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何为转向系统?

转向系统是用来改变或恢复汽车行驶方向的系统的总称。赛车转向系统作为赛车重要子系统之一,是由车手亲自操纵来控制赛车进行比赛。在比赛过程中转向机构很大程度上决定了赛车的转向性能,同时影响赛车的操纵性能及其他性能。


转向系统的组成

赛车转向系统一般由方向盘、快拆、转向轴、转向柱、万向节、转向器、转向拉杆、梯形臂等部分组成。其中,方向盘用于输入转向角度,快拆用于快速分离方向盘与转向柱,转向柱、转向轴、万向节共同将方向盘输入角度传递到转向器,转向器通过内部传动副机构将旋转运动转化为转向拉杆的直线运动,转向拉杆与梯形臂作用于转向节,实现车轮转向。

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汽车在转向时,要以两转向前轮轴的延长线与后轴延长线交点作为转向中心进行转向,这是满足内、外转向轮行进方向一致、各轮胎不发生侧滑的条件,即满足阿克曼转向几何关系。标准的阿克曼转向几何如右图:

其中:为外轮转角;为内轮转角;B为主销后倾角为。时,两侧车轮主销与地面交点之间的距离,L为轴距。

当转向节臂延长线交于后轴之前时,得到过阿克曼转向;反之,转向节臂延长线交于后轴之后时,得到欠阿克曼转向;当转向节臂互相平行时,内外侧车轮转角相等,得到平行转向。

而当>时,转向节臂延长线交于前轴之前,称为反阿克曼转向,通常用于高速的F1赛车。

FSAE赛车高速过弯时,有侧偏角存在,且车身发生侧倾,四轮垂向载荷重新分配影响侧偏刚度,根据侧偏角方向可知,若要最大化保证轮胎纯滚动,减少轮胎磨损,发生侧偏时的外侧车轮实际转角要大于满足标准阿克曼关系所需的转角,此时赛车的转向关系向平行转向过渡,即赛车应具有介于标准阿克曼转向与平行转向之间的一种转向关系。NUT赛车转向采用的则是阿克曼转向中的欠阿克曼转向,通过增加齿条行程达到更大的车轮转角,以减小转弯半径。


转向不足和转向过度,通俗来讲就是,转向效果不足驾驶员的预期,或者说超过驾驶员的预期。转向不足就是前轮失去抓地力,转向过度就是后轮失去抓地力。汽车作环形加速运动时,具有不足转向性能的汽车会偏向外侧行驶,具有过度转向性能的汽车会偏向内侧行驶。适量的不足转向,可以提高赛车的稳定性,而过度转向会提高赛车转弯的灵敏性。如下图,左为转向不足,右为转向过度: