動(dòng)態(tài)項(xiàng)目包括： 加速性測(cè)試</p><p>　　8 字繞環(huán)測(cè)試 高速壁障測(cè)試</p><p>　　耐久和燃油經(jīng)濟(jì)性 （翻譯參考中國(guó) FSAE 規(guī)則）</p>

11、<p><b>　　1.4.1 加速</b></p><p>　　加速項(xiàng)目的目的是評(píng)價(jià)車輛在平坦路面直線行駛的加速性能。車輛停在起跑線后 0.3m，越 過(guò)起跑線時(shí)開始計(jì)時(shí)。終點(diǎn)放在起跑線 75m 處。每隊(duì)有兩個(gè)駕駛員，每人跑兩圈，總共四 圈。這是懸架重要性最小的比賽項(xiàng)目，但也不可忽視。</p><p>　　1.4.2 緊急繞障項(xiàng)目 該項(xiàng)目的評(píng)價(jià)車輛在平

12、坦路面上做定長(zhǎng)半徑轉(zhuǎn)彎的能力。其布局包括兩個(gè)相距 18.25m 的直 徑為 15.25m 的圓。行駛路徑寬 3m，布局如下圖所示：</p><p>　　比賽程序如下：賽車從進(jìn)入右圓跑完一圈開始，從第二圈開始計(jì)時(shí)，并立即進(jìn)入左圓，跑第 三圈，第四圈開始計(jì)時(shí)。然后車手可以選擇立即開始第二輪。每隊(duì)將有兩個(gè)車手，每個(gè)車手 可以跑兩輪。懸架和轉(zhuǎn)向幾何的設(shè)計(jì)在此會(huì)對(duì)成績(jī)有較大影響。</p><p>　

13、　1.4.3 高速避障項(xiàng)目 高速避障項(xiàng)目意圖是評(píng)估車輛在緊湊賽道中的機(jī)動(dòng)性和操縱性。將包括加速、制動(dòng)和轉(zhuǎn)彎性 能表現(xiàn)。賽道布局是為了不讓車速過(guò)高，平均車速應(yīng)該在 40—48km/h 之間。布局如下： 直道：兩頭都有發(fā)夾彎，不超過(guò)60米的直道，或盡頭有大彎的不超過(guò)45米的直道。 連續(xù)彎：直徑 23 米到 45 米</p><p>　　發(fā)夾彎：最小外徑為 9 米</p><p>　　障礙：錐

14、形標(biāo)志以 7.62 米到 12.19 米的間隔直線排列。</p><p>　　復(fù)合賽道：減速?gòu)?，連續(xù)彎，半徑漸小彎等。賽道最小寬度為 3.5 米。</p><p>　　長(zhǎng)度：每圈約為 0.805 公里 每隊(duì)有兩名車手參加比賽，每人跑兩個(gè)計(jì)時(shí)圈，最快全速計(jì)入預(yù)賽成績(jī)。 1.4.4 耐久及燃油經(jīng)濟(jì)性</p><p>　　進(jìn)行耐久項(xiàng)目評(píng)價(jià)車輛整體性能和可靠性。本項(xiàng)目綜合

15、燃油經(jīng)濟(jì)性測(cè)試，就是說(shuō)燃油經(jīng)濟(jì)性 將在耐久性測(cè)試中測(cè)試。單向預(yù)賽總長(zhǎng) 22 公里，期間不允許車隊(duì)對(duì)車輛作什么工作。比賽 中點(diǎn)時(shí)車手更換必須在三分鐘內(nèi)完成。耐久賽道布局與避障賽道類似： 直道：兩端為發(fā)夾彎的直道不超過(guò) 77 米，(或者)兩端為較寬彎道的直道不長(zhǎng)于 61 米。</p><p>　　在一些位置會(huì)有超車區(qū)域。 連續(xù)彎道：直徑為 30 米到 54 米。</p><p>　　發(fā)夾彎：彎

16、道最小外徑為 9 米。</p><p>　　障礙：錐筒按 9.0m(29.5 英尺)到 15.0m(49.2 英尺)間隔直線放置。 復(fù)合賽道：減速?gòu)?，連續(xù)彎，半徑漸小彎，等。標(biāo)準(zhǔn)賽道最小寬度為 4.5 米。 在此兩個(gè)比賽項(xiàng)目中懸架和轉(zhuǎn)向幾何的設(shè)計(jì)十分重要。運(yùn)行良好的設(shè)計(jì)能幫助車手發(fā)揮出極 限能力。2003 年賽事中耐久賽道如圖 1.2</p><p>　　1.4.5 車輛評(píng)分</p

17、><p>　　2. 懸架設(shè)計(jì)方面</p><p>　　設(shè)計(jì)懸架的目的是輪胎工作更容易且使其行為可預(yù)測(cè)，讓車手能夠控制住車。懸架應(yīng)有助于 保持輪胎和地面之間固定接觸，使得輪胎能夠發(fā)揮出最大作用。設(shè)計(jì)懸架時(shí)有許多影響懸架 行為的因素，其中許多因素會(huì)以這樣那樣的方式對(duì)其施加影響。因此需投入大量工作進(jìn)行折 衷，使車輛能夠在比賽中所有駕駛項(xiàng)目中表現(xiàn)良好。此項(xiàng)工作設(shè)計(jì)到的因素如下所述。</p>

18、;<p><b>　　軸距</b></p><p>　　軸距 L 是指前后軸中心之間的距離。軸距對(duì)前后軸載荷分配有很大影響。從公式 2.1 和圖</p><p>　　2.1 可以看出，在加速和制動(dòng)過(guò)程中前后軸之間，長(zhǎng)軸距會(huì)比短軸距有更小的載荷轉(zhuǎn)移。</p><p>　　因此較長(zhǎng)的軸距能夠配備較軟的彈簧增加車手的舒適性。另一方面，較

19、短的軸距對(duì)相同的轉(zhuǎn) 向輸入來(lái)說(shuō)會(huì)有轉(zhuǎn)彎半徑小的優(yōu)勢(shì)，見 2.8.3 部分。短軸距的汽車可能會(huì)在出彎和直線行駛</p><p>　　中表現(xiàn)緊張?？狗刺卣饕部梢约舆M(jìn)懸架設(shè)計(jì)中，會(huì)影響到縱向載荷轉(zhuǎn)移，見 2.7 部分。</p><p><b>　　輪距</b></p><p>　　輪距對(duì)車輛的設(shè)計(jì)有重大意義。它會(huì)影響到車輛轉(zhuǎn)彎行為和側(cè)翻傾向。從公式

20、2.2 顯示后軸 負(fù)荷轉(zhuǎn)移來(lái)看，輪距越大，轉(zhuǎn)彎時(shí)的橫向負(fù)荷轉(zhuǎn)移就越小，反之亦然。</p><p>　　大輪距也有劣勢(shì)，就是車輛避障時(shí)需要更多的橫向運(yùn)動(dòng)。根據(jù)規(guī)則，障礙的最小部分可能不 會(huì)小于 3m，越野和耐久賽道不會(huì)小于 3.5m。需要的橫向負(fù)荷轉(zhuǎn)移量決定于車體安裝的輪胎， 見 2.9 部分。假如汽車裝有防傾桿，也會(huì)影響到負(fù)荷轉(zhuǎn)移。</p><p>　　2.3 主銷和輪胎磨距</p&

21、gt;<p>　　主銷是有 A 臂外端的上球鉸頭 UBJ 和下球鉸頭 LBJ 所決定的。主銷軸不需要必須集中在輪 胎接地痕跡上。從前側(cè)看這個(gè)角度成為主銷內(nèi)傾角，輪胎印跡中心到主銷中心接地點(diǎn)之間的 距離成為輪胎磨距或磨距半徑。在主軸高度水平策略的主銷軸到車輪中心平面的距離成為銷 軸長(zhǎng)度。圖 2.2 顯示了主銷的幾何形狀。這些因素的值會(huì)有許多影響，工作中需要考慮的影</p><p>　　響見 2 3：

