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方程式赛车SAE制动和车架的介绍(外文翻译)


方程式赛车SAE制动和车架的介绍 制动和车架的介绍 方程式赛车
摘要
本文是对方程式 SAE(FSAE 的)悬架和框架设计上的设计团队在 UM 的罗拉经验介 绍。的基本理论和设计这些系统的方法提出,使新的团队将能为他们的第一 FSAE 的设计 基准。例子我们会根据在 UM -罗拉的 1996 FSAE 的条目。

简介
方程式 S

AE 是一个学生的竞争,由美国汽车工程师学会(SAE),其中学生设计,构 建和竞争方程式风格的小赛车赞助。 本次比赛的基础是一个虚构的公司签订了合同的工程师 建造一座小型方程式赛车组。 由于汽车是周末越野赛车打算, 该公司已经制定了 8,500 元的 最高成本。比赛规则限制了赛车引擎的 610cc 与单一入口节流最大位移。其他规则要求的 汽车必须有一个最小为 50mm 轮旅行和轴距大于一千五百二十四毫米悬挂系统。这款车还 必须符合安全要求,如侧撞保护 比赛分为静态和动态的活动。静态活动包括成本分析,销售演示和工程设计。比赛的动 态部分是 15.25 米直径防滑垫,91.44 米加速时,越野 0.8 公里,44 公里耐力赛,和燃油经 济性。 运行 FSAE 比赛的设立是为了提供一个当代大学生的教育经验,是类似的项目类型, 他们将面对的工作队伍。参加 FSAE 的,学生团体与从抽象的设计阶段项目,直到它完成。 工程设计,团队合作,项目管理,财务方面都被纳入一级方程式 SAE 的基本规则。 本文涵盖的悬挂和框架设计的一些基本概念, 并强调了 UM 的罗拉设计时其 1996 年的 暂停和框架的方法。受部分涉及的基本设计参数,并提出具体的例子。框架部分讨论如何实 现与 FSAE 的设计约束妥协。最后,设计部门提供了一个由 UM 的罗拉用于 1996 年赛车的 设计方法的简要概述。 1996 年完成队 12 日在工程设计活动,而整体成绩是 77 国参赛车队 19 了。

1 悬挂几何
受几何部分集中的悬架设计的基本领域, 并突出一些什么 UM 的罗拉设计团 队 1996 年的赛车悬挂几何选择。 FSAE 的悬浮工作在汽车动力主要是由于有限的转弯是由大小管辖的速度 在赛道狭窄的领域。因此,FSAE 的悬挂设计应侧重于对竞争的限制。例如,车 辆轨道宽度和轴距的因素管汽车的操控性能取得成功。 这两个方面不仅影响重量 转移,但也影响了转弯半径。 几何不仅要考虑为 FSAE 的暂停,但部分也必须价格合理的成本分析和销 售演示销售。例如,内侧悬挂将会是更为适销对路的设计,而外侧悬挂可能成本 更低,更容易制造。
UM 的罗拉选择使用驱动内侧推杆一四轮独立悬挂系统线圈了冲击。这项决定主要是 由于包装的限制。此外,内侧悬挂的出现,既考虑了设计评审和相似性,因为它与现代汽车 的销售演示的重要比赛。 虽然这个讨论短期长臂悬挂系统是许多概念只适用于其他类型的悬挂。 轮距

轨道宽度之间的左,右轮是在图 1 所示中心线的距离。这方面的转弯,因为 它是抵抗倾覆力矩,由于在重力的(CG)中心在惯性力和轮胎的侧向力[2]重要 的。对于设计师,轨道宽度为重要,因为它是一个组成部分,影响了横向重心转 移数量[3]。此外,设计师必须知道的轨道宽度的前悬架几何运动分析可以开始 了。

图 1 轮距 (1996 年前悬架,前视图)

当选择轨道宽度,前后轮距不一定是相同的。例如,走线宽度通常在前面的 更广泛的后轮驱动赛车。 这一设计理念是用来增加在角落退出减少车身的侧倾金 额,相对于前轮后轮抵制[4]后部牵引。基于对角的速度和马力与重量比 FSAE 的车,这一概念应当考虑的设计师。 轴距
轴距也需要确定。轴距是指之间的前后轴中心线的距离。它也影响重量转移,但在纵向 方向。除了防俯冲和反蹲特点,轴距相对于重心位置没有对悬挂系统的运动学很大的影响。 但是,应当确定轴距早在设计过程中,因为有一个大的轴距对组件的包装。 对于轨道宽度和轴距出发点, 设计者应该研究反对派车的尺寸, 作为他们自己的计算基 准。在参赛队伍,包括轨道宽度和轴距,FSAE 的汽车规格可在公布的事件由 SAE 的计划。 1996 年的设计团队选择了一七二七毫米轴距,一二七零毫米前轮距宽,一 1219 毫米 后轮距。本次评选是根据以前的 UM 的罗拉车。虽然这是为 FSAE 的轴距尺寸课程充分竞 争,在 UM -罗拉设计团队已经决定增加对未来汽车的轴距一千八百五十四点二毫米。这种 轴距增加是为了改善在高速进入稳定竞争的角落。

