转向系统是用来改变或恢复汽车行驶方向,并在车辆转向时保证内、外侧转向轮的转角 符合阿克曼几何关系的机构[3]。车手通过方向盘控制转向系统,时刻调整赛车的状态,因此, 转向系统的性能优劣对整车的操纵性能有这至关重要的影响。69535

19 世纪 20 年代德国人对传动车辆转向系统进行研究并发明转向梯形,近几年兴起对方程 式赛车转向系统的研究, 由于 FSAE 赛车自身的特点,传统汽车转向系统中很多辅助装置无 法应用,因此,对于 FSAE 赛车转向系统的研究主要集中在对转型梯形的优化、定位参数优 化设计、轮胎性能研究、转向机构对赛车动力学的影响等方面上[4]。

.1  国外主要研究现状

在赛车转向系统动力学方面,国外研究起步较早,William  F.Milliken  于 1995  面编写的

《Race Car Vechicle Dynamics》一书根据赛车的性能要求,从赛车的轮胎、悬架、车身等方面 对赛车的动力学进行了研究,通过对大量的轮胎数据的对比与分析,向我们清晰的展示了轮 胎在赛车转向系统中的起到的重要作用[5]。鸠田幸夫在《汽车设计制造指南》一书中通过对大 学生方程式赛车的详细介绍,将汽车的开发与制造流程呈现给我们,同时对赛车极低速转向 几何、稳态转向几何、阿克曼转向几何进行详细介绍,详细的分析了柔性转向、侧倾转向对 转向特性的影响[6]。外国在转向系统的设计过程中十分重视轮胎的影响,首先对轮胎进行测试 来获得相应的轮胎数据,并基于这些数据对赛车转向系统、悬架、设计参数进行设计、匹配, 以获得更佳的转向性能,并建立相应的虚拟模型对侧倾、操纵稳定性进行仿真,然后通过调 节几何参数来优化性能[7]。美国的轮胎数据测试组织每年会对赛车常用的轮胎进行测试,获得 轮胎的各项性能参数,绘制成性能特性曲线,并对采集的轮胎数据进行共享,便于人们更好 的利用数据对转向系统进行优化[8]。论文网

2  国内主要研究现状

国内在转向系统动力学方面的研究进步快,由于起步较晚,于上世纪 80 年代开始,因此 与国外差距还是很大,在《汽车操纵动力学原理》一书中,郭孔辉院士系统的分析了汽车操 纵稳定性,提出了轮胎的半经验公式,为我国转型系统动力学奠定基础[9]。石启龙和杨建伟在 断开式转向梯形结构的优化上采用 ProE 进行运动学仿真,并利用 MATLAB 软件对其进行最 小二乘法计算,这一方法能够计算最合适的梯形节臂长度和梯形底角,从而降低轮胎的磨损 [10]。查云飞,胡亚辉等人利用 ADAMS/Car 对方程式带车的虚拟样车模型进行了分析,对虚 拟样机进行稳态回转与蛇形仿真实验,从而测试样车的操纵稳定性,并利用 Insight 模块对虚 拟样车进行优化,明显改善样车的操纵稳定性[11]。安相壁,白云川等人在分析了车轮外倾、 前束对转向轮侧滑的影响之后,经过分析推导,得出车轮外倾、前束与转向轮侧滑之间的关 系公式,可用于调节转向轮的外倾角与前束[12]。合肥工业大学的马骏、钱立军基于轮胎侧滑、 磨损理论,对转向轮做受力分析并建立转向轮的数学模型,得出轮胎受力、轮胎外倾角、前 束三者间的关系,通过试验验证了公式的准确性,为外倾角和前束的匹配、设计提供了理论 参考[13]。

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