FSAE赛车底盘设计参数提示

2016/01/291787℃

大家好,我是叉烧!一年两三度的FSAE比赛又在争议中结束了,老队员们开始总结本年比赛经验,预备队员也加紧了下一代赛车设计的研究。最近不断有新入FSAE的朋友问我参数选取的问题,对于没多少工程积累的新车队来说,选参数是件迷茫而又关键的事情,周而复始地轮回纠结。故稍微解释一下这些纠结轮问题,试图引导大家走向解决问题的方向。概念和理论在车辆工程专业的《汽车设计》和《汽车理论》都有提到,我就多写从经验上总结到的收获,以此来给大家提供参数优化思路。

悬架瞬心怎么选取?

瞬心选取所关心的是瞬心的高度和横向距离,它决定了悬架系统在受侧向力时反作用力的分力大小和方向,还会影响车轮在跳动时camber和轮距的变化趋势,还要影响硬点位置啥的零零碎碎的其他东西...我的建议,先弄清楚瞬心在每个位置时对以上谈到的影响的趋势(草图YY一下就能找到方向),然后,掏出悬架仿真软件,做几次不同瞬心的仿真,观察轮距、倾角、侧倾刚度、跳动转向、侧倾中心位置的变化趋势,选取需要的特性,并且对出现的负面影响进行补偿优化。以此初步定下瞬心位置。

举个例子,2012年的LS Racing赛车设计的初期希望增加相比2011年多数倍的camber补偿特性(因为2011年的camber狗血了啊...),我们把IC设计得臂长很短、高度很低、下叉臂相对很长,结果是轮子压缩的时候camber补偿很满意,但是回弹的时候补偿不足,这意味着内侧车轮一旦留有载荷,就会工作在极其不利的camber上。因此我们调整了一下主销参数和悬挂刚度比例,使前轴依靠转向来补偿内前轮的camber,内后轮则索性不要保留太多载荷。当然了,这样做也避免不了缺点,就是总翘内后轮,使入弯的平衡控制余地较少,这又是下一届悬架设计能下手优化的地方了。装有空力套件的赛车,还要擅于控制侧倾和纵倾瞬心,使离地间隙与侧倾角得到严格控制,提升空气动力套件的效率。这样会遇到很多与操纵性有关的冲突设计,这些问题困难而且高大上,然而,这就不在本文的讨论范围了...

顺便提一句,侧倾中心位置如果相对底盘姿态变化得比较敏感,很容易让车子在不同纵倾、侧倾状态下入弯产生各具特色的转向平衡。比如说,如果前悬挂压缩的时候侧倾中心沉得太低,就容易出现缓刹车弯入弯推头、重刹车弯入弯甩尾之类的情况,是好事还是坏事?看需求。实在搞不明白的话,早点落地试车,做好改装的觉悟,不要怕推翻设计。

偏频怎么选取?

如果不装有空套的话,一般情况下偏频的大小对附着力性能的影响并不算很明显。2012年我们用的几套方案的偏频大约在2.5Hz-3.0Hz之间。偏频和阻尼结合在一起,在驾驶中主要影响赛车姿态的变化节奏。如上所述,当一台赛车的平衡受姿态影响较大的时候,车手需要一方面调整赛车的姿态以得到想要的平衡,另一方面也可以根据赛车的姿态判断下一步操作会产生怎样的影响。姿态变化的过程造成的平衡性的影响是可以被车手利用的,但姿态变化过快或者过慢会影响车手的操作策略。

没错,这很主观,没经验的车手听起来可能有点玄乎。举个例子,如果一台赛车在短循迹刹车之后会留有暂时的转向过度特性(比如持续半秒左右),面对接下来的连续变向穿桩,姿态变化的快慢就会影响转向过度停留的时长。转向过度停留得过短,则容易在第一个桩穿进去的时候under掉然后车子太过于接近第二个桩导致路线杯具,转向过度停留得过长,则容易在第一、第二桩之间变向的时候钟摆甩尾spin掉。所谓穿桩找不到节奏,这就是原因之一。另一个原因是大部分菜菜车手对车速的控制不太有策略性,在该变向的地方瞎加速、该加速的地方狂转弯,很容易导致穿桩APEX越推越往前,最后连撞一摞子锥桶-。-)对于不装空套的赛车,悬架参数的选取是很关乎驾驶节奏的、有灵性的设计。而如果装有空套,悬架设计会更多地趋向于保证空套的运行效率,较少地关乎车手的驾驶性、容错性等问题,是冷酷的,却是富有竞争力和挑战性的。

主销参数怎么选取?

首先要保证磨胎半径足够小,一旦磨胎半径太大,各种制动抢呔问题、转向举升问题、方向盘过重问题都容易在正常的caster和KPI下面冒尖——个人建议20-50mm,当然要是超过这个范围也不一定就不行,实车验证说OK就是OK。性能的优化咱可以一步步来,先采集数据。值得一提的是,书上说Caster的存在可以让camber得到补偿,并且使赛车的载荷向内前-外后对角线转移,缓解大转向角下的转向不足特性,似乎caster设计得越大越好。然而漂移经验丰富的孩子们发现,当一台under的车子太过于依赖caster去消除稳态的转向不足时,在加油门出弯的时候容易引入倍增的转向过度,使赛车从弯中到出弯的加速部分需要对抗过多的突然闯入的yaw。我们总结后,倾向于认为,caster的存在使载荷对角线集中现象加剧,所以对稳态转向平衡是通过间接横摆力偶矩影响的,而这样做的副作用就在于会使赛车在介入牵引力的情况下出现数倍的直接横摆力偶矩。

KPI则几乎可以说是越小越好,一般它受装配空间和最大转向角需求的影响而不得不留有余地。要小心在空间受限的情况下强行设置过小的KPI会迫使主销长度缩短、磨胎半径增大,进而影响RC高度或者造成其他关乎磨胎半径的特性的问题。说个相关的题外话:不要不过脑子地使用100%阿克曼转向,新车队容易陷入的误区。

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