22、若銷軸長(zhǎng)度正，車輪轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候車體會(huì)被抬升，結(jié)果是增加轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向時(shí)間。主銷內(nèi)傾角 越大車體上升越大，無(wú)論車輪怎么轉(zhuǎn)。若沒(méi)有后傾角度來(lái)防止，結(jié)果就是車輛會(huì)左右搖擺。 車體的抬升會(huì)對(duì)低速轉(zhuǎn)向有自調(diào)整的影響。 主銷內(nèi)傾角會(huì)影響轉(zhuǎn)向外傾。車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，它的頂端會(huì)向外探出。若主銷內(nèi)傾角為正，則使 外傾角為正。角度很小，但不可忽視，特別是賽道包括急轉(zhuǎn)彎的時(shí)候。 若驅(qū)動(dòng)或制動(dòng)力在左右方不一樣大小時(shí)，會(huì)產(chǎn)生與磨胎半徑成比例的轉(zhuǎn)向扭矩，車手會(huì)由轉(zhuǎn) 向盤感知

23、到。</p><p>　　2.4 前束和拖距 從側(cè)視圖看主銷內(nèi)傾稱作后傾角。若主銷軸不通過(guò)車輪中心，則會(huì)有側(cè)向主銷偏移。主銷軸</p><p>　　到地面輪胎印跡中心之間的距離叫做拖距或后傾偏移。側(cè)視幾何見圖 2.2。后傾角和拖距對(duì) 于懸架幾何的設(shè)計(jì)是很重要的。工作中需考慮的影響是 2 3。</p><p>　　拖距越大，轉(zhuǎn)向力矩越大。 后傾角會(huì)導(dǎo)致車輪隨轉(zhuǎn)向而抬升

24、和下降。其結(jié)果就是左右相反的運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生側(cè)傾和載荷轉(zhuǎn)移。 產(chǎn)生過(guò)度轉(zhuǎn)向。 后傾角度對(duì)轉(zhuǎn)向外傾有積極作用。正的后傾角度會(huì)使外側(cè)車輪向負(fù)方向外傾，內(nèi)側(cè)車輪向正 方向外傾，導(dǎo)致兩側(cè) 都隨轉(zhuǎn)向而傾斜。 由于內(nèi)傾而產(chǎn)生的拖距尺寸與輪胎的氣曳拖距相比可能不會(huì)太大。當(dāng)輪胎達(dá)到側(cè)滑極限時(shí)氣 曳拖距會(huì)接近于 0。這將導(dǎo)致自心扭矩降低，目前是由于地面上輪胎轉(zhuǎn)動(dòng)中心和側(cè)向力作用 點(diǎn)之間的杠桿臂而產(chǎn)生的。這會(huì)給車手一個(gè)輪胎就要脫離的信號(hào)。若機(jī)械拖距與氣曳拖距相

25、比較大，該信號(hào)可能會(huì)消失。</p><p>　　2.5 瞬時(shí)中心和側(cè)傾中心 瞬時(shí)中心是懸架聯(lián)接周圍的幾何中心。隨著懸架運(yùn)動(dòng)，瞬時(shí)中心也跟懸架幾何的變化而運(yùn)動(dòng)。 瞬時(shí)中心能通過(guò)前視圖和側(cè)視圖來(lái)定位。如果從前視圖看瞬時(shí)中心，可以從瞬時(shí)中心到輪胎 接地印跡中心點(diǎn)來(lái)畫一條線，若從兩個(gè)方向來(lái)畫，兩條線的交點(diǎn)就是車輛簧載質(zhì)量的側(cè)傾中 心。側(cè)傾中心的位置由瞬時(shí)中心的位置來(lái)決定。高瞬心會(huì)導(dǎo)致側(cè)傾中心也高，反之亦然。側(cè) 傾中心會(huì)在

26、車輛的簧載質(zhì)量和簧下質(zhì)量間產(chǎn)生力偶合點(diǎn)。車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)作用在重心的離心力會(huì) 轉(zhuǎn)移到側(cè)傾中心，以及下移到輪胎產(chǎn)生相應(yīng)的側(cè)向力。側(cè)傾中心越高則圍繞側(cè)傾中心的側(cè)翻 力矩越小。這種側(cè)翻力矩須由彈簧限制。 另外一個(gè)影響因素就是橫向縱向耦合效應(yīng)。如果側(cè)傾中心位于地面以上，輪胎產(chǎn)生的側(cè)向力 會(huì)圍繞瞬心產(chǎn)生一個(gè)力矩，使得車輪降低抬升簧載質(zhì)量。這種效應(yīng)成為 JACKING。若側(cè)傾 中心位于地面以下，側(cè)向力會(huì)使簧載質(zhì)量下移。由于側(cè)傾中心的位置，側(cè)向力會(huì)產(chǎn)生垂直

27、偏 轉(zhuǎn)。若汽車側(cè)傾時(shí)側(cè)傾中心經(jīng)過(guò)水平地面，簧載質(zhì)量的運(yùn)動(dòng)方向會(huì)發(fā)生改變。</p><p>　　外傾變化率是只是前視搖臂長(zhǎng)度的函數(shù)。該長(zhǎng)度是從前方看去從車輪中心到瞬心的直線長(zhǎng) 度。外傾角度改變量達(dá)到行駛距離每 mm。。。如公式 2.3 和圖 2.3 所示</p><p>　　在整個(gè)行駛過(guò)程中外傾角不是一成不變的，因?yàn)樗残囊矔?huì)隨著車輪移動(dòng)而改變。</p><p>　　2

28、.6 拉桿位置 轉(zhuǎn)向拉桿的位置也十分重要，其位置須保持懸架變形轉(zhuǎn)向保持在最小限度。就是由于車輪移 動(dòng)前束角的變化，有較大顛簸轉(zhuǎn)向的車輛在前輪經(jīng)過(guò)障礙的時(shí)候會(huì)有改變運(yùn)動(dòng)方向的趨勢(shì)。 在不平坦道路上跑的時(shí)候這種效應(yīng)會(huì)有一定危險(xiǎn)。最小化此種效應(yīng)的最簡(jiǎn)單的方法就是把轉(zhuǎn) 向拉桿定位在同一平面上，或者上下 A 臂任一。另一個(gè)需要牢記的因素就是側(cè)向力下的外 傾順從。若拉桿位置在車輪中心的后上位置或者前下位置，會(huì)產(chǎn)生不足轉(zhuǎn)向趨勢(shì)。若 A 臂 剛性足夠，

29、該效應(yīng)會(huì)較小，因此由于 A 臂上的順應(yīng)性使得過(guò)度轉(zhuǎn)向的風(fēng)險(xiǎn)最小化。從拉桿 外端到上球鉸頭之間的杠桿臂長(zhǎng)度和轉(zhuǎn)向臂一起決定了轉(zhuǎn)向輪和車輪轉(zhuǎn)向角度之間的比例。</p><p>　　2.7 抗反特征 懸架反特征描述了簧載質(zhì)量和非簧載質(zhì)量間的縱向垂直力耦合。緣起側(cè)視搖臂的角度，反特 征不改變輪胎印跡處的恒定負(fù)荷轉(zhuǎn)移，它只存在于加速和制動(dòng)時(shí)。穩(wěn)定加速和制動(dòng)時(shí)候的縱 向質(zhì)量轉(zhuǎn)移是關(guān)于軸距，中心高度和加速制動(dòng)力的函數(shù)，如圖 2

30、.4 所示。反特征改變經(jīng)過(guò)彈 簧的負(fù)荷量和車輛的俯仰角。反特征以百分?jǐn)?shù)來(lái)衡量。百分百反俯前軸不會(huì)在制動(dòng)時(shí)偏轉(zhuǎn)， 負(fù)荷不會(huì)轉(zhuǎn)移，0 度反俯仰的前軸會(huì)據(jù)彈簧剛度不同而偏轉(zhuǎn)，所有負(fù)荷經(jīng)過(guò)彈簧轉(zhuǎn)移。也可 能會(huì)有負(fù)面影響。導(dǎo)致偏轉(zhuǎn)增益。公式 2.4 給出了有輪轂外懸制動(dòng)器的車輛前部的反俯仰百 分比。</p><p>　　動(dòng)和驅(qū)動(dòng)力矩由懸架反應(yīng)的方式會(huì)改變反 present 量計(jì)算的方式。假如控制臂產(chǎn)生扭矩，無(wú) 論是從來(lái)自制

