Suspension typical spec

Suspension typical spec

[name=撰寫人:吳汶桓/底盤組/7~9代][color=#d904ed] 以下內容根據TTR7、TTR8懸吊系統調整與TTR9懸吊系統設計經驗。 前情提要：這邊主要介紹一下懸吊系統的基礎參數設定典型值與調整依據 (可以參考一下spec sheet)

Vehicle dimension

1. wheelbase(unit: mm):

• 規則限制大於1525即可，通常在1525 ~ 1600，可大致分為兩個區間 :
  • 短軸距：1525 ~ 1535
  • 長軸距：1550 ~ 1580
  • 大於1650，車隊可以收一收了
• wheelbase 的長短對我們而言主要用於調整 weight distribution，越長車輛動態越穩定，且空力組有越多的空間進行發揮；越短車輛動態越靈活，但空力組的可用空間受限，雖然我們的目標是盡可能緊湊做到 1525，但假設因其他組的總成位置而影響重心高那就逼需考慮將軸距加長。
• 以 FSAE(FS) 的賽道工況而言較短的軸距優勢較大。

2. track width(unit: mm):

• 規則僅限制較窄車軸不得小於較寬車軸的 75%，此規則是為避免極端設計類似於三輪車的設計，通常在 1100 ~ 1300，大致分為兩個區間 :
  • 短輪距：1100 ~ 1150
  • 長輪距：1200 ~ 1300
• 通常會在 wheelbase 的 75 ~ 80%，過寬會使車輛不易進入狹窄的車道，但可減少 roll moment 進而提升側向力的上限；過窄則反之，且較容易產生 Roll over 的風險。
• 通常我們會利用前後 track width 的寬窄調整 Roll stiffness disturbance，進而影像車輛 oversteer 和 understeer 的趨勢，以 FSAE(FS) 的賽道工況而言，前軸大於後軸 20 ~ 50，是常見的比例，這樣可以使車輛在低速彎時保有良好的靈活性，但在高速彎時，後軸的穩定性會降低。

3. CoG height(unit: mm):

• 規則不會對此項進行限制，但對 FSAE(FS) 而言目標則是「越低越好」，通常在 220 ~ 320，大致分為三個區間 :
  • T1車隊：220 ~ 280，亦或更低
  • T2車隊：280 ~ 320
  • 大於350，車隊可以收一收了
• 通常我們會希望重心越低越好，原因是如果重心過高就必須被迫增加輪距來維持 roll over 穩定性並減少 weight transfer 進而導致車輛變大、變重，在 FSAE(FS) 的賽道工況利少；若重心較低則可選擇較窄的輪距，使車輛在繞錐或急彎中提升靈活性且保有足夠的穩定性。

4. Weight distribution(unit: %)

• 規則不會對此項進行限制，其典型值通常在 45:55 ~ 50:50，大致可分為三個區間 :
  • 40:60：這種對於 FSAE(FS) 較為極端的設定，雖然這樣的設定基本上不太有車隊這樣做，但設計得當並不會產生什麼過多的負面效果。這樣設定表示後軸的負荷超過前軸太多，後軸需要使用摩擦力更高更大的輪胎來補足後軸所需的側向力，因而產生多於重量
  • 45:55 ~ 48:52：這樣的設定對於 FSAE(FS) 而言較為常見，這樣的設定，這樣的設定可以避免重煞或帶煞入彎重心轉移時，後輪正向力不足導致離地，且有助於減少轉向時的轉動慣量，入彎更靈敏
  • 50:50：這樣的設定可以在穩態過彎時獲得最大的側向力，但在重煞或帶煞入彎重心轉移時，可能導致後輪正向力不足導致離地
  • 前軸荷重大於50%，沒人會想這樣做，後輪一定抬腳，啊車隊可以收一收了
  • 通常我們在設定這一項目時，會與煞車組配合調整作動頻率高的減速度域 (1.0 ~ 1.5 G) 時，前軸不會因重心轉移而導致過負載，且後輪能保有足夠的正向力避免 pitch over。這邊有一個目標是煞車力分配應能匹配動態荷重比例，且在 brake test 的車檢項目中四顆輪胎能同時達到鎖死邊緣，以縮短煞車距離。