轮胎和车轮
经过轨道宽度和轴距的考虑都已经解决,在设计过程的下一步是轮胎和车轮的选择。 由于轮胎是非常重要的车辆的处理, 设计团队应该彻底调查轮胎尺寸和化合物可用。 轮胎尺 寸是重要的,因为在这个高度的轮胎必须知道前悬挂的几何设计阶段才能确定。 例如,对于一个给定的车轮直径轮胎的高度决定了密切合作下,可球在地上,如果包装内的 车轮。 轮胎大小 - 设计者应该知道,对于一个给定的车轮直径提供轮胎尺寸数量是有限的。 因此,考虑到轮胎的重要性,处理,轮胎的选择过程中应有条不紊地进行。由于轮胎在地面 上对抓地力金额大的影响,有时需要使用宽轮胎,增加牵引力。然而,重要的是要记住,宽 轮胎添加旋转质量必须由有限制 FSAE 的发动机加速。这增加了质量可能更利于比从更广 泛的轮胎牵引力提高整体性能。 不仅一个更广泛的轮胎加量, 但它同时也增加了橡胶的数量 必须加热。 由于赛车轮胎的设计工作在一个特定的温度范围内最有效, 这将可以防止材料达 到最佳的温度范围[3]的轮胎。澳门大学罗拉分校研究小组使用了 1996 年的竞争,被设计为 在一个 71o C.最小最有效的轮胎

在挑选过程中, 设计者必须考虑如何使轮胎会影响整个包的性能。 例如, 对于运行 FSAE 动态事件的天气条件可能会确定哪些化合物和轮胎轮胎大小应该用于竞争。 另一个重要的考 虑是轮胎的价格, 因为成本可能是一个团队的预算的很大一部分。 对于 1996 年的竞争, UM 的罗拉选定 6 20 13 前面和后面的车赛车轮胎。由于低质量的车辆,狭窄的轮胎选择,使轮 胎温度会比以前的 UM 的罗拉设计更大。 这种轮胎的选择增加了竞争的工作温度从 48o 60 ° 角, 天气预计将降温, 让球队带来了软硬复合胎套。 研究小组选择使用较硬的化合物的耐力, 因为天气预测是明确和温暖。 轮选择 - 一旦已决定以哪一个轮胎大小来使用,应该是下轮选择。通常情况下,车轮 尺寸是固定的,允许少量修改。因此,重要的是有轮子的投资前考虑的一些设计目标。一般 来说,正直,制动钳,并放置在转子轮,要求清拆抵消轮。它通常是比较容易设计出悬挂几 何如果车轮轮廓是众所周知的。例如,球接头位置限于由车轮配置文件定义的区域。 成本,可用性,螺栓圈,重量:轮选择,包括其他方面的考虑。例如,三片轮辋,虽然 价格昂贵,提供了许多具有偏移和,可以在设计过程中改变配置文件的独特优势[3]。UM 的 罗拉设计从以前的汽车车轮周围的轮廓,然后 1996 年收购了悬挂几何一三片轮毂,以满足 设计规范。为 1996 年的所有四个轮子的大小入选 613。这轮选择轮胎旋转,降低了成本允 许的,并且尺寸的轮胎,化合物和制造商的广泛选择。