31、動(dòng)或者驅(qū)動(dòng)力矩，反量有 IC 相對(duì)地面接觸點(diǎn)的位置來(lái)計(jì)算。如果懸架不產(chǎn)生 驅(qū)動(dòng)或制動(dòng)力矩，但是只有前或后力，則“反”量由 IC 相對(duì)輪心位置來(lái)計(jì)算。對(duì)于后輪驅(qū) 動(dòng)車來(lái)說(shuō)，有三種不然類型的反特征：</p><p>　　俯仰抑制，減小前進(jìn)制動(dòng)過(guò)程中的顛簸偏轉(zhuǎn) 抬頭抑制，減小前進(jìn)制動(dòng)中下垂移動(dòng) 后坐抑制，減小前進(jìn)加速中的顛簸移動(dòng)量</p><p><b>　　2.8 阿克曼轉(zhuǎn)向<

32、/b></p><p>　　低速轉(zhuǎn)彎時(shí)，由于加速而產(chǎn)生的外側(cè)力可以忽略不計(jì)，完成半徑 R 的轉(zhuǎn)向所需轉(zhuǎn)向角，稱 為阿克曼轉(zhuǎn)向角，可用公式 2.5 計(jì)算。</p><p>　　如果兩個(gè)前輪都相切于位于通過(guò)后軸一條線上的同一轉(zhuǎn)向中心，那么就說(shuō)該車符合阿克曼轉(zhuǎn) 向。結(jié)果就是外側(cè)車輪比內(nèi)側(cè)車輪轉(zhuǎn)向角度較小。如果兩個(gè)車輪轉(zhuǎn)向角相同，就說(shuō)平行轉(zhuǎn)向， 如果外側(cè)車輪轉(zhuǎn)向角度的，就說(shuō)反阿克曼轉(zhuǎn)向。乘用

33、車有介于阿克曼轉(zhuǎn)向和平行轉(zhuǎn)向之間的 一種轉(zhuǎn)向幾何，而賽車通常采用反阿克曼轉(zhuǎn)向。通過(guò)使用乘用車的阿克曼轉(zhuǎn)向，或者其他側(cè)</p><p>　　賽車通常具有較高側(cè)向加速度，因此所有輪胎有較大的滑移角度并且彎道時(shí)內(nèi)側(cè)車輪上符合 比彎道外側(cè)車輪小的多，因?yàn)闄M向負(fù)荷轉(zhuǎn)移了。低負(fù)荷的輪胎需要較小的偏角來(lái)達(dá)到轉(zhuǎn)彎力 峰值，賽車采用低速轉(zhuǎn)向幾何法會(huì)產(chǎn)生彎道內(nèi)側(cè)輪胎以高于所需偏移角被拖曳，這只會(huì)導(dǎo)致 輪胎溫度升高，由于滑移角誘導(dǎo)阻力

34、而使車速降低。因此賽車通常采用平行轉(zhuǎn)向甚至反阿克 曼轉(zhuǎn)向。阿克曼轉(zhuǎn)向的不同型式見圖 2.6</p><p>　　外傾角 外傾角是車輪傾斜平面與縱向垂直平面之間的夾角。車輪頂端相對(duì)于車體向外傾斜時(shí)候定義 為正的外傾角。外傾角對(duì)輪胎產(chǎn)生側(cè)向力施加影響。外傾的滾動(dòng)輪胎在傾斜方向產(chǎn)生側(cè)向力。 在零滑移角時(shí)候稱為外傾推力。由于輪胎印跡的變形外傾也會(huì)影響回正力矩。這種影響相當(dāng) 小，隨著滑移角增大時(shí)可以忽略。使車輪外傾往往導(dǎo)致

35、車輪轉(zhuǎn)彎時(shí)候側(cè)向力的增加。在輪胎 的線性范圍內(nèi)是這樣的。假如超過(guò)其線性范圍，外傾的附加影響就會(huì)見效，這種效應(yīng)稱為 ROLL-off。因此外傾車輪和不外傾車輪產(chǎn)生的側(cè)向力的區(qū)別較小，最大滑移角時(shí)候?yàn)榇蠹s 5-10%。而在 0 度時(shí)差別較大，因?yàn)榇嬖谕鈨A推力。使輪胎外傾的效果對(duì)斜交輪胎比子午線</p><p>　　輪胎大。對(duì)子午線輪胎來(lái)說(shuō)，外傾力在大約 5 度時(shí)開始下降，而斜交輪胎在更小角度時(shí)外傾 力達(dá)到最大。<

36、;/p><p>　　前束 前束可用來(lái)克服賽車的操縱困難。后輪后束可用來(lái)改善入彎。車輛入彎時(shí)，更多負(fù)荷轉(zhuǎn)移到 外側(cè)車輪，結(jié)果是過(guò)度轉(zhuǎn)向。靜態(tài)前束量決定因素有，例如阿克曼轉(zhuǎn)向幾何，平順和側(cè)傾轉(zhuǎn) 向，順應(yīng)轉(zhuǎn)向和外傾。前束最小量是希望減少側(cè)傾阻力和由于輪胎相互作用引起的不必要的 輪胎起熱和輪胎磨損。</p><p><b>　　3 工作目標(biāo)</b></p><

37、p>　　2004 年是 KTH 進(jìn)行 FSAE 項(xiàng)目的第一年，沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)。為了粗略估計(jì)賽車尺寸和重量，我們 從 2003 年賽事中收集數(shù)據(jù)，分別是軸距、輪距和輪重，見表 3.1</p><p>　　參加 2003 年賽事的大部分車的全部數(shù)據(jù)不能獲得，所以表 3.1 所列的數(shù)據(jù)只來(lái)自所有尺寸 和重量可獲得的車輛。</p><p>　　基于文獻(xiàn)調(diào)查，2003 年賽事車輛的認(rèn)識(shí)和在車輛動(dòng)力

38、學(xué)和賽車有良好認(rèn)知的人之間的討論 基礎(chǔ)之上，賽車指導(dǎo)方針得以建立。該指導(dǎo)方針的目的是為工作確立明確的目標(biāo)。建立的指 導(dǎo)準(zhǔn)則如下：</p><p>　　主銷內(nèi)傾角在 0 和 8 度之間 磨胎半徑在 0 到 10mm 之間 主銷后傾在 3 到 7 度 靜態(tài)外傾角在 0 到-4 度，且可調(diào) 前軸外傾增益在 0.2-0.3 d/r</p><p>　　后軸外傾增益在 0.5-0.8 d/r<

39、/p><p>　　最大側(cè)傾角大約為 2 度 前軸側(cè)傾中心高度在 0 到 50mm，后軸稍高 精確控制且可預(yù)測(cè)的側(cè)傾軸運(yùn)動(dòng) 最小化顛簸轉(zhuǎn)向</p><p>　　后軸 50-65%的側(cè)傾剛度</p><p>　　主銷內(nèi)傾保持在 8 度以下，因?yàn)檫^(guò)大的主銷內(nèi)傾轉(zhuǎn)向時(shí)會(huì)導(dǎo)致前軸的大量抬升。保持磨胎半 徑較小會(huì)使得車輛易于低速操縱，并減少制動(dòng)過(guò)程中前輪牽引力瞬失早成車輛改變方向的

