DESIGN ANALYSIS OF FORMULA STUDEN RACE CAR SUSPENSIONS

Бражкин А.В.¹, Головин Д.В.²

^1,2 Студент-магистрант, Пермский национальный исследовательский политехнический университет

АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИЙ ПОДВЕСОК БОЛИДА КЛАССА «ФОРМУЛА СТУДЕНТ»

Аннотация

Работа посвящена описанию начального этапа разработки подвески болида класса «Формула Студент» команды ПНИПУ. Рассмотрено решение ряда задач, посвященных определению требований, анализу конструкции и выбору типа подвески.

Ключевые слова: FSAE, Формула Студент, подвеска, пулл-род, пуш-род.

Brazhkin A.V.¹, Golovin D.V.²

^1,2 Undergraduate, Perm National Research Polytechnic University

DESIGN ANALYSIS OF FORMULA STUDEN RACE CAR SUSPENSIONS

Abstract

The work describes the initial phase of suspension design of the "Formula Student" PNRPU racing car. The number of problems dealing with the definition of requirements, analysis, design and selection of the type of suspension were considered.

Keywords: FSAE, Formula Student, suspension, pull-rod, push-rod.

В ходе проектирования ходовой части болида класса «Формула студент» одной из приоритетных задач является разработка подвески. Подвеска является одной из важнейших частей любого автомобиля, поскольку от ее конструкции зависит поведение автомобиля на дороге, возможность достижения высоких скоростей движения и безопасность.

На начальном этапе разработки подвески необходимо решить ряд задач:

• Определить требования, предъявляемые к подвеске;
• Провести анализ конструкций, и на основании его выбрать тип подвески.

Подвеска болида класса «Формула Студент» должна отвечать ряду общих требований, предъявляемых к конструкции подвески гоночных автомобилей:

• Определенные кинематические параметры;
• Малая масса для снижения нагрузок;
• Жесткость конструкции для минимизации рассогласования кинематических параметров под действием нагрузок;
• Прочность конструкции для надежного восприятия нагрузок;
• Простота и технологичность конструкции.

Так и соответствовать требованиям регламента [1]:

• Минимальный суммарный ход подвески 50,8 мм, по 25,4 мм на сжатие и отбой;
• Минимальная колесная база 1525 мм;
• Наименьшая колея (передняя или задняя) болида должна быть не меньше чем 0,75% наибольшей колеи;
• Наименьший посадочный диаметр колесного диска 8 дюймов;

В процессе анализа были рассмотрены различные варианты конструкции спортивных подвесок формульного типа. Было определено, что на автомобилях класса «Формула Студент» в большинстве случаев применяется подвеска на двойных поперечных рычагах. Главное преимущество подвески на двойных поперечных рычагах – ее кинематические качества: взаимным положением рычагов можно определить высоту, как центра поперечного крена, так и центра продольного крена. Кроме того, за счет различной длины рычагов можно влиять на угловые перемещения колес при ходах отбоя и сжатия, т. е. на изменение развала и на изменении колеи [2]. Конструкция подвески на двойных поперечных рычагах дает возможность применения различных регулировок, а также (за счет ряда регулировок) скомпенсировать погрешности при производстве рамы болида.

Существуют различные вариации исполнения подвески на двойных поперечных рычагах в зависимости от расположения упругого и демпфирующего элемента: с прямым действием амортизатора, с одним амортизатором (monoshock), с толкающей тягой амортизатора (push-rod), с тянущей (pull-rod) тягой амортизатора [3,4].

Преимуществом применения в конструкции подвески тяг амортизаторов является удобство компоновки амортизатора на раме автомобиля. Амортизатор возможно расположить вне воздушного потока или вдоль потока, что позволяет уменьшить аэродинамическое сопротивление. Кроме того, появляется возможность согласования характеристик упругого и демпфирующего элементов подвески с перемещением колеса путем выбора плеч маятника. Также закрепление амортизатора на раме автомобиля позволяет уменьшить неподрессоренную массу. Наличие маятника дает возможность упростить крепление стабилизатора поперечной устойчивости, благодаря этому упрощается его компоновка и уменьшается длина и масса[5].

В ряде случаев в конструкции задней оси применяют зависимую подвеску. Преимуществом данного решения является снижение количества элементов, как следствие, простота конструкции и изготовления, низкая себестоимость. Из явных недостатков можно выявить повышение неподрессоренной массы, невозможность достижения максимального пятна контакта с дорогой при прохождении поворота.

По результатам анализа на этапе определения общей компоновки болида «Формула Студент» ПНИПУ в качестве передней подвески было решено выбрать подвеску pull-rod (рисунок 1а), так как данное решение позволит расположить амортизаторы снизу в кокпите, что даст снижение высоты центра масс и улучшит аэродинамические показатели (элементы будут расположены вне воздушного потока). В качестве задней подвески выбор остановлен на типе push-rod (рисунок 1б) из-за компоновки заднего подрамника, силового агрегата и элементов трансмиссии.

Рис. 1 – Подвеска с тянущей (а) и толкающей (б) тягой амортизатора

В ходе проведенной работы был решено несколько задач: определены общие и специфические требования к подвеске болида класса «Формула Студент», проведен анализ применяемых типов конструкций подвесок и на основании его сделан выбор в пользу подвески типа pull-rod и push-rod для передней и задней осей соответственно. Решенные задачи позволят провести кинематический анализ и решить дальнейшие задачи в ходе проектирования подвески.

Литература

1. 2015 Formula SAE Rules. ­– URL: http://www.fsaeonline.com/content /2015-16%20FSAE%20Rules%20revision%2091714%20kz.pdf (дата обращения 15.05.2015)
2. Раймпель Й. Шасси автомобиля./ Сокр. пер. 1 тома 4 нем. изд. В. П. Агапова; Под. ред. И. Н. Зверева. – М: Машиностроение, 1983. – 356с.
3. Event Guide Formula SAE Michigan 2013.
4. Арутюнян Г.А., Евсеев К.Б. Разработка подвески спортивного автомобиля класса «Формула студент» – Молодежный научно-технический вестник – №1, 2013.
5. William F. Milliken, Douglas L. Milliken. Race car vehicle dynamics. 1995.

References

1. 2015 Formula SAE Rules. – URL: http://www.fsaeonline.com/content /2015-16%20FSAE%20Rules%20revision%2091714%20kz.pdf (data obrashhenija 15.05.2015)
2. Rajmpel' J. Shassi avtomobilja./ Sokr. per. 1 toma 4 nem. izd. V. P. Agapova; Pod. red. I. N. Zvereva. – M: Mashinostroenie, 1983. – 356s.
3. Event Guide Formula SAE Michigan 2013.
4. Arutjunjan G.A., Evseev K.B. Razrabotka podveski sportivnogo avtomobilja klassa «Formula student» – Molodezhnyj nauchno-tehnicheskij vestnik – №1, 2013.
5. William F. Milliken, Douglas L. Milliken. Race car vehicle dynamics. 1995.