CN210760120U - 一种方程式赛车碳纤维悬架 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种方程式赛车碳纤维悬架，包括防倾杆，防倾杆的两侧对称设置有竖向连杆，竖向连杆铰接至摇臂，摇臂铰接有避震器，摇臂还铰接有推杆，推杆铰接有控制臂。本实用新型至少具有以下有益效果：1)具有良好的减震性能，保证赛车拥有良好的行驶平顺性；2)具有足够的强度与刚度，保证赛车具拥有良好的操纵稳定性；3)具有轻量化优势，保证赛车拥有优良的响应速度；4)具有紧凑的空间结构，保证赛车拥有良好的隔声功能。

Description

一种方程式赛车碳纤维悬架

技术领域

本实用新型属于方程式赛车技术领域，特别是涉及一种方程式赛车碳纤维悬架。

背景技术

方程式赛车不同于普通汽车，以速度和稳定性为核心追求，而悬架作为赛车底盘的最重要组成部分，属于赛车簧下质量，是赛车对路况响应灵敏度的关键所在，所以悬架的质量越轻越有利于车手对于路况的感知，悬架的主销内倾角、主销后倾角、侧倾高度等参数也需要合理的选取。随着现代方程式赛车的发展，传统钢管悬架结构设计不合理、重量大、刚度质量比较小、控制臂结构也已经不能满足轻量化设计要求。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种方程式赛车碳纤维悬架，用于解决现有技术中方程式赛车的钢管悬架结构设计不合理、钢管悬架质量太大、稳定性差等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种方程式赛车碳纤维悬架，包括防倾杆，所述防倾杆的两侧对称设置有竖向连杆，所述竖向连杆铰接至摇臂，所述摇臂铰接有避震器，所述摇臂还铰接有推杆，所述推杆铰接有控制臂。

可选地，所述防倾杆上的防倾杆耳片固定连接至车架。

可选地，所述控制臂包括上控制臂、下控制臂。

可选地，所述推杆铰接至所述下控制臂。

可选地，所述上控制臂、下控制臂均呈V型。

可选地，所述推杆铰接至所述下控制臂的夹角处。

可选地，所述上控制臂或所述下控制臂的至少一侧设有稳定杆。

可选地，所述稳定杆的中部和/或所述推杆的中部设有用于调节长度的调节机构，中部是指稳定杆或推杆中间的某个位置，可以是中点，也可以不是中点，通常将调节机构在中点附近更复合实际需求。

可选地，所述上控制臂、下控制臂的第一吊耳连接至车架。

可选地，所述上控制臂、下控制臂的第二吊耳连接至立柱。

可选地，所述上控制臂、下控制臂互相平行。

可选地，所述防倾杆、竖向连杆、推杆、控制臂均为碳纤维管。传统钢管悬架的重量大，刚度质量比远远小于碳纤维管悬架。

可选地，所述防倾杆通过可调力臂连接至所述竖向连杆。

可选地，所述可调力臂具有第五连接孔，所述防倾杆通过所述第五连接孔连接至所述可调力臂。

可选地，所述可调力臂具有至少一个第六连接孔，所述竖向连杆通过所述第六连接孔铰接至所述可调力臂。

可选地，所述控制臂的夹角处设有接头。

可选地，所述接头呈V型。

可选地，所述接头具有两个用于连接至所述控制臂的碳管的连接臂。

可选地，所述接头的尖顶部设有通孔，通孔的作用是与鱼眼轴承配合，为螺栓提供安装孔，使接头与立柱上的吊耳铰接。

如上所述，本实用新型的一种方程式赛车碳纤维悬架，至少具有以下有益效果：1)具有良好的减震性能，保证赛车拥有良好的行驶平顺性；

2)具有足够的强度与刚度，保证赛车具拥有良好的操纵稳定性；

3)具有轻量化优势，保证赛车拥有优良的响应速度；

4)具有紧凑的空间结构，保证赛车拥有良好的隔声功能；

5)本实用新型的调节机构实现推杆(或稳定杆)的长度可调，同时避免了现有技术中在推杆(或稳定杆)两端使用杆端关节轴承调节长度所存在的不稳定性问题(易折弯杆端关节轴承的螺纹柱)。