几何
设计者现在可以设置为悬挂系统的一些需要的参数。 这些通常包括曲面增益, 辊中心位 置,擦洗半径。这些参数的选择应根据车预计如何执行。通过可视化的态度,在一个角落里 车,悬挂可以设计成尽可能多的轮胎继续地面越好。例如,车身侧倾和中止旅行的防滑垫确 定, 在一定程度上得到了多少弯度转弯需要优化。 滚量的底盘可以由侧倾刚度而悬挂行程量 是重心转移和车轮速度的功能。 一旦已决定对这些基本的参数提出,必须悬挂建模取得预期的效果。造型前可以开始, 球关节的位置,内部控制臂支点,并跟踪宽度必须是已知的。最简单的方法模型的几何点的 位置,因为可以很容易地对他们的影响,即时检查几何与运动学修改计算机程序。如果一个 专门的运动学计算机程序无法使用,则可以使用 CAD 软件只需重绘悬架的点移动。 在设计的几何形状,重要的是要记住,设计是一个反复的过程,妥协将是不可避免的。 举例来说,理想的擦洗半径未必可行的,因为包装的限制。建模时暂停,设计者不应该漫无 目的的修改不通过结果的第一点想法。 例如, 设计者应设想如何将外倾角的车轮相对于底盘 时比上 A 臂下 A 臂长四倍。一种方法,可用于可视化的结果是该轮相对于底盘瞬心位置。 另一种方法是使用弧线球关节的限定相对于底盘。 对于如何确定从即时中心位置悬挂点位置 的完整说明参考米利肯[4]。 偏置距,主销倾角和连铸 - 磨砂半径,或主销偏移,是车轮之间的中心线和由球关节, 或转向轴定义的线的交点的距离,飞机与地面即说明了这在图 2。被认为是积极的磨砂半径 转向轴相交时,地面到车轮的中心线内。擦洗半径的数额应当保持小规模,因为它可以导致 过多的转向力[5]。然而,一些积极的磨砂半径是可取的,因为它会通过方向盘的驱动程序 反馈[5]。

图2 主销内倾角(KPI)的被认为是从车辆前面,与转向轴和轮中心线[4]角度。为了减少擦 洗半径,KPI 可以被纳入悬架的设计,如果附近的车轮中心线球接头包装是不可行的。磨砂 半径可减少与 KPI 的设计转向轴,以便它将相交的地平面更接近车轮中心线。过度 KPI 的 缺点,然而,就是外面的轮子,打开时,拱积极从而拉动地面的轮胎部分关闭。 然而,静态弯曲度或积极连铸机可用于抵消了积极曲面增益 KPI 的关联。 连铸机是转向轴角观看时,从汽车的一侧,被认为是阳性时,转向轴倾斜朝向车尾[4]。 阳性连铸机,在一个角落的车轮将外倾角,从而有助于抵消不利的积极曲面与 KPI 和相关 的车身侧倾。卡斯特也使车轮上升或下降的轮对转向轴斜对面的转移重量机箱[3]旋转。后 倾角也有好处,因为它会提供反馈左右转弯力的驱动程序[3]。 UM 的罗拉悬架设计团队选择了半径 9.5 毫米的小树,零度的 KPI,施法者和 4 度。此 设计所需的球关节附近的车轮, 这需要在众多的实体建模程序清理检查中心线放置。 辊中心 - 一旦基本参数已经确定,对系统的运动就可以解决。运动学分析包括对车轮相对于底盘和 机箱相对于如图 3 所示两套即时地也中心分析。这些点标 IC 是为车轮相对于底盘的瞬心。 其他即时信息中心在图 3 中,轧辊中心,是点到机箱支点约相对于地面的[6]。该中心前, 后辊轴定义一个支点的底盘将转弯时左右。 由于上述大多数企业管治赛车辊轴, 转弯的惯性 力与相关创建了一个关于滚动中心的扭矩。这导致机箱扭矩滚对外面的角落。理想情况下, 底盘辊数额很小,这样的弹簧和使用可能是为了增加轮胎遵守低刚度防倾杆[3,4]。然而,对 于一个小的倾覆力矩,重心必须接近辊轴。这个位置将表明,轧辊中心将要相对高到附近的 重心。不幸的是,如果卷筒中心以上或以下平地机,一,?újacking,非盟部队将被应用到 机箱转弯时[3,4]。例如,如果是地上滚动中心,这,?újacking,使非盟部队停止下降相对 于底盘。悬架下垂通常是不可取的,因为不同的悬架设计,它可以产生正向的弯度,可减少 地面上的轮胎数量。相反,如果在地下滚中心平面,暂停进入凹凸,或引发相对于底盘,侧 向力时,被应用到轮胎。 因此,它是较为理想的轧辊中心,靠近地面,以减少飞机的垂直运动的底盘应付[3]的侧向 力。

由于中心是一个即时滚动中心,重要的是要记住,侧倾中心将与中止旅行。因此,设计 团队必须检查辊中心的迁移,以确保,?újacking,非盟部队和倾覆力矩遵循一个可预测的 处理[3]相对线性的道路。例如,如果交叉转弯时侧倾中心以任何理由地平面,然后将提高 或降低车轮相对于底盘,可能导致不一致的处理。

