最大的手

2.3转向系主要参数确定

2.3.1目标转向器最小转弯半径分析

根据比赛规则中对赛道的规定[3]，弯道最紧处为高速避障测试中的最小外径

为9m的发夹弯。根据赛车设计中关于总体布置的要求，结合赛车设计轴距、轮

距等因素，考虑赛手驾驶需求，参考国内外同类赛车，最小转弯半径选定为4.3m。

2.3.2所需车辆基本参数

本次设计车辆基本数据如下：

表2-1车辆参数

轮距

1200mm

轴距

1600mm

满载轴荷分配：前/后

140/140(kg)

总质量

a

m

280(kg)

轮辋尺寸

R13

车轮自由半径

297.18mm

主销偏移距a

23mm

方向盘直径

SW

D

200mm

最小转弯半径

4.3m

2.3.3转向轮转角计算

为了避免在汽车转向时产生路面对汽车行驶的附加阻力和轮胎过快磨损，要

求转向系统能保证在汽车转向时所有车轮均作纯滚动。显然，这只有在所有车轮

的轴线都相交于一点时方能实现。如图4-1所示，为外转向轮偏转角，为内

转向轮偏转角，B为两主销轴线与地面相交点的间距，L为汽车轴距，R为汽车

转弯半径。

图2-4转向轮转角示意图

由图2-4分析外轮转角表达式为[4]：

1600

sin0.372

4300

L

R

(2-1)

21.839

内轮转角表达式为：

1600

tan0.573

cos4300cos1200

L

RB









(2-2)

29.813

综上理论外轮转角为21.839°，内轮转角为29.813°。

2.3.4转向系传动比确定及最大手力计算

由于方程式赛车行驶速度较快，需要转向灵敏，且车辆整体质量较轻，参考

同类车辆，角传动比多为4:1到5:1之间。初定传动比为4:1，最终将根据驾驶员

最大手力确定。

最恶劣的转向条件下手力的计算公式[5]：

转向阻力矩为

r123

TTTT（2-3）

转向车轮相对于主销的滚动阻力矩为

11

TGfa（2-4）

轮胎与地面接触部分滑动摩擦力矩为

21

TGx（2-5）

转向车轮的自动回正力矩为

311212

=[(sin+sin)+(cos+cos)]TaG（2-6）

式中

1

G——转向轴的载荷,为1400N

a

——主销偏移矩，为23mm

f

——车轮的滚动阻力,

f

=0.015



——主销内倾角，为3°



——主销后倾角，为6°1



、2



——内、外转向轮的平均转角



——附着系数，计算时取



=0.85-0.9

x——滑动摩擦力矩T2

的力臂：22

j

0.5xrr

r

，

j

r

——车轮的自由半径和静半径，计算时可近似地取

j

r

=0.96

r

。

将已知参数带入（2-4）、（2-5）、（2-6）得

1

T=483N·mm

2

T=49504N·mm

3

T=7470.4N·mm

再将上述参数带入（2-3）得

r

T

=57457.4N·mm

作用在方向盘上的手力：

h

h

sw

2T

F

D



（2-7）

忽略摩擦损失，根据能量守恒原理：

r

w0

h

T

i

T



（2-8）

整理以上公式，得最大手力

h

143.64FN

对转向系操纵轻便要求中，转向时加在转向盘上的切向力，对轿车不应大于

150~200N。分析得最大手力在许可的范围内，所以最终确定角传动比为4:1