562 大學(xué)生方程式賽車設(shè)計（前后懸架設(shè)計）

562 大學(xué)生方程式賽車設(shè)計（前后懸架設(shè)計）,562,大學(xué)生方程式賽車設(shè)計（前后懸架設(shè)計）,大學(xué)生,方程式賽車,設(shè)計,前后,先后,懸架 車道變換測試的靈敏度作為衡量車載系統(tǒng)需求的一種方式 緒論 司機(jī)在駕駛的時候被分散注意力是國際公認(rèn)的一個重要的道路安全問題,特別的,那些潛在的分散和降低司機(jī)的駕駛注意力的車內(nèi)部方便的技術(shù)如信息，通信,娛樂和先進(jìn)的輔助駕駛技術(shù)等,已經(jīng)成為世界性的研究課題和倡議政策. 設(shè)計這些系統(tǒng)的一個重要目的是確保駕駛時不過多的妨礙司機(jī)的駕駛?cè)蝿?wù)和駕駛安全.在一個以商業(yè)利益為目的的技術(shù)引進(jìn)而非出于安全考慮的領(lǐng)域中,這將是一個巨大的挑戰(zhàn). 這個目標(biāo)的實現(xiàn)有賴于在車輛設(shè)計和安全評估中有廣泛被接受的科學(xué)方法,包括視覺閉塞技術(shù)和外圍檢測等方法.以其目前的發(fā)展達(dá)到ISO標(biāo)準(zhǔn),另一個方法，是移線試驗(以下簡稱LTC).想把LTC作為一種有用的評價工具，LCT必須是有效和可靠的，并且具有高靈敏度. 本文的重點就是介紹LCT方法的靈敏性。即其分辨不同類型的能分散駕駛員注意力的技術(shù)的能力。 §1.1司機(jī)分心 司機(jī)分心通常被描述為包含有不同的范圍，而不是相互排斥的；例如，視覺，聽覺和認(rèn)知，生物力學(xué)（物理）等。這些類型，特別是視覺和認(rèn)知分心，已經(jīng)證明損害駕駛性能的不同方面，橫向控制和事故檢測度量對不同形式的駕駛干擾尤為敏感.例如,已被證明用增加車道變化來視覺負(fù)荷。相反，中等水平的認(rèn)知負(fù)荷已被證明在車道保持性能的影響不大，甚至可以導(dǎo)致更精確的橫向控制。此外，認(rèn)知和視覺任務(wù)可以損害事故的檢測，但認(rèn)知的分心也可以影響駕駛員更快更充分地應(yīng)對事故的能力。 鑒于其目前的發(fā)展進(jìn)入了ISO標(biāo)準(zhǔn)和其在駕駛分心的研究越來越多地被使用，LTC能夠測量和區(qū)分不同的駕駛分心的影響,這是很重要的. 因此本研究的目的是評估LCT區(qū)分視覺與不同層次的需求認(rèn)知的靈敏性。 §1.2 變道測試 LCT（變道測試）是一個基于PC的駕駛模擬，目的是定量測量由于同時進(jìn)行中的次要任務(wù)的表現(xiàn)而引起的駕駛性能的退化程度,它已被廣泛用來評估駕駛性能。同時該實驗使用了一系列的車載信息系統(tǒng)（IVIS）為主駕駛?cè)蝿?wù)提供信息支持（如導(dǎo)航）。此外，高級駕駛員輔助系統(tǒng)（ADAS）的應(yīng)用也直接支持主駕駛?cè)蝿?wù)。此前大量的研究都集中在對LCT進(jìn)行驗證。這些早期的驗證測試很多都是作為高級駕駛員注意力度量（ADAM）項目的一部分，他們不但發(fā)展了LCT，而且表明LCT是一個有效，可靠和靈敏度高的的措施。 在隨后的研究中，駕駛員發(fā)現(xiàn)：導(dǎo)航任務(wù)越復(fù)雜，在行駛路線變更時，偏離現(xiàn)象就越明顯。這表明了LCT可以根據(jù)不同的工作量水平區(qū)分不同的次級任務(wù)。 最近，LCT的研究工作繼續(xù)發(fā)展，通過提出新的性能衡量標(biāo)準(zhǔn)來擴(kuò)展其診斷能力。鑒于引起注意力分散原因的的復(fù)雜性和多面性，任何評測方法都必須進(jìn)行多方面測量，以求正確總結(jié)車載設(shè)備的安全影響，這一點尤為重要。大量的研究已經(jīng)檢測了幾種LCT的衡量標(biāo)準(zhǔn)在區(qū)分不同類型注意力干擾因素上的靈敏度。 托姆和馬庫拉(2007)檢測了兩個新的LCT衡量指標(biāo)的靈敏度，分別是：車道控制（高通濾波側(cè)部標(biāo)準(zhǔn)差SDLP）和標(biāo)志識別（正確的車道百分比 PCL），用來區(qū)分視覺任務(wù)和認(rèn)知任務(wù)。結(jié)果表明，兩種注意力分散的類型分別能對LCT的效果帶來不利影響。視覺上而非認(rèn)知上的任務(wù)導(dǎo)致對路徑控制的下降；認(rèn)知上而非視覺上的任務(wù)影響察覺力，不利于標(biāo)志識別和響應(yīng)。 布雅發(fā)現(xiàn)，經(jīng)改編的平均偏差得分，正確變更車道比率和車道變換啟動（LCI）這三個衡量指標(biāo)能夠區(qū)分一些視覺手工相配合的和聽覺上的任務(wù)，但不能區(qū)別其他類型的任務(wù)。 最后，為了考慮到任務(wù)的持續(xù)時間，哈布魯克等(2009, 24e30 p.) 檢測了LCT中每個任務(wù)的平均偏差。這個平均偏差由平均偏差得分除以每次運(yùn)行完成的任務(wù)數(shù)得到。他們發(fā)現(xiàn)，這種修改后的測量方法與原來的平均偏差分?jǐn)?shù)相比，能夠更好地根據(jù)不同的復(fù)雜度等級區(qū)分不同的導(dǎo)航任務(wù)。 這些研究表明，在目前提出的LCT效果檢測指標(biāo)中，至少有一些能夠靈敏地測出不同類型的注意力分散產(chǎn)生的不同效果。然而，一些其他的LCT指標(biāo)被研究人員和政策系統(tǒng)開發(fā)商越來越多地應(yīng)用在論證IVIS系統(tǒng)的設(shè)計和安全問題方面。但我們?nèi)匀恍枰_定這些指標(biāo)是否也能靈敏地檢測出任務(wù)的不同。 本項研究擴(kuò)展了上述研究結(jié)果。原因主要是：檢測出了最近提出的一系列LCT橫向控制和事件檢測參數(shù)（標(biāo)志間車道保持波動，正確變更車道百分比，車道偏移數(shù)，車道變換啟動（LCI）和平均轉(zhuǎn)向角）在根據(jù)不同層次需求區(qū)分視覺手工配合的任務(wù)和認(rèn)知任務(wù)時的靈敏度。 本項研究結(jié)果可以為以下討論提供資料，諸如哪些LCT測量指標(biāo)適合使用，哪些哪些可能需要進(jìn)一步細(xì)化。本研究也豐富了越來越多此類旨在建立一套LCT心理測量特性，使其發(fā)展為一項ISO標(biāo)準(zhǔn)的研究。 §2.1 方法 §2.1.1 設(shè)計 本研究采用重復(fù)測量設(shè)計，有一個獨立的，可變的任務(wù)條件。其中有五個層次：一個基線（無次要任務(wù)）條件和四個次要任務(wù)條件：視覺容易，視覺困難，認(rèn)知容易和認(rèn)知困難。參與者通過操作PC版本的LCT，完成四項次要任務(wù)條件。關(guān)于次要任務(wù)條件的更多詳細(xì)信息請參閱2.3.2。把這些次要任務(wù)條件相結(jié)合使得檢測LCT在區(qū)分不同等級的需求以及不同類型的注意力分散（干擾條件）方面的能力成為可能。 §2.2 參與者 二十七名持有有效駕駛執(zhí)照的司機(jī)參加了這項研究。參與者中有16人是男性，11人是女性，平均年齡為24.4周歲（標(biāo)準(zhǔn)差(SD) = 3.0;范圍=21歲~31歲）。除了一名參與者持有試用駕照（在前4年獨立駕駛期間頒發(fā)，有明確的乘客、手機(jī)和汽車動力限制規(guī)定）之外，所有參與者均持有有效駕照。參與者取得試用駕照的平均年齡為19.3周歲（標(biāo)準(zhǔn)差（SD）=2.6），每周平均駕駛時間為7.3小時（標(biāo)準(zhǔn)差（SD）=6.6））。 參與者是通過校園告示板、實時通訊、莫納什招聘網(wǎng)站和當(dāng)?shù)貓蠹堖x用的。本研究的倫理批準(zhǔn)由莫納什大學(xué)人文研究倫理問題常委會 (SCERH)授權(quán)。參加者報銷其時間和交通費(fèi)用。 §2.3 材料 §2.3.1 驅(qū)動任務(wù) 駕駛性能通過使用LCT來測試。LCT是一個簡單的模擬駕駛，由一條3000米直的三車道公路組成。速度通過這個系統(tǒng)被限制于60公里/小時,期間參與測試者被要求停留在整個驅(qū)動器里面。沒有其他交通出現(xiàn)在路上。司機(jī)被要求通過18個出現(xiàn)在平均每隔150米路兩邊的信號來改變車道。信號是空白的，直到出現(xiàn)40 m標(biāo)志,此時車道變化信息是鑒于(圖1)。 圖1-1 參與者被指示盡快改變車道，當(dāng)他們看到出現(xiàn)在信號上的信息時。參與者不需要在到達(dá)換車道標(biāo)志之前提前完成他們的車道變換。LCT在桌面PC上運(yùn)行.這個設(shè)置的測試取材于一系列ISO標(biāo)準(zhǔn)草案 (ISO 2009)。這視覺場景在1900年的一個液晶顯示器上被提出?？刂品抡媸峭ㄟ^一個羅技的莫莫力反饋游戲方向盤和油門和制動踏板來實現(xiàn)。參與者坐在一個高度可調(diào)的椅子,椅子和踏板位置近似一個真正的車輛。 §2.3.2 次要任務(wù) 兩個代理視覺手冊和認(rèn)知IVIS任務(wù)作為次要任務(wù),每個都有兩個層次的難度。人工或代理車載信息系統(tǒng)(IVIS)任務(wù)是用這樣級別的任務(wù)需求以便于可以系統(tǒng)地操縱。 §2.3.3 視覺人工任務(wù) 代理參考任務(wù)(蘇爾特v 2 1)受控于視覺人工任務(wù)。任務(wù)要求參與者在相似視覺，小的干擾循環(huán)(視覺需求)當(dāng)中來搜索一個更大的目標(biāo)循環(huán)和使用鍵盤箭頭鍵來選擇屏幕的中包含的一部分目標(biāo)(手動需求)。 任務(wù)難度(容易,困難)是通過改變干擾項圈相對與目標(biāo)圈的尺寸和增加可能出現(xiàn)目標(biāo)的屏幕部分的數(shù)量來實現(xiàn)(容易=2區(qū)域,難=6個區(qū)域)。對于簡單的情況, 目標(biāo)循環(huán)是干擾循環(huán)的兩倍,然而對于困難的情況，目標(biāo)循環(huán)比干擾循環(huán)大15%。蘇爾特的一個示例顯示被包含在圖1 b。 視覺任務(wù)是半自學(xué)的,即參與者可能花同樣多的時間來讓他們的選擇,但是當(dāng)下一個刺激呈現(xiàn)出來的時候軟件會被控制.蘇爾特的已經(jīng)廣泛應(yīng)用于IVIS研究(如,Bruyas等人,2008;Rognin等人,2007),同時被認(rèn)為是一個滿足IVIS任務(wù)需求的有效措施 (永利和理查德森,2008)。