КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПОДВЕСКИ БОЛИДА КЛАССА «ФОРМУЛА СТУДЕНТ»

Бражкин А.В.¹, Головин Д.В.²

^1,2 Студент-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

^1,2 Undergraduate, 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 of front 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

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,).

Рис. 1 – График изменение развала при ходе подвески

Рис. 2 – График изменения колеи

Рис. 3 – График изменения схождения

Рис. 4 – График изменения развала при крене кузова.

Рис. 5 – График изменения схождения при крене кузова.

Рис. 6 – График изменения колеи при крене кузова.

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.

Таблица 2 – Изменение параметров подвески при ходе

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 крене

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.