40、危 險(xiǎn)，并且減少轉(zhuǎn)向力矩干擾。后傾角在轉(zhuǎn)彎時(shí)有積極作用，但是過(guò)大的后傾角會(huì)造成重量轉(zhuǎn) 移，導(dǎo)致過(guò)度轉(zhuǎn)向。在 0 到-4 度且可調(diào)的后傾角在車輛測(cè)試中匯十分有益。比賽期間，加 速賽也允許將外傾角設(shè)置在 0 度，以最小化滾動(dòng)阻力。外傾增益是補(bǔ)償由于轉(zhuǎn)彎過(guò)程中側(cè)傾 角造成的外傾角度減少。后軸有較大外傾增益的原因是使轉(zhuǎn)彎中后胎和地面間有盡可能大的 接地印跡。這將允許車手踩更早更大的油門。后軸稍高的側(cè)傾中心有至少倆優(yōu)點(diǎn)，其一是后 軸可以使用較軟彈

41、簧，因?yàn)檫@的側(cè)傾力矩較小，其二就是保持側(cè)傾軸盡可能平行于賽車主慣 性軸。</p><p><b>　　4 方法</b></p><p>　　4.1 輪距和軸距 輪距和軸距對(duì)加速和制動(dòng)項(xiàng)目中前后軸之間的負(fù)荷轉(zhuǎn)移量有影響，并且轉(zhuǎn)彎時(shí)負(fù)荷從彎道內(nèi) 側(cè)輪向外側(cè)輪轉(zhuǎn)移。應(yīng)用 MATLAB 程序來(lái)估算縱向載荷轉(zhuǎn)移和軸距之間的相互關(guān)系。此程 序沒(méi)有考慮由于瀝青態(tài)度引起的重心高度的

42、交替變化，因?yàn)檫@個(gè)影響很小可以忽略。圖 4.1 中表示了此 M 程序輸出的例子，加速中兩種不同軸距分別為 1525 和 1700 的前軸到后軸的 負(fù)荷轉(zhuǎn)移。軸距的確定方法主要基于總布置，因?yàn)檫@將決定軸距的大小。軸距應(yīng)盡可能短以 優(yōu)化急速轉(zhuǎn)彎的能力，但不能小于 1525。</p><p>　　其中高速轉(zhuǎn)彎時(shí)內(nèi)外側(cè)車輪間的載荷分配是關(guān)于前后輪距的函數(shù)。由于橫向加速度的影響會(huì) 有從彎道內(nèi)側(cè)向外側(cè)車輪的載荷轉(zhuǎn)移。圖 4.

43、2 的 M 輸出一個(gè)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)彎仿真。內(nèi)側(cè)車輪上的 載荷可看成是輪胎和橫向加速度的函數(shù)。比較曲線圖和固特異賽車輪胎數(shù)據(jù)表明垂直輪胎載 荷影響輪胎產(chǎn)生側(cè)向力的能力。圖 4.3 表示了從固特異賽車輪胎獲得的輪胎曲線圖。</p><p>　　決定輪胎的另一個(gè)因素就是賽道的尺寸。根據(jù)規(guī)則賽道寬度都大于 3.5m，那么最急促的發(fā) 卡彎的直徑也不會(huì)小于 9m。避障項(xiàng)目中賽道寬 3m，但此時(shí)賽道寬度并不重要。符合阿克 曼轉(zhuǎn)向幾何的

44、車輛轉(zhuǎn)彎半徑低速時(shí)候正比于軸距和轉(zhuǎn)向角度。完成外徑 9m 的發(fā)卡彎車輛中 心線的轉(zhuǎn)彎半徑需為 9m 減去道寬一般。結(jié)果就是阿克曼角度為：</p><p>　　較大的輪距的劣勢(shì)是使得符合車輪角度的 A 臂角度較窄，導(dǎo)致 A 臂占用更多的縱向力。</p><p>　　4.2 前懸設(shè)計(jì) 前懸的設(shè)計(jì)主要基于總布置。輪距。車輪尺寸、輪胎尺寸、制動(dòng)系、減震器等，在決定下球 鉸頭的適當(dāng)位置時(shí)都必須考慮。

45、前懸設(shè)計(jì)型式是 SLA 懸架，意思是短長(zhǎng) A 臂，指的是上下 控制臂不等長(zhǎng)。</p><p><b>　　輪輞</b></p><p>　　首先要考慮的是采用哪種輪輞。輪輞尺寸與輪輞內(nèi)剎車可用空間一起決定了球鉸接頭的安 置。使用的輪輞是 T 的，前輪 13*6”，后輪 13*8”。輪輞的測(cè)量和圖紙繪制在 PD 中進(jìn)行。 圖 4.4 是 CAD 圖紙。</p>

46、;<p><b>　　剎車</b></p><p>　　特別設(shè)計(jì)的剎車盤是根據(jù)總布置條件從 ISR 訂購(gòu)的。他是高性能摩托車剎車系統(tǒng)獨(dú)一無(wú)二 的專家公司。有了確定的尺寸，輪輞內(nèi)剩余的空間和下球鉸頭的位置就能估算出來(lái)了。下球 鉸的最終定位是據(jù)輪輞的布置來(lái)進(jìn)行。</p><p>　　前視圖幾何 下球鉸的可能位置現(xiàn)在是由安裝剎車系統(tǒng)后剩余的空間來(lái)決定的。為了獲

47、得合適的側(cè)傾外傾 特性，用公式 4.2 計(jì)算前視搖臂長(zhǎng)度。</p><p>　　從接地中心通過(guò)所求側(cè)傾中心到處于所需 fvsa 長(zhǎng)度的瞬時(shí)中心（從接地印跡中心算）畫一 條直線。從瞬時(shí)中心到下球鉸畫一條直線，到上球鉸再畫一條直線。 上控制臂的長(zhǎng)度應(yīng)盡可能長(zhǎng)，但受總布置所限。車手的腿必須放在下控制臂間以便保持中心</p><p>　　高度盡可能低。上控制臂長(zhǎng)度將決定外傾曲線曲率。若上下控制臂等

48、長(zhǎng)，外傾曲線將是豎直 的直線，若上臂短于下臂，曲線將凹向負(fù)傾角方向，這樣是可取的。上臂越短，外傾曲線越 凹陷?？赡茉O(shè)計(jì)這樣的幾何，使其上跳時(shí)緩慢外傾，下落時(shí)迅速減少（凹陷趨勢(shì)？）</p><p>　　側(cè)視幾何 側(cè)視幾何的設(shè)計(jì)基于所需的反特征之上。對(duì)于后驅(qū)車的前懸設(shè)計(jì)唯一的反特征就是抗俯仰。 公式 2.4 計(jì)算其反特征量度。這給了我們所需的側(cè)視搖臂角度。側(cè)視搖臂長(zhǎng)度 SVSA 決定了 過(guò)凹凸塊時(shí)車輛的縱向跳變量。建

49、立反特征的幾何圖件圖 4.6</p><p><b>　　控制臂樞軸</b></p><p>　　內(nèi)側(cè)球鉸的定位，車架上球鉸的定位也從幾何上來(lái)設(shè)計(jì)。采用方法就是 RCVD 中所述方法，</p><p>　　用來(lái)設(shè)計(jì) SLA 懸架和其他懸架型式的一種投影方法。</p><p>　　看圖 4.7。首先，前視時(shí)上控制內(nèi)內(nèi)側(cè)樞軸

50、點(diǎn)記為點(diǎn) 1，上球鉸頭記為點(diǎn) 2。點(diǎn) 2 向縱向平面 投影點(diǎn)記為點(diǎn) 3。下控制臂相應(yīng)點(diǎn)記為點(diǎn) 11，點(diǎn) 12，點(diǎn) 13。然后這些點(diǎn)轉(zhuǎn)移到側(cè)視圖中。 從側(cè)視圖瞬心經(jīng)過(guò)點(diǎn) 3 畫一條直線，稍遠(yuǎn)一點(diǎn)？任意一點(diǎn)記為點(diǎn) 4。在點(diǎn) 13 進(jìn)行同樣程序</p><p>　　給出點(diǎn) 14 位置。然后把這些點(diǎn)向前視圖投影。在前視圖和側(cè)視圖中從點(diǎn) 4 通過(guò)點(diǎn) 2 并在點(diǎn)</p><p>　　1 以外畫一條直線