視覺輔助工作呈現(xiàn)在司機(jī)左邊的一個儀表盤屏幕上,位于他們正常視野范圍內(nèi)的30(橫向和縱向)并且觸手可及。 §2.3.4 認(rèn)知任務(wù) 認(rèn)知任務(wù)是由一個解決任務(wù)的數(shù)學(xué)難題, 涉及基本的加法組成,再有兩個難度水平——容易和困難。隨機(jī)數(shù)是使用DirectRT軟件，通過一個耳機(jī)，大聲念給參與者。對于簡單的難度水平,參與者被要求添加到5，并且大聲回應(yīng)。對于困難的難度水平,參與者被要求增加到7。這個任務(wù)是半自學(xué)的,即參與者給予足夠的時間需要對每一個問題進(jìn)行回應(yīng)(自控節(jié)奏), 但該系統(tǒng)在前一個反應(yīng)給出之后會立即提出下一個問題 (系統(tǒng)節(jié)奏)。這個任務(wù)在實驗前被廣泛的指導(dǎo),來確保在簡單和困難水平中有一個適當(dāng)程度的困難和分化。 §2.4 過程 到達(dá)會議時,參與者完成了一個人口問卷調(diào)查。然后,他們得到了一個口頭解釋的LCT和次要任務(wù),其次是靜態(tài)的(沒有LCT)實踐和基線實驗的可視覺和認(rèn)知的次要任務(wù)。參與者完成1-2個在LCT上的實踐駕駛，然后是6個試運(yùn)行:基線、視覺簡單、視覺硬、認(rèn)知容易、認(rèn)知困難和最后一個基線試驗。 在每個一心二用地開車之前, 參與者被指示“集中你的注意力 安全駕駛,但是不要忽略次要任務(wù)”。視覺和認(rèn)知次要任務(wù)的順序是通過參與者提出頻傳適應(yīng)任何實踐效果來達(dá)到平衡的。 §2.5 數(shù)據(jù)分析 LCT的駕駛性能檢查可以大致分類成橫向車輛控制措施和事件探測檢措施: §2.5.1 橫向控制措施 §2.5.1.1 平均偏差 司機(jī)橫向偏差的平均得分是與LCT規(guī)范性模型相比,后者是自動計算分析軟件.標(biāo)準(zhǔn)模式代表了一種理想的車道改變路徑。偏差分?jǐn)?shù)計算出每個運(yùn)行在整個長度的驅(qū)動(標(biāo)準(zhǔn)平均偏差分?jǐn)?shù)),以及直線路段之間車道變化(10米的前后變化),后者在車道改變影響下提供了一個額外測量橫向控制。參與者犯了一個錯誤的換車道例子被排除在直線部分分析，因為他們過度膨脹了這個偏差得分。 §2.5.1.2 平均轉(zhuǎn)向角 使用標(biāo)準(zhǔn)LCT分析軟件來自動計算這一措施。平均轉(zhuǎn)向角度數(shù)(相當(dāng)于1/400的一個完整的圓)是計算出每一整個LCT運(yùn)行。 §2.5.1.3 線路轉(zhuǎn)移 在每一次運(yùn)行中，車道的偏移數(shù)量通過檢查由LCT產(chǎn)生的橫向位置跟蹤示意圖來得出運(yùn)算。 一個車道偏移被定義為LCT實際偏差跟蹤移到外面的正確車道軌跡的所有例子。 §2.5.2 事件檢測措施 §2.5.2.1 車道改變起始 聯(lián)芯國際企業(yè)代表了換車道信息呈現(xiàn)在一個標(biāo)志上的距離和司機(jī)實際上啟動了換車道的距離之間的不同.因此,聯(lián)芯國際企業(yè)代表一個事件檢測措施。 §2.5.2.2 正確的車道變化百分比 在每次運(yùn)行里正確運(yùn)算的線路改變百分被計算作為一個措施來體現(xiàn)參與者正確回應(yīng)線路改變命令的能力。此外,該類型由司機(jī)所犯的車道改變錯誤會被定性檢查。兩種類型錯誤會被檢查:錯過了車道變化(司機(jī)繼續(xù)朝直方向駕駛而沒有改換車道)和錯誤的車道變化(司機(jī)執(zhí)行換車道,但是錯誤的車道)。 §2.5.3次級任務(wù)表現(xiàn) 主要任務(wù)完成時間(以毫秒為單位)是計算視覺和認(rèn)知次要任務(wù),以檢查任何潛在的性能權(quán)衡整個二級和LCT的任務(wù)。使用SPSS 15.0版做出了分析。單向重復(fù)測量方差分析(方差分析)被用來比較所有LCT性能措施的主要分?jǐn)?shù)(除了正確的車道變化百分比)。由于損壞的數(shù)據(jù)文件，意味著偏差和LCI數(shù)據(jù)不能夠被計算為一個司機(jī)所有。溫室變更被制作用于直接部分的主要偏差和LCI分析。使用最小顯著差別(LSD)計算出成功的比較。正確的百分比換車道數(shù)據(jù)不是正態(tài)分布,因此,分析了使用非參數(shù)弗里德曼測試。描述性分析變換車道的錯誤(錯過與錯誤的LC)也被承擔(dān)。兩個基線運(yùn)行任何措施沒有被發(fā)現(xiàn)明顯的誤差,因此這些數(shù)據(jù)被組合成一個基線條件(p > . 05)。結(jié)果被改正是因為必要使用溫室-蓋塞爾修改的球形違規(guī)。 §3.0 結(jié)果 §3.1橫向控制措施 §3.1.1平均偏差 整個傳動和直線段的平均偏差分?jǐn)?shù)呈現(xiàn)在圖.2. 圖3-1 平均偏差在整個驅(qū)動整個任務(wù)條件差距顯著(F(4,100) = 6.53, p < .001)?；€條件的平均偏差比所有的雙重條件的要低(p < . 05)。 整個次要的任務(wù),視覺簡單和困難條件的平均偏差分?jǐn)?shù)顯著高于認(rèn)知容易條件的平均偏差分?jǐn)?shù)(p < . 05)。通過任務(wù)，在直線路段(介于標(biāo)志)的平均偏差發(fā)現(xiàn)了顯著差異(F(3 73)=3.07,p < . 05)。雖然當(dāng)執(zhí)行視覺任務(wù)與認(rèn)知任務(wù)或基線條件相比之下平均偏差分?jǐn)?shù)有變得更高的趨勢，但觀察到的唯一的顯著差異是平均偏差分?jǐn)?shù)在視覺容易相比認(rèn)知容易條件更高(p < . 05)。 §3.1.2 轉(zhuǎn)向角 雖然平均轉(zhuǎn)向角出現(xiàn)更高的視覺困難條件(M = 0.024)相對于基線(M = 0.016),認(rèn)知容易(M = 0.016),認(rèn)知困難(M = 0.014)和視覺容易條件(M = 0.016),沒有顯著的差異在條件(F(4104)= 1.88,p > . 05)。 3.1.3.車道遠(yuǎn)行 平均數(shù)量為每個駕駛狀態(tài)的車道遠(yuǎn)行的平均數(shù)量顯示在圖3。 圖3-2 車道遠(yuǎn)足數(shù)量方面的顯著差異被發(fā)現(xiàn)在條件(F(4104)=8.86,p < .),即所有的雙重條件包含一個更大的數(shù)量的車道遠(yuǎn)足比基線條件(p < . 01)。視覺硬條件還包含一個顯著更高數(shù)量的車道遠(yuǎn)足比任何其他條件(p < . 01)。 這個數(shù)量的車道遠(yuǎn)足沒有顯著差異在其他三個一心二用地條件。 §3.2 事件檢測和響應(yīng)措施 §3.2.1 車道改變起始 參與者發(fā)起一個車道變化在信息出現(xiàn)在每個標(biāo)志的距離被記錄下來,每一個標(biāo)志方法顯示在圖4。 圖3-3 一個顯著影響駕駛的條件被發(fā)現(xiàn)(F(3 77)=4.04,p <),即平均距離從換車道標(biāo)志開始到聲明車道變化在認(rèn)知困難條件更短相比較視覺容易和視覺困難條件(p < . 01)。 §3.2.2 百分比正確車道變化 平均比例的正確車道變化在每一個實驗條件里是很高的,范圍從95.5%認(rèn)知困難條件到97.9%的基本條件(表1)。正確的車道改變在整個駕駛條件里沒有明顯的不同的比例(c2(4)= 2.97,p > . 05)。 改變錯誤(錯過或不正確的變化)。 不正確車道改變的百分比反正在歸屬于每一個錯誤類型的每個條件下被包含在圖標(biāo)1內(nèi)。 這種分析顯示的小百分比的車道改變錯誤了,大多數(shù)由錯過巷的變化,表明一個失敗檢測到信號而不是誤解它。這個錯誤類型是困難任務(wù)條件中很常見和略多普遍當(dāng)在執(zhí)行認(rèn)知任務(wù)的時候。 §3.3 次級任務(wù)績效 兩個獨立的分析旨在研究兩個次級任務(wù)的任務(wù)完成時間（沒有駕駛）和當(dāng)完成LCT的時候。2(基線,LCT)乘以2(容易,困難)重復(fù)測量方差分析(ANOVA)進(jìn)行對于視覺任務(wù)和認(rèn)知任務(wù)分別。由于技術(shù)問題,視覺任務(wù)數(shù)據(jù)沒有被參與者記錄。 §3.3.1 視覺 平均完成時間每個視覺顯示和底線和LCT條件都顯示在圖5。沒有明顯的相互作用任務(wù)難度和條件之間被發(fā)現(xiàn)(F(1、25)? 2.19,p > . 05);然而,重要的主要影響發(fā)現(xiàn)條件(F(1、25)? 15.12,p <)和難度水平(F(1、25)? 79.37,p < .)。司機(jī)花了更長的時間來完成認(rèn)知刺激當(dāng)完成LCT時相比執(zhí)行認(rèn)知任務(wù)本身(基線)。完工時間也大大延長視覺刺激的困難比容易刺激。 §3.3.2 認(rèn)知任務(wù) 平均完成時間認(rèn)知數(shù)學(xué)任務(wù)刺激的每個任務(wù)條件進(jìn)行了分析和比較,顯示在圖5 b。 圖3-4 一個顯著的主效應(yīng)被發(fā)現(xiàn)的難度水平(F(1、26)? 36.17,p < .),即完成時間大大延長了硬認(rèn)知刺激比容易刺激跨基線和LCT條件。條件與難度水平之間的互動不太顯著,(F(1、26)= 0.01,p > . 05), 也沒有顯著的條件的平均影響(F(1、26)=0.09,p > . 05)。后者的結(jié)果是有趣的,因為它表明,司機(jī)沒有交換認(rèn)知任務(wù)的性能來支持駕駛?cè)蝿?wù)。 §4 討論 當(dāng)前的研究評估了幾個最近LCT橫向控制和事件提出檢測參數(shù)的能力來區(qū)分視覺手冊和認(rèn)知代理IVIS任務(wù)的不同層次需求。許多橫向控制指標(biāo)被認(rèn)為是對任務(wù)不同點很敏感,但是事件檢測指標(biāo)都不太能區(qū)分任務(wù)之間的不同。這些結(jié)果有可能對于包含的ISO標(biāo)準(zhǔn)的電池指標(biāo)有重要影響。橫向控制是一種常用的驅(qū)動性能措施,已被證明是對幾種形式司機(jī)損傷很敏感。按照目前LCT橫向控制指標(biāo),總體平均車道偏差測量確認(rèn)這個措施是對微分的影響視覺和認(rèn)知轉(zhuǎn)移。