CN107745617A - 一种大学生方程式赛车横向稳定杆系统及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种大学生方程式赛车横向稳定杆系统，包括：杆端轴承(1)，M6螺母(2)，拉杆(3)，调节臂(4)，插销(5)，卡套(6)，上固定耳片(7)，扭杆(8)，轴用卡簧(9)，该发明采用在横向稳定杆扭杆与固定耳片之间增加可拆卸式铜套的方式，减小系统摩擦阻力，并可随着铜套的磨损情况实现必要的更换，尽可能保证系统实际参数与设计参数的一致性；同时，通过优化上固定耳片7的结构，减小扭杆8的悬臂长度，从而减小因扭杆8弯曲形变而对其提供的侧倾刚度造成影响。

Description

一种大学生方程式赛车横向稳定杆系统及其操作方法
技术领域
本发明涉及一种赛车操作技术，尤其涉一种大学生方程式赛车横向稳定杆系统及其操作方法。
背景技术
悬架的侧倾角刚度是影响汽车静态侧倾稳定性的主要因素之一，同时也会对整车的转向特性造成直接影响。在FSAE大学生方程式赛车中，为增大悬架的侧倾角刚度，多数赛车装有横向稳定杆装置。中国赛大多数车队采用的横向稳定杆的缺点是：调节臂与扭杆之间采用螺栓连接，无法完全抑制两者相对的转动，从而影响横向稳定杆提供的侧倾刚度；调节臂采用直臂结构，占用空间大，限制调节范围的扩大；扭杆悬臂长，因扭杆弯曲形变而导致横向稳定杆提供的侧倾刚度减小程度大；扭杆与上、下固定耳片之间的摩擦阻力大。
发明内容
本发明的目的是提供赛车横向稳定杆系统，该系统通过在横向稳定杆扭杆与固定耳片之间增加可拆卸式铜套的方式，减小系统摩擦阻力，并可随着铜套的磨损情况实现必要的更换，从而尽可能保证系统实际参数与设计参数的一致性。
本发明的技术方案是提供一种大学生方程式赛车横向稳定杆系统，包括：杆端轴承，M6螺母，拉杆，调节，插销，卡套，上固定耳片，扭杆，轴用卡簧；其特征在于：
杆端轴承共设置有四个，杆端轴承通过M6螺母与拉杆相连，并实现锁紧；上方的两个杆端轴承通过螺栓与悬架摇臂相连接，下方的两个杆端轴承通过插销及轴用卡簧与调节臂相连接；
焊接前，先将两个卡套套入扭杆，通过插销及轴用卡簧将杆端轴承与调节臂进行装配，再将调节臂与扭杆进行焊接前的装配；调节臂与扭杆相连，从而将左右两侧拉杆的上下运动通过调节臂转化成扭杆的扭转运动，扭杆具有一定的抵抗扭转的能力，从而能够抑制左右侧车轮的上下跳动。
进一步地，还包括M4内六角螺钉，M4螺母，下固定耳片，铜套，其特征在于：
扭的安装时，上固定耳片过焊接固定在车架钢管上，上固定耳片右侧圆弧面与车架钢管贴合；铜套的内圆弧面与扭杆的外表面配合，铜套的外圆弧面与下固定耳片内表面配合；
上固定耳片与下固定耳片通过两个M4内六角螺钉及两个M4螺母连接，并实现扭杆与铜套的固定。
进一步地，卡套由铝料制成，将其与铜套相抵，并利用M4内六角螺钉及M4螺母锁紧，由于卡套的形变导致其内径缩小，从而卡在扭杆上，左右两侧的卡套共同作用实现扭杆的轴向限位。
进一步地，上方的两个杆端轴承连接到悬架摇臂，扭杆通过铜套、上固定耳片和下固定耳片安装到车架上。
本发明还提供了一种大学生方程式赛车横向稳定杆系统的操作方法，其特征在于：当赛车处于加速工况时，包括以下步骤：
步骤1、载荷转移使左右两侧车轮同时向下跳动；
步骤2、通过悬架导向杆件的传递，摇臂绕其旋转中心向下旋转，左右两侧的拉杆同时向下运动；
