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FSAE赛车转向系统—结构篇姚汉波主要内容¾转向系统的功能和类型；¾转向系统结构和赛车的结构特点；¾对08年赛车转向系统结构设计上的不足和展望。转向系统组成转向传动机构+转向器+转向操纵机构功用改变汽车的行驶方向和使汽车保持稳定的直线行驶转向系统的类型转向系按梯形机构不同按能源不同整体式转向梯形断开式转向梯形机械式转向系动力式转向系方向盘（steeringwheel）转向柱(steeringcolumn)齿轮齿条式转向器rack-and-pinionsteeringgear齿轮齿条式转向器优点结构简单、紧凑转向灵敏壳体用铝合金，质量较小缺点运转平稳性差逆效率高，反冲大对驾驶员要求高转向器四种布置方式对转向系统的要求¾要求工作可靠，操纵轻便¾方向盘游隙不能超过7°¾所有紧固件必须具有防松的效能¾方向盘昀高点不能超过前圈昀高点转向系统结构不足和发展方向•转向器在车架上的安装方式有待改进•转向球头销替换成杆端轴承•转向管柱的减重•转向盘游隙太大，转向盘力较大FSAE赛车转向系统—分析篇姚汉波ve4coolpaul@163.com主要内容赛车转向性能参数Ackerman转向理论转向杆系与悬架导向机构的协调性匹配转向系参数1.转向系角传动比该值越大，转向更轻便，但操纵也越不灵敏,在赛车设计中，角传动比是42.实现正常转向的条件和转弯半径要求转向系能保证在汽车转向时所有车轮均作纯滚动转弯半径越小，机动性越好，今年的转弯半径取3m3.转向器的传动效率即转向器的输入功率和输出功率之比逆效率高的转向器称为可逆式转向器4.转向盘的自由行程转向盘在空转阶段的角行程称为转向盘的自由行程，但是一般轿车的自由行程会在10°-15°。转向器的传动间隙特性转向器传动间隙特性图传动副的传动间隙在转向盘处于中间及其附近位置时要极小，昀好无间隙。若转向其传动副存在传动间隙，一旦转向轮受到侧向力作用，车轮将偏离原行驶位置，使汽车失去稳定。Ackerman转向理论Ackerman转向原理•汽车转向时，要使各车轮都只滚动不滑动，各车轮必须围绕一个中心点O转动，如图1.5所示。显然这个中心要落在后轴中心线的延长线上，并且左、右前轮也必须以这个中心点O为圆心而转动。为了满足上述要求，左、右前轮的偏转角应满足如下关系：•Cot=cot+B/L式中，B为两侧主销轴线与地面相交点之间的距离；L为汽车轴距，α为汽车外轮转角，β为汽车内轮转角。转弯类型不足转向中性转向过度转向过度转向（oversteer）过度转向理想状况下，到达弯角时，车辆将沿着绿色虚线行驶。出现转向过度时，车辆会沿着红色虚线行驶，有打转的可能。车辆转向过度的倾向受到各种因素的影响，比如机械抓地力，空气动力学和悬挂，车手的控制等不足转向（understeer）不足转向理想状况下，到达弯角时，车辆将沿着绿色虚线行驶。出现转向不足时，车辆会沿着红色虚线行驶通常，在弯角中前轮丧失抓地力会引起转向不足。此时汽车前部抓地力变小，无法按预想的轨迹前行。Ackermansteeringgeometry如何抉择？1.转向不足，转向过度的选择在洛杉矶举行的西部赛事中，赛道总长是1.1公里，但是就20几个不同转弯半径的弯道2.轮胎侧偏角对赛车转向系的影响赛车没有空气动力增加下压力，而且昀高时速为120km/h。3.实际试车时的经验ModifiedAckermansteeringgeometry转向系统数学模型车轮前束•车轮前束是指由于汽车左右车轮的中心面不平行，两轮的前边缘距离C和后边缘距离B之间存在的差值V=B–C，见图。如果车轮的前部靠近汽车纵向中心平面，则前束为正，反之为负。图中称为前束角，是指在汽车纵向中心平面与车轮中心平面和地面的交线之间的角度。灵敏度分析（sensitiveityanalysis）现有设计的不足¾在设计分析都是运动学分析，没有涉及到动力学¾转向系刚度对系统优化有影响，在本次设计中没有涉及¾没有考虑到车身侧倾转向时，赛车还满足阿克曼转向理论将来的方向¾建立adams/car整车模型，进行赛车转向系统动力学分析¾用adams柔性体单元建立转向系统模型，提高模型仿真优化的精确度¾进行赛车轮胎的侧偏刚度等性能测试，校正adams模型