正如預(yù)期的那樣,整體平均偏差分?jǐn)?shù)最高的司機(jī)開車時執(zhí)行視覺次要任務(wù),均明顯高于認(rèn)知容易和基線條件。兩個認(rèn)知任務(wù)的平均偏差分?jǐn)?shù)均明顯高于基線條件,雖然這些任務(wù)的影響在橫向控制方面比視覺任務(wù)較少。任務(wù)難度而言,有一個趨勢,平均偏差分?jǐn)?shù)較高的艱苦任務(wù)條件比容易條件;然而,這種差異不顯著。為什么平均偏差測量是不敏感的任務(wù)需求的差異不是完全清楚。平均偏差結(jié)果相符的過去在這個領(lǐng)域的研究,它表明,visualmanual增加負(fù)載增加車道保持變化,而認(rèn)知二次任務(wù)的影響不大,或者沒有效果,在車道保持性能(Engstrom et al。,2005;格林伯格et al。,2003;Wilschut et al。,2008)。減少車道保持成績時期的視覺手冊的需求被認(rèn)為是結(jié)果。至少對于視覺任務(wù)，昏迷可能源于自然的蘇爾特任務(wù)的使用。這個不同程度的復(fù)雜性主要來源于該任務(wù)持續(xù)時間的差異,而不是更大或更小數(shù)量的認(rèn)知資源。當(dāng)參與者被不斷從事蘇爾特任務(wù)(即下一個刺激立即完成后另一個),這不是意外, 個人任務(wù)持續(xù)時間的差異在簡單的和困難的條件不反映在駕駛分?jǐn)?shù)。它不太可能是由于水平的任務(wù)困難使用,這是顯示在廣泛的駕駛進(jìn)行該試驗之前已經(jīng)足夠不同的感知水平的需求。平均偏差結(jié)果普遍符合的過去在這個領(lǐng)域的研究在這個領(lǐng)域的研究,它表明,視覺手動增加負(fù)載增加車道保持變化,而認(rèn)知次級任務(wù)的影響不大,或者沒有效果,在車道保持性能的條件下。在視覺手冊需求的時期，減少車道保持性能被認(rèn)為源于轉(zhuǎn)向錯誤的加強(qiáng)。當(dāng)視覺注意力轉(zhuǎn)移路上,司機(jī)傾向于保持一個固定的轉(zhuǎn)向角,使更少的微操舵糾正,可反過來導(dǎo)致巷 編織和遠(yuǎn)足。與蘇爾特任務(wù)相關(guān)聯(lián)的手工需求可能還會導(dǎo)致了車道保持變異的增加。認(rèn)知需求,然而被認(rèn)為有更少的影響車道保持由于視覺的影響隧道。Engstrom et al.(2005)發(fā)現(xiàn),當(dāng)執(zhí)行認(rèn)知任務(wù)時，司機(jī)的視覺掃描模式改變,這樣就增加了他們的目光集中向道路的中心。這導(dǎo)致一種改進(jìn)的跟蹤響應(yīng)和降低橫向偏差。一個類似模式的結(jié)果發(fā)現(xiàn)了道路延伸的平均數(shù)量。最多數(shù)量的車道遠(yuǎn)足(任何部分車輛外正確的車道)被發(fā)現(xiàn)的視覺硬條件,這是明顯高于一切其他的雙重條件和基線條件。認(rèn)知和視覺容易任務(wù)中的道路沖程數(shù)量高于比基線的。這些結(jié)果表明,車道 偏移測量至少是有點敏感于任務(wù)類型和層次差異需求的不同點。其他兩個橫向控制指標(biāo)似乎對視覺體力和認(rèn)知任務(wù)的不同層次需求擁有有限的靈敏度。發(fā)現(xiàn)無顯著差異在任務(wù)意味著轉(zhuǎn)向角。一些差異也被發(fā)現(xiàn)在直線平均偏差措施的任務(wù)中,并且只有視覺和認(rèn)知容易任務(wù)不同于其他(盡管模式的趨勢是在預(yù)期的方向)。兩個事件檢測指標(biāo)檢查也會出現(xiàn)有限的靈敏度對于不同的IVIS任務(wù)。沒有顯著差異被發(fā)現(xiàn)在正確車道改變措施比例的任務(wù)。車道改變起始(LCI) 代表一個事件檢測測量和之前的研究發(fā)現(xiàn),司機(jī)發(fā)現(xiàn)和應(yīng)對能力任務(wù)的能力(格林伯格et al,2003;斯特雷耶和德魯斯,2004;斯蒂爾et al,2003)。不僅一些差異被發(fā)現(xiàn)于任務(wù)中,而且LCI分?jǐn)?shù)在基線條件中比雙任務(wù)條件中長。這表明受試者服用更少的時間來啟動他們的車道改變當(dāng)執(zhí)行另一個的任務(wù)比不分心,這一發(fā)現(xiàn)與其他LCT研究。車道改變起始措施的結(jié)果是非常意外的。司機(jī)可能,因此,可以預(yù)見巷調(diào)節(jié)他們的行為改變事件,與二次相應(yīng)的任務(wù),這樣他們的響應(yīng)這些事件不是退化,甚至可能是改善如果他們分配更高的優(yōu)先駕駛?cè)蝿?wù)。實際上,當(dāng)觀察參與者完成LCT這個過程時,實驗者指出,許多參與者在調(diào)節(jié)他們的次級任務(wù)的配合，這樣他們可以在道路的變化后立即執(zhí)行任務(wù)。 雖然其他的研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn),司機(jī)困難應(yīng)對事件干擾時,這些事件通常被意想不到的或未預(yù)料到的(克勞爾et al。,2006;流浪者et al。,2003。司機(jī)檢測和響應(yīng)事件的能力可能較少受影響與次級任務(wù)的配合，如果這些事件是受到期望的話。這個解釋也可能占的百分比,為什么正確車道變化非常高在一心二用地條件。該研究數(shù)據(jù)也影響被聲明作為ISO草案標(biāo)準(zhǔn)的LCT指示。一個可能同時影響橫向控制和事件檢測結(jié)果的重要因素是給予參與者的車道改變指令。符合LCTISO標(biāo)準(zhǔn)草案(ISO 2007),參與者在當(dāng)前的實驗被要求改變車道,就盡快可能換車道后信息出現(xiàn)在簽署。不同于其他LCT實驗采用的指令(例如,Harbluk et al。,2007;2009),當(dāng)前的參與者沒有要求去完成他們的車道變換當(dāng)他們達(dá)到換車道標(biāo)志的時候。而使用的指令當(dāng)前的研究導(dǎo)致了更多的漸進(jìn)的、也可以說是更自然的道路變化,它確實有效果誘導(dǎo)更高的意思偏差值比在其他的研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn),可能不一致。 這些更加漸進(jìn)的車道改變操作可能減少了LCT所需的注意力需求水平,使它對于次級任務(wù)不同的影響不太敏感。使用不同的車道改變指令來提高水平的任務(wù)需求可能LCT增加檢查的敏感性措施在這個研究。承認(rèn)1.2米的平均偏差標(biāo)準(zhǔn)被指定在ISO標(biāo)準(zhǔn)中是著手這個實驗之前沒有被碰到，這個是非常重要的。事實上,這一標(biāo)準(zhǔn)沒有達(dá)到任何試驗,包括最后的底線驅(qū)動(平均偏差=1.6米)。 相對更高的平均偏差分?jǐn)?shù)在研究過程中發(fā)現(xiàn)被認(rèn)為是由于給出說明的結(jié)果,而不是缺乏任務(wù)的實踐。還應(yīng)該考慮到1.2米標(biāo)準(zhǔn)指定是否在標(biāo)準(zhǔn)草案中太嚴(yán)格,因為它代表一個車道改變策略,不是一個真實發(fā)生在真正駕駛中的描述。我們結(jié)果突出的潛在意涵不一致的解釋LCT的指令和需要LCT指令做出更明確的在ISO標(biāo)準(zhǔn)草案,包括是否需要變道完成司機(jī)到達(dá)之前簽署。 另一個方法論的問題是使用人工代理IVIS任務(wù)。雖然這些任務(wù)允許需求水平強(qiáng)加的次要任務(wù)是容易和系統(tǒng) 操縱,可以認(rèn)為他們強(qiáng)迫節(jié)奏的自然不整合與實際IVIS任務(wù),通常是自學(xué)的。一個試圖克服這種限制通過使代理IVIS任務(wù)變成半自主步調(diào)的方法出現(xiàn)了,借此,司機(jī)可能只需要做出他們的回應(yīng),但新任務(wù)的呈現(xiàn)是被系統(tǒng)所控制的。它是重要的,然而,這的敏感性指標(biāo),進(jìn)一步分析LCT使用真實的IVIS任務(wù)為了看看效果上自學(xué)交互司機(jī)的任務(wù)分配策略和駕駛性能。最后,本研究采用一個相對較小的和同質(zhì)的參與者樣本，并且LCT性能表現(xiàn)反映更廣泛駕駛?cè)丝诘某潭仁怯邢薜?。因?進(jìn)一步研究研究的有效性和靈敏度的LCT必須采用一個更廣泛的樣本的參與者從一個范圍的駕駛和 人口的背景,可能有不同的應(yīng)對能力與二級任務(wù)要求而駕駛。 §5 結(jié)論 鑒于其作為一個ISO標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展,LCT越來越被研究者和政策制定者用來得出有關(guān)車載系統(tǒng)的設(shè)計和當(dāng)駕駛時候使用可接受性的結(jié)論。雖然這是一個積極的步驟,它是很重要的建立的指標(biāo)用于得出此種結(jié)論是敏感的一系列的駕駛和二級任務(wù)要求。本研究試圖建立最近幾個LCT橫向控制和事件檢測指標(biāo)對于視覺指南和認(rèn)知任務(wù)的靈敏度不同程度需求的影響程度的靈敏度。許多LCT指標(biāo)的檢查,特別是事件檢測指標(biāo),證明本研究敏感性差。這可能是由于LCT任務(wù)預(yù)期的性質(zhì),或者也可能是一個事實使用的指令。超出評估LCT敏感性,一個貢獻(xiàn)本文演示的重要性,LCT指令和方式他們可以改變級別的需求所要求的任務(wù),因此,獲得了結(jié)果。目前,尚不清楚LCT指令，有關(guān)它的定義屬于開放性的。事實上,不同的研究人員使用不同的換車道指令,用顯著的影響在LCT的結(jié)果上。認(rèn)知任務(wù)的使用是改編自Eve Mitsopoulous-Rubens的一個作為她的博士學(xué)位研究來進(jìn)行一個任務(wù)。 確認(rèn) 這項研究是由澳大利亞聯(lián)邦通過合作研究中心的先進(jìn)汽車技術(shù)建立的。隨著LCT指標(biāo)逐漸細(xì)化(例如.,使用一個自適應(yīng)路徑軌跡模式而非規(guī)范性模型在計算平均偏差;ISO(2009)),提供清晰和明確的車道 改變指令將對于增加LCT作為一個IVIS設(shè)計和安全評估工具是非常重要的。 