FSAE方程式赛车悬架及转向系统机构设计与仿真(5)
程。
2.1 悬架介绍及设计方法
2.1.1 悬架介绍
悬架是车架（或承载式车身）与车桥（或车轮）之间的一切传力、连接装置
的总称。它的功用是把路面作用于车轮上的垂直反力（支承力）、纵向反力（驱
动力和制动力）和侧向反力以及这些反力所造成的力矩都要传递到车架（或承载
式车身）上，以保证汽车的正常行驶。
一般来说，各种结构形式的悬架都包含弹性元件、减振器和导向机构三个部
分。不平坦路面作用于车轮上的垂直冲击反力具有很大的数值，在坏路面上尤其
显著。悬架中的弹性元件有效地缓和了这种冲击，大大改善了行驶过程中的平顺
性以及悬架部件的受力状况。此外，为了使振动迅速衰减（振幅迅速减小），悬
架还应当具有减振作用，因此，在悬架中通常都设有专门的减振器。导向机构的
作用则是使车轮按一定轨迹相对于车架和车身跳动[19][20][21]
。
在某些车辆上，为防止车身在转向行驶等情况下发生过大的横向倾斜，在悬
架中还设有辅助弹性元件——横向稳定器。装有横向稳定器的汽车，能减少转弯
行驶时车身的侧倾角和横向角振动[22]
。
2.1.2 悬架设计目标
悬架与汽车的多种使用性能有关，为满足这些性能，悬架系统必须具有以下
特性： 首先， 要能保证汽车有良好的操纵稳定性，一方面悬架要保证车轮跳动时，
车轮定位参数不发生很大的变化，另一方面要减小车轮的动载荷和车轮跳动量；
其次，悬架系统要保证汽车有良好的行驶平顺性，乘员在车中承受的振动加速度
不能超过国标规定的界限值；再次，悬架要保证车身和车轮在共振区的振幅小，
振动衰减快；还有就是要保证车身在制动、转弯、加速时稳定，减小车身的俯仰
和侧倾；最后要保证悬架系统的可靠性，有足够的刚度、强度和寿命[23]。
2.1.3 悬架设计方法
参照现代F1赛车采用从外到内的设计过程，确定FSAE赛车悬架设计流程如
下：
（1）首先要确定赛车主要框架参数，包括：外形尺寸、重量、发动机马力等等；
（2）确定悬架系统类型，一般都会选用双横臂式，主要是决定选用拉杆还是推
杆；
（3）确定赛车的偏频和赛车前后偏频比；
（4）估计赛车的簧上质量、簧下质量、重心位置等；
（5）根据上面几个参数推算出赛车的悬架刚度和弹簧的弹性系数；
（6）推算出赛车在没有安装防侧倾杆之前的悬架刚度初值，并计算车轮在最大
负重情况下的轮胎变形；
（7）计算没安装防侧倾杆时赛车的横向负载转移分布；
（8）根据上面计算数值，选择防侧倾杆以获得预想的侧倾刚度和横向负载转移
分布；
（9）最后确定减振器阻尼率；
（10）上面计算和选型完成后，再重新对初值进行校核[24]
。
2.2 悬架设计限制条件[1]
2.2.1 悬架部分
（1） 赛车各车轮必须安装功能完善的、带有减震器的悬架。在有车手乘坐的情
况下，轮胎的跳动行程至少为50.8mm（2英寸），向上向下各25.4mm（1英寸）。
如果赛车不能表现出适合比赛的操控能力，或是没有经过认真的设计，裁判有权
取消赛车的参赛资格。
（2） 在技术检查中，悬架的所有的安装点必须可以被呈示给技术检查官，无论
是可以直接看到或是通过移除覆盖件来实现。
2.2.2 离地间隙
无最小离地间隙要求，但是任何形式的赛车碰撞所导致的危险情况或者可能