巴哈賽車懸架設計＊

權春鋒

（陜西國防工業職業技術學院，陜西 西安 710302）

1 巴哈大賽背景

中國汽車工程學會巴哈大賽是由中國汽車工程學會主辦，在全國大專院校開展，制作一輛單人乘坐的越野賽車，發動機有賽事承辦方提供，其它車輛系統有各個院校自行設計制造和裝配。此項賽事起源于美國，是大學生方程式汽車大賽的前身，適合職業院校和本科低年級學生參與。比賽目前分為兩個場地，一個人場地稱為草原賽、第二個場地稱為泥濘賽。每項比賽之前要對各個參賽賽車進行動態和靜態檢測。靜態項目包括發動機功率調教、車身尺寸、燃油系統結構、防撞強度、制作成本等等。動態項目包括制動系統、爬坡能力、通過性、操控性檢測等。

大賽目的培養參賽學生團隊意識，提高學生對汽車工業的興趣。每個參賽隊花費近一年時間打造屬于自己團隊的賽車。他們分別從設計、制造、裝配、調教、市場營銷等各個方面進行專業的技術學習，最終參賽。目前全國參賽院校達到120 多所，包括本科院校，通過同場競技，提升專業內涵，為汽車產業輸送更多復合型人才。

2 巴哈賽車整車設計要求

2.1 車架結構單元

巴哈比賽過程中，有原木樁、炮彈坑等，車輛在高度通過時，極易造成翻車。所以賽車設計制作過程中，必須保證車輛的防滾架有足夠的強度。而且車輛防滾架必須是一根完整的鋼管彎曲而成，不能出現焊接點。因為焊接點會降低整個賽車的強度。車架承載著賽車上所有零部件同時擔負著在各種極限路況下為車手的生命安全保駕護航。車架一定得有足夠的強度以此抵抗來自外力的變形和破壞?；诖塑嚰懿牧系倪x擇至關重要，我們通過實驗對比：

其中4130 對焊接的要求比較高，在焊接前需要對管材預熱到175℃以上，與之相比的是20Cr 是珠光體，焊接性較好，焊后一般不需要熱處理。

在充分滿足了賽事對車架扭轉剛度的要求之下，基于經濟性及加工制造難易程度的考慮，最終選擇20Cr 作為車架的材料。

2.2 傳動系統

巴哈賽車傳動系統主要包括：發動機和變速器。發動機統一由百力通公司提供，功率為20kW。變速器各個參賽院校自行設計，大部分院校采用無級變速器。因為無極變速器不用增加變速器操作機構，結構最簡單并且可以達到大賽動力輸出要求。巴哈大賽在動態測試時，要求賽車有很強的爬坡能力和牽引力。所以個別院校采用雙CVT 技術，通過兩級減速來增大扭矩。但是車輛的提速能力將會收到一定的影響。本科院校學生設計能力強，有學校采用手動變速器，增加檔桿，提速特性明顯，但是制造成本相對很高。傳動是實現將發動機的輸出力矩傳遞到輪上以克服來自地面的摩擦，我們設計傳動要考慮的是我們的車輛是否有足夠大的扭矩拖動一輛皮卡，即如何設計我們的減速機構。比賽選用的是百利通的發動機其扭矩功率輸出二維曲線如下圖所示：

圖1 發動機功率圖

圖2 發動機扭矩圖

由曲線圖我們可知，發動機在2800rpm 得到它的峰值扭矩19.66NM，發動機的扭矩通過CVT 皮帶傳動，傳遞給減速機繼而在輸出在輪上，由于今年賽道的變化多端，以及拉皮卡的要求，今年我們的車輛采用雙CVT 結構，再經過CVT減速之后，我們使用自制的減速比為9 的減速機構，該傳動機構的設置將為我們提供更多的減速范圍，增加比賽的安全性，可靠性。其減速范圍見表所示：

表2 變速器傳動比

2.3 轉向系統

轉向系統擔負著控制車輛行駛軌跡的重要任務，在設計的過程中我們考慮到賽道的操控性比賽的車輛轉彎半徑比較小，因此轉向的設計我們在綜合了轉彎半徑，車手的反應時間等因素之后作出了設計。我們選用齒輪齒條式方向機，方向盤每轉動一圈就實現了車輛即被鎖死，這將為車手提供更好的操控感。為了使車輛更加輕量化，我們采用了自制的鈦合金齒條，碳纖維方向機，齒條在88.9mm 即實現方向打死。

在車輛的前輪參數設定里我們的主銷外傾角為3.5°主銷后傾角11.5°，主銷后傾將為我們提供一個適宜的回正力矩，主銷外傾將使我們的車輛在轉彎時獲得更佳的附著力。

圖3 轉向原理圖

2.4 制動系統

制動系統的設計主要是為了讓車輛在任何時刻都能立即停下來以確保車手的安全。我們采用兩個獨立的液壓回路，每個主缸分別控制前后輪，如下圖所示，以便于制動分配閥能更好的為前后輪提供不同的制動力。自制的單活塞卡鉗，活塞直徑30mm，制動盤直徑220mm，這將為車輛提供足夠大的制動力矩。人最大能提供的蹬力為2000NM，基于此我們的制動踏板從腳尖至腳踝380mm，如此將讓我們的制動變得輕便靈活。

圖4 制動原理圖

3 巴哈賽車懸架設計

3.1 輪胎和輪輞

輪胎和輪輞通過將來自地面的推力轉化為車輛的加速能力，同時輪胎的胎面為懸架系統減震給予了幫助，合適的選擇輪輞將提高我們的車輛操控性。

圖5 輪輞運動原理圖

3.2 懸架設計

懸架是實現車架與車輪之間力的傳遞的連接裝置，傳遞輪胎與車架之間一切力和力矩、緩和，抑制路面對車架造成的沖擊、保證車輛的操控穩定性與舒適性。在比賽當中來自路面的沖擊主要有以下幾種。

圖6 路況測試

表3 輪輞參數

為了更加適應賽道，我們的后懸采用拖曳式，長的縱臂將能更好的吸收來自不平路面的沖擊。這將充分為我們提供足夠的而前懸采用雙A 臂，將更適宜于四輪定位，使轉向更加輕便靈敏；同時三角結構強度高，撓度小；主銷傾角的設計更加靈活。該結構將為我們提供230cm 的輪上跳動行程，這將對我們在炮彈坑、圓木、飛跳等賽道上的出色表現奠定基礎。由于前后載荷分配在36:64，于是后懸將需要更高強度的減震器?；诖宋覀兒髴也捎貌坏裙澗嘧兾粡椈梢员阌谶m應不同的路況，采用帶氮氣罐的減震器將為我們提供260cm 的懸架跳動行程。前懸我們選用自制的230cm 行程的減震器，兼具舒適性與操控性。