13 畢 業(yè) 論 文 題目 大學(xué)生方程式賽車設(shè)計（前、后懸架設(shè)計） 2013年 05月30 日 大學(xué)生方程式賽車設(shè)計（前、后懸架設(shè)計） 摘 要 本設(shè)計為中國大學(xué)生方程式汽車大賽（Formula SAE - China，簡稱"FSAE"）賽車前、后懸架總成設(shè)計。懸架總成是汽車的一個重要組成部分，它的功用是把路面作用于車輪上的垂直反力、縱向反力和側(cè)向反力以及這些反力所造成的力矩傳遞到車架上，以保證汽車的正常行駛。 本次設(shè)計根據(jù)大學(xué)生方程式汽車大賽的比賽規(guī)則及賽車設(shè)計具體參數(shù)要求，參考各種賽車懸架資料，分析各種懸架類型的優(yōu)缺點，參考國際國內(nèi)方程式汽車大賽的賽車設(shè)計方案，初選出了多連桿懸架和雙橫臂懸架，然后進(jìn)行進(jìn)一步的分析，并最終確定適合賽車運(yùn)動的懸架形式---不等長雙橫臂式螺旋彈簧獨立懸架。 設(shè)計中運(yùn)用運(yùn)動學(xué)原理分析各機(jī)構(gòu)運(yùn)動關(guān)系、確定尺寸參數(shù),運(yùn)用理論力學(xué)、材料力學(xué)知識計算懸架各部件的受力，以滿足各零部件的強(qiáng)度要求。本次設(shè)計運(yùn)用了CAD2008畫平面圖，并運(yùn)用UG NX 7.0建立懸架模型，進(jìn)行運(yùn)動分析和高級仿真。 關(guān)鍵詞：懸架，減振器，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，定位參數(shù)，建模，運(yùn)動分析 This design for Chinese University students formula car（front and rear suspension design） ABSTRACT This design for Chinese University students formula car contest (Formula SAE-China, referred to as "FSAE.") racing front and rear suspension design. Suspension Assembly is an important component of the car, its function is to act on the pavement on vertical force, longitudinal force and lateral force as well as the reaction caused by the moment passed to the frame, in order to ensure that the vehicle's normal driving.This design according to the formula of college car racing rules and concrete parameters design requirements, refer to the data of many racing suspension , analysis of the advantages and disadvantages of various suspension type, and ultimately determine the suitable for motor sport suspension---differ long double wishbone arm typed spiral spring independent suspension. Determine the use of unque length double wishbonecoil springindependent suspension,calculated and verified, to the rule of the game,and the actual needs of the cars’s roll center,select the suspension of the car-oriented institutions,and then according to the positioning of the wheel parameterspreliminary design calcuations on the dimensions of the upper and lower wishbone front and rear suspension and frame size as well as track and wheelbase dimensions,and the subsequent stress analysis under various conditions on the suspension,and determine the final suspension size and locationaramerers.In the design application kinematics analysis of the relationship between the various bodies exercise、determine the size parameters, use of theoretical mechanics, material mechanics calculation of the various components of suspension force to meet the strength requirements of all parts This design employs CAD2008 draw the floor plan, and to use UG NX 7.0 establish suspension models, kinematic analysis and advanced simulation. KEY WORD：Suspension, shock absorbers, guide mechanism, positional parameter, modeling, motion analysis符 號 說 明 M 汽車總質(zhì)量，Kg L 軸距，mm B1 前輪距，mm B2 后輪距，mm hg 最小離地間隙, mm G1 滿載時前軸負(fù)荷分配, N G2 滿載時后軸負(fù)荷分配, N R 車輪半徑，mm B 輪胎寬度,mm k 動載系數(shù),1 ψ 附著系數(shù)，mm γ 主銷后傾角,mm β 主銷內(nèi)傾角,° α 車輪外傾角,° C 主銷偏置距,° N 彈簧有效圈數(shù),1 ω1 前懸架偏頻，Hz ω2 后懸架偏頻，Hz 38 目 錄 第一章 緒 論 1 §1.1 賽事簡介 1 §1.2 賽事意義 1 §1.3 分析各種懸架類型優(yōu)缺點 2 §1.3.1 概述 2 §1.3.2 懸架分類及優(yōu)劣分析 3 第二章 前、后懸架設(shè)計 7 §2.1 確定懸架類型 7 §2.2 賽車懸架設(shè)計要求分析 9 §2.3 確定車輪定位參數(shù) 9 §2.4 確定懸架參數(shù) 10 §2.4.1 懸架靜撓度 10 §2.4.2 懸架動撓度 10 §2.4.3 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計 11 §2.4.4 懸架尺寸設(shè)計 14 §2.5 受力分析及強(qiáng)度校核 18 §2.5.1 路面不平路況 19 §2.5.2 加速制動的車況 20 §2.5.3 轉(zhuǎn)彎的車況 21 第三章 減震器設(shè)計 28 §3.1 彈簧設(shè)計計算 28 §3.1.1 前懸架彈簧設(shè)計 28 §3.1.2 后懸架彈簧設(shè)計 28 §3.2 減震器設(shè)計及計算 29 §3.2.1 前懸架減震器設(shè)計 29 §3.2.2 后懸架減震器設(shè)計 30 第四章 橫向穩(wěn)定桿設(shè)計 31 §4.1 概述 31 §4.2 橫向穩(wěn)定桿設(shè)計及計算 31 §4.2.1 前懸架穩(wěn)定桿設(shè)計 31 §4.2.2 后懸架穩(wěn)定桿設(shè)計 32 第五章 建立模型，運(yùn)動分析 33 第六章 結(jié) 論 36 參考文獻(xiàn) 37 致 謝 38 第一章 緒 論 §1.1 賽事簡介 中國大學(xué)生方程式汽車大賽（簡稱“中國FSC”）是一項由高等院校汽車工程或汽車相關(guān)專業(yè)在校學(xué)生組隊參加的汽車設(shè)計與制造比賽。各參賽車隊按照賽事規(guī)則和賽車制造標(biāo)準(zhǔn)，在一年的時間內(nèi)自行設(shè)計和制造出一輛在加速、制動、操控性等方面具有優(yōu)異表現(xiàn)的小型單人座休閑賽車，能夠成功完成全部或部分賽事環(huán)節(jié)的比賽。 2010年第一屆中國FSC由中國汽車工程學(xué)會、中國二十所大學(xué)汽車院系、國內(nèi)領(lǐng)先的汽車傳媒集團(tuán)——易車（BITAUTO）聯(lián)合發(fā)起舉辦。中國FSC秉持“中國創(chuàng)造擎動未來”的遠(yuǎn)大理想，立足于中國汽車工程教育和汽車產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)實基礎(chǔ)，吸收借鑒其他國家FSC賽事的成功經(jīng)驗，打造一個新型的培養(yǎng)中國未來汽車產(chǎn)業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者和工程師的交流盛會，并成為與國際青年汽車工程師交流的平臺。中國FSC致力于為國內(nèi)優(yōu)秀汽車人才的培養(yǎng)和選拔搭建公共平臺，通過全方位考核，提高學(xué)生們的設(shè)計、制造、成本控制、商業(yè)營銷、溝通與協(xié)調(diào)等五方面的綜合能力，全面提升汽車專業(yè)學(xué)生的綜合素質(zhì)，為中國汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進(jìn)行長期的人才積蓄，促進(jìn)中國汽車工業(yè)從“制造大國”向“產(chǎn)業(yè)強(qiáng)國”的戰(zhàn)略方向邁進(jìn)。 