方程式赛车的转向系统设计
在汽车行业中,转向系统是一个非常重要的组件,对汽车的安全性能和驾驶体验产生了直接影响。根据汽车安全性统计,全世界每年因交通事故死亡的人数超过20万,加之几倍于死者的受伤者以及物质上的损失,其直接或间接的危害是难以估计的。我国交通事故死亡人数居世界前几位,每万辆车平均事故居大国中第一位。交通事故己成为一个严重的社会问题。
提高汽车的安全性能是减少交通事故的关键措施之一,因此,汽车工业发达的国家都非常重视汽车安全性的研究。目前汽车工业己成为我国的支柱产业之一,所以,为了提高汽车的质量,保证行驶的安全性,在大力发展我国的汽车工业的同时,这就要求生产厂家对每一批产品必须进行质量检测,而其中转向器是汽车维持驾驶员给定方向稳定行驶能力(即操纵稳定性)的基本保障,所以汽车转向器综合性能试验成了汽车性能测试中的一个重要项目。
近年来随着我过汽车工业的迅猛发展,作为汽车的重要安全部件—汽车转向器的生产水平也有了很大的提高。在汽车转向器生产行业里,70年代推广循环球转向器,80年代开发和推广了循环球变传动比转向器,到了90年代,驾驶员对汽车转向器性能的要求有了进一步的提高,要求转向更轻便,操纵更灵敏。随着汽车的高速比和超低压扁轮胎的通用化,过去的采用循环球转向器和循环球变传比转向器只能相对的解决转向轻便性和操纵灵敏性问题,现在虽然转向器以向动力转向发展,但大部分汽车还应用机械型转向器,如何改进转向器的设计,使之更加适合驾驶者,是最重要的,因此还需不断改进。
Formula SAE 赛事由美国汽车工程师协会(the Society of Automotive Engineers 简称 SAE)主办。SAE 是一个拥有超过60000名会员的世界性的工程协会,致力与海、陆、空各类交通工具的发展进步。Formula SAE 是一项面对美国汽车工程师学会学生会员组队参与的国际赛事,于1980年在美国举办了第一届赛事。比赛的目的是设计、制造一辆小型的高性能赛车。目前美国、欧洲和澳大利亚每年都会定期举办该项赛事。
在设计转向系统时,需要考虑到汽车的机动性、稳定性和安全性。汽车转向系统的设计要求包括:(1)保证汽车有较高的机动性,在有限的场地面积内,具有迅速和小半径转弯的能力,同时操作轻便;(2)汽车转向时,全部车轮应绕一个瞬时转向中心旋转,不应有侧滑;(3)传给转向盘的反冲要尽可能的小;(4)转向后,转向盘应自动回正,并应使汽车保持在稳定的直线行驶状态;(5)发生车祸时,当转向盘和转向轴由于车架和车身变形一起后移时,转向系统最好有保护机构防止伤及乘员。
在转向器结构型式方案的确定中,齿轮齿条式转向器是一个常见的解决方案。齿轮齿条式转向器的主要优点是:结构简单、紧凑、体积小、质量轻;传动效率高达90%;可自动消除齿间间隙;没有转向摇臂和直拉杆,转向轮转角可以增大;制造成本低。然而,齿轮齿条式转向器的主要缺点是:逆效率高(60%~70%)。因此,汽车在不平路面上行驶时,发生在转向轮与路面之间的冲击力,大部分能传至转向盘。
汽车转向系统的设计是汽车工业中的一个重要课题,需要考虑到汽车的机动性、稳定性和安全性。通过不断改进和完善转向系统的设计,可以提高汽车的安全性能和驾驶体验,减少交通事故的发生,提高人民的生命财产安全。