步骤3、左右两侧的拉杆将使两侧的调节臂绕着扭杆同时向下转动；扭杆只有绕其轴线的旋转自由度，且调节臂与扭杆通过焊接连接，因此，左右两侧的拉将使两侧的调节臂绕着扭杆同时向下转动；
步骤4、左右两侧调节臂的同向转动使得扭杆的两端受到一对大小相等，方向相同的力矩，使得扭杆绕其轴线转动，此时扭杆没有产生抵抗扭转的抗力，横向稳定杆在加速工况未提供侧倾刚度。
本发明还提供了一种大学生方程式赛车横向稳定杆系统的操作方法，其特征在于：当赛车处于制动工况时，包括以下步骤：
步骤1、载荷转移使左右两侧车同时向上跳动；
步骤2、通过悬架导向杆件的传递，摇绕其旋转中心向上旋转，左右两侧的拉杆时向上运动；
步骤3、左右两侧的拉杆将使两侧的调节臂绕着扭杆同时向上转动；扭杆只有绕其轴线的旋转自由度，且调节臂与扭杆通过焊接连接，因此，左右两侧的拉杆将使两侧的调节臂绕着扭杆同时向上转动；
步骤4、左右两侧调节臂的同向转动使得扭杆的两端受到一对大小相等，方向相同的力矩，使得扭杆绕其轴线转动，此时扭杆没有产生抵抗扭转的抗力，因此横向稳定杆在制动工况未提供侧倾刚度。
本发明还提供了一种大学生方程式赛车横向稳定杆系统的操作方法，其特征在于：当赛车处于转向工况时，包括以下步骤：
步骤1、左转时，左右两侧车轮反向跳动：左轮，向下跳动，右轮向上跳动；
步骤2、通过悬架导向杆件的传递，左侧摇臂绕其旋转中心向下旋转，右侧摇臂绕其旋转中心向上旋转，左侧车轮对应的拉杆向下运动，右侧车轮对应的拉杆向上运动；
步骤3、由于扭杆只有绕其轴线的旋转自由度，且调节臂与扭杆通过焊接连接，因此左右两侧的拉杆将使两侧的调节臂绕着扭杆反向转动；
步骤4、左右两侧调节臂的反向转动使得扭杆的两端受到一对大小相等方向相反的力矩，扭杆将扭转，扭杆产生抵抗扭转的抗力，抑制左右侧车轮的反向跳动，从而提供侧倾刚度。
本发明的有益效果在在于
(1)该发明基于FSAE大学生方程式赛车横向稳定杆U bar布置形式的若干缺点，通过采用焊接工艺连接调节臂与扭杆，提高系统刚度，减小两者因相对转动而对提供的侧倾刚度的影响。通过优化调节臂结构，用曲臂代替直臂，减小其所占空间，扩大横向稳定杆设计调节范围。优化横向稳定杆上固定耳片结构，减小扭杆悬臂长度，从而保证其提供的侧倾刚度。采用在横向稳定杆扭杆与固定耳片之间增加可拆卸式铜套的方式，减小系统摩擦阻力，并可随着铜套的磨损情况实现必要的更换，尽可能保证系统实际参数与设计参数的一致性。
(2)该发明基于大学生方程式赛车横向稳定杆的特点，通过将调节臂4设计成多孔位安装的结构，实现多种侧倾刚度的提供，利于实车调校；将调节臂4设计成曲臂结构，在满足设计要求的前提下，减小其所占空间大小，并进一步实现轻量化；通过采用插销5与轴用卡簧9连接杆端轴承1与调节臂4的方式，减小紧固件与车身覆盖件、车架16干涉的可能性。通过在扭杆8与上固定耳片7、下固定耳片12之间加装可拆卸的铜套13，减小系统摩擦，也便于及时更换磨损的铜套13，尽可能保证实际参数与设计参数的一致性。通过卡套6实现轴向限位，尽可能保证实际参数与设计参数的一致性。通过优化上固定耳片7的结构，减小扭杆8的悬臂长度，从而减小因扭杆8弯曲形变而对其提供的侧倾刚度造成影响。
附图说明
图1是一种大学生方程式赛车横向稳定杆U bar布置形式的整体示意图
图2是一种大学生方程式赛车横向稳定杆U bar布置形式的局部示意图；
图3是扭杆8固定方式与轴向限位放大图；