51、。然后對(duì)下控制臂點(diǎn) 14，點(diǎn) 132，點(diǎn) 11 重復(fù)此過(guò)程。內(nèi)側(cè)樞軸點(diǎn)需與車</p><p>　　輛中心線平行。從點(diǎn) 1 畫一條垂直線。前視圖中該線與從點(diǎn) 4 通過(guò)點(diǎn) 2 的直線的交點(diǎn)就是所 求點(diǎn) 5 的位置。然后對(duì)下控制臂相應(yīng)點(diǎn) 11.，14,12 重復(fù)此過(guò)程，求出點(diǎn) 15。然后把點(diǎn) 5 和 15 向側(cè)視圖投影，經(jīng)過(guò)點(diǎn) 1 點(diǎn) 5 以及點(diǎn) 11 點(diǎn) 15 畫直線，求出內(nèi)側(cè)樞軸點(diǎn)。只要在直線上， 可以任意安置這些

52、點(diǎn)。</p><p>　　4.2.6 轉(zhuǎn)向拉桿位置和阿克曼幾何 為最小化起伏轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)向拉桿的位置很關(guān)鍵。需考慮幾項(xiàng)布置因素。轉(zhuǎn)向齒條的位置決定了 轉(zhuǎn)向拉桿內(nèi)側(cè)樞軸點(diǎn)的高度。由于轉(zhuǎn)向齒條安裝在車架上部，是為了轉(zhuǎn)向拉桿跟上控制臂處 于同一平面之上。理論上如果轉(zhuǎn)向拉桿精確地處于上控制臂平面上的話，該方案沒(méi)有起伏轉(zhuǎn) 向的影響。理想的情況想具有可調(diào)的阿克曼幾何來(lái)優(yōu)化不同駕駛項(xiàng)目的賽車。所以跨度從 0 到 100%的阿克曼

53、轉(zhuǎn)向幾何就很必要了，如 2.8 部分所述，負(fù)阿克曼轉(zhuǎn)向只應(yīng)用在高速賽車 上。鑒于此轉(zhuǎn)向拉桿必須處于上控制臂之前，如圖 4.8 所示。這將導(dǎo)致賽車負(fù)方向的運(yùn)行。 但是如果轉(zhuǎn)向拉桿處于上控制臂之后，會(huì)導(dǎo)致阿克曼幾何可調(diào)性的過(guò)度喪失。</p><p>　　4.3 后懸設(shè)計(jì) 后懸?guī)缀蔚脑O(shè)計(jì)與前懸類似?？梢允褂们皯彝瑯拥脑O(shè)計(jì)應(yīng)用于后懸，不同之處就是前左換成 右后，右前束順應(yīng)效果亦然。為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，前束連桿甚至可與控制臂相連而

54、非車架。因?yàn)榍?束連接外側(cè)樞軸點(diǎn)與外球鉸同高，所以這是可行的。這種裝置成為不接地前束連接。</p><p>　　5 建立模型 根據(jù)根據(jù)第四章所述設(shè)計(jì)時(shí)為了評(píng)估懸架系統(tǒng)性能，建立模型，使得能夠模擬車輛在不同條 件下的動(dòng)態(tài)性能。</p><p>　　所有整車仿真放在 Adams 里進(jìn)行。Adams 是進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真的一個(gè)軟件。包括幾個(gè) 不同應(yīng)用領(lǐng)域的子模塊。其中之一，Adams/Car

55、 是專為車輛仿真使用而開發(fā)的。在 Car 里汽 車的所有子系統(tǒng)能一次一個(gè)的建立起來(lái)，然后裝配成整車。這也使得很容易就能從一個(gè)前懸 模型轉(zhuǎn)變到到另一個(gè)模型，或者在不同輪胎模型中轉(zhuǎn)換。所有仿真都可視化，寫入文件或者 以包括工具欄在內(nèi)的圖形來(lái)查看。完整的車輛模型是由子系統(tǒng)組合起來(lái)的，包括： 前懸架子系統(tǒng)</p><p>　　后懸架子系統(tǒng) 轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 前輪系統(tǒng) 后輪系統(tǒng) 車身系統(tǒng)</p><p>

56、　　若需精細(xì)模型，動(dòng)力系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、防傾桿和差速器等可以加進(jìn)車輛模型里。Adams 里 包括有預(yù)先建立的子系統(tǒng)，你也可以建立自己的子系統(tǒng)模型。子系統(tǒng)間通過(guò)通訊器相互作用。 包括輸入通訊器將信息讀入子系統(tǒng)和輸出通訊器將信息從一個(gè)子系統(tǒng)傳給另外一個(gè)子系統(tǒng)。 5.1 前懸建模</p><p>　　前懸架采用不等長(zhǎng)雙橫臂型式。模型來(lái)自開發(fā) Adams 的 MSC 公司，做了修改以適應(yīng)建模需 要。車輪通過(guò)輪轂軸承（一個(gè)

57、旋轉(zhuǎn)聯(lián)接）與 upright 相連。Upright 之上四個(gè)控制臂以球鉸相 連，倆上倆下。控制臂另一段通過(guò)旋轉(zhuǎn)副與車架相接。每個(gè) upright 上也有轉(zhuǎn)向拉桿以球鉸 相連。轉(zhuǎn)向拉桿另一端通過(guò)球鉸與轉(zhuǎn)向齒條相接。彈簧和阻尼器通過(guò)有球鉸頭的拉桿與 upright 相連。拉桿用萬(wàn)向節(jié)與搖桿連在一起。搖臂通過(guò)旋轉(zhuǎn)副與底盤相連，通過(guò)萬(wàn)向節(jié)與 阻尼器相連。前懸 的通訊器在前懸架和車身、轉(zhuǎn)向機(jī)、前防傾桿和前輪之間起作用。</p>&l

58、t;p><b>　　5.2 后懸架建模</b></p><p>　　后懸也采用不等長(zhǎng)雙橫臂型式。模型包括 upright，其上以旋轉(zhuǎn)副連接有輪轂，如圖 5.2。控 制臂以球鉸與 upright 相連，以旋轉(zhuǎn)副與車身相連。傳動(dòng)軸以等速副與 spindle 相連。Spindle 以旋轉(zhuǎn)副與 upright 相連。傳動(dòng)軸也以等速副與車身相連。拉桿以球鉸與 upright 相連，以萬(wàn) 向節(jié)與搖

59、桿相連。搖桿以旋轉(zhuǎn)副與車身相連，以萬(wàn)向節(jié)與阻尼器相連。Toe linkage 以球鉸 與 upright 相連，以萬(wàn)向節(jié)與下控制臂相連。后懸的通訊器在后懸架和、車身、轉(zhuǎn)向機(jī)、后 防傾桿以及后輪間起作用。</p><p><b>　　5.3 轉(zhuǎn)向機(jī)建模</b></p><p>　　轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型是齒輪齒條式結(jié)果，如圖 5.3。沒(méi)有必要建立完成的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，因?yàn)檗D(zhuǎn)向輸入 可以

60、通過(guò)拉桿直接施加在 upright 上。但是為了以后的仿真需要做準(zhǔn)備還是建立了完整的轉(zhuǎn) 向子系統(tǒng)。這就可以對(duì)轉(zhuǎn)向輪輸入而不僅僅是拉桿鏈接 upright 的運(yùn)動(dòng)。轉(zhuǎn)向齒條以球鉸與 轉(zhuǎn)向拉桿相連。轉(zhuǎn)向齒條與齒條殼以移動(dòng)副相連，與轉(zhuǎn)向軸以旋轉(zhuǎn)副相連。通訊器在轉(zhuǎn)向系 和前懸、車身之間起作用。</p><p><b>　　5.4 車輪建模</b></p><p>　　車輪模型

61、建立在固特異賽車提供的數(shù)據(jù)之上。固特異有其 13”光頭胎的 Adams 可用數(shù)據(jù)。 報(bào)告中采用的是 94 Pacejka 魔術(shù)公式型輪胎。不行的固特異提供的數(shù)據(jù)沒(méi)有考慮外傾角。通 訊器在車輪和懸架間作用。</p><p>　　車身 采用的車身子系統(tǒng)只包括重心位置的一個(gè)質(zhì)點(diǎn)。通訊器在車身子系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、前懸、后 懸間作用。</p><p><b>　　仿真</b>&l

62、t;/p><p>　　用 Adams 很容易仿真。很多不同類型的預(yù)設(shè)仿真模式可以采用，例如懸架分析可以運(yùn)行不 同的車輪跳動(dòng)和轉(zhuǎn)向仿真。也有例如 ISO 移線和穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向等整車仿真模式。用 Adams 仿真 時(shí)的一個(gè)穩(wěn)態(tài)就是定義不明確模型平衡穩(wěn)態(tài)的靈敏性。</p><p>　　6 參數(shù)研究 研究評(píng)估系統(tǒng)參數(shù)的不同設(shè)置影響，如主銷內(nèi)傾角、后傾角、側(cè)傾中心高度等。知道了這些 參數(shù)是如何產(chǎn)生影響并相互

63、作用，就能夠改進(jìn)模型直至滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)。參數(shù)研究也反映了參 數(shù)之間的相互作用。用一次一參數(shù)的方法進(jìn)行試驗(yàn)則遺漏了這方面的信息。改變一個(gè)參數(shù)時(shí) 這種信息是非常有用的，因?yàn)檫@能對(duì)其他參數(shù)產(chǎn)生不可預(yù)知的影響。</p><p>　　6.1 田口方法 因?yàn)橛绊憫壹軇?dòng)態(tài)的參數(shù)有很多，作此分析就很困難且費(fèi)時(shí)。小日本的工程師 G 田口引進(jìn) 了一種質(zhì)量工程中采用正交試驗(yàn)的新方法。此方法的好處就是可以獲得參數(shù)之間相互作用的 信息。該信

64、息在用一次一參數(shù)方法時(shí)是表現(xiàn)不出來(lái)的。 田口方法對(duì)評(píng)估大型參數(shù)集非常有用。采用正交矩陣的話，試驗(yàn)的數(shù)量就能減少，同時(shí)亦然 產(chǎn)生所需結(jié)果。也可以研究參數(shù)間的相互作用。試驗(yàn)的精度是關(guān)于試驗(yàn)數(shù)目的函數(shù)。試驗(yàn)數(shù)</p><p>　　目少會(huì)產(chǎn)生混合作用的結(jié)果，因此使得正確分辨其間相互作用變得困難，而他們有很大影響。 正交矩陣的分辨率可能將其從相互作用中分離出主要影響。正交矩陣的分辨率等級(jí)定義如 下： V：所有主要作用都分離

65、出來(lái)，兩個(gè)相互作用的因素從其他兩個(gè)相互作用因素中分離出來(lái)。 IV：所有主要影響從兩個(gè)相互作用因素中分離出來(lái)，但是兩個(gè)相互作用因素可以和其他兩 個(gè)相互作用因素相混合。</p><p>　　III：主要影響和兩個(gè)相互作用因素能混合。 可以獲得確定分辨率的正交矩陣尺寸見表 6.1</p><p>　　正交矩陣應(yīng)低階加負(fù)號(hào)，高階加正號(hào)。然后對(duì)正交矩陣每一行的參數(shù)精確設(shè)置進(jìn)行演算。每 次試算都衡量所

66、求量。所有試算完成后，參數(shù)列乘以結(jié)果列，然后除以正號(hào)的數(shù)量。這樣可 以求出參數(shù)的影響。該影響是衡量選定參數(shù)間距和試算量的結(jié)果。表 6.2 顯示了精度為 V 的 L8 矩陣用于大部分研究參數(shù)的情況。 田口方法通常用于每次試算產(chǎn)生一個(gè)結(jié)果的測(cè)試中。測(cè)試中應(yīng)用田口方法也可能每次試算產(chǎn) 生布置一個(gè)結(jié)果，例如時(shí)間域測(cè)試。這就可能研究參數(shù)在制定時(shí)間域內(nèi)如何影響所尋變量的。 這種方法在 B 和 A 的論文‘’‘’‘’‘中有所闡述，成為連續(xù)田口方法。應(yīng)

67、用田口方法 可以評(píng)估設(shè)計(jì)參數(shù)，找尋重要的相互作用和哪些參數(shù)影響到所分析的系統(tǒng)行為。</p><p>　　6.2 有價(jià)值的參數(shù) 設(shè)計(jì)懸架幾何時(shí)很多參數(shù)都很重要。由于時(shí)間關(guān)系沒(méi)法測(cè)試所有有價(jià)值的參數(shù)。建模階段發(fā) 現(xiàn)某些參數(shù)比其他參數(shù)更重要，這些參數(shù)就會(huì)在參數(shù)研究中用到。此外車輛上可調(diào)的參數(shù)也 會(huì)在研究中進(jìn)行評(píng)估。選擇用于評(píng)估的參數(shù)是 A 臂與車架的安裝，因?yàn)檐嚰茉O(shè)計(jì)允許 A 臂 接頭在車架垂直方向移動(dòng)。一些重要的參數(shù)

68、例如輪胎特性是不能評(píng)估的，因?yàn)槿狈ο鄳?yīng)信息。 6.2.1 參數(shù)水平 研究水平的選擇已經(jīng)確定，所以可用于賽車的調(diào)整水平。低水準(zhǔn)的符合所需調(diào)整可能的一端， 高水準(zhǔn)符合另一端。（什么意思？）如此幾個(gè)反復(fù)，直到得到所需的可調(diào)范圍。</p><p>　　6.3 結(jié)果 參數(shù)研究是一個(gè)迭代過(guò)程。每次迭代后分析結(jié)果，改建所用模型，直到滿足目標(biāo)要求。圖 6.2 到圖 6.24 所示結(jié)果來(lái)自于最終設(shè)計(jì)，調(diào)整水平符合所求。每張圖的上

69、部顯示了調(diào)整水平</p><p>　　如何影響所研究的參數(shù)，下部顯示不變的設(shè)計(jì)部分。把圖標(biāo)上部所示結(jié)果添加到同一圖中不 變的設(shè)計(jì)部分，就顯示了改變后的結(jié)果特性。</p><p>　　6.3.1 前懸參數(shù)研究 前懸參數(shù)研究的主要目的是分析外傾增益和增加抗俯仰的效果。同時(shí)側(cè)傾中心的行為也進(jìn)行 評(píng)估，因?yàn)閭?cè)傾中心高度和運(yùn)動(dòng)會(huì)影響車輛的操縱品質(zhì)。這樣來(lái)設(shè)計(jì)前懸，就是車架上的結(jié) 合點(diǎn)可在 Z 方向

70、變化，使可以改變外傾增益特性和增加抗反特征。改變外傾增益或抗反特 征時(shí)候，也會(huì)影響其他參數(shù)。研究中所用參數(shù)見圖 6.1 和表 6.3。</p><p>　　表 6.4 中，列出了所選高低水平的參數(shù)。車架上的安裝件在參數(shù)研究中也有高低水平的選擇 之分。</p><p>　　6.3.2 轉(zhuǎn)向幾何的參數(shù)研究</p><p>　　轉(zhuǎn)向幾何的設(shè)計(jì)允許轉(zhuǎn)向拉桿外端與 upri

71、ght Y 方向三處不同位置相連，轉(zhuǎn)向齒條在車輛縱 向前后移動(dòng)。為最小化 Bump steer 轉(zhuǎn)向拉桿要處于由前懸兩個(gè)上 A 臂構(gòu)成的平面之上。進(jìn) 行參數(shù)研究評(píng)估阿克曼轉(zhuǎn)向幾何和 bump steer 的可調(diào)性。所用參數(shù)見表 6.5，層次間表 6.6。 進(jìn)行兩個(gè)不同的測(cè)試項(xiàng)，一個(gè)測(cè)試 bump steer 特性，另一個(gè)測(cè)試阿克曼轉(zhuǎn)向幾何。兩測(cè)試的 結(jié)果見圖 6.10 到 6.15。</p><p>　　6.3.

