大學生方程式賽車轉向梯形設計與優化

杜佳儒，成林，王谷娜

（北京電子科技職業學院汽車工程學院，北京 100176）

引言

賽車轉向系統是關系到賽車性能的主要系統，它是用來保持或者改變賽車行駛方向的機構，在賽車行駛時，保證各轉向輪之間有協調的轉角關系。

1 基于工程圖模塊的轉向機動圖

根據賽車的整體參數以及我們設計轉向系統轉角關系以及阿克曼理論，分別畫出以前外輪、前內輪以及汽車縱向對稱面的轉彎半徑，然后根據給定的賽道畫出前外輪和后內輪轉向圓以及賽道圓，由于此次大賽賽道尚未確定，我們只對初定賽道外徑檢查車尾是否會撞到安全樁，如圖1所示，由圖可知賽車車尾不會撞到安全樁。

圖1 轉向機動圖

2 零部件仿真校核

基于Adams模型設計并優化出合理的轉向梯形設計方案：

（1）立Adams模型，建立轉向及前輪跳動實驗

（2）基于賽車理論提出優化目標

（3）設計優化策略并完成轉向梯形優化

圖2 Adams/car中建立的轉向系統模型

表1 轉向系統優化目標與結果對照表

圖3 轉向機模型

圖4 轉向系統裝配圖

圖5 轉向橫拉桿強度校核結果

采用UG參數化建模技術，建立可改性較高的轉向三維模型，如圖3和圖4所示，然后采用UG高級仿真功能，對建立的轉向橫拉桿模型進行畫網格，并添加與實際相符的約束，施以與實際相符的外力，求解后如圖5所示，強度滿足設計要求。

3 UG裝配模型檢查干涉問題

首先我們將轉向于懸架模型安裝于車架上，總共裝了三種狀態，一種是原始狀態，另外兩種狀態分別是輪胎上跳到最大位置時和輪胎向下跳動到最大位置時，裝配效果如下圖所示。

圖6 原始狀態

圖7 輪胎上跳

圖8 輪胎下跳

從圖中可以看到三種極限狀態下，轉向與懸架系統未發生干涉現象，能滿足要求。

4 結論

本次設計嘗試以UG軟件為工具，探索出一整套新的較為快捷的轉向系統設計方法。選定齒輪齒條式轉向器，用UG運動仿真進行轉向梯形的設計與優化，并用UG建立三維實體裝配模型，進行預裝配，實現轉向系統基本運動關系，并檢查干涉情況與其他配合件的安裝位置，通過以上分析發現，該設計滿足參賽要求。