大学生方程式赛车转向梯形设计与优化

杜佳儒，成林，王谷娜

（北京电子科技职业学院汽车工程学院，北京 100176）

引言

赛车转向系统是关系到赛车性能的主要系统，它是用来保持或者改变赛车行驶方向的机构，在赛车行驶时，保证各转向轮之间有协调的转角关系。

1 基于工程图模块的转向机动图

根据赛车的整体参数以及我们设计转向系统转角关系以及阿克曼理论，分别画出以前外轮、前内轮以及汽车纵向对称面的转弯半径，然后根据给定的赛道画出前外轮和后内轮转向圆以及赛道圆，由于此次大赛赛道尚未确定，我们只对初定赛道外径检查车尾是否会撞到安全桩，如图1所示，由图可知赛车车尾不会撞到安全桩。

图1 转向机动图

2 零部件仿真校核

基于Adams模型设计并优化出合理的转向梯形设计方案：

（1）立Adams模型，建立转向及前轮跳动实验

（2）基于赛车理论提出优化目标

（3）设计优化策略并完成转向梯形优化

图2 Adams/car中建立的转向系统模型

表1 转向系统优化目标与结果对照表

图3 转向机模型

图4 转向系统装配图

图5 转向横拉杆强度校核结果

采用UG参数化建模技术，建立可改性较高的转向三维模型，如图3和图4所示，然后采用UG高级仿真功能，对建立的转向横拉杆模型进行画网格，并添加与实际相符的约束，施以与实际相符的外力，求解后如图5所示，强度满足设计要求。

3 UG装配模型检查干涉问题

首先我们将转向于悬架模型安装于车架上，总共装了三种状态，一种是原始状态，另外两种状态分别是轮胎上跳到最大位置时和轮胎向下跳动到最大位置时，装配效果如下图所示。

图6 原始状态

图7 轮胎上跳

图8 轮胎下跳

从图中可以看到三种极限状态下，转向与悬架系统未发生干涉现象，能满足要求。

4 结论

本次设计尝试以UG软件为工具，探索出一整套新的较为快捷的转向系统设计方法。选定齿轮齿条式转向器，用UG运动仿真进行转向梯形的设计与优化，并用UG建立三维实体装配模型，进行预装配，实现转向系统基本运动关系，并检查干涉情况与其他配合件的安装位置，通过以上分析发现，该设计满足参赛要求。