CC BY
43
Международный научно-исследовательский журнал ■ № 1 (43) ■ Часть 2 ■ Январь
DOI: 10.18454/IRJ.2016.43.124 Бражкин А.В.1, Головин Д.В.2
1 Студент-магистрант, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, 2студент-магистрант, Пермский национальный исследовательский политехнический университет КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПОДВЕСКИ БОЛИДА КЛАССА «ФОРМУЛА СТУДЕНТ»
Аннотация
В данной работе представлены результаты по выполнению кинематического расчета и оптимизации передней и задней подвески болида класса «Формула Студент» команды ПНИПУ.
Ключевые слова: FSAE, Формула Студент, подвеска, кинематика подвески.
Brazhkin A.V.1, Golovin D.V.2
1Master student, Perm National Research Polytechnic University,
2master student, Perm National Research Polytechnic University KINEMATIC ANALYSIS OF SUSPENSION OF FORMULA STUDENT RACE CAR
Abstract
In this article the results of the implementation of the kinematic calculation and optimization offront and rear suspension of the PNRPU "Formula Student" racing car are presented.
Keywords: FSAE, Formula Student, suspension, kinematic of suspension.
Подвеска является одной из важнейших частей любого автомобиля, поскольку от ее конструкции зависят поведение автомобиля на дороге, возможность достижения высоких скоростей движения и безопасность. При разработке подвески гоночного автомобиля «Формула Студент» команды ПНИПУ был поставлен ряд задач, включающий в себя определение требований, анализ конструкций подвесок, выбор конструктивного решения и основных параметров (колесная база, колея, типоразмер колес, углы установки колес, высота центра крена), кинематический расчет, подбор упругих и демпфирующих элементов, расчет нагрузок, проектирование элементов подвески. Работа посвящена решению задачи по оптимизации кинематики подвески, так как кинематические характеристики в первую очередь оказывают влияние на управляемость автомобиля на гоночном треке.
Начальным условием для кинематического расчета является выбор углов установки колес (таблица 1).
Таблица 1 - Углы установки колес подвески болида «Формула Студент» команды ПНИПУ
Параметр Передняя ось Задняя ось
Угол развала, град -1,2 -1,5
Продольный угол наклона поворотной оси, град 6 3
Поперечный угол наклона поворотной оси, град 4 5,7
Плечо обката, мм 30 36
Высота центра крена, мм 31 45
Оптимизация является неотъемлемой частью кинематического расчета, так как чрезмерное изменение основных кинематических параметров подвески приводит к уводу шин, вследствие чего возникают боковые силы, повышающие сопротивление качению колес и снижается устойчивость прямолинейного движения [1]. Согласование кинематики подвески и рулевого управления необходимо для минимизации так называемого «bump steering» - ударного подруливания колес при ходах сжатия и отбоя [2]. Оптимизация проводилась путем анализа графиков изменения колеи, углов развала, схождения колес при ходах подвески и поперечном крене автомобиля (рисунки 1,2,3,4,5,6,).
19
Международный научно-исследовательский журнал ■ № 1 (43) ■ Часть 2 ■ Январь
20
Международный научно-исследовательский журнал ■ № 1 (43) ■ Часть 2 ■ Январь
21
Международный научно-исследовательский журнал ■ № 1 (43) ■ Часть 2 ■ Январь
Анализируя полученные графики можно отметить, что в ходе кинематического расчета и оптимизации удалось добиться малого изменения колеи, углов схождения при ходе подвески и при крене автомобиля в повороте. Также за счет оптимального изменения углов развала колес на передней и задней осях будет обеспечиваться максимальное пятно контакта с дорогой.