其中：1、杆端轴承，2、M6螺母，3、拉杆，4、调节臂，5、插销，6、卡套，7、上固定耳片，8、扭杆，9、轴用卡簧，10、M4内六角螺钉，11、M4螺母，12、下固定耳片，13、铜套，14、摇臂，15、车轮，16、车架。
具体实施方式
以下结合附图1-3对本发明的技术方案进行详细说明。
如图1-3所示，一种大学生方程式赛车横向稳定杆系统，包括：杆端轴承1，M6螺母2，拉杆3，调节臂4，插销5，卡套6，上固定耳片7，扭杆8，轴用卡簧9；
其中，杆端轴承1共设置有四个，杆端轴承1通过M6螺母2与拉杆3相连，并实现锁紧；上方的两个杆端轴承1通过螺栓与悬架摇臂14相连接，下方的两个杆端轴承1通过插销5及轴用卡簧9与调节臂4相连接，将两侧车轮15反向跳动所导致的悬架导向杆件的运动分别传递到左右两侧的调节臂4，实现两侧调节臂4的反向转动。
焊接前，先将两个卡套6套入扭杆8，通过插销5及轴用卡簧9将杆端轴承1与调节臂4进行装配，再将调节臂4与扭杆8进行焊接前的装配，以减小因焊接变形导致的两片调节臂4之间距离的变化，尽可能保证实际值与设计值的一致性。调节臂4与扭杆8相连，从而将左右两侧拉杆3的上下运动通过调节臂4转化成扭杆8的扭转运动，由于扭杆8具有一定的抵抗扭转的能力，从而抑制左右侧车轮15的上下跳动，提供一定的侧倾刚度。
如图3所示，本发明所述大学生方程式赛车横向稳定杆系统还包括M4内六角螺钉10，M4螺母11，下固定耳片12，铜套13。
扭杆8的安装时，上固定耳片7通过焊接固定在车架16钢管上，图2中上固定耳片7右侧圆弧面的设计是为了与车架16钢管更好地贴合。铜套13的内圆弧面与扭杆8的外表面配合，铜套13的外圆弧面与下固定耳片12内表面配合。
上固定耳片7与下固定耳片12通过两个M4内六角螺钉10及两个M4螺母11连接，并实现扭杆8与铜套13的固定，铜套13可减小扭杆8与上固定耳片7、下固定耳片12之间的摩擦，且只需拆卸下固定耳片12即可实现铜套13的更换，方便快捷。
卡套6由铝料制成，将其与铜套13相抵，并利用M4内六角螺钉10及M4螺母11锁紧，由于卡套6的形变导致其内径缩小，从而卡在扭杆8上，左右两侧的卡套6共同作用实现扭杆8的轴向限位，防止赛车跑动过程中扭杆8的左右窜动，尽可能保证实际值与设计值的一致性。
上方的两个杆端轴承1连接到悬架摇臂14，扭杆8通过铜套13、上固定耳片7和下固定耳片12安装到车架16上。
在转向工况时，左右车轮15分别上跳与下跳，悬架其他导向机构将轮胎的运动传递到横向稳定杆的拉杆3处，左右两边的拉杆3分别向上和向下运动，通过调节臂4的传递，实现扭杆8的扭转，扭杆8产生抵抗扭转的力矩，提供一定的侧倾刚度。通过更换下方的杆端轴承1在调节臂4处的安装孔连接位置，从而改变力臂的长度，实现横向稳定杆不同侧倾刚度的提供。
以前轴的横向稳定杆系统操作方法为例，本发明还提供了大学生方程式赛车横向稳定杆系统的操作方法，其具体包括以下步骤，：
工况1、当赛车处于加速工况时；
步骤1、由于载荷转移使左右两侧车轮15同时向下跳动；
步骤2、通过悬架导向杆件的传递，摇臂14绕其旋转中心向下旋转，左右两侧的拉杆3同时向下运动；
步骤3、左右两侧的拉杆3将使两侧的调节臂4绕着扭杆8同时向下转动；
由于扭杆8只有绕其轴线的旋转自由度，且调节臂4与扭杆8通过焊接连接，因此，左右两侧的拉杆3将使两侧的调节臂4绕着扭杆8同时向下转动；