图3 轧辊中心地下三十五点六毫米在前面,35.6 毫米以上的为 1996 年的澳门大学,罗拉 车尾部地上。由于以前的 UM 的罗拉车都不低于地面滚中心有,1996 年点的选择基本上是 一个测试,以了解地下辊中心受影响的处理。因为大滚时刻,团队设计到足以暂停拱增益, 以补偿与车身侧倾软弹簧和无防倾杆。这个队很高兴,但处理决定,在未来的汽车,能有一 个直接比较两者之间的设计既地上滚中心。 外倾角 - 曲面是从平面角度和垂直轮被认为是一个负角时,方向盘的顶部是对车辆中 心线倾斜。 坎伯是调整从纵向倾斜转向通常是通过调整球的位置进行联合轴。 由于轮胎在地 面上的金额是由外倾角的影响,应该很容易弯度调整,使悬浮可调谐的最大转弯。例如,在 曲面量小防滑垫需要的可能不是在耐力事件的快弯相同。 最大转向力,轮胎将发生在能产生一些负面的弯度角[3,4]。然而,弯度角可通过改变中 止旅行和轮对转向轴转动轮子移动。 由于此更改, 悬挂系统的设计必须补偿或补充倾角变化 与底盘和车轮运动,以便产生最大的转弯力。对曲面补偿或垂直轮运动增益量,是由控制臂 配置。坎伯增益通常由具有不同长度的上,下控制臂。不同长度的控制臂球会导致关节相对 于移动底盘不同的弧形。 该控制臂的相对角度也会影响彼此的弯度增益量。 增益是由于曲面 几何的链接功能,增益量并不一定必须既下垂和凹凸相同。例如,悬挂的设计可能需要的车 轮外倾角百分之一负两下垂 25 毫米与 25 毫米,每度凹凸程度。可以添加静态弯度为车身 侧倾补偿,但是,添加的弯度可能不利于处理的其他方面。例如,干扰太大拱可以减少轮胎 在地面上量,从而影响直线刹车和加速。同样,在中止旅行太多弯度增益可以导致部分轮胎 与地面接触松动。 后倾角也增加了整体曲面增益当车轮被打开。对于正连铸机,在外面转一转的车轮将 外倾角负, 而轮拱内积极。 由施法者造成的拱增益量很小, 如果车轮只能打开一几度。 然而, FSAE 的汽车可以使用后倾角,以增加竞争的 FSAE 的弯道弯度的紧张增益。 UM 的罗拉设计的曲面获得数额较大的,因为防倾杆没有在 1996 年中止的设计。低利 率一个大车轮滚转力矩要求暂停使用, 以弥补由机箱辊和悬挂行程曲面的积极性。 UM 的 为 罗拉的收益为 1996 年的汽车曲面同时从后倾角和控制臂配置。 转向系统 督导几何具有对车辆的操控性能影响很大。例如,如果系统没有适当的设计,然后将 脚趾的车轮或中止旅行期间进行。这种变化被称为脚趾 因为这是在颠簸指导中详细介绍了文献[3,4]。凹凸引导基本上是因为不良的车改变方向时, 驱动程序不期望的改变[4]。

阿克曼转向也必须考虑在设计过程中。阿克曼转向轮外时,会发生内部轮比原来少。这是可 能的, 因为在每个车轮转向角度是由转向几何确定的量。 推翻或反阿克曼发生在转弯时转向 轮外[3,4]比多内轮。 转弯时,内侧车轮周围的旅行比外面小车轮的几何半径。阿克曼转向可以用于旅游,使 他们的车轮 相应的半径,从理论上说,消除轮胎擦洗。然而,对于精确阿克曼转向可能不会提供轮胎偏 角以来最好的处理设计影响实际转弯半径[9]。设计者必须决定,根据要求,如果转向系统 的设计将包括阿克曼几何。 UM 的罗拉放置在附近的,因为包装的限制下控制臂轴中心线前齿轮齿条式。本次配售 的框架设计中需要额外的空间, 因为司机不得不跨越在建立一个测试车是很难避开因半圈锁 锁系统,转向柱,1996 年转向系统被设计为一个回合锁锁定。这是通过改变齿条和齿轮比, 而不是增加,因为包装的限制转向臂的长度。 为 1996 年的汽车系统规格为:76mm 的转向臂,250 毫米直径的方向盘,和每一个齿 轮齿条革命旅行 51 毫米。这些规范被保留未来赛车的设计,因为由此产生的处理特性被认 为是令人满意的。该 1996 UM 的罗拉设计的反阿克曼由于小包装数量。 结论 FSAE 的悬挂设计不仅要在赛道上的竞争力,但也必须执行悬浮在静态项目中胜出。对 于动态的事件, 设计者应该集中在几何形状, 使轮胎的大部分将留在地面接触的所有正常行 驶的情况:刹车,加速,和转弯。悬挂系统也必须设计,以便很容易制造和合理价格的成本 分析。为了降低成本,1996 年赛车的复杂性,UM 的罗拉设计的系统,使车轮毂,轴承是 为每个角落的汽车一样。 设计了悬挂几何只是建立一个车辆一小部分。 一个精心设计的悬挂系统不会自动做出快 速的赛车。虽然本文已经集中在设计方面,发展是同样重要的是包的成功。由于设计过程必 须在一个给定的时间限制的地方, 第一次被停牌设计可能无法提供最好的处理。 这并非罕见 进行设计更改后车完成。更重要的是团队的 FSAE 的整体设计上妥协,从而使汽车可以完 成并经过测试之前的竞争。

