高效燃料车辆倾斜转向机构设计

最初拿到壳牌Eco Maraton赛事的参赛需求时，最先要解决的就是低风阻窄车身过弯侧翻的问题，之前做的原型车在测试场过15米半径弯时，外侧轮载荷骤增到内侧的2.7倍，胎面磨出的毛边顺着胎肩掉了半圈，转向拉杆的球头销因为侧向力过载，跑三圈就出现旷量，拆下来看销座的配合面已经压出细微的凹痕。这套倾斜转向联动结构没有照搬普通乘用车的转向梯形，特意把倾斜执行杆和转向横拉杆做了同轴嵌套设计，最开始打样的时候用的是普通圆钢做杆身，台架测试连续往复两万次就出现了0.12mm的弯曲变形，后来换成冷拉精密合金钢管，壁厚控制在1.8mm，既保证了抗弯刚度，整体重量还比最初的方案轻了420g，刚好匹配节能车极致减重的要求。装配的时候最磨人的是中间铰接座的公差配合，最开始把铰接孔的公差标成了H7，压入自润滑衬套后发现摆臂转动有卡滞，反复拆了三次才发现是衬套压入后的收缩量没算进去，后来把孔的公差调整到H8，衬套压入后再做一次精铰，摆臂的转动阻力刚好控制在0.8N·m，既没有虚位，转向的时候也不会有发涩的手感。跨软件转档的时候踩过不少坑，最开始把Inventor的装配体导成通用格式的时候，嵌套的拉杆因为同轴面重合度太高，导过去之后出现了面丢失的问题，后来特意在两个嵌套杆之间留了0.1mm的装配间隙，转档之后的曲面完整性才达到要求，不会出现破面需要反复补的情况。做结构取舍的时候也纠结了很久，最开始想给倾斜机构加一套阻尼锁止结构，直道行驶的时候锁止倾斜自由度减少能耗，算下来整套结构要增加600g的重量，而且锁止机构的触发逻辑还要配合车速、转向角信号，整套系统的复杂度提升太多，对于追求极致轻量化的节能赛车来说得不偿失，最后还是去掉了锁止结构，靠连杆本身的几何角度实现直道的自回正，实际赛道测试的时候，直道行驶的倾斜晃动量控制在0.3度以内，完全满足行驶稳定性要求。这套结构的联动逻辑是特意匹配窄轮距节能车调校的，转向角度和车身倾斜角度的传动比做了1:0.7的匹配，过弯的时候车身倾斜刚好能抵消大部分离心力带来的侧倾力矩，测试的时候过同样15米半径的弯，外侧轮的载荷差降到了原来的32%，轮胎的侧偏刚度保持在最优区间，滚动阻力比之前的固定车身结构降了11%，对于毫瓦必争的节能赛事来说，这个提升已经足够可观。