FSAE悬架的设计

文章来源: 焉知智能底盘 发布时间:2021-06-09
分享到
汽车悬架传递车轮和车架(或车身)之间的一切力和力矩。
悬架的概述

汽车悬架传递车轮和车架(或车身)之间的一切力和力矩。缓和、抑制路面对车身的冲击和振动。保证车轮在路面不平和载荷变化时有理想的运动特性,保证汽车的操纵稳定性。

图片


悬架的形式和构件

构件:导向机构、弹性元件、阻尼元件、稳定机构、限位装置等。

1.导向机构:起导向与传力作用,其决定车轮的运动轨迹和定位参数的变化,决定着悬架中心和整车的侧倾中心和纵倾中心,影响整车性能。

2.弹性元件:起承载和缓冲的作用,决定悬架刚度及振动频率,影响动力性能的发挥和转向特性,其主要有螺旋弹簧、钢板弹簧、空气弹簧、油气弹簧、磁力减振等。

3.阻尼元件:起吸能与散能的作用,提高轮胎抓地力有效降低车轮的振幅及着地压力。

形式:独立悬架、非独立悬架

图片

图片

悬架的设计

一、设计目的及意义

悬架是汽车的车架(或承载式车身)与车桥(或车轮)之间的一切传力连接装置的总称,其作用是传递作用在车轮和车架之间的力和力扭,并且缓冲由不平路面传给车架或车身的冲击力,并减少由此引起的震动,以保证汽车能平顺地行驶。

二、总体的设计方案


FSEC赛车的悬架几乎全部为双横臂式独立悬架,因为双横臂式独立悬架的簧载质量轻,可通过自己选择上下横臂的长度及铰接点的位置来获得合适的侧倾、纵倾中心,设计自由度大,使得悬架具有优秀的运动特性,使赛车具有良好的转弯性能、直线行驶性能,提高赛车的操纵稳定性。

悬架设计是以操控性、可靠性为目标,在保证安全的前提下,尽可能的减轻簧下质量,最大程度地挖掘轮胎的性能。前后悬架均采用不等长双横臂独立悬架。

图片
悬架的设计思路

图片

悬架的设计思路是由外而内的:

悬架参数
轴距(mm)
1540
前轮距(mm)
1180
后轮距(mm)
1160
整车质量(空载)(kg)
280
整车质量(满载)(kg)
350
前后轴荷分配
45比55
前悬外倾角(°)
-1
后悬外倾角(°)
-1
前悬主销内倾角(°)
4
后悬主销内倾角(°)
0
前悬主销后倾角(°)
4
后悬主销后倾角(°)
0
前束(°)
-1
后束(°)
0
轮胎半径(mm)
232

FSEC 赛车四轮定位参数:

图片

计算流程:

图片

悬架偏频:n=(√k/m)/2π,k为悬架刚度,m为簧上质量;偏频为评判整车平顺性能的一个重要参数,在汽车设计初期就要先定义偏频的范围;将汽车简化成成车身、轮胎两自由度系统。分别假设轮胎不动、车身不动,分别得到轮胎固有频率和车身固有频率,就成为偏频。好处是可以分别考虑汽车的高频共振和低频共振 (悬架偏频是指赛车簧上质量在无阻尼情况下的固有频率,偏频越高,则悬架越硬,赛车的操控性越好,偏频越低,则悬架越软,赛车的舒适性越好,能更好的缓冲路面冲击。)

图片

簧上质量是车辆剩余部分的质量,一般包括车架、动力系统、传动装置、乘员等。

簧下质量的部件有:弹簧、避震筒、上下摆臂、半轴、转向横拉杆、连杆、刹车卡钳、刹车盘、羊角、轮胎、轮毂等等。

悬架偏率的选取

1. 根据相关资料以及FSAE经验,可以得出以下结论:

偏频高
悬架硬
操控性好
控制整车重心,稳定性好
偏频低
悬架软
平顺性好
缓和路面冲击,接地性增强

2.赛车偏频的选取与悬架刚度有直接关系。一般的,FSAE赛车悬架偏频选取范围在2.0-5.0之间。对于附升力适中得的赛车,偏频选取在1.5-3.0,对于附升力较大的赛车,偏频选取在3.0-5.0。

3.赛车偏频的选取前后悬架不宜一致,主要是为了避免共振。

4.悬架偏频中,前高后低,是基于性能的考虑;前低后高是基于平顺性的考虑。

5.综合去年的FSAE经验,对今年的悬架偏频选取为

前悬       n1=3.2Hz

后悬       n2=2.6Hz

适乘刚度

1.  簧载质量

根据赛车质量和车手质量,设簧上质量为240kg(整车290kg)
计算可以得

前簧载质量    M1=240x45%=54kg

后簧载质量    M2=240x55%=66kg

2.  悬架刚度

公式

图片


可以得出

图片

3.悬架静挠度

悬架静挠度是指赛车赛车静止时悬架上载荷与悬架刚度之比。满载时静挠度只与偏频有关。

其计算公式为:
 图片
其中n为偏频,fc为挠度。

因此前后挠度分别为:
图片       

悬架传递比(Motion Ratio)

概念:

悬架传递比就是指赛车轮胎跳动的行程的导数比上弹簧行程的导数。即MR=dw/ds

图片

在悬架中,可以表述为如下:

若轮胎行程与弹簧行程之比为3x:1x,则传递比为3。

2.前悬传递比

如图二所示为前悬架基本几何尺寸。

图片

其中各参数取整。其中拉杆与水平夹角为34°,上横臂与水平夹角为6°,则拉杆 与上横臂夹角为28°。

拉杆铰接点与主销上点距离为45,上横臂有效长度为302.

设摇臂传递比为i,则悬架传递比为

图片


(摇臂传递比=动力臂/阻力臂)

对于i的取值,我们一般希望选取一个合适的值,使得弹簧刚度为一个较易得的值,方便采购。

3.后悬传递比

由于后悬结构的特殊性,后悬拉杆不能够和后轴在同一垂直平面内,而是和后轴垂直平面呈一定夹角,因此在计算其传递比的时候应计算将其等效拉杆与水平面的等效夹角。在CATIA图上通过定义点辅助作图,可以得到如下图所示的示意图。          
   
同理,我们设后悬架摇臂传递比为i,则有

图片

可以根据弹簧的值来选择摇臂的传递比,这样方面购买弹簧。

图片

CATIA辅助建模

图片

减震器的分类

液力减振器按其结构可分为摇臂式和筒式;按其作用原理,可分单向作用和双向作用式。

其中,筒式减振器质量较小、性能稳定、工作可靠,适宜大量生产,已经成为汽车减振器的主流。

筒式减振器又可分为双筒式、单筒式和充气筒式等结构,以双筒式应用最多。
充气筒式减振器是在原来筒式减振器中充以一定压力的气体,从而改善了高速时的减振特性,并有助于消除减振器所传的噪声,便于推广应用,但工艺要求及成本较高。

图片
悬架的结构元件

一、控制臂与推力杆

图片
箱型断面纵臂

二、接头

图片

三、钢板弹簧叶片端部形状与卷耳

图片


收藏
赞一下
0
/
正在提交,请稍候…