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从轮胎侧偏特性入手改善赛车转向过度——来自扎实的底盘的分享

本人不才,普通本科车辆工程,08年毕业,毕业后暂无缘汽车设计行业,在家人的帮忙安排下在上海某设计院工作(非汽车),但我依然是一个不折不扣的车迷。

2013年一次偶然的机会,让我发现了自家附近修理厂里做巴吉赛车的匪兵,从此我就成为了越野赛车圈的一个螺丝钉。

民间赛车设计往往靠的是热情和经验,在科学方面有一些欠缺,我就从科学的角度去提升赛车设计的水平,正好是一种互补。包括以前我在学校学习的车辆基本知识,在设计院中学到的机械方面理论和仿真技巧,以及后期自学的车架底盘动力学仿真技巧,都运用到我们的新车架设计当中。

2014年新巴吉赛车制造出来以后,匪兵开了一把,当时的第一映像就是比老赛车稳多了。

后来此车一直在延用,2015年4个客户买了我们的车参加环塔拉力赛,获得总成绩全场第10和单赛段全场第2的成绩(全场130台车),车手均是业余,冠军是哈弗厂商车队采用的四驱钢管赛车,我们追到冠军屁股后面好几次,还把哈弗的老外车手克里斯蒂安逼急了失误翻车,也算是过足了瘾。

虽然赛车在赛场上已经初见锋芒,但是设计相比厂商车队赛车或者民用车还是有许多差距,也在不断微调,这里也不再详述,只从赛车转向特性这一方面做粗略讨论,如有错误,欢迎各位专家批评指正。

普通家用轿车哪怕是后驱车一般都具备比较合理的轴荷比例,这使得车辆本身容易调校成转向不足特性以便于操控稳定,然而中后置引擎的沙漠巴吉赛车无论布置上怎么调整,都无法改变后桥明显偏重的特点(大约前33%后67%),光这一点就已经为车辆的转向过度特性贡献了不小的力量,那是否有方法可以挽救或者弥补重心靠后带来的弊端呢?

后置后驱巴吉赛车

对于汽车来说最终影响车辆行驶情况的还是轮胎,轮胎直接接触地面,它的行进轨迹特性直接造就了车辆的各种行驶特性。车辆的转向不足,转向适中和转向过度实际上就是前后轮侧偏角的关系:

不足转向——前轮侧偏角大于后轮

适中转向——前轮侧偏角等于后轮

过度转向——前轮侧偏角小于后轮

  当然悬挂运动规律也能影响转向特性(例如车辆在过弯侧倾过程中外侧后轮产生前束),但是作用没有轴荷与轮胎特性本身那么明显,因为悬挂运动对轮胎指向的改变往往没有侧偏角大。

那我们就从侧偏特性入手寻求改善车辆转向过度特性的方法。

侧偏角a=F/k ,F为侧偏力,k为侧偏刚度

轴荷分配不同,作用在前后轮上的侧偏力也就不同:

前重后轻——前轮侧偏力大

前后一样——前后侧偏力相等

前轻后重——后轮侧偏力大

加入前后轮采用一样的侧偏刚度,产生的结构:

前重后轻——前侧偏角大于后侧偏角——转向不足

前后一样——前侧偏角等于后侧偏角——转向适中

前轻后重——前侧偏角小于后侧偏角——转向过度

由侧偏角a=F/k分析,如果要减小前轻后重赛车的转向过度特性,势必要增加赛车后轮的侧偏刚度,以便在承受更多后轴侧向力的时刻产生和前轮相近的侧偏角。很多中后置引擎跑车和以前的F1将后轮设置的比前轮宽,我认为增加后轮侧偏刚度是一个重要因素。即使它具备均匀的轴荷分配,在出弯前就提速往往使得后轮承受更大的侧向力。

80年代F1的车胎前窄后宽

我们的巴吉赛车由于赛事规定要求,采用一种规格轮胎(四个胎一样的需要两个备胎,前后轮不一样的需要背3个备胎以包含两种规格)。那么如何调整轮胎特性来调整侧偏刚度呢?我们试着从重量和胎压两方面研究对侧偏刚度影响。

轮荷对侧偏刚度的影响

上图为不同轴荷对轮胎侧偏刚度影响,可以看到随着轮荷的上升,侧偏刚度也在上升,但是会趋于一个极限值,对于扁平比差的轮胎如越野胎,轴荷的影响相对偏弱,也会更快逼近极限值,我们的巴吉赛车轮胎就趋向于这种,后轮可能已经在侧偏刚度极限值附近。

胎压对侧偏刚度的影响

上图为不同胎压对轮胎侧偏刚度影响,可以看到,在我们常用的胎压范围内,适当提升胎压可以直接提升侧偏刚度,高的胎压容易维持轮胎形状的稳定,对侧偏刚度的提升也是比较显著的。

我们的赛车在轴荷无法明显调整和车轮无法前后区别的情况下,也只有通过调整胎压以提升后轮侧偏刚度。现在国内的长距离越野赛,许多赛车尤其是后驱赛车为了防止沙漠赛段后驱动轮陷沙,都会将后轮胎压调得很低,但跑完沙漠赛段以后,在沙石或戈壁路面依然采用后轮胎压低于前轮胎压的设置,我认为这可能给车手增加操控难度。对于我们后置后驱巴吉赛车,跑戈壁的正确设置是后轮胎压要高于前轮,以减小过弯转向过度和反打方向的概率。

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