方程式赛车前束自动调节装置设计及静力学分析

史根木，朱英楠，陆畅，徐东镇，陈奇

（合肥工业大学 机械工程学院，安徽 合肥230009）

在定位汽车车轮时，为了避免出现由于车轮外倾角存在导致的车辆在行使过程中轮胎与地面发生相对滑动，从而造成轮胎附加磨损的问题。通常会将左右轮前端向内或向外倾斜一个相同的角度，称为前束。若左右轮前端向内倾，则称为正前束；若左右轮前端向外倾，则称为负前束。正、负前束中左右轮位置关系如图1和图2所示。

图1 正前束

图2 负前束

前束与车辆在行驶过程中的跑偏和轮胎的磨损有较大的关系[1]。尤其是在车辆转弯的过程中，内、外轮所受侧向力不同，存在载荷的转移。此时，左右轮相同的前束对转向产生的影响无法相互抵消，以致影响到整车横摆角速度和侧向加速度的变化，进而影响整车的操纵稳定性[2-3]。

目前，前束的调节基本都是在车辆静止时，通过调节转向横拉杆的长度来进行。针对车辆前束自动调节装置的研究较少。在2014年，合肥工业大学的魏道高等[4]设计了一种转向轮前束值液压调整机构，如图3所示，在车辆行驶过程中，利用液压机构来调节横拉杆长度，进而实现车辆前束的调节。2020年，在世界一级方程式锦标赛上，梅赛德斯奔驰车队自主研制了一种双轴转向系统，该系统能通过推拉方向盘的方式来实时改变赛车前轮的前束。

图3 转向轮前束值液压调整机构

本文在前人对前束的研究基础上，设计了一种适用于方程式赛车的电动前束自动调节装置，并运用赛车阻力矩计算公式对装置的最大工作载荷进行计算。……