72、3 后懸參數(shù)研究</p><p>　　后懸設(shè)計(jì)與前懸設(shè)計(jì)相似，車架接頭點(diǎn)可在 Z 方向變化，使能夠改變外傾增益特性并增加 抗反特征。其影響可從圖 6.17 到 6.24 看出。研究中所有參數(shù)見表 6.7 和圖 6.1。表 6.8 顯示 所用參數(shù)層次。</p><p>　　7 討論及設(shè)計(jì)結(jié)果</p><p><b>　　7.1 輪距和軸距</b&g

73、t;</p><p>　　載荷轉(zhuǎn)移是關(guān)于軸距的線性函數(shù)。不同的靜態(tài)軸重分布只會(huì)影響 Y 方向結(jié)果。如圖 3.1 所示， 規(guī)則允許的最小軸距 1525mm 和 1700mm 軸距的兩車差別很小。長(zhǎng)軸距的結(jié)果是縱向載荷 轉(zhuǎn)移小。因此車輛的軸距將由總布置條件決定，但是應(yīng)盡可能小，以便賽車轉(zhuǎn)向響應(yīng)夠快。 這將使軸距保持在 1700mm 左右。軸距短的缺點(diǎn)就是可能導(dǎo)致汽車高速時(shí)的不穩(wěn)定。但因 為速度相當(dāng)?shù)?，平均大約為 45

74、km/h，所以不存在問(wèn)題。</p><p>　　如圖 3.2 所示，橫向載荷轉(zhuǎn)移是輪距的線性函數(shù)。從公式 7..1 可知，輪距改變時(shí)阿克曼角的 影響的評(píng)估試驗(yàn)結(jié)果表明其影響很小，公式中顯示了兩種不同輪距 1250 和 1350mm 的車輛 在過(guò)外徑 9m 的發(fā)卡彎時(shí)的影響。</p><p>　　1G 轉(zhuǎn)彎時(shí)，彎道內(nèi)側(cè)車輪垂直分力變化為輪距 1250mm 為 275N，1350 輪距為 25

75、4N，以重 量計(jì)為 28kg 和 26kg。差別可能不大，因?yàn)樵谄渌麉?shù)外輪胎產(chǎn)生側(cè)向力的能力是關(guān)于輪胎 載荷的函數(shù)，幾公斤就足以超出輪胎力曲線峰值，輪胎超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。因?yàn)榇髮W(xué)生方程式賽車 的重量不大，沒(méi)有專門針對(duì)這種低重量汽車的輪胎研發(fā)，所以輪胎超載的風(fēng)險(xiǎn)非常小，因?yàn)?側(cè)向載荷轉(zhuǎn)移非常之低。其問(wèn)題是在另一個(gè)方面，由于載荷不足，載荷轉(zhuǎn)移可能導(dǎo)致彎道內(nèi) 側(cè)車輪側(cè)向力的喪失。</p><p>　　圖 3.3 可以看出，

76、輪胎負(fù)荷從 125lbs 增加到 250lbs，增加了百分之百，結(jié)果是固特異 20x8-13’’ 光頭胎 10 度滑移角時(shí)側(cè)向力的 115%增長(zhǎng)。之所以要使用較大輪距的原因不是消除輪胎超 載的危險(xiǎn)，而是防止輪胎欠負(fù)荷的發(fā)生。</p><p>　　輪距選擇為前軸 1250mm，后軸 1200mm。后軸輪距較小的原因是后軸輪胎較寬，前輪胎為 20x6.3-13’’后輪胎為 20x7.2-13’’，相差 1.0’’或者

77、書 25.4mm。前后軸輪距同寬的話會(huì)導(dǎo)致后 胎內(nèi)線比前胎更接近彎道內(nèi)側(cè)。這可能導(dǎo)致車手在試圖選擇可能最短的路線時(shí)只看到前輪， 而用后輪把錐筒撞倒。 前輪距較大也有優(yōu)點(diǎn)，就是能讓前軸承受較大部分的橫擺力矩。其結(jié)果就是可以在后部使用 較軟的彈簧，優(yōu)化后輪牽引力，并且允許出彎時(shí)更早更大的 油門。</p><p><b>　　7.2 前懸架幾何</b></p><p>　　

78、前 upright 的最終設(shè)計(jì)建立在于 MME 學(xué)生設(shè)計(jì) upright 和車輛動(dòng)力學(xué)學(xué)生基于總布置條件設(shè) 計(jì)制動(dòng)系統(tǒng)的合作之上。Upright 接頭位置見于表 7.1，車架接頭位置見表 7.2。圖 7.4 顯示 了標(biāo)記接頭的模型。</p><p>　　前懸相應(yīng)幾何如表 7.3 所示。</p><p>　　使用調(diào)整等級(jí)一些參數(shù)可以在區(qū)間內(nèi)變化，如表 7.4</p><p

79、>　　前懸的最終設(shè)計(jì)是性能與工藝之間的折衷。最困難最耗時(shí)的零件就是前 upright 的設(shè)計(jì)。由 于前輪輞內(nèi)缺乏空間，最終設(shè)計(jì)有一點(diǎn)偏離理想的設(shè)計(jì)。這主要會(huì)影響主銷內(nèi)傾角和磨胎半 徑。需要保持主銷內(nèi)傾在 8 度以下，但是最終設(shè)計(jì)為 9.2 度，這導(dǎo)致了磨胎半徑為 4.6mm。</p><p>　　外傾特性 參數(shù)研究表明所有使用的參數(shù)都影響到前懸架的外傾特性，該參數(shù)顯示最大的影響是由側(cè)視 時(shí)上 A 臂構(gòu)成的平

80、面角度。另外參數(shù)間的相互作用，加上使用的其他兩個(gè)參數(shù)，下 A 臂在 前視和側(cè)視圖中的平面角度，對(duì)側(cè)傾時(shí)的外傾增益有較大影響。若需要更多的外傾增益，則 側(cè)視時(shí)上 A 臂角度和下 A 臂角度的相互作用會(huì)產(chǎn)生最大的影響。若需較小外傾增益，最不 利的影響因素是前視時(shí)上 A 臂的角度。</p><p><b>　　抗反特征</b></p><p>　　如我們所需，通過(guò)將側(cè)視中下

81、 A 臂傾斜，增進(jìn)前懸掛的抗俯仰特性。該設(shè)計(jì)允許車架部分 的兩下 A 臂后部接頭上升 20mm。這樣可增加多于 50%的抗俯仰特性。增加前懸的抗俯仰 也會(huì)有其他影響。增加 50%左右的抗俯仰會(huì)導(dǎo)致外傾增益減小 0.05 度外傾角/每側(cè)傾度。使</p><p>　　側(cè)傾中心高速降低約 20mm，側(cè)傾中心的橫向運(yùn)動(dòng)會(huì)增加每度 80mm，側(cè)傾轉(zhuǎn)向增加 0.02 度</p><p><b&g

82、t;　　/每側(cè)傾度。</b></p><p>　　7.2.3 側(cè)傾中心特性 對(duì)側(cè)傾中心高度有最大積極影響的參數(shù)，即使側(cè)傾中心離地面距離抬升最大的參數(shù)是前視時(shí) 下 A 臂平面角度。增加抗俯仰會(huì)使側(cè)傾中心降低。使前視上 A 臂角度較小也會(huì)降低側(cè)傾中 心。</p><p>　　增加前視下 A 臂角度，參數(shù) B 數(shù)值大，會(huì)使前懸側(cè)傾中心橫向運(yùn)動(dòng)增大，同時(shí)減小前視上</p>

83、<p>　　A 臂角度會(huì)使側(cè)傾中心橫向運(yùn)動(dòng)減小。增加抗俯仰也會(huì)減小側(cè)傾中心 的橫向運(yùn)動(dòng)。</p><p><b>　　轉(zhuǎn)向</b></p><p>　　轉(zhuǎn)向幾何設(shè)計(jì)的目的是最小化 bump steer，使前束角度和阿克曼幾何可調(diào)?？烧{(diào)式轉(zhuǎn)向拉桿 外接頭使得阿克曼幾何可調(diào)成為可能。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)必須滿足的另一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)就是車輛必須能過(guò)外 徑為 9m 的發(fā)卡彎。表 7.