步骤4、左右两侧调节臂4的同向转动使得扭杆8的两端受到一对大小相等，方向相同的力矩，使得扭杆8绕其轴线转动，此时扭杆8没有产生抵抗扭转的抗力，因此横向稳定杆在加速工况没有提供一定的侧倾刚度；
工况2、当赛车处于制动工况时；
步骤1、载荷转移使左右两侧车轮15同时向上跳动；
步骤2、通过悬架导向杆件的传递，摇臂14绕其旋转中心向上旋转，左右两侧的拉杆3同时向上运动；
步骤3、左右两侧的拉杆3将使两侧的调节臂4绕着扭杆8同时向上转动；
由于扭杆8只有绕其轴线的旋转自由度，且调节臂4与扭杆8通过焊接连接，因此，左右两侧的拉杆3将使两侧的调节臂4绕着扭杆8同时向上转动；
步骤4、左右两侧调节臂4的同向转动使得扭杆8的两端受到一对大小相等，方向相同的力矩，使得扭杆8绕其轴线转动，此时扭杆8没有产生抵抗扭转的抗力，因此横向稳定杆在制动工况没有提供一定的侧倾刚度；
工况3、当赛车处于转向工况时，
步骤1、以左转为例(左右以车手视角为基准)，左右两侧车轮15反向跳动：左轮(此时为内侧轮)，向下跳动，右轮(此时为外侧轮)，向上跳动；
步骤2、通过悬架导向杆件的传递，左侧摇臂14绕其旋转中心向下旋转，右侧摇臂14绕其旋转中心向上旋转，左侧车轮15(此时为内侧轮)对应的拉杆3向下运动，右侧车轮15(此时为外侧轮)对应的拉杆3向上运动；
步骤3、由于扭杆8只有绕其轴线的旋转自由度，且调节臂4与扭杆8通过焊接连接，因此左右两侧的拉杆3将使两侧的调节臂4绕着扭杆8反向转动(从车手视角的左侧向右侧投影，左侧调节臂4绕着扭杆8逆时针转动，右侧调节臂4绕着扭杆8顺时针转动)；
步骤4、左右两侧调节臂4的反向转动使得扭杆8的两端受到一对大小相等方向相反的力矩，扭杆8将扭转，扭杆8产生抵抗扭转的抗力，抑制左右侧车轮15的反向跳动，从而提供一定的侧倾刚度；
虽然上面结合本发明的优选实施例对本发明的原理进行了详细的描述，本领域技术人员应该理解，上述实施例仅仅是对本发明的示意性实现方式的解释，并非对本发明包含范围的限定。实施例中的细节并不构成对本发明范围的限制，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均落在本发明保护范围之内。

Claims (7)

1.一种大学生方程式赛车横向稳定杆系统，包括：杆端轴承(1)，M6螺母(2)，拉杆(3)，调节臂(4)，插销(5)，卡套(6)，上固定耳片(7)，扭杆(8)，轴用卡簧(9)；其特征在于其特征在于：
杆端轴承(1)共设置有四个，杆端轴承(1)通过M6螺母2与拉杆(3)相连，并实现锁紧；上方的两个杆端轴承(1)通过螺栓与悬架摇臂(14)相连接，下方的两个杆端轴承(1)通过插销(5)及轴用卡簧(9)与调节臂(4)相连接；
焊接前，先将两个卡套(6)套入扭杆(8)，通过插销(5)及轴用卡簧(9)将杆端轴承(1)与调节臂(4)进行装配，再将调节臂(4)与扭杆(8)进行焊接前的装配；调节臂(4)与扭杆(8)相连，从而将左右两侧拉杆(3)的上下运动通过调节臂(4)转化成扭杆(8)的扭转运动，扭杆(8)具有抵抗扭转的能力，从而能够抑制左右侧车轮(15)的上下跳动。
2.根据权利要求1所述的大学生方程式赛车横向稳定杆系统，还包括M4内六角螺钉(10)，M4螺母(11)，下固定耳片(12)，铜套(13)，其特征在于：
扭杆(8)的安装时，上固定耳片(7)通过焊接固定在车架(16)钢管上，上固定耳片(7)右侧圆弧面与车架(16)钢管贴合；铜套(13)的内圆弧面与扭杆(8)的外表面配合，铜套(13)的外圆弧面与下固定耳片(12)内表面配合；