附图说明

图1显示为本实用新型实施例的方程式赛车后悬的结构组成示意图；

图2显示为本实用新型实施例的后悬摇臂示意图；

图3显示为本实用新型实施例的碳管粘接用铝合金接头示意图；

图4显示为本实用新型实施例的防倾杆可调力臂示意图。

图5显示为图1的A部放大图。

图6显示为本实用新型实施例的车轮的结构示意图。

零件标号说明

1—稳定杆

101—第一稳定杆

102—第二稳定杆

2—控制臂

21—上控制臂

22—下控制臂

23—第一吊耳

24—第二吊耳

25—接头

26-第三吊耳

3—推杆

4—摇臂

41—第一连接孔

42—第二连接孔

43—第三连接孔

44—第四连接孔

45-第一连接臂

46-第二连接臂

47-第三连接臂

48-第四连接臂

5—避震器

6—防倾杆

7—可调力臂

71—第五连接孔

72—第六连接孔

8—弹簧

9—调节机构

91—第一螺杆

92—第二螺杆

93—螺母

11—竖向连杆

12—防倾杆耳片

13—避震器耳片

14—摇臂耳片

31—立柱

32—轮心螺母

33—制动盘固定器

34—轮心

35—防倾杆固定

36—轮胎

37—轮辋

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

本实用新型主体包括避震器5、摇臂4、推杆3、控制臂2、防倾杆6、竖向连杆11、可调力臂7，避震器耳片13、摇臂耳片14、第一吊耳23(即悬架内点耳片)，防倾杆6上的防倾杆耳片12固定连接至车架，控制臂2包括上控制臂21、下控制臂22。防倾杆6根据计算选取扭转刚度一定的金属材料，其余管件均为碳纤维管，包括防倾杆6、竖向连杆11、推杆3、控制臂2等；碳纤维的轴向拉伸强度和弹性模量高，相比于大多数车队采用的4130钢管，其耐腐蚀及耐疲劳性好；购自博东莞博卡碳纤维科技有限公司(淘宝店)，型号是3K直纹，相较于斜纹，其好处在于轴向刚度更好。

刚度质量比远远小于碳纤维管悬架

在一实施例中，后轮距1200mm，主销长度为181.83，主销内倾角1.5°，主销后倾角5°，主销偏置距52mm，拖距35mm，侧倾中心高度66mm，偏频3.3。

内点指悬架控制臂2与车架的连接点，外点指悬架控制臂2与立柱31的连接点。

在一实施例中，各耳片皆以焊接的方式连接在车架上；避震器5的一端与避震器耳片13连接，另一端与摇臂4连接；推杆3的一端与摇臂4连接，另一端与悬架的下控制臂22的外点接头25连接；悬架的上控制臂21、下控制臂22各自包括两个内点接头、两根碳管与一个外点接头；推杆3包括两个接头、一根碳管。轮胎接受来自地面的力和位移激励，通过推杆、3、避震器5最终传递到车架上。

在一实施例中，如图1和图2所示，摇臂4有四个螺栓孔，包括第一连接孔41、第二连接孔42、第三连接孔43、第四连接孔44，直径分别为6mm、6mm、6mm、8mm，第四连接孔44与摇臂耳片14连接，摇臂耳片14固定连接至车架，摇臂耳片14为摇臂4提供其连接至车架的安装点，也提供了摇臂4的转动中心，第一连接孔41、第二连接孔42分别与避震器5、推杆3连接，第三连接孔43与竖向连杆11相连接；当车轮跳动时，悬架的上控制臂21、下控制臂22随之跳动，由于下控制臂22通过外点接头与推杆3连接，推杆3将作直线运动，推动摇臂4转动，摇臂4的另一端连接着避震器5，因此，避震器5将受到压缩，阻止车轮的进一步跳动，起到减小车身震动的效果，与此同时，摇臂4带动防倾杆6上的竖向连杆11的直线运动，使防倾杆6受到扭矩，阻止车身侧倾，起到防倾作用。

在一实施例中，如图1和图2所示，摇臂4的连接臂包括第一连接臂45、第二连接臂46、第三连接臂47、第四连接臂48，第一连接臂45呈斜向内凹结构，有效避免第一连接臂45与避震器5之间发生位置干涉，第二连接臂46、第四连接臂48呈直线型结构，第二连接臂46的长度通常短于第四连接臂48的长度，第三连接臂47呈内凹结构，起到一定的减重作用。

在一实施例中，如图3所示，接头25呈V型，接头25具有两个用于连接至控制臂2的碳管的连接臂251，接头25的尖顶部设有通孔252，通孔252的作用是与鱼眼轴承配合，为螺栓提供安装孔，使接头25与立柱上的吊耳铰接。接头25采用7系铝为加工材料，上控制臂21、下控制臂22所用碳管外径20mm，内径16mm，铝接头与碳管之间采用DP460NS工业胶进行粘接，粘接之前将碳管内壁打磨0.5mm的量，深度为30mm。

在一实施例中，控制臂2的内外点接头皆与鱼眼轴承配合，所采用轴承型号为GEG6C。

上控制臂21或下控制臂22的至少一侧设有稳定杆1，也即是说，稳定杆1可以只设置在上控制臂21的某一侧或两侧，也可以只设置在下控制臂22的某一侧或两侧，也可以同时设置在上控制臂21、下控制臂22的某一侧或两侧，通常只设置在上控制臂21的某一侧，如内侧或外侧，优选为外侧(如图1所示)。