中國FSC是一項非盈利的社會公益性事業(yè)，利在當(dāng)代，功在未來。項目的運(yùn)營和發(fā)展結(jié)合優(yōu)秀高等院校資源、整車和零部件制造商資源，獲得了政府部門和社會各界的大力支持以及品牌企業(yè)的資助。社會各界對項目投入的人力支持和資金贊助全部用于賽事組織、賽事推廣和為參賽學(xué)生設(shè)立賽事獎金。 §1.2 賽事意義 目前，中國汽車工業(yè)已處于大國地位，但還不是強(qiáng)國。從制造業(yè)大國邁向產(chǎn)業(yè)強(qiáng)國已成為中國汽車人的首要目標(biāo)，而人才的培養(yǎng)是實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)強(qiáng)國目標(biāo)的基礎(chǔ)保障之一。大學(xué)生方程式賽車活動將以院校為單位組織學(xué)生參與，賽事組織的目的主要有:一是重點培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計、制造能力、成本控制能力和團(tuán)隊溝通協(xié)作能力，使學(xué)生能夠盡快適應(yīng)企業(yè)需求，為企業(yè)挑選優(yōu)秀適用人才提供平臺；二是通過活動創(chuàng)造學(xué)術(shù)競爭氛圍，為院校間提供交流平臺，進(jìn)而推動學(xué)科建設(shè)的提升;大賽在提高和檢驗汽車行業(yè)院校學(xué)生的綜合素質(zhì)，為汽車工業(yè)健康、快速和可持續(xù)發(fā)展積蓄人才,增進(jìn)產(chǎn)、學(xué)、研三方的交流與互動合作等方面具有十分廣泛的意義。毫無疑問，對于對汽車的了解僅限于書本和個人駕乘體驗的大學(xué)生而言，組成一個團(tuán)隊設(shè)計一輛純粹而高性能的賽車并將它制造出來，是一段極具挑戰(zhàn)，同時也受益頗豐的過程。在天馬行空的幻想、大腦一片空白的開始、興奮的初步設(shè)計、激烈的爭執(zhí)、毫無方向的采購和加工、無可奈何的妥協(xié)、令人抓狂的一次次返工、絞盡腦汁的解決難題之后，參與者能獲得的不僅僅是CATIA UG ANSYS以及焊接、定位、機(jī)加工技能,更有汽車工程師的基本素養(yǎng)和豐富實踐經(jīng)驗。 與此同時，管理和運(yùn)營整個團(tuán)隊讓未來的企業(yè)管理者接受了一次難度十足的鍛煉。FSAE賽事也給了汽車廠商發(fā)現(xiàn)優(yōu)秀人才和創(chuàng)意想法的機(jī)會。? 河南科技大學(xué)是一所具有悠久歷史的綜合性大學(xué)，而車輛工程是學(xué)校的老牌專業(yè)，這次河南科技大學(xué)組織車隊參賽對于整個學(xué)校來說是個提升知名度的有效契機(jī)，也是對外交流，提升自身技術(shù)的最佳時機(jī)，我們車輛專業(yè)將不負(fù)眾望，努力盡自己的一份力，爭取在比賽中取的好成績，為學(xué)校建設(shè)一流大學(xué)做出重要貢獻(xiàn)。 §1.3 分析各種懸架類型優(yōu)缺點 §1.3.1 概述 懸架是保證車輪與車橋或車架與車身之間具有彈性聯(lián)系并能傳遞載荷、緩和沖擊、衰減振動以及調(diào)節(jié)汽車行駛中的車身位置等有關(guān)裝置的總稱。主要組成為：彈性元件、減振器、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、橫向穩(wěn)定器、緩沖塊。 懸架系統(tǒng)設(shè)計需滿足下述要求： 1、 通過合理設(shè)計懸架的彈性特性及阻尼特性，使其具有合適的衰減振動能力以保證汽車有良好的行駛平順性； 2、 合理設(shè)計導(dǎo)向機(jī)構(gòu)以保證力與力矩的可靠傳遞，并滿足汽車具有良好的操縱穩(wěn)定性的要求； 3、 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的運(yùn)動應(yīng)與轉(zhuǎn)向桿系的運(yùn)動相協(xié)調(diào)，避免發(fā)生運(yùn)動干涉，否則可能引發(fā)轉(zhuǎn)向輪擺動； 4、 汽車制動或加速時要保證車身穩(wěn)定，減少車身縱傾，轉(zhuǎn)彎時車身側(cè)傾角要合適； 5、 結(jié)構(gòu)緊湊、占用空間尺寸小，尤其懸掛部分質(zhì)量盡量??； 6、 在滿足零部件質(zhì)量要小的同時，還要保證有足夠的強(qiáng)度和壽命； 7、 便于布置，轎車設(shè)計中特別考慮給發(fā)動機(jī)及行李箱留出足夠空間； §1.3.2 懸架分類及優(yōu)劣分析 根據(jù)兩側(cè)車輪垂直運(yùn)動是否關(guān)聯(lián)分非獨立懸架和獨立懸架。 一、非獨立懸架 非獨立懸架的左右輪裝在一根整體的剛性軸或非斷開式驅(qū)動橋的橋殼上，“非獨立”名稱由此而來。其典型結(jié)構(gòu)如圖1-1所示。 圖 1-1 非獨立懸架 圖 1-2 獨立懸架 非獨立懸架的優(yōu)點有：結(jié)構(gòu)簡單，制造、維護(hù)方便，經(jīng)濟(jì)性好；工作可靠，使用壽命長；車輪跳動時，輪距、前束不變，因而輪胎磨損??； 缺點是：占用空間大，簧下質(zhì)量大；當(dāng)兩側(cè)車輪跳動不一致時會相互影響，行駛平順性低；在不平路面直線行駛時，由于左右輪跳動不一致而導(dǎo)致的軸轉(zhuǎn)向會降低直線行駛的穩(wěn)定性。 非獨立懸架主要用在質(zhì)量大的商用車以及某些乘用車的后懸架上。 二 、獨立懸架 與非獨立懸架相比，獨立懸架具有如下優(yōu)點：(1)一定變形范圍內(nèi)左右車輪可單獨跳動互不影響，可減少車身的傾斜和振動；(2)非懸掛質(zhì)量??；(3)占用橫向空間少，便于發(fā)動機(jī)布置，可以降低發(fā)動機(jī)的安裝位置，從而降低汽車質(zhì)心位置，有利于提高汽車的行駛穩(wěn)定性；(4)易于實現(xiàn)驅(qū)動輪轉(zhuǎn)向。 獨立懸架又有多種結(jié)構(gòu)型式，主要有： 1、 橫臂式獨立懸架 橫臂式懸架是指車輪在汽車橫向平面內(nèi)擺動的獨立懸架，按橫臂數(shù)量的多少又分為雙橫臂式和單橫臂式懸架。 (1) 單橫臂式獨立懸架 圖 1-3 單橫臂式獨立懸架 圖 1-4 雙橫臂式獨立懸架 單橫臂式具有結(jié)構(gòu)簡單，側(cè)傾中心高，有較強(qiáng)的抗側(cè)傾能力的優(yōu)點。但當(dāng)車輪跳動時會使主銷內(nèi)傾角和車輪外傾角變化大，故不宜用作前懸架。隨著現(xiàn)代汽車速度的提高，側(cè)傾中心過高會引起車輪跳動時輪距變化大，使輪胎相對地面?zhèn)认蚧?，輪胎磨損加劇，故多應(yīng)用在后懸架上，但由于不能適應(yīng)高速行駛的要求，目前應(yīng)用不多。 (2) 雙橫臂式獨立懸架 等長雙橫臂式懸架在其車輪作上、下跳動時，可保持主銷傾角不變，但輪距卻有較大的變化，會使輪胎磨損嚴(yán)重，故已很少采用。不等長雙橫臂式懸架在其車輪上、下跳動時，只要適當(dāng)?shù)剡x擇上、下橫臂的長度并合理布置，即可使輪距及車輪定位參數(shù)的變化量限定在允許范圍內(nèi)。這種不大的輪距改變，不應(yīng)引起車輪沿路面的側(cè)滑，而為輪胎的彈性變形所補(bǔ)償。因此能保證汽車有良好的行駛穩(wěn)定性。 雙橫臂懸架一般用作轎車的前、后懸架，輕型載貨汽車的前懸架、高級轎車后懸架，以及要求高通過性的越野汽車的前、后懸架。 2、 車輪沿主銷移動的懸架（包括燭式懸架和麥克弗遜式獨立懸架） (1) 燭式懸架 燭式懸架的結(jié)構(gòu)特點是車輪沿著剛性地固定在車架上的主銷軸線上下移動。燭式懸架的優(yōu)點是：當(dāng)懸架變形時，主銷的定位角不會發(fā)生變化，僅是輪距、軸距稍有變化，因此特別有利于汽車的轉(zhuǎn)向操縱穩(wěn)定和行駛穩(wěn)定。但缺點是汽車行駛時的側(cè)向力會全部由套在主銷套筒的主銷承受，致使套筒與主銷間的摩擦阻力加大，磨損也較嚴(yán)重，因此已很少采用。 圖1-5 燭式懸架結(jié)構(gòu)圖 圖1-6 麥克弗遜懸架結(jié)構(gòu)圖 (2) 麥克弗遜式獨立懸架 麥弗遜式懸架是絞結(jié)式滑柱與下橫臂組成的懸架形式，減振器可兼做轉(zhuǎn)向主銷，轉(zhuǎn)向節(jié)可以繞著它轉(zhuǎn)動。其構(gòu)造簡單，布置緊湊，并且?guī)缀醪徽加脵M向空間，有利于發(fā)動機(jī)布置。當(dāng)車輪跳動時，其輪距、前束及車輪外傾角等均改變不大，減輕了輪胎的磨損，也使汽車具有良好的行駛穩(wěn)定性。 缺點是：懸架運(yùn)動特性的可設(shè)計性不如雙橫臂懸架；需采取相應(yīng)措施隔離振動、噪聲；減振器的活塞桿與導(dǎo)向套之間存在摩擦力，使得懸架的動剛度增加，彈性特性變差；對輪胎的不平衡較敏感；減振器緊貼車輪布置，其間空間很小，有些情況下不便于采用寬胎或加裝防滑鏈。所以在有些情況下雙橫臂懸架有較大的優(yōu)勢。 麥克弗遜懸架最佳的應(yīng)用場合是前置前驅(qū)動微型和普通級轎車的前懸架，近年來出廠的前置前驅(qū)動轎車大多采用了這種布置方式。 3、縱臂式獨立懸架 縱臂式獨立懸架是指車輪在汽車縱向平面內(nèi)擺動的懸架結(jié)構(gòu)，又分為單縱臂式和雙縱臂式兩種形式。 縱臂式獨立懸架具有如下優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單；占用垂向及橫向空間??；縱臂的轉(zhuǎn)動點同時也構(gòu)成了懸架的縱傾中心；縱臂的轉(zhuǎn)動軸線與地面平行時（實際結(jié)構(gòu)中大部分如此），輪距以及車輪的前束和外傾角不隨車輪的跳動而變化。 單縱臂式懸架當(dāng)車輪上下跳動時會使主銷后傾角產(chǎn)生較大的變化，因此單縱臂式懸架不用在轉(zhuǎn)向輪上。雙縱臂式懸架的兩個擺臂一般做成等長的，形成一個平行四桿結(jié)構(gòu)，這樣，當(dāng)車輪上下跳動時主銷的后傾角保持不變。雙縱臂式懸架多應(yīng)用在轉(zhuǎn)向輪上。 縱臂式懸架，轉(zhuǎn)向時后軸外側(cè)懸架加載，內(nèi)側(cè)減載，使得兩后輪到前軸距離發(fā)生變化，類似軸轉(zhuǎn)向效應(yīng)，增加了過度轉(zhuǎn)向的趨勢，故不適合在轉(zhuǎn)向要求精確地高速賽車上。 