22
Международный научно-исследовательский журнал ■ № 1 (43) ■ Часть 2 ■ Январь
Таблица 2 - Изменение параметров подвески при ходе
Параметр ПНИПУ Royal Institute of Technology
Передняя подвеска Задняя подвеска Передняя подвеска Задняя подвеска
Развал при ходе отбоя на 30 мм, град 1,12 0,81 0,8 2,5
Развал при ходе сжатия на 30 мм, град -1,27 -1,05 -0,9 -2,87
Схождение при ходе отбоя на 30 мм, град 0,1 -0,029 -0,02 -0,014
Схождение при ходе сжатия на 30 мм, град 0,056 -0,006 -0,2 0,013
Изменение колеи при ходе отбоя на 30 мм, мм -2,66 -3,41 -0,67 -5,47
Изменение колеи при ходе сжатия на 30 мм, мм 0,43 1,18 -0,9 4,28
Для оценки проведенной оптимизации кинематики подвески было проведено сравнение с подвеской болида команды Royal Institute of Technology (Швеция), описанной в работе «Design of a suspension for a Formula student race car» [3]. Для наглядности результаты сравнения приведены в таблицах 2 и 3.
Таблица 3 - Изменение параметров подвески при к рене
Параметр ПНИПУ Royal Institute of Technology
Передняя подвеска Задняя подвеска Передняя подвеска Задняя подвеска
Развал при крене 2° на внутреннем колесе, град 1,17 1,29 1,33 -0,018
Развал при крене 2° на внешнем колесе, град -1,09 -1,41 -1,4 -0,18
Схождение при крене 2° на внутреннем колесе, град 0,056 0,055 -0,004 0,13
Схождение при крене 2° на внешнем колесе, град 0,026 -0,072 0,11 -0,13
Изменение колеи при крене 2° на внутреннем колесе, мм -0,21 -0,17 -0,04 -0,09
Изменение колеи при крене 2° на внешнем колесе, мм -0,2 -0,18 -0,04 0,08
По результатам сравнения можно сделать вывод, что полученные характеристики изменения кинематических параметров подвески сопоставимы с характеристиками одной из опытных европейских команд. Дальнейшая доводка кинематики планируется путем проведения дорожных тестов, сбором и последующим анализом информации с системы телеметрии.
Кинематический расчет подвески не является заключительным этапом при разработке подвески, так же необходимо провести силовой расчет для определения нагрузок в узлах и элементах [4]. Благодаря чему можно спроектировать такие элементы подвески (рычаги, поворотные кулаки, ступичные узлы, тяги амортизаторов, качалки амортизаторов), обладающие малой массой и достаточной прочностью для восприятия рассчитанных нагрузок.
Литература
1. Раймпель Й. Шасси автомобиля./ Сокр. пер. 1 тома 4 нем. изд. В. П. Агапова; Под. ред. И. Н. Зверева. - М: Машиностроение, 1983. - 356с.2015
2. Дэс Хаммилл Подвеска и тормоза: как построить и модифицировать спортивный автомобиль/ Пер. с анг. - М: Легион-Автодата, 2005, - 96с.
3. Design of a suspension for a Formula Student Race Car. Adam Theander.
4. Евсеев К.Б. Анализ механических свойств углепластиковых направляющих элементов подвески автомобиля класса «Формула студент» - Молодежный научно-технический вестник - №10, 2013.
References
1. Rajmpel' J. Shassi avtomobilja./ Sokr. per. 1 toma 4 nem. izd. V. P. Agapova; Pod. red. I. N. Zvereva. - M: Mashinostroenie, 1983. - 356s.2015
2. Djes Hammill Podveska i tormoza: kak postroit' i modificirovat' sportivnyj avtomobil'/ Per. s ang. - M: Legion-Avtodata, 2005, - 96s.
3. Design of a suspension for a Formula Student Race Car. Adam Theander.
4. Evseev K.B. Analiz mehanicheskih svojstv ugleplastikovyh napravljajushhih jelementov podveski avtomobilja klassa «Formula student» - Molodezhnyj nauchno-tehnicheskij vestnik - №10, 2013.
23