在一实施例中，推杆3的接头两端均与鱼眼轴承配合，一端与杆端关节轴承配合，具体地，杆端关节轴承的型号可以为购自NSK公司(日本精工株式会社)的SA6T/K。

在一实施例中，推杆3两端的杆端关节轴承分别使用左旋与右旋螺纹，通过转动推杆可以调节底盘的离地间隙，从而改变赛车转向性能与行驶稳定性。

在一实施例中，防倾杆6由弹簧钢60Si2Mn制成，直径为8，可为后悬提供90NM/°的侧倾刚度。

在一实施例中，防倾杆6上的竖向连杆11包括两个接头、一根碳管。

在一实施例中，如图4所示，可调力臂7的三个螺栓孔分别对应不同大小的力臂，可以为整车提供不同大小的侧倾刚度。

在一实施例中，可调力臂7具有第五连接孔71，防倾杆6通过第五连接孔71连接至可调力臂7，防倾杆6固定连接至第五连接孔71。

在一实施例中，可调力臂7具有至少一个第六连接孔72，第六连接孔72具体可以为1个、2个、3个或者更多，竖向连杆11通过第六连接孔72铰接至可调力臂7，竖向连杆11根据力矩需要铰接至相应的第六连接孔72，使得其力矩可调。

本实用新型所提供的一种方程式赛车悬架装置具体实施方式如下：

如图1，当车辆在路面行驶受到路面激励时，轮胎相对车身上跳，控制臂2外点向上移动，运动传递到推杆3，摇臂4转动，进而对避震器5和弹簧8进行压缩，弹簧8提供的刚度缓和了来自地面的冲击，避震器5提供的阻尼作为吸能元件吸收能量，经过欠阻尼振荡后，最终整车回复到稳态状况。

轮胎平行上跳时，左右两侧摇臂4旋转相同角度带动可调力臂7同向转动，此时对防倾杆无扭矩作用；在过弯工况下，两侧弹簧一侧受压，一侧受拉，摇臂4反向转动，使得可调力臂7反向转动，对防倾杆产生扭矩，此时防倾杆为整车提供侧倾刚度，减小侧倾角。

在一实施例中，如图5所示，稳定杆1的中部和推杆3的中部均设有调节机构9，调节机构9包括第一螺杆92、第二螺杆92以及连接第一螺杆91、第二螺杆92的螺母93，通过旋转螺母93，可实现对稳定杆1、推杆3长度的调节。

在一实施例中，如图5所示，推杆3和稳定杆1的调节机构9使得推杆3和稳定杆1长度可调，具体地，稳定杆1分为前后两段，包括独立的第一稳定杆101、第二稳定杆102，稳定杆1的两个外端设有吊耳，两个内端通过调节机构9连接，具体地，第一稳定杆101的内端设有第一螺杆91、第二稳定杆102的内端设有第二螺杆92，两个螺杆上设有反向外螺纹，两个螺杆通过螺母93连接，螺母93设有内螺纹，旋转螺母93，使得两个螺杆相向运动或反向运动，实现对稳定杆1长度的调节，推杆3的调节机构9参照稳定杆1；推杆3可以调节整车离地间隙；稳定杆1可以调节轮胎前束角，不同工况下采用不同大小的前束角可以发挥出悬架的最佳性能。

稳定杆1的两个外端分别连接至第二吊耳24、第三吊耳26。

控制臂2的第一吊耳23连接至车架，第二吊耳24连接至立柱31，第三吊耳26连接至车架。

如图6所示，立柱31与上下控制臂的外吊耳(即第二吊耳24)连接的同时，还与轮芯34、轮圈37、轮胎36等零件配合组成轮边系统，车轮滚动时，立柱31不会滚动，因为有上下控制臂限制住了自由度。

如图6所示，车轮部分结构包括立柱31、轮心螺母32、制动盘固定器33、轮心34、防倾杆固定件35、轮胎36、轮辋37。立柱31与车轮回转配合，不固定连接，在车轮滚动时立柱31不会滚动，但在车轮左右转动时立柱31会随之转动，立柱31上有悬架控制臂接头的安装点，有制动、转向等系统部分零件的安装点，是车轮与悬架控制臂2之间的连接零件，承受了来自悬架控制臂2和推杆3的力。

推杆3的两个外端分别与摇臂4、下控制臂22连接。

推杆3、稳定杆1上调节机构9的优点在于：从中间截断，用带有双头正反螺纹的螺纹柱与推杆3(或稳定杆1)接头连接起来，使得推杆3(或稳定杆1)的长度可调，同时避免了在推杆3(或稳定杆1)两端使用杆端关节轴承调节长度所存在的不稳定性问题(易折弯杆端关节轴承的螺纹柱)。