圖 1-7 單縱臂式懸架 圖1-8 雙縱臂式懸架 4、 車輪在汽車斜向平面內(nèi)擺動的懸架（單斜臂式獨立懸架） 單斜臂式獨立懸架是介于單橫臂和單縱臂之間的一種懸架結(jié)構(gòu)形式。其擺臂繞與汽車縱軸線具有一定交角（0~90）的軸線擺動，選擇合適的交角可以滿足汽車操縱穩(wěn)定性要求。這種懸架適于做后懸架。 圖1-9 單斜臂式后懸架 第二章 前、后懸架設(shè)計 §2.1 確定懸架類型 獨立懸架的結(jié)構(gòu)特點是兩側(cè)的車輪各自獨立地與車架或車身彈性連接，因而具有以下優(yōu)點： 1、在懸架彈性元件一定的變形范圍內(nèi)，兩側(cè)車輪可以單獨運(yùn)動，而互不影響，這樣在不平道路上行駛時可減少車架和車身的振動，而且有助于消除轉(zhuǎn)向輪不斷偏擺的不良現(xiàn)象。 2、減少了汽車的非簧載質(zhì)量，因而減小了懸架所受到的沖擊載荷，可以提高平均車速，這一點對賽車來說尤為重要。 3、使汽車重心下降，提高行駛穩(wěn)定性，同時能給予車輪較大的上下運(yùn)動空間，因而可以將懸架剛度設(shè)計得較小，使車身振動頻率降低，以改善行駛平順性。 但是獨立懸架結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高；保養(yǎng)維修不便；在一般情況下，車輪跳動時，由于車輪外傾角與輪距變化較大，輪胎磨損較嚴(yán)重。 本賽車采用當(dāng)今方程式賽車普遍使用的懸架結(jié)構(gòu)，故采用獨立懸架。獨立懸架有多種形式，基于方程式賽車特點，選用雙橫臂獨立懸架。 采用此種懸架，主要優(yōu)點是設(shè)定前輪定位參數(shù)的變化及側(cè)傾中心位置的自由度大，懸架控制臂的長度可自行設(shè)定，便于優(yōu)化轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)達(dá)到很好的轉(zhuǎn)向特性。缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價高，并且由于賽車采用較大的彈性剛度，雙橫臂懸架運(yùn)動空間不足的特點也不造成很大影響。 綜合而論，雙橫臂獨立懸架的基本性能還是優(yōu)于其他形式的懸架結(jié)構(gòu)。雙橫臂式獨立懸架側(cè)傾中心高度比較低，上、下橫臂長度之比為0. 66—0. 70時，車輪平面傾角變化小于5°～6°，單個車輪上輪距的改變量應(yīng)不大于4～5mm（輪胎彈性變形的允許尺寸）不會引起輪胎磨損，并且能自適應(yīng)路面，輪胎接地面積大，貼地性好，抓地性能好，路感清晰。 上下橫臂均采用叉臂，構(gòu)成三角形具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性。橫向力由兩個叉臂同時吸收，因此橫向剛度大，抗側(cè)傾性能優(yōu)異。這使得支柱減震器不再承受橫向作用力，而只應(yīng)對車輪的上下抖動，因此在彎道上具有較好的方向穩(wěn)定性。 上下兩個A字形叉臂可以精確的定位前輪的各種參數(shù)。設(shè)計靈活，可以通過合理選擇空間導(dǎo)向桿系的鉸接點的位置及導(dǎo)向臂的長度，使得懸架具有合適的運(yùn)動特性（亦即當(dāng)車輪跳動或車身側(cè)傾時，車輪定位角及輪距的變化能盡量滿足設(shè)計的要求），并且形成恰當(dāng)?shù)膫?cè)傾中心和縱傾中心。 減振器采用雙向作用筒式減振器，彈性元件為螺旋彈簧，優(yōu)點：無需潤滑，不忌污泥，縱向空間小，本身質(zhì)量小，廣泛用于獨立懸架。 雙橫臂式獨立懸掛運(yùn)動性出色，為法拉利、瑪莎拉蒂等超級跑車所運(yùn)用。也廣泛運(yùn)用于F1、F3等各種賽車上。 圖2-1 法拉利F1賽車 因此本賽車前、后懸架均采用不等長雙橫臂式螺旋彈簧獨立懸架。 圖2-2 本次設(shè)計的賽車 §2.2 賽車懸架設(shè)計要求分析 1、 懸架的所有接合點必須可以被技術(shù)檢查官員看到，無論是可以直接看到或是通過移動覆蓋件來實現(xiàn)。 2、 離地間隙：有車手時至少有25.4mm靜態(tài)間隙。 3、 車輪裸露，懸架可見。 4、 軸距為1680mm左右。 5、 前輪距為1199mm左右，后輪距為1149mm左右。 6、 側(cè)向穩(wěn)定性：任意方向傾60度相當(dāng)于1.7G，車輪不能翻滾，測時坐最高車手。要求：質(zhì)心確定，輪距，軸距足夠。 7、 進(jìn)氣與燃油控制系統(tǒng)的部件，必須安裝在外框以內(nèi)。（外框：仿滾架頂部到四車輪的外緣） 8、 偏頻在適合人體范圍內(nèi)，阻尼衰減快，車身剛度大。 9、 各零部件強(qiáng)度足夠，滿足安全性。 10、 與其它機(jī)構(gòu)的協(xié)調(diào)性，避免干涉。 11、 緊固件：使用的緊固件滿足公制M8.8級要求，緊固件使用鎖緊裝置防松，可調(diào)節(jié)的桿件端頭必須用鎖緊螺母固定以防松。 §2.3 確定車輪定位參數(shù) 前輪定位參數(shù)功用—保證轉(zhuǎn)向輪有自動回正作用，以保證汽車直線行駛。 主銷后傾角γ：主銷軸線和地面垂線在汽車縱向平面內(nèi)的夾角。一般γ=1°～3°。主銷后傾角大，穩(wěn)定力矩過大，轉(zhuǎn)向沉重，由于賽車無轉(zhuǎn)向助力，故要求γ不能太大，且賽車輪胎氣壓低與路面的接觸點后移，故取γ=0°。 主銷內(nèi)傾角β：主銷軸線和地面垂線在汽車橫向平面內(nèi)的夾角。 功用：轉(zhuǎn)向后能自動回正。并使轉(zhuǎn)向操縱輕便。 車輪繞主銷旋轉(zhuǎn)時，必須與主銷軸線垂直，這將使車輪克服重力抬高相應(yīng)高度，在重力作用下，自動回正。 主銷偏置距C：主銷軸線與地面的交點與輪胎接地點之間的距離。 如C縮小，即β增大，可減少路面作用到前輪上的阻力矩，使轉(zhuǎn)向輕便。 但β不能過大，否則，將增大車輪的滑轉(zhuǎn)。，。取β=0°，c=50mm。 車輪外傾角α：車輪平面與縱向垂直平面的夾角。 功用：定位作用，防止偏磨損；減輕輪轂外軸承和緊固螺母的負(fù)荷。 α=1°～2°?？捎赊D(zhuǎn)向節(jié)的設(shè)計來保證。α=0°。 前輪前束：兩輪前邊緣距離之差。 功用：在于抵消行駛中因前輪傾斜而造成的前輪越滾越近的趨勢。 可通過改變橫拉桿的長度來保證。前輪前束取2.775mm。 §2.4 確定懸架參數(shù) §2.4.1 懸架靜撓度 對于大多數(shù)汽車而言，其懸掛質(zhì)量分配系數(shù)ε=0.8～1.2，因而可以近似地認(rèn)為ε=1，即前后橋上方車身部分的集中質(zhì)量的垂直振動是相互獨立的，并用偏頻，表示各自的自由振動頻率，偏頻越小，則汽車的平順性越好。用途不同的汽車，對平順性的要求是不一樣的。轎車對平順性的要求最高，客車次之，載貨車更次之。由前面得各種車型車身固有頻率的實用范圍為：貨車1.5～2.17Hz；旅行客車1.2～1.8Hz；高級轎車1～1.3Hz。 取n=1.0Hz。 懸架的工作行程由靜撓度與動撓度之和組成。 由n 式中 ——懸架靜撓度（cm） 得懸架靜撓度： （2-1） §2.4.2 懸架動撓度 懸架的動撓度是指懸架從滿載靜平衡位置開始壓縮到結(jié)構(gòu)允許的最大變形 (通常指緩沖塊壓縮到其自由高度的1/2或1/3) 時，車輪中心相對車架(或車身)的垂直位移。要求懸架應(yīng)有足夠大的動撓度，以防止在壞路面上行駛時經(jīng)常碰撞緩沖塊。一般：動撓度，轎車：7～9 cm； 大客車：5～8cm； 貨 車：6～9cm 。故選擇動撓度為8cm即：80mm。為了得到良好的平順性，應(yīng)當(dāng)采用較軟的懸架以降低偏頻，但軟的懸架在一定載荷下其變形量也大，對于一般賽車而言，懸架總工作行程（靜擾度與動擾度之和）應(yīng)當(dāng)不小于160mm。而=250+80=330mm>160mm 符合要求。 §2.4.3 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計 一、側(cè)傾中心 雙橫臂式獨立懸架的側(cè)傾中心由如圖5-1所示方式得出。將橫臂內(nèi)外轉(zhuǎn)動點的連線延長，以便得到極點P，并同時獲得P點的高度。將P點與車輪接地點N連接，即可在汽車軸線上獲得側(cè)傾中心W。當(dāng)橫臂相互平行時，P點位于無窮遠(yuǎn)處。作出與其平行的通過N點的平行線，同樣可獲得側(cè)傾中心。 圖2-3 雙橫臂式獨立懸架側(cè)傾中心懸架W的確定 圖2-4 橫臂相互平行的雙橫臂式獨立懸架側(cè)傾中心W的確定 本次設(shè)計采用相互平行的雙橫臂布置。 二、 縱向平面內(nèi)上、下橫臂的布置方案 上、下橫臂軸抗前俯角的匹配對主銷后傾角的變化有較大影響。圖5-5給出了六種可能布置方案的主銷后傾角值隨車輪跳動的曲線。圖中橫坐標(biāo)為λ（主銷后傾角）值，縱坐標(biāo)為車輪接地中心的垂直位移量Z。角度的取值見圖注，其正負(fù)號按右手定則確定。 圖2-5 -β1、β2的匹配對λ的影響 為了提高汽車的制動穩(wěn)定性和舒適性，一般希望主銷后傾角的變化規(guī)律為：在懸架彈簧壓縮時后傾角增大；在彈簧拉伸時后傾角減小，用以造成制 動時因主銷后傾角變大而在控制臂支架上產(chǎn)生防止制動前俯的力矩。 1方案：彈簧壓縮后傾角增大，拉伸時減??； 2方案：彈簧壓縮后傾角增大，拉伸時減??； 3方案：主銷后傾角基本不變化，多用于賽車設(shè)計： 4方案：彈簧壓縮后傾角減小，拉伸時增大； 5方案：彈簧壓縮后傾角減小，拉伸時增大； 6方案：彈簧壓縮后傾角增大，拉伸時減小。 1，2，3，6的跳動規(guī)律是比較好的，目前被廣泛采用。 本次設(shè)計選擇方案3進(jìn)行設(shè)計。 三、縱向橫向平面內(nèi)上、下橫臂的布置方案 比較圖a、b、c三圖可以清楚地看到，上、下橫臂布置不同，所得側(cè)傾中心位置也不同，這樣就可根據(jù)對側(cè)傾中心位置的要求來設(shè)計上、下橫臂在橫向平面內(nèi)的布置方案。 a) b) c) 圖2-6 上、下橫臂在橫向平面內(nèi)的布置方案 本次按照圖c進(jìn)行設(shè)計。 四、上下橫臂長度的確定 雙橫臂式懸架的上、下臂長度對車輪上、下跳動時前輪的定位參數(shù)影響很大?，F(xiàn)代轎車所用的雙橫臂式前懸架，一般設(shè)計成上橫臂短、下橫臂長。這一方面是考慮到布置發(fā)動機(jī)方便，另一方面也是為了得到理想的懸架運(yùn)動特性。 