84、1 和 7.2 列出了轉(zhuǎn)向系接頭的位置以及所求的可調(diào)性。表 7.5 給出了 阿克曼幾何和前束角的可調(diào)級(jí)別。</p><p>　　bump steer</p><p>　　設(shè)計(jì)目標(biāo)是最小化 bump steer。通過(guò)使轉(zhuǎn)向拉桿與上 A 臂在同一平面內(nèi)，bump steer 最小化 至跳動(dòng)時(shí) 0.03 度/每 10mm 垂直行程，回彈時(shí)為-0.01 度。如果轉(zhuǎn)向拉桿與其不在同一平面， 會(huì)導(dǎo)致

85、bump steer 很大。參數(shù)研究顯示移動(dòng)轉(zhuǎn)向拉桿內(nèi)端上移 10mm，會(huì)使震動(dòng)和回彈時(shí) bump steer 增加 0.30 度轉(zhuǎn)向角/每 10mm 車輪位移。這相當(dāng)于曲線半徑為 425m。</p><p><b>　　阿克曼轉(zhuǎn)向</b></p><p>　　通過(guò)調(diào)整轉(zhuǎn)向拉桿外端 Y 向位置，阿克曼的幾何量可以改變。在遠(yuǎn)離車輛中心線方向移動(dòng) 20mm 會(huì)使阿克曼每轉(zhuǎn)

86、向角從 0 上升到 65%，相應(yīng)于半徑 11.5m 的曲線。將轉(zhuǎn)向齒條向前移 動(dòng)，阿克曼幾何可以減小。向前移動(dòng) 20mm 可導(dǎo)致 11.5m 半徑曲線減少 10%的阿克曼幾何。 移動(dòng)轉(zhuǎn)向拉桿內(nèi)端向上遠(yuǎn)離前視上 A 臂平面不會(huì)影響阿克曼。參數(shù)研究還表明，轉(zhuǎn)向齒條 移動(dòng) 30mm，外側(cè)轉(zhuǎn)彎半徑為 9180mm，此時(shí)阿克曼設(shè)置為下限值，8180mm 時(shí)候設(shè)為上限</p><p>　　值。轉(zhuǎn)向齒條移動(dòng) 35mm 響應(yīng)值為

87、 8040mm 和 6850mm。阿克曼設(shè)為上限值時(shí)轉(zhuǎn)彎外徑小的 原因不是阿克曼百分比的改變，而是轉(zhuǎn)向幾何的改變也會(huì)改變轉(zhuǎn)向外傾特性，如圖 5.12 5.13 所示。阿克曼設(shè)為下限值轉(zhuǎn)向齒條移動(dòng) 35mm 時(shí)外側(cè)車輪外傾改變?yōu)?1.1 度，阿克曼值更高 時(shí)為-1.3 度。對(duì)于彎道內(nèi)側(cè)車輪該值為+5.8 度和+7.7 度，彎道內(nèi)側(cè)和外側(cè)車輪都向彎道傾斜， 如圖 7.5 所示。</p><p><b>　　

88、7.4 后懸?guī)缀?lt;/b></p><p>　　后懸 upright 的設(shè)計(jì)與前懸不同，因?yàn)閮?nèi)部要裝剎車。后懸架的運(yùn)行工況也又稍有不同，因 為此處沒(méi)有轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。Upright 上關(guān)節(jié)位置如表 7.6 所示。</p><p>　　車架上關(guān)節(jié)位置口見表 7.7。后懸連桿配置是所謂的地下連桿，與下控制臂相連，而非車架。</p><p>　　后懸相應(yīng)幾何參數(shù)見表

89、7.8，這是未變更的設(shè)計(jì)參數(shù)。</p><p>　　正向側(cè)傾外傾增益是接地印跡 0.5 度側(cè)傾角時(shí)測(cè)量彎道外側(cè)車輪，負(fù)向指的是內(nèi)側(cè)車輪。</p><p>　　應(yīng)用表 7.7 中調(diào)整等級(jí)一些才參數(shù)可以在表 7.9 所列區(qū)間內(nèi)改變，也給出了靜態(tài)外傾、前束 角和底盤高度的調(diào)整等級(jí)。</p><p>　　注意抗后坐和抗抬頭彼此不能獨(dú)立改變。車輛運(yùn)行中參數(shù)特征見 4.4 節(jié)。

90、</p><p><b>　　外傾特性</b></p><p>　　參數(shù)研究表明所有研究參數(shù)都影響外傾特性。其中影響最大的由側(cè)視上 A 臂平面的角度，</p><p>　　與前懸中的一樣。設(shè)置參數(shù)為最高值會(huì)降低彎道外側(cè)車輪的外傾增益量，增加內(nèi)側(cè)車輪的外 傾增益量。</p><p><b>　　抗反特征</

91、b></p><p>　　通過(guò)傾斜側(cè)視下 A 臂平面，可以增加抗反特征。后懸架可得抗反特征是抗后坐和抗抬頭。 這是彼此耦合的，因?yàn)樗麄兌际軕壹芡桓淖兊挠绊?。因?yàn)閮?nèi)側(cè)剎車安裝在后懸架，抗抬頭 的量總是比抗后坐量的兩倍還大。設(shè)計(jì)允許車架上兩個(gè)下 A 臂后接頭提高 20mm。這樣可以 使抗后坐增加 24%。增加抗后坐量使得外傾增益量減小約 0.08 度/側(cè)傾角，也使靜態(tài)側(cè)傾中 心高度增加 25mm 多。<

92、/p><p>　　7.4.3 側(cè)傾中心特性</p><p>　　對(duì)側(cè)傾中心高度積極影響最大，使側(cè)傾中心升高的因素是前視下 A 臂平面的角度。增加抗 反會(huì)使側(cè)傾中心高度降低。減小前視上 A 臂角度也會(huì)增加側(cè)傾中心高度。側(cè)傾中心高度在 側(cè)傾時(shí)的變化很小，在未變更設(shè)計(jì)中起豎直方向變化大約為 0.5mm。同一設(shè)計(jì)側(cè)傾中心的 橫向運(yùn)動(dòng)稍小于 13mm。</p><p>　　8

93、 工作展望 為了進(jìn)一步開展工作，首先要完整測(cè)量已完成方程式賽車。然后用于更新現(xiàn)在所用計(jì)算機(jī)模 型，用相對(duì)應(yīng)真是車輛的模型完成新的仿真，然后可能進(jìn)一步研發(fā)，這我們可以同時(shí)進(jìn)行兩 個(gè)研發(fā)過(guò)程，一個(gè)在賽車上，另一個(gè)在電腦中。也讓我們能夠測(cè)試計(jì)算機(jī)模型與真是賽車是 否吻合。 論文中沒(méi)有多談的一個(gè)重要因素，就是輪胎。因?yàn)檩喬ナ琴愜囍袑?duì)車輛動(dòng)態(tài)性能有很大影響 的，所以可進(jìn)行大量工作評(píng)估不同的輪胎對(duì)賽車操縱品質(zhì)的影響。市場(chǎng)上有不同尺寸、品牌 和橡膠化

94、合物的輪胎種類。對(duì)比測(cè)試不同的輪胎，找出哪種輪胎更有利于改善懸架設(shè)計(jì)。尤 其是因?yàn)橘愜囘\(yùn)行在車輪行程很小，對(duì)懸架幾何影響不大的情況下。</p><p>　　若 KTH 決定為 2005 年大學(xué)生方程式造一輛新車，那么 2004 年的賽車在工程進(jìn)行中是非常 有用的一個(gè)工具。此車可用于不同測(cè)試，進(jìn)行評(píng)估成為開發(fā)新車的平臺(tái)。車輛的計(jì)算機(jī)模型 可更新動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)和剎車，用來(lái)評(píng)估賽車的動(dòng)態(tài)表現(xiàn)。明了 2004 款車不需要的