2 车架
帧的目的是硬性连接前后悬挂,同时为赛车的不同系统的附着点[8]。之间 的前后悬挂连接点的相对运动可能会导致不一致的处理[4]。该框架还必须提供 附着点,不会屈服在汽车的性能范围。 有许多不同风格的框架;空间框架,单体,和阶梯是赛车框架的例子。对于 空间框架是一连串的管子是连接起来形 FSAE 的最流行的风格是管状空间框架。 成一个结构,连接在一起的必要组成部分。然而,大多数的概念和理论可以应用 到其他的机箱设计。

图4

刚度 在悬挂设计上保持与当地所有四个轮胎扁平整个车辆的性能远景目标。 一般 来说,悬挂系统设计的假设下,该框架是一个刚体。例如,在曲面和脚趾可能会 出现不良变化框架如果缺乏刚性。一个遭受了扭转加载帧图像叠加在图 5 undeflected 框架。

图5 UM 的罗拉发现,在大多数情况下,机箱,是非常激烈的竞争不会产生足够的。然而, 一些应注意,以确保帧的附着点不屈服时,受到设计载荷。例如,发动机架应作出足够的硬 度,以减少失败的可能性。 抗扭刚度 - 扭转刚度是框架抗扭转负荷[4]。 UM 的罗拉采用有限元分析了 1996 年的 底盘抗扭刚度。作者:简单杆和框架梁单元模型的解表明,大约是 2900 抗扭刚度 每偏转程度牛顿米。的群众 1996 帧约 27 公斤,其中澳门大学,罗拉认为重量超过了为期 两天的系列赛需要。然而,一些额外的结构,增加了框架,以增加其安全性。另外,动力传 动系统坐骑显着加强,使汽车能够作为一个驾驶员培训工具服务于几个学期。 由于 1996 年框架的演变,刚度重量比不同的设计进行了比较。底盘可极为严酷的料, 加入大量的框架。然而,这可能会降低其他材料的,因为增加的大众汽车的性能。显然,扭 转刚度并非是分析一个底盘刚度只测量。 抗弯刚度也可以用来分析框架的设计效率。然而,抗弯刚度不如抗扭刚度重要,因为由 于弯曲变形不会影响轮载[4]。 由于设计时间在 FSAE 的严重限制, UM 的罗拉的研究小组利 用一个扭转分析,以确定不同的框架设计的相对刚度。

三角网 - 三角可以用来增加一帧抗扭刚度,因为三角形是最简单的形式,始终是一个 结构,而不是一种机制。显然,这是一个框架结构比将扭转僵硬的机制[7]。因此,应当努 力进行三角底盘尽可能。 作为一个可视化,是由脚关节连接杆可以帮助收集帧帧设计师在设计中的定位机制[8]。 设计人员还可以通过检查评估, 看看每个引脚接合节点包含至少三杆, 以补充他们的负荷路 径框架。 UM 的罗拉选择使用薄壁钢管材 1996 年的框架设计。这需要大量的三角框架的薄壁管 以来,在表现得非常好张力和压缩,但糟糕的弯曲。其中生产的部件,例如发动机和悬挂大 量的力量,被装在三角点的框架。

图6 前 UM 的罗拉帧具有高负荷部件缺乏足够的三角测量。这些组件被装到具有承重其中 在一个单节油管焊接的中点标签帧。正如预期的那样,这就像一个简支梁管弯曲,造成不必 要的附加组件的运动。 虽然这些设计对于本次比赛的时间工作, 他们总是失败的压裂管或打 破了标签。为 1996 年的车,装载组件的高度重视都是三角点。 区转动惯量 - 对惯性面积的时刻已经对结构刚度的影响较大。因此,越远的物质从轴 的扭转更严厉的框架将在弯曲和扭转。这个概念是通过加入方舱结构的基本框架。