稳定杆1的作用是限制后车轮沿竖直轴的转动自由度，保证赛车的后轮稳定前后转动，稳定杆理论上可以设置在上下控制臂的任意一侧，但是考虑到安装方便及与赛车其他部位的干涉问题，通常设置在图1所示位置，或者设置在下控制臂22上且与图1相同的控制臂侧边，通常无需在控制臂的两侧都设置稳定杆，因为不仅会增加悬架重量，而且不具有新的作用。

练车时进行稳态半径回转实验，停车后立刻测量轮胎内外缘的胎温。内外缘温度相同说明转弯时外倾角为0°，轮胎接地面积最大，所提供抓地力也最大；内外缘温度不相同则需要调节车轮外倾角，可以通过在第二吊耳24处加垫片的方式对其进行调节。

将悬架系统装配到方程式赛车上进行实车练习，在避震器两端安装线位移传感器，使得线位移长度变化等于避震器长度变化，采集跑动过程中的数据，对输出信号进行时域和频域分析，评估悬架的刚度及阻尼等性能是否符合期望，再结合动力学仿真软件中所得到的仿真曲线，对悬架的刚度及阻尼大小进行调校，使得赛车在各种工况下都具有优良的行驶平顺性、操纵稳定性。根据后期车手反馈，赛车的操纵稳定性及过弯时的响应速度及抓地力明显提升。

对铝接头与进行内壁处理后的碳管粘接抗拉伸强度进行实验，实验发现碳管与铝接头经过粘接之后能承受的最低拉力为30KN，最高拉力为40KN，满足强度要求。

综上所述，本实用新型至少具有以下有益效果：1)悬架传递比为1.37，传递比大于1，使赛车行驶稳定性大大提高；所述悬架传递比指车轮做微小跳动时，其跳动量与避震器弹簧压缩量之比。

2)悬架侧倾中心高度为66mm，保证赛车在极速转向过程中不会出现严重侧倾现向，在车轮跳动时轮距及四轮定位参数变化不会过大；所述侧倾中心过高会导致车轮跳动时轮距及四轮定位参数变化过大，过低会增大侧倾力矩导致转向易侧倾。

3)悬架主销后倾角为5°，主销内倾角为1.5°，保证赛车具有足够回正力矩的同时不会使转向沉重；主销后倾角与主销内倾角分别指侧视与正视平面上主销与竖直线的夹角。

4)根据方程式赛车的实际跑动情况，悬架在加速、转向、制动及其复合工况下的受力分析表明碳管与铝接头之间的粘接部分最大需要承受7KN的拉力，本实用新型所用碳管与铝接头之间的粘接强度足够，能承受最低拉力30KN，最高拉力40KN，在保证强度足够的前提下降低了悬架装置的质量，从而减少了赛车簧下质量，使赛车底盘响应速度大幅提升，车手对于路况的感知更加灵敏。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种方程式赛车碳纤维悬架，其特征在于：包括防倾杆(6)，所述防倾杆(6)的两侧对称设置有竖向连杆(11)，所述竖向连杆(11)铰接至摇臂(4)，所述摇臂(4)铰接有避震器(5)，所述摇臂(4)还铰接有推杆(3)，所述推杆(3)铰接有控制臂(2)。

2.根据权利要求1所述的方程式赛车碳纤维悬架，其特征在于：所述控制臂(2)包括上控制臂(21)、下控制臂(22)。

3.根据权利要求2所述的方程式赛车碳纤维悬架，其特征在于：所述推杆(3)铰接至所述下控制臂(22)。

4.根据权利要求2所述的方程式赛车碳纤维悬架，其特征在于：所述上控制臂(21)、下控制臂(22)均呈V型。

5.根据权利要求4所述的方程式赛车碳纤维悬架，其特征在于：所述推杆(3)铰接至所述下控制臂(22)的夹角处。

6.根据权利要求4所述的方程式赛车碳纤维悬架，其特征在于：所述上控制臂(21)或下控制臂(22)的至少一侧设有稳定杆(1)。

7.根据权利要求6所述的方程式赛车碳纤维悬架，其特征在于：所述稳定杆(1)的中部和/或所述推杆(3)的中部设有用于调节长度的调节机构(9)，所述调节机构(9)包括第一螺杆(91)、第二螺杆(92)以及连接所述第一螺杆(91)、第二螺杆(92)的螺母(93)。

8.根据权利要求1所述的方程式赛车碳纤维悬架，其特征在于：所述防倾杆(6)、竖向连杆(11)、推杆(3)、控制臂(2)均为碳纤维管。

9.根据权利要求1所述的方程式赛车碳纤维悬架，其特征在于：所述防倾杆(6)通过可调力臂(7)连接至所述竖向连杆(11)。

10.根据权利要求1所述的方程式赛车碳纤维悬架，其特征在于：所述控制臂(2)的夹角处设有接头(25)。

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