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带宽度和轴距,可以在SAE发布的活动项目中找到。 运动学和动力学
设计人员现在可以为悬挂系统设置一些所需的参数。这些参数通常包括外倾角增益、侧倾中心的位置和主销偏距。这些参数的选择应基于车辆预期如何执行。通过在一个角落里观察汽车的姿势,悬架系统可以设计成保持尽可能多的轮胎与地面接触。例如,在试车场上车身的侧倾和悬架行程在一定程度上确定外倾角增益为多少时能达到最佳的转弯效果。底盘卷的数量可以由侧倾刚度来决定,而悬架行程量是重量转移和车轮速率的函数。
一旦这些基本参数确定了,悬架系统就必须进行建模以获得所需的效果。开始建模之前,球形接头的位置、内部控制臂枢轴点和履带宽度必须是已知的。建立几何模型的最简单的方法是使用一个运动学和动力学的计算机程序,因为在计算机程序上为快速检查某点对几何体结构的影响,点的位置可以很容易地修改。没必要使用专门的运动学计算机软件,当只需简单地重绘悬架的点移动时可以使用CAD软件。当设计悬架的几何结构时,切记设计是一个反复的过程,而折衷是不可避免的。
在CAD模型中进行分析的参数有侧倾中心、悬架摆臂尺寸、主销偏距、抗后坐、抗点头和后倾角、外倾角和主销角度。选择第一组数据,它是MBS(ADAMS/Car)中的最优结果。车轮的平行位移、反方向的位移、底盘滚动;转向和静态载荷仿真已完成。
例如,由于组装的制约理想的主销偏距几乎不可能得到。所
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以在建立悬架模型时,设计师不应该不考虑后果就盲目的修改模型上的点。例如,当下A形臂比上A形臂长四倍时,设计者应观察车轮是如何相对于底盘外倾的。有一种方法可以观察到这种结果,即车轮相对底盘的瞬时中心位置。另一种方法是使用球形接头圆周相对于底盘的圆弧。有关确定由瞬心位置决定的悬架点位置的完整说明,请参阅米利肯。主销偏距、主销内倾角和主销后倾角。
主销偏距或主销偏移距是车轮的中心线与由球窝接头或者转向轴所定义的线和地平面的交点之间的距离。当转向轴与地面相交并位于车轮中心线的内侧时,定义主销偏距为正。主销偏距量应尽量小,因为它可能会导致过多的转向力。然而,少量的正主销偏距量也是可取的,因为它会通过方向盘为驾驶员提供反馈。
主销内倾角(KPI)是从车辆的前面看转向轴和车轮中心线之间的角度。如果接近车轮中心线的球窝接头的组装行不通,为减小主销偏距,KPI可以掺入到悬架设计。通过设计转向轴,主销偏距会随KPI的加入而减小,这样转向轴与地平面的交点会更靠近车轮中心线。 KPI取值的缺点是在外侧车轮转动时,外倾角必定会拉动部分轮胎脱离地面。但是,静态外倾角或正后倾角可用于抵消KPI所引起的正外倾角增益。
后倾角是从汽车的侧面观察时转向轴的角度,且当转向轴朝向车辆的后方倾斜时,定义后倾角为正。当后倾角为正,拐角处的外侧车轮将会产生负的外倾角,从而帮助抵消KPI和车身侧倾引起的正外倾角。
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当车轮绕转向轴旋转时,后倾角也会引起车轮的升降,而这会引起对角式穿过底盘的重量转移。主销后倾角也是有益的,因为它会为驾驶员提供有关回转力的反馈。 悬架设计团队选择了9.5mm的主销偏距、7°的KPI及4°后倾角。这种设计要求球窝接头放置在靠近车轮中心线的位置,这需要在实体建模程序中进行大量的余隙检查。
必须定义A形臂安装点的几何结构。下A形臂的安装点大部分是由于组装的需要而产生的,至于外部的安装点必须低至车轮允许的高度且宽度在履带宽度和结构允许的范围内。转向轴必须定义成能够放置外部上方的安装点。分析安装点对转向角、后倾角、KPI和主销偏距的影响后,结果表明,对于典型的转向角,4°的后倾角大致能产生最佳的前轮外倾。组装时KPI将保持为最小值,因为它对前轮外倾有不良的影响,且主销偏距将增大以提高一个轮锁死的情况下驾驶员的反馈和减少在狭窄弯道上转向不足的时间。
一旦基本参数都已确定,系统的运动学分析就可以开始了。运动学分析包括车轮相对于底盘和底盘相对于地面的两组瞬时中心分析。标记为IC的点是车轮相对于底盘的瞬心。滚动中心是底盘相对于地面旋转的点。前后旋转中心限定一条轴线,底盘在转弯过程中将围绕该轴线旋转。由于大多数赛车的重心位于该轴线上方,所以转弯时的惯性力会产生一个对侧倾中心的扭矩。该转矩将导致底盘朝向拐角的外侧旋转。理想情况下,底盘侧倾量会很小,因此所使用的弹簧和防侧倾杆是低刚度的构件能增加轮胎的柔度。然而,对于一个小侧翻力矩,重心必须靠近侧翻轴线。这样布置方法将表明侧倾中心必
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须高于重心。不幸的是,如侧倾中心在地平面的任意位置的上方或下方,转弯时,底盘上将会作用一个“顶升”的力。例如,如果侧倾中心是在地面以上,此“顶升”力使悬架相对于底盘向下运动。
悬架下垂通常是不希望出现的情况,就悬架设计来说,悬架下
垂导致正外倾角,使轮胎与地面接触的部分减少。相反,如果侧倾中心位于地平面的下方,当轮胎被施加侧向力时,悬架会产生连续撞击或相对于底盘向上运动。因此,靠近地平面的侧倾中心会更加适合,这样可以减少侧向力引起的底盘垂直移动量。由于侧倾中心是一个瞬时中心,切记侧倾中心将会随悬架行程而移动。因此,设计团队必须检查侧倾中心的移动,为了得到预期的操纵性能,“顶升”力和侧翻力矩遵循一个相对线性的路径。例如,如果侧倾中心转弯过程中总是穿过地平面,那么车轮将相对于底盘向上或向下运动,这可能会前后不一致的操纵性能。前轮的侧倾中心低于地平面35.6mm,后轮的侧倾中心高于地平面35.6mm。
由于较大的侧翻力矩,小组应为悬架设计足够的外倾角增益,以弥补软弹簧和无防侧倾杆引起的车身侧倾。外倾角是车轮平面从垂直方向观察的角度,当车轮顶部倾斜地朝向车辆中心线,外倾角定义为负。调整球窝接头位置可以使转向轴从垂直位置倾斜,最终能够调节车辆外倾。因为轮胎与地面接触部分的大小受到外倾角的影响,外倾角应该是容易调节的,以使悬架在最大转弯处可以调整。例如,在耐力赛项目中,小的试车场所需要的外倾角的量可能与其它的弯道不尽相同。轮胎可以产生的最大转弯力会在一些负外倾角下得以实现。
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