图7 图 7 显示了三角一方被用来增加 1996 架抗扭刚度的豆荚。 这种材料还增加了侧面碰撞 保护。新增的侧箱结构远离尽可能底盘,增加了前部和后部之间悬架惯性面积时刻中心线。 大部分成功 FSAE 的车侧有安全结构豆荚和抗扭刚度增加。 除了使用的侧箱, 以增加刚度的底盘, 下管增加帧的刚性。 1997 1996 年入境时滚铁环, 年 FSAE 的规则规定,从轧辊顶管箍到帧的基础必须是 0.049“墙时,从编造 4130 钢[1]。由 于这些管比 0.035“壁管更严厉,僵硬的框架可以大大提高妥善放置滚箍管。

荷载路径 在设计过程中,重要的是要考虑如何荷载传递到框架。 A 负载路径描述了通 过该部队到帧消散路径。 例如, 8 显示了如何垂直负荷的重量产生的车轮将穿 图 越直立,推杆,摇臂,线圈,并进入了休克的框架结构。当然,要适当调查有关 部队,为每个组件弗里博迪图,必须绘制。然而,这个概念可以使用可视化的设 计框架应该如何构建。 无用功碰撞

在安全利益,公式 SAE 的规则委员会已写得很具体的规则来保护正面,侧面的驱动程 序和翻车事故的情况。 在设计 1996 项,澳罗拉分校研究小组发现,如果 FSAE 的规则,遵循和框架是为刚度 优化,这是明显的,该车将是最有可能崩溃的情况下足够了。由于一头部碰撞的可能性,更 多的结构被放置在该框架是必要的鼻子比 1996 年的规则。根据以往经验的基础上,研究小 组认为,到了坚实的对象,如抑制或装卸码头,运行车辆,概率很高。因此,相当大的想法 是考虑到司机的脚正面碰撞时的安全。

图8 一 FSAE 的汽车每一个系统必须有包装的框架内。这些组件的位置限制了管可用路径, 通常是有害的底盘刚度[8]。 例如, 司机占有了可用于大幅增加结构刚度框架部分。暂停 - 要 框架悬空包装一般不会干涉问题,因为大部分都是外部的组件的框架。但是,它是特别重要 的附加组件暂停僵硬的底盘部分正确的负载分配将通过这些组件通过[8]。 设计的框架,以便控制臂连接到一个僵硬的底盘部分,有时会非常困难。 UM 的罗拉 发现改变控制臂之间的支点距离可以帮助优化装载路径 为控制武器。这个距离是可以改变的,因为它不会影响到悬挂几何,因为控制臂的旋转轴是 不会受到影响。然而,减少了控制臂跨度将减少手臂的能力作出反应,这是通过加速或制动 产生的力量。 UM 的罗拉发现,悬挂的设计应与框架同时进行。这使得设计人员对来自推杆和摇臂等 负荷集中的路径,该框架可以有效地响应负载。传动系统 - 正确连接到车架的动力传动系 统的组成部分是非常重要的扩展帧的生活。 之间的发动机, 差异相对刚度, 框架是不是关键, 因为当把停牌。这是由于这一事实,即大多数 FSAE 的底盘布局已经传动部件之间的短距 离。 主要设计的一点是要确保该帧不破降档过程中不正确或离合器的暴力释放。 其中的框架 的 UM -罗拉车经历过的失败多数是由于骨折的发动机架或差异坐骑。 当周围的电机设计和 链条驱动的设计差别框架,必须有足够的间隙,使一些前后链轮都可以使用。 这间隙允许最终传动比的广泛选择。几个 UM 的罗拉与已建成的项目无法改变最终传 动比。这种无法证明是一个缺点,当试图推动该 FSAE 的竞争和更开放的空间 autocrosses

