学界视点：大学生方程式赛车的悬架设计

文/王德伦 张建峰 顾平林

本文主要是对悬架进行设计和装配。首先是设计转向节，然后在设计好转向节的基础上对挂耳和耳片造型进行设计，然后由赛车的前轮轮距要求，进行简单的计算便可以确定横臂的长短，再将减震器的各部分零件装配起来，最后将悬架的各部分在CATIA装配设计里面进行装配，便得到悬架的装配图。

悬架对于车辆而言，是直接影响到其操纵稳定性和平顺性的。悬架可以对路面的路况通过弹簧反馈到方向盘上，并且在传达路况额同时也通过弹簧进行了减震，使其传达到驾驶者上的震动减小，保障了车辆的行驶稳定性和平顺性。由于西方国家汽车产业发展较早，所以对于悬架的研究也要更早。

相对于国外而言，虽然我国的悬架研究起步较晚，但近20多年仍在悬架的探索中取得了巨大的进步。

电动方程式赛车的悬架与普通汽车的悬架在很大程度上是相同的，所以，我们在设计方程式赛车的悬架时，可以参考汽车的悬架来进行设计。

悬架的分类

非独立悬架：非独立悬架的车轮装在一根整体车轴的两端，当一边车轮跳动时，也影响另一侧车轮也作相应的跳动，使整个车身震动或倾斜，汽车的平稳性和舒适性较差。但由于构造较简单，承载力大，目前仍有部分较车的后悬架采用这种形式。

独立悬架：独立悬架的车轴分成两段，每只车轮用独立弹簧独立地安装在车架下面，当一边车轮发生跳动时，另一边车轮不受波及，汽车的平稳性和好。现代轿车的前后悬架大多采用了独立悬架，并已经成为一种趋势。

悬架的选择

本赛车采用当今方程式赛车普遍使用的悬架结构，故采用独立悬架。 独立悬架有许多形式，基于方程式赛车的特点，使用双横臂不等长独立悬架，采用此种悬架，主要优点是不等长式上下各有一个不等长摇臂，共同吸收横向力，故横向刚度较大。并且通过合理的布置，可以使轮距和前轮的定位参数在限定的范围内进行变化，这就克服了等长式双横臂悬架轮胎磨损严重的弊端。路面的适应力好，轮胎接地面大，贴地性好。

悬架的设计

（一）转向节

转向节对于前轮来说是需要具备转向的能力的，转向节的设计便也要表现出这一点。后轮则不需要进行转向，转向节在设计时，因为需要将其与横臂相装配，所以要考虑到与横臂连接的耳片，而耳片则又是通过装箱机来进行固定的，所以在设计转向节时，在转向节上下工打四个方形孔，设置挂耳与上下两个耳片相连接，使其固定，达到与横臂装配的目的。并且考虑到与转向横拉杆的连接，所以在下角打一个小型方孔，设置挂耳，使其与转向横拉杆相连。转向节尺寸图和效果图如图1和图2所示：

图1 尺寸图

图2 效果图

图3 前悬减震器效果图

图4 后悬减震器效果图

（二）横臂

本次所设计的横臂为了满足在装配时的不确定性，所以横臂设计为类螺栓连接件形式，在一根末端与另一根始端以螺纹相连接，使得在装配时可以应对数据上的调整。

（三）减震器

减震器包括弹簧和摇臂，其中弹簧的尺寸可以通过对悬架的刚度校核计算得出，然后根据弹簧的尺寸，对摇臂进行尺寸上的确定。

前后摇臂都采用三铰链式。摇臂一端通过车架上紧固件与车架相连接；另一端则与两悬臂之间所挂另一构件相连接，牢固车架与悬架的紧固关系。而由于前后减震器的摆放位置有所不同，所以前后减震器在装配时需要注意调节。图3和图4为装配完成的前、后悬减震器的效果图：

对比两张图可以很明显看出在装配时，需要对摇臂进行一定调整，来达到想要达到的装配的要求。

悬架系统装配设计

将上面各个部件在CATIA中进行装配设计，最终可得到悬架的完整装配，如图5所示。

图5 前后悬减震器装配图

总结

本文首先设计了电动方程式赛车的各个零部件，并用进行一定的优化，然后将悬架的各部分在CATIA装配设计里面进行装配，便得到悬架的装配图。