輪距變化 車輪外傾角 主銷內(nèi)傾角 圖2-7 上下橫臂長度之比L1/L2改變時的懸架運(yùn)動特性 上圖為下橫臂長度L1保持原車值不變，改變上橫臂長度L2，使L1/L2分別為0.4，0.6，0.8，1.0，1.2時計算得到的懸架運(yùn)動特性曲線。 設(shè)計汽車懸架時，希望輪距變化要小，以減少輪胎磨損，提高其使用壽命，因此應(yīng)選擇L1/L2在0.6附近；為保證汽車具有良好的操縱穩(wěn)定性，希望前輪定位角度的變化要小，這時應(yīng)選擇L2/L1在1.0附近。綜合以上分析，該懸架的L1/L2 應(yīng)在0.6～1.0范圍內(nèi)。 §2.4.4 懸架尺寸設(shè)計 根據(jù)賽車設(shè)計經(jīng)驗，對于賽車，側(cè)傾中心在地面之上時，賽車轉(zhuǎn)彎，懸架壓縮引起外側(cè)車輪的正輪胎傾角增益，使其接地性降低。如果側(cè)傾中心位于地面之下。則賽車轉(zhuǎn)彎時，輪胎側(cè)向力對側(cè)傾中心的力矩使懸架相對于底盤上升。所以，賽車設(shè)計時，要確定側(cè)傾中心的位置，使舉升力和傾覆力矩相對的線性變化，從而獲得可信的操縱穩(wěn)定性。一般賽車設(shè)計時，盡量使側(cè)傾中心貼近地面。減少由側(cè)向力引起的懸架垂直運(yùn)動。? 所以將懸架上下橫臂設(shè)計為均為與地面平行，這樣懸架的側(cè)傾中心正好在地面，增強(qiáng)了操作穩(wěn)定性，同時便于設(shè)計制造。 一、前懸架 目前已知賽車總體方案，前輪距1200mm。車架組設(shè)計的前端上桿架寬522mm,下桿架寬450mm。制動組設(shè)計的主銷關(guān)節(jié)軸承安裝孔，距離輪中心為80mm。以及懸架與車架的焊接塊長35mm。位置關(guān)系如圖： 圖2-8 前懸架正視示意圖 所以上懸架的垂直距離L1可由上相關(guān)數(shù)據(jù)計算得出。 L1=（1200-522-80×2-35×2）/2=224mm L2= (1200-450-80×2-35×2) /2=260mm （2-2） 本次設(shè)計用的桿件為外徑16mm.內(nèi)徑12mm,管壁厚2mm。 桿件與M10薄螺母，M10關(guān)節(jié)軸承鏈接。 初步設(shè)計前懸架上橫臂的形狀如下圖所示 圖2-9 前懸架上叉臂裝配圖 水平方向上M10關(guān)節(jié)軸承所占距離20mm，M10薄螺母所占距離4.85mm，套筒所占距離17mm，設(shè)定安裝伸出的螺紋均為3.15mm，所以桿長: L=224-(20+3.15+4.85+17)×2=134mm 取安裝懸架上橫臂的兩個焊接塊垂直距離為178mm，且兩叉臂的張角定為50度，所以134+45-178×cot50≈30mm 為斜叉臂在垂直車架叉臂上的焊接大致位置。 初步設(shè)計前懸架下橫臂的形狀如下圖所示 圖2-10 前懸架下叉臂裝配圖 水平方向上M10關(guān)節(jié)軸承所占距離20mm，M10薄螺母所占距離4.85mm，套筒所占距離17mm，設(shè)定安裝伸出的螺紋均為3.15mm，所以垂直車架的桿長L=260-(20+3.15+4.85+17) ×2=170mm 取安裝懸架上橫臂的兩個焊接塊垂直距離為220mm，且兩叉臂的張角定為50度，所以170+45-220×cot50≈30mm 為斜叉臂在垂直車架叉臂上的焊接大致位置。 二、后懸架 目前已知賽車總體方案，后輪距1150mm。車架組設(shè)計的后端上桿架寬600mm,下桿架寬400mm。制動組設(shè)計的主銷關(guān)節(jié)軸承安裝孔，距離輪中心距 離為80mm。以及懸架與車架的焊接塊長35mm。位置關(guān)系如圖： 圖2-11 后懸架正視示意圖 所以上懸架的垂直距離L1可由上相關(guān)數(shù)據(jù)計算得出： L1=（1150-600-80×2-35×2）/2=160mm L2= (1150-400-80×2-35×2) /2=260mm 本次設(shè)計用的桿件為外徑16mm.內(nèi)徑12mm,管壁厚2mm。 桿件與M10薄螺母，M10關(guān)節(jié)軸承鏈接。 由于前懸架的位置已定，前后軸距為1600mm，所以大致定出后懸架安裝在車架上的位置。 初步設(shè)計前懸架上橫臂的形狀與桿件在懸架上的位置以及如下圖所示 圖2-12 后懸架上叉臂裝配圖 水平方向上M10關(guān)節(jié)軸承所占距離20mm，M10薄螺母所占距離4.85mm，套筒所占距離17mm，設(shè)定安裝伸出的螺紋均為3.15mm，所以垂直車架的桿長： L=160-(20+3.15+4.85+17) ×2=70mm 取安裝懸架上橫臂垂直橫臂的焊接塊距車架后端關(guān)節(jié)處距離為97mm，且兩叉臂的張角定為70度，且斜叉臂在垂直車架叉臂上的焊接大致位置為距離左部桿端12mm。 初步設(shè)計前懸架上橫臂的形狀與桿件在懸架上的位置以及如下圖所示： 圖2-13 后懸架上叉臂裝配圖 水平方向上M10關(guān)節(jié)軸承所占距離20mm，M10薄螺母所占距離4.85mm，套筒所占距離17mm，設(shè)定安裝伸出的螺紋均為3.15mm，所以垂直車架的桿長: L=260-(20+3.15+4.85+17) ×2=170mm 取安裝懸架上橫臂垂直橫臂的焊接塊距車架后端關(guān)節(jié)處距離為97mm，且兩叉臂的張角定為70度，且斜叉臂在垂直車架叉臂上的焊接大致位置為距離左部桿端12mm。 §2.5 受力分析及強(qiáng)度校核 在受力方面，前懸架需要考慮靜態(tài)時車重、制動時的地面制動力和質(zhì)心的慣性力引起的前輪負(fù)荷加大；后懸架需要考慮靜態(tài)時的車重、制動、加速時的地面制動力和加速時引起的后輪負(fù)荷加大，另外還要考慮彎道行駛時，離心力引起的外側(cè)懸架負(fù)荷加大。 靜態(tài)時，按質(zhì)量分配，可計算出前后輪垂向載荷，進(jìn)而計算出前后懸架靜態(tài)受力。 加速或制動時，最大加速度或最大減速度都是由輪胎的附著系數(shù)決定，根據(jù)輪胎的特性，可以計算賽車的最大加速度或減速度，得到前后輪縱向載荷；由此加速度引起的負(fù)荷轉(zhuǎn)移，需要考慮賽車的重心高度，繼而轉(zhuǎn)化為前后輪的垂向載荷變化值。 賽車在彎道行駛，離心力作用于質(zhì)心，離心力的大小取決于彎道的半徑和賽車的速度，也要受車輪附著系數(shù)的制約，這里需要對彎道和車速進(jìn)行估計，算出合理的加速度數(shù)值，進(jìn)而得出車輪橫向載荷；根據(jù)質(zhì)心高度，可以計算出內(nèi)外側(cè)垂向載荷變化值。 極限工況下行駛系載荷的確定 §2.5.1 路面不平路況 當(dāng)路面作用到車輪上垂直力達(dá)到最大—指汽車駛上凸起障礙或落入洼坑，輪與路面沖擊時。 動載荷系數(shù)取k=2.0,見《汽車設(shè)計》-吉大版 P265 M車重348kg（含駕駛員，燃油重量），靜止時 G1=G47%=3489.810.47=1604.52N G2=G53%=3489.810.53=1089.36N Z1=kG1=21604.52=3209.04N， Z2=kG1=21809.36=3618.72N （2-3） 1． 前懸架受力： 圖2-14 受力示意圖 α=90°，β=72.86°，γ=17.14°， Z=1/2Z1=3209.04/2=1604.52N， F1=Z/sin72.86=1604.52/sin72.86=1679.09N F2=Ztanγ=1604.52tan17.14=494.84N 2． 后懸架受力： 圖2-15 受力示意圖 α=101.48° β=61.48° γ=17.04° F1=Zsinα/sinβ=1809.36sin101.48/sin71.89°=2018.05N F2=Ztanγ=1809.36sin101.48/sin71.89 =1323.66N （2-5） §2.5.2 加速制動的車況 汽車加速或制動時，由慣性力引起的縱向動載荷 圖2-16 受力示意圖 制動時，前軸上的重量分配系數(shù) m1取1.4，見《汽車設(shè)計》-吉大版P266 Z1=m1G1=1.41604.52=2246.33N 加速有最大牽動力時，后軸上重量分配系數(shù)m2取1.3 Z2=m2G2=1.31809.36=2352.17N 最大縱向力：X1max=Z1Ψ,X2max=Z2ψ，ψ取1， X1=2246.33N，X2=2352.17N 1. 制動時，前懸架受力 M=FXR=1123.165265=(FA+FB)AB/2 FA-FB=FX, AB=200 FA-FB=1123.165,FA +FB=2976.39 FA = (1123.165+2976.39)/2=2049.78 FB = (2976.39-1123.165)/2=926.61 2. 制動時，后懸架受力 FA=FB=F/2=X2/4=1176.09N §2.5.3 轉(zhuǎn)彎的車況 圖2-17 受力示意圖 Ymax=Z*ψ 汽車入彎時常會制動，出彎會加速 故Z1,Z2取2246.33,2352.17 Z為車輪上所受垂直反作用力。 Ψ為側(cè)滑時車輪與路面附著系數(shù)，賽道與賽車輪胎附著性很強(qiáng)，故取1。 Ymax1=Z11=1911.7728N，Ymax2=Z21=2662.8264N 1. 前懸架： F*R=(FA+FB)AB/2，F(xiàn)A-FB=F=1123.165 FA-FB=1123.165*265/100=2976.39，F(xiàn)A-FB=1123.165 FA=2094.78FB=926.61 （2-7） 2. 后懸架 F=YMAS/2=1176.085， (FA+FB)=FR/AB/2=1176.085265/2002=3116.625 FA-FB=1176.085，F(xiàn)A-FB=1176.085 FA=2146.36，F(xiàn)B=970.27N （2-8） 垂直力和縱向力同時為極限工況時 前懸架受力分析如圖所示： 圖2-18 前懸架受力示意圖 （1） 上叉臂受力 a=219.76，b=58.15，a1=159.76 力平衡： F2=FY1+FY2=494.84，F(xiàn)B=FX1+FX2=926.61 力矩平衡：對2點取矩：F2b+FBa-FY*2b=0 FY1=494.8458.15+926.61219.76/2/58.15=1988.34N FY2=F2-FY1=494.84-1988.34=-1503.5N （2-9） 令FX1=0，F(xiàn)X2=926.61，鉸鏈2點處受力： 方向與-X軸夾角α2=arctan（Fy2/Fx2）=58.35° 令則FX1=926.61，鉸1處： F方向與X夾角 ， 1處受力較大只需校核1處螺栓強(qiáng)度，叉臂前端受壓力，后桿受拉力，而材料受壓比受拉時強(qiáng)度更高，只需分析后桿 將F分解垂直和沿桿方向。 （2-10） 任意在桿上取一點E,點E到點2距離為X 由平衡條件得：, 當(dāng)X增大到 時M有最大值 即B點處受到力最大 W抗彎截面系數(shù) 鋼管： 若D=20mm，d=17.5mm， 球絞1處受力為2202.72N 采用螺栓： 性能等級為8.8級 抗拉強(qiáng)度: 屈服強(qiáng)度: 推薦鋼材為ML35,ML35Mn，ML20MnVB 當(dāng) 時一般選后兩者 許用切應(yīng)力: ，取5(變載荷) ， 見《機(jī)械設(shè)計手冊》新版P6-32 放松螺母選用：采用雙螺母時，關(guān)節(jié)軸承螺紋長度有限，采用彈簧墊片時，厚2.6，且只用于不甚重要的連接。故選用六角法蘭面螺母m=9.64-10，性能為8-12級 （2） 下叉臂受力 a=338.09，a=278.09，b=101.22，F(xiàn)1與F均在yoz面內(nèi) x軸： y軸： Z軸： （2-11） 力矩平衡：3-4軸線點取矩： 對5取矩： N , N N （2-12） 令，當(dāng)時， N, F4與x,y,z軸的夾角分別為 。 N， F3與x,y,z軸的夾角分別是 故桿前部受力大些，只需分析此即可。（且為拉力） 在前叉上連接推桿處分析，此點為危險截面 沿桿向分解： 平行桿： N 垂直桿： N （2-13） ,故強(qiáng)度夠用。 [τ]<128MPa，m。 小于所選M10的螺栓直徑，故強(qiáng)度夠用。 后懸受力分析如圖所示： 圖2-19 后懸架受力示意圖 垂直力和側(cè)向力同時達(dá)到極限值 上叉臂受力： （2-14） 下叉臂受力更大，且為拉力，故受力更復(fù)雜，只校核下叉臂。 β=71.89°，α1=236.5mm 分析可知7點受力較大。 ， （2-15） 叉臂前端受拉力，且受力較大，故只分析叉臂前端，將F7沿桿方向和垂直桿方向分解為F⊥和F∥， （2-14） F⊥再與F7Z合成F⊥′： （2-15） 故9處受力： ， （2-16） σ<[σ],故強(qiáng)度夠用。故7處螺栓受力： 故螺栓強(qiáng)度夠用。 第三章 減震器設(shè)計 §3.1 彈簧設(shè)計計算 減振器的作用和應(yīng)具備的性能：懸架系統(tǒng)中由于彈性元件受沖擊產(chǎn)生振動，為改善汽車行駛平順性，懸架中與彈性元件并聯(lián)安裝減振器。 本車采用了汽車普遍使用的螺旋彈簧減震器。但不同于普通車外置式減震器，賽車將彈簧與阻尼元件隱藏在車身中，利用推拉桿和直角杠桿換向機(jī)構(gòu)達(dá)到同樣的效果。通過調(diào)整此機(jī)構(gòu)，可以方便地改變懸架參數(shù)，達(dá)到不同環(huán)境下比賽需要。 §3.1.1 前懸架彈簧設(shè)計 彈簧受力F=2000N,壓縮量f=0.04m。 選材料，確定許用應(yīng)力[τ]。根據(jù)彈簧所受載荷特性，選用C級碳素彈簧鋼絲，采用兩端磨平的彈簧結(jié)構(gòu)形式可知[τ] =0.42σb；初選彈簧d為8mm，則對應(yīng)的σb=1370MPa，[τ] =0.42σb=0.42X1370MPa=575.4MPa。 初選旋繞比C= 5。根據(jù) C 可以求出曲度系數(shù)K ， （3-1） 故d=8mm 的初算值滿足條件。 D=Cd=40mm，查表7.1-2有D=42mm。 彈簧有效圈數(shù) 取13.5圈，總?cè)?shù)取15，查表知：彈簧內(nèi)徑為34mm，外徑為50mm，節(jié)距為20mm，間距為12mm。 最大壓縮量為162mm>40mm,故夠用。 HZ （3-2） §3.1.2 后懸架彈簧設(shè)計 彈簧受力F=2825.45N,壓縮量f=0.04m。 選材料，確定許用應(yīng)力[τ]。根據(jù)彈簧所受載荷特性，選用C級碳素彈簧鋼絲，采用兩端磨平的彈簧結(jié)構(gòu)形式可知[τ] =0.42σb；初選彈簧 d 為 10mm，則對應(yīng)的σb=1320MPa 。 [τ] =0.42σb=0.42X1320MPa=585MPa 初選旋繞比C= 5。根據(jù) C 可以求出曲度系數(shù) K ，mm<10mm （3-3） 故d=10mm 的初算值滿足條件。 D=Cd=50mm，查表7.1-2有D=50mm。 彈簧有效圈數(shù) 取11.5圈，總?cè)?shù)取13，查表知：彈簧內(nèi)徑為40mm，外徑為60mm，節(jié)距為15mm，間距為5mm。 最大壓縮量為57.5mm>40mm,故夠用。 HZ （3-4） §3.2 減震器設(shè)計及計算 人體工程學(xué)規(guī)定人體舒適的振動頻率為 1.0-1.5Hz之間，人體所敏感的頻率范圍是在4-8Hz這個頻率范圍，人的內(nèi)臟器官產(chǎn)生共振，而8-12.5Hz頻率范圍的振動對人的脊椎系統(tǒng)影響很大。前面所計算的2.49Hz、3.11Hz有效的避開了人體敏感區(qū)域，故符合設(shè)計要求。 相對阻尼系數(shù)=0.25～0.35,取0.35， ， ， （3-5） §3.2.1 前懸架減震器設(shè)計 =61.78Kg，=2.49HZ =2=20.561.782.49=153.83， F0=153.830.3=46.15， =5.11mm。 （3-6） 式中：[P]——缸內(nèi)最大容許壓力，[P]=3～4MPa,取3MPa λ——缸筒直徑與連桿直徑之比，=0.30～0.35，取0.35 A——車身振幅，一般取， F0——伸張行程時最大卸荷力, D0——工作缸直徑。 §3.2.2 后懸架減震器設(shè)計 ： =72.77Kg，=3.11HZ， =2=20.572.773.11=553.61， =553.610.3=166.08， =7.76mm （3-7） 式中：[P]——缸內(nèi)最大容許壓力，[P]=3～4MPa,取3MPa λ——缸筒直徑與連桿直徑之比，=0.30～0.35，取0.35 A——車身振幅，一般取， F0——伸張行程時最大卸荷力, D0——工作缸直徑。 第四章 橫向穩(wěn)定桿設(shè)計 §4.1 概述 賽車需要高速過彎，為了提高懸架的側(cè)傾角剛度，減小汽車轉(zhuǎn)向運(yùn)動時橫向傾斜，常在懸架中添設(shè)橫向穩(wěn)定器，保證良好的操縱穩(wěn)定性。 彈簧鋼制成的橫向穩(wěn)定桿呈U形，橫向地安裝在汽車前端或后端。桿的中部兩端自由地支承在兩個橡膠套筒內(nèi)，套筒固定在車架上。橫向穩(wěn)定桿的兩側(cè)縱向部分的末端通過支桿與懸架橫擺臂上的彈簧支座相連。當(dāng)兩側(cè)懸架變形相同時，橫向穩(wěn)定器不起作用。當(dāng)車身側(cè)傾時，兩側(cè)懸掛跳動不一致，橫向穩(wěn)定桿發(fā)生扭轉(zhuǎn)，桿身的彈力成為繼續(xù)側(cè)傾的阻力，起到橫向穩(wěn)定的作用，減少了車身的橫向傾斜和橫向角振動。 §4.2 橫向穩(wěn)定桿設(shè)計及計算 當(dāng)有0.6g側(cè)向加速度作用于車身時。 §4.2.1 前懸架穩(wěn)定桿設(shè)計 N， N， N, N。 左側(cè)懸架上跳高度： F2與叉臂平面夾角為72.79度, N N ， 選取橫向穩(wěn)定桿直徑尺寸為，材料為45CrNiMoVA，屈服應(yīng)力σs=1300~1400MPa,。 §4.2.2 后懸架穩(wěn)定桿設(shè)計 ， ， N, 左側(cè)懸架上跳高度： F2與叉臂平面夾角為68.96度,F與叉臂平面夾角為39.82度, 彈簧力為1537.37N N ， 選取橫向穩(wěn)定桿直徑尺寸為，材料為45CrNiMoVA。 第五章 建立模型，運(yùn)動分析 本次設(shè)計運(yùn)用了CAD2008畫平面圖，并運(yùn)用UG NX 7.0建立懸架模型，首先進(jìn)行草圖動畫演示，運(yùn)動分析，建立模型后進(jìn)行高級仿真。根據(jù)結(jié)果來優(yōu)化懸架結(jié)構(gòu)，以達(dá)到最佳設(shè)計要求。 圖5-1 前輪上下跳動圖 圖5-2 前輪允許轉(zhuǎn)角圖 由運(yùn)動圖可知前輪上下跳動40mm時，車輪傾角改變量為0.59，小于要求的1~3；叉臂角度最大為9.75，小于桿端關(guān)節(jié)軸承允許的擺動角度13；允許車輪轉(zhuǎn)動角度為59.46和60.03，大于車輪的最大轉(zhuǎn)角30；輪距變化在單個車輪上為3.06mm，小于輪胎允許的變形量4~5mm，故前懸架沒有運(yùn)動干涉，設(shè)計合理。 圖5-3 后輪上下跳動圖 由圖5-3可知后輪上下跳動40mm時，車輪傾角改變量為0.7，小于要求的1~3；叉臂擺動角度最大為11.48，小于桿端關(guān)節(jié)軸承允許的擺動角度13；輪距變化在單個車輪上為3.58mm，小于輪胎允許的變形量4~5mm，故后懸架設(shè)計合理。 UG NX 7.0建立懸架模型如下: 圖5-4 前懸架上橫臂圖 圖5-5 減震器圖 圖5-6 前懸架裝配圖 圖5-7 后懸架裝配圖 第六章 結(jié) 論 通過這幾個月的畢業(yè)設(shè)計，我對汽車構(gòu)造、汽車設(shè)計及相關(guān)知識有了更進(jìn)一步的了解，尤其是對我本次設(shè)計的懸架相關(guān)細(xì)節(jié)有了更深刻的理解，懂得了懸架設(shè)計的一般過程和方法。并從中得出以下結(jié)論： 1、本次設(shè)計前、后懸架采用不等長雙橫臂式螺旋彈簧獨立懸架，在滿足設(shè)計任務(wù)書和總體布置要求的同時，做到滿足賽車平順性的需求。 2、對前、后懸架中的關(guān)鍵零件在完成參數(shù)的選定和尺寸計算后進(jìn)行了必要的強(qiáng)度校核，符合M10螺栓等零件的應(yīng)力強(qiáng)度要求。 3、本次設(shè)計前、后懸架部分零件的安裝設(shè)計參考了同類賽車車型，并加入了很多自己的個人設(shè)計，在總體裝配上滿足總體前輪距1119mm,后輪距1149mm，前后軸距1680mm的要求。 4、根據(jù)設(shè)計結(jié)果繪制相應(yīng)的工程圖紙和建立了三維立體模型，繪圖能力有了大提高。 5、運(yùn)用了運(yùn)動分析進(jìn)行了動態(tài)模擬