密闭空间内的赛车。 便于维护也是一个重要的设计考虑时,周围的动力传动系统设计框架。 UM 的罗拉发 现,该引擎提供直接去除间隙降低与发动机的变化所涉及机械的压力量。人们还发现,以提 供简单的访问有利于上的所有发动机盖,如离合器,发电机,和阀盖。 汽车工效 适当纳入到一个 FSAE 的框架设计的驱动程序可以在驱动程序,因为各种尺寸的变化 非常困难。每个驱动器的接口,以便它被设计为各种各样的驱动程序舒适。 UM 的罗拉的 1996 年条目能容纳司机谁在高度从一点五八米到一点九零米范围。 控制 - 设计围绕诸如方向盘和踏板的控制,框架,是确保框架结构不会干扰驾驶者的 任务问题。此外,必须有足够的控制框架的支持,使附着点不屈服而汽车是被驱动。该框架 不应该干涉与司机,他们通过全方位的运动是需要开车的做法。司机的手臂,在这方面的特 殊问题。在过去,UM 的罗拉设计了汽车在其中大是很困难的司机,驾驶舱内保持他们的武 器。幸运的是,这是弥补 1996 年的底盘上增加了座舱横截面面积。 框架设计者应该超越的框架设计时如此重大的疏漏是减少了结构性因素。 例如, 以前的 球队遇到了他们的底盘包装问题时,放置在齿轮齿条式方向盘直接。这是一个设计错误,因 为之间的方向盘和齿轮齿条式万向节无法弯曲 90 度。 安全带 - 最重要的是,充分利用附着点必须十分坚固,以确保他们不会崩溃过程中失 败。他们还必须定位,这样将不绑定时,背带收紧[9]扣。这一直是过去时,试图把两个大 国和小司机的附着点为 UM 的罗拉问题。 出口 - 快速出口非常重要,因为 1997 年规则的任务,司机在五秒钟内必须退出[1]的 车辆。过去 UM 的罗拉车曾与出口需求艰难的时刻。这些赛车在设计时即留下了一个面积 仅 165 毫米的司机脚和腿,以适应通过高结构管。这是一个使设计师妥协的底盘刚度人体 工程学的情况。 结论 很显然,框架的设计是刚度,重量,包装妥协。帧的刚性很重要,因为它影响到车辆的 整体性能。 如果太多的材料中添加了对刚度寻求框架, 对车辆性能会降低, 因为增加的质量。 不仅要 帧是僵硬,重量轻,它也必须包车辆的所有系统。因此,框架设计需要多次迭代达 到一个平衡。 本次比赛的时间表将限制可能使迭代次数这辆车可以建立和测试。 如果基本的 设计概念被应用到框架和一些思想, 是考虑到各子系统集成, 最终结果将是一个良好的基础 为 FSAE 的车。

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UM 的罗拉在 1996 年设计方法

虽然这是一个简单的设计或系统的一部分,它更难以纳入所有的部件和系统 成一个包,如赛车。每个系统或零件的设计团队必须牢记它的设计将如何影响整体包装。例 如,悬挂设计团队必须离开之间的左,右控制臂枢轴点的司机的腿足够的空间。 本节介绍一些基本的设计序列 UM 的罗拉用于 1996 年的车。 这个顺序是不是该车辆设 计的唯一途径。然而,澳,罗拉发现,这是一个为汽车设计的 FSAE 的逻辑顺序。 布局 1996 年开始设计,通过确定轨道的宽度和车辆轴距尺寸。一旦这个完成,司机和引擎 安置被勾勒成一个估计的重量分配设计。有些人认为是考虑到其他重要或放置 难以封装系统。例如,燃油系统必须靠近重心,以减少其在不同种族的包装质量的影响。 悬挂几何 之后,宽度和轴距轨道已经确定,小组提出了对轮胎和车轮尺寸的初步决定。设计团队 对一些基本的悬挂参数解决:拱增益,连铸机,关键绩效指标,磨砂半径和旋转中心高度。

这些都是需要这样的设计团队可以悬挂的几何模型。 暂停建模程序来分析弯度的变化和轧辊中心的运动。受是模仿与静倾角 0 °,因为静态 倾角可在测试过程中优化。暂停期间,造型,研究小组在纵向和横向滚动中心运动和倾角变 化的底盘通过垂直滚动 2O 的旅费和 25mm 的去了。有必要进行多次迭代之前得到一个满 意的几何形状。后悬架的设计已经确定,转向系统,设计了基于帧的 Rails 和转向臂可能的 位置。受建模程序也被用来减少碰撞掌舵。 实体建模 一旦中止初步设计已经完成,下一步是进入一个三维计算机模型的吊点。然后,将悬挂 部件,得出初步的机械设计。受感动了坚实的造型包检查之间的控制臂,拉杆,立柱,干扰 和车轮通过其活动范围。 后悬挂系统的干扰问题已被选中,下一步是开始设计框架。 UM 的罗拉采用了 CAE 的 包模型的框架结构。主要部件,如发动机和差别,被卷入的模型。为了简化这只能安装点或 草图已经输入的过程。 此外, 有足够的空间被设计成框架对那些尚未完成的系统。 举例来说, 充足的房间里留下的各种驱动程序的大小所需的控制。 主要成分后,已为蓝本,第一滚箍设计放入模型中。这是必要的,因为它代表着该框架 的主要组成部分定义为 FSAE 的规则。图 9 表示此框架模型初。