上固定耳片(7)与下固定耳片(12)通过两个M4内六角螺钉(10)及两个M4螺母(11)连接，并实现扭杆(8)与铜套(13)的固定。
3.根据权利要求2所述的大学生方程式赛车横向稳定杆系统，其特征在于：
卡套(6)由铝料制成，将其与铜套(13)相抵，并利用M4内六角螺钉(10)及M4螺母(11)锁紧，由于卡套(6)的形变导致其内径缩小，从而卡在扭杆(8)上，左右两侧的卡套(6)共同作用实现扭杆(8)的轴向限位。
4.根据权利要求2所述的大学生方程式赛车横向稳定杆系统，其特征在于：
上方的两个杆端轴承(1)连接到悬架摇臂(14)，扭杆(8)通过铜套(13)、上固定耳片(7)和下固定耳片(12)安装到车架(16)上。
5.根据权利要求1所述的大学生方程式赛车横向稳定杆系统的操作方法，其特征在于：当赛车处于加速工况时，包括以下步骤：
步骤1、载荷转移使左右两侧车轮(15)同时向下跳动；
步骤2、通过悬架导向杆件的传递，摇臂(14)绕其旋转中心向下旋转，左右两侧的拉杆(3)同时向下运动；
步骤3、左右两侧的拉杆(3)将使两侧的调节臂(4)绕着扭杆(8)同时向下转动；扭杆(8)只有绕其轴线的旋转自由度，且调节臂(4)与扭杆(8)通过焊接连接，因此，左右两侧的拉杆(3)将使两侧的调节臂(4)绕着扭杆(8)同时向下转动；
步骤4、左右两侧调节臂(4)的同向转动使得扭杆(8)的两端受到一对大小相等，方向相同的力矩，使得扭杆(8)绕其轴线转动，此时扭杆(8)没有产生抵抗扭转的抗力，横向稳定杆在加速工况未提供侧倾刚度。
6.根据权利要求1所述的大学生方程式赛车横向稳定杆系统的操作方法，其特征在于：当赛车处于制动工况时，包括以下步骤：
步骤1、载荷转移使左右两侧车轮(15)同时向上跳动；
步骤2、通过悬架导向杆件的传递，摇臂(14)绕其旋转中心向上旋转，左右两侧的拉杆(3)同时向上运动；
步骤3、左右两侧的拉杆(3)将使两侧的调节臂(4)绕着扭杆(8)同时向上转动；扭杆(8)只有绕其轴线的旋转自由度，且调节臂(4)与扭杆(8)通过焊接连接，因此，左右两侧的拉杆(3)将使两侧的调节臂(4)绕着扭杆(8)同时向上转动；
步骤4、左右两侧调节臂(4)的同向转动使得扭杆(8)的两端受到一对大小相等，方向相同的力矩，使得扭杆(8)绕其轴线转动，此时扭杆(8)没有产生抵抗扭转的抗力，因此横向稳定杆在制动工况未提供侧倾刚度。
7.根据权利要求1所述的大学生方程式赛车横向稳定杆系统的操作方法，其特征在于：当赛车处于转向工况时，包括以下步骤：
步骤1、左转时，左右两侧车轮反向跳动：左轮，向下跳动，右轮向上跳动；
步骤2、通过悬架导向杆件的传递，左侧摇臂(14)绕其旋转中心向下旋转，右侧摇臂(14)绕其旋转中心向上旋转，左侧车轮对应的拉杆(3)向下运动，右侧车轮对应的拉杆(3)向上运动；
步骤3、由于扭杆(8)只有绕其轴线的旋转自由度，且调节臂(4)与扭杆(8)通过焊接连接，因此左右两侧的拉杆(3)将使两侧的调节臂(4)绕着扭杆(8)反向转动；
步骤4、左右两侧调节臂(4)的反向转动使得扭杆(8)的两端受到一对大小相等方向相反的力矩，扭杆(8)将扭转，扭杆(8)产生抵抗扭转的抗力，抑制左右侧车轮(15)的反向跳动，从而提供侧倾刚度。
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