Suspension parameters

1. Tire&Rim size(unit：Radius:inch, width:mm)

• 規則上只有限制輪框的尺寸至少為 8 inch，常見的尺寸有 10 inch和 13 inch，所以針對這兩個尺寸進行討論 :
• 10 inch：
  • 輪框與輪胎的質量較小能顯著降低簧下質量
  • 轉動慣量較小，表示其加速與煞車的響應更快
  • 由於其體積較小，其轉動產生的紊流也較小，因此對空力組而言更易於渦流的控制，是個利多的選項
  • 由於輪半徑較小，因此重心高度也相對較低
  • 由於其直徑的縮減，對於 contact patch 的面積也縮減，同一配方(R20)相較於 13 inch降低了 15 ~ 20% 的側向力
  • 其可用的輪邊空間較小，除了輪邊組件設計困難之外，煞車散熱的條件也相對嚴苛
  • 由於輪邊空間較小，懸吊幾何設計較為嚴苛
• 13 inch：
  • 輪框與輪胎的質量較大，因此簧下質量較大
  • 轉動慣量較大，表示其加速與煞車的響應較慢
  • 由於其體積較大，其轉動產生的紊流也較大，因此對空力組而言更不易於渦流的控制，是個利少的選項
  • 由於輪半徑較大，因此重心高度也相對較高
  • 由於其直徑較大，contact patch 的面積也相對增加，同一配方 (R20) 相較於 10 inch 增加了 15 ~ 20% 的側向力
  • 其可用的輪邊空間較大，除了輪邊組件設計相對友好之外，煞車散熱的條件亦是
  • 由於輪邊空間較大，較亦於設計出好的懸吊幾何
• 總結一下：我們有討論過如果使用四輪輪穀馬達因簧質量的增加 10 inch 或許是個考量的選擇，但一樣使用簧上馬達後驅系統 13 inch 所增加的 15 ~ 20% 側向力是個不可弱化的優勢。
• 扁平比，在 FSAE(FS) 的賽道工況基本為平地不會有路肩的問題，因此通常考量到 cornering stiffness 等轉向與車身動態靈敏度問題，會偏好越低越好，當然如果像 GoodYear D2704, D2773 那種 cornering stiffness 特別高的輪胎也是選項之一。

2. suspension type and design(wheel travel)

• 規則上對懸吊僅限制輪行程至少 50 mm，在 FSAE(FS) 的懸吊形式通常為 double wishbone (少有多連桿等其它型式) 搭配直推式、pushrod、pullrod
  • 直推式：這一型式的懸吊設計最基礎，且少了 rocker 質量最輕也減少了連桿變形產生的遲滯，但難以調整 motion Ratio，且很難做出 progressive 的做動曲線，且對於空力而言 damper 產生的紊流是個不少的困擾
  • pushrod：這一型式的懸吊解析度通常最好，且較不易有空間上的問題，可利用 rocker 設計出良好的 progressive 做動曲線，且對於空力而言也減少了 damper 產生的紊流問題，但其重心最高
  • pullrod：這一型式的懸吊解析度通常次之，可利用 rocker 設計出良好的 Progressive 做動曲線，但因其 damper 機構總成通常置於車架(體)下方，所以空間較容易受限，但也因此重心式所有形式最低的，對於空力而言相比直推式雖減少了 damper 產生的紊流問題，但也增加了 side pod 與 diffuser 的紊流問題
• motion ratio 與 installation ratio 的部分需注意定義的部分
  • motion ratio 與 installation ratio 為反比關係
  • motion ratio 的定義為 wheel travel/spring travel
  • installation ratio 的定義為 spring travel/wheel travel
• 我的計算公式習慣是以 installation ratio 為主，那關於他的物理做動曲線可大致分為 linear 與 progressive 兩種，這邊就主要看設計取向 :
  • 空力車取向的話我會偏向於 progressive，這樣做可以使車輛在高速時，空力套件產生較大下壓力於車身 (簧上質量) 時，擁有較好的支撐性，提升空力套件的穩定性， CoP 的高度穩定性對車輛動態而言利多；低速時，因路面粗糙度產生的碎震，也能較好的被懸吊吸收，且空力套件特性通常在低速時空力的效果較差，這時擁有較軟一些的懸吊，也表示著擁有較好的機械抓地力
  • 底盤車取向，基本上就比吃設計理念，如果是偏向於基礎驗證 (驗證理論數據與實車數據的差異) 的話我會偏向將做動曲線於做 linear 的趨勢；但假設是偏向