图9 在这一点上,悬挂系统内侧没有设计的。然而,对于内侧悬挂一些初步设计允许负载路 径分析,以带动结构设计。 连接点 之后,该框架的主要内容是在模型中定义的“连接点”阶段开始。通过使用三角测量和面 积惯性矩的概念,定义的点则与管。连接点只包含安装前悬架的后悬挂,同时提供该系统的 汽车的附着点。参照 1996 年的最后框架设计图 10。

图 10 分析 一旦各点已连接,框架是有限元分析做好准备。这种分析是对市售的 CAD /有限元分析 软件包。梁元素被用于框架结构的主要元素,而作为棒图 11 所示暂停使用。一个更具代表 性的负载可用于使用带有附加悬架的模式。 由于精确建模的焊接接头超出本科水平, 该模型 是严格确定是否是一个满意的框架结构。

图 11 后模型进行求解,结果可能被视为动画揭露任何薄弱环节。这种方法使快速的“如果。” 例如,如果一个地区似乎过分强调,为不同的几何形状的联合可以取代和建模。此外,UM 的罗拉设计师发现,关节间的长与短跨管应该有一个较大面积的惯性,以增加刚度的时刻。 为了降低赛车的成本,体积只有一小部分管被利用,从而使该模型简单,因为墙厚度的 优化是有限的。 UM 的罗拉队用以下 4130 油管大小来构建 1996 年的底盘结构:
1” x 0.065” (Roll Hoop Material) 1” x 0.035” 3/4” x 0.035” 5/8” x 0.035”

为了简化框架结构复杂, 管而有多于一个平面弯曲数目减少到只有两个。 虽然这并非是 设计一个FSAE的车只有顺序,UM的罗拉已经成功地使用在过去的三个设计这一基本方法。

结论

不同的是学校环境,有在FSAE的竞争没有正确或错误的答案。设计人员可以把他们的 设计连续迭代,直到达成了令人满意的妥协。构建FSAE的汽车向大学生传授了如何在现实 世界中的功能设计群体的知识,同时也向他们介绍整个设计过程中涉及的产品的开发。 在设计过程中,团队必须实现与成本控制,生产,性能和设计时间,以便达成妥协,将 他们的汽车在各个方面竞争FSAE的竞争力。本次比赛的时间表,在大学严格的时间表相结 合,限制了每个设计迭代数量。然而,球队应该明白,这将需要几个迭代收敛在一个满意的 设计。的时间量的设计过程中使用的时间减去制造和测试。虽然本文对设计集中,这是非常 重要的测试车,使任何设计疏忽,将在竞争中突出显示。 不善工程车辆不得在比赛表现良好。相反,一个设计精良的汽车可能无法执行,除非有 很好的时间来生产和测试。对于缺乏经验的FSAE的队伍,工程技术复杂,可过于集中的表 现获得了数额费时。因此,FSAE的团队应该使用基本的工程概念设计他们的车。这将简化 设计流程,并让团队完成尽可能早的汽车进行测试允许和重新设计。队伍,完成他们的汽车 和竞争将获得最多的知识和从一级方程式SAE的经验。

致谢 我们要感谢他的帮助和鼓励,而我们在写这篇文章的所有博士丹斯塔茨,在UM -罗拉 FSAE的顾问。我们也想感谢谁帮助校对本文无数的人。我们要特别感谢花太多时间去帮助 我们通过我们的第一次出版康拉德四汉弗莱,车辆动力学和分析,通用汽车公司。

参考文献
[1] Formula SAE Rules. Warrendale, PA: SAE International

[2] Puhn, Fred. How To Make Your Car Handle. Los Angeles, CA USA : HPBooks 1981 [3] Smith, Carroll. Tune to Win. Publishers 1978 [4] Milliken, William F.,Miliken Douglas L. Race Car Vehicle Dynamics. Warrendale, PA: SAE International [5] Van Valkenburgh, Paul. Race Car Engineering and Mechanics. Seal Beach, CA: Self Published 1986 [6] Staniforth, Allan. Competition Car Suspension. Newbury Park, CA USA : Haynes Publications Inc. 1988 [7] Riley, William F., Sturges, Leroy D. Engineering Mechanics Statics. New York, NY. John Wiley and Sons, Inc. 1993 [8] Bamsey, Ian. The Anatomy and Development of the Sports Prototype Racing Car. Osceola, WI : Motorbooks International 1991 [9] Bamsey, Iam. Lis, Alan. Competition Car Controls. Newbury Park, CA USA : Haynes Publications Inc. 1990 [10] Aird, Forbes. Racer’s Encyclopedia of Metals, Fibers, and Materials. Osceola, WI : Moterbooks International 1994 Fallbrock, CA : Aero


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