【原创】乐高悬挂讨论——双叉臂前悬挂 科技系列

falconluan 2016-1-10 13286

[i=s] 本帖最后由 falconluan 于 2016-1-16 23:27 编辑 [/i] 悬挂是科技车类吸引人的一个重要特点,不管是官方set还是MOC,都有各种各样的悬挂出现。

在讨论悬挂搭建设计之前,先简单介绍下悬挂的几个重要设计考虑,当然,LZ不是从事相关专业的,只能说个皮毛,相关术语也是中英文混杂了

首先,说下主销的概念,因为整个设计基本都是围绕主销进行的。
主销是指轮子转向的回转轴。
真实悬挂的主销要求有一定的后倾角和内倾角。

其中后倾角的作用是让车轮在前进中具有保持在中间的倾向,从而提供方向稳定性,
原理是后倾使得主销与地面的交点在轮胎与地面的交点之前,电脑椅的轮子和超市购物车的轮子都用了这个原理,
我们开车时候转弯完成后方向盘的自动回正,很大程度是因为主销后倾。

内倾角的作用有两个,一个是与后倾角相同,使方向盘具有回中的倾向,提供方向稳定性;
另一个是让轮胎的回转中心尽量保持在轮胎中央,从而减小轮胎在转向中的磨损。

下面用图片来说明下:
主销(图中的红线)和主销内倾:


主销后倾:




然后说说两种最常见的独立前悬类型:麦弗逊和双叉臂(又叫双横臂,double A arm,double wishbone)
麦弗逊悬挂:


普通轿车最常见的悬挂方式,优点是结构简单,占用空间小,缺点是可调参数少,减震支柱需要同时提供侧向支撑和纵向支撑,压力很大,运动性能一般;

双叉臂:


运动轿车和高档轿车经常采用这种悬挂,优点是可调定位参数比较多,激烈驾驶稳定性好,缺点是稍微复杂,成本较高;


再来说说乐高对这两种悬挂的表现:
首先,以目前的乐高科技零件来说,麦弗逊悬挂很难做好,原因主要有两点:
一是目前两种避震零件的形状不适合做麦弗逊悬挂。从上面的结构图可以看出,麦弗逊悬挂中,减震支柱和弹簧一起组成了一个稍微内倾的结构(strut),
这种形状是目前两种避震零件很难做到的:



另一个原因是乐高的球头各个方向都可以活动,而且旷量较大,麦弗逊悬挂由于支撑点比较少,对于旷量比较敏感,所以搭建出来的结构显得有些松散。
当然,Sheepo,Nicjaso等大神还是设计出了几种麦弗逊悬挂,或多或少都有一定的旷量,而且体积普遍较大。典型的应用例子是Sheepo的野马。

下面终于说到本帖的重点了,乐高的双叉臂悬挂。

第一部分:最常见的设计:
TLG对自己悬挂零件的定位基本就是双叉臂了,基本使用57515的set都是采用双叉臂结构的悬挂(8297,8070,42029,42037,42039)。

但是定位于小孩玩具的set对双叉臂只是简单的表示,离现实中的双叉臂悬挂还有比较大的差异。
为了更好的说明差异,还是要对照现实中的双叉臂悬挂来说:



真实的双叉臂悬挂有几大特点:
1. 主销后倾
2. 主销内倾
3. 上控制臂要短于下控制臂

前两个特点上文解释过原因,而第三个特点是为了在减震支柱压缩的时候,车轮带有一定的外倾角,来减小轮胎的侧向移位,以减小磨损。

很明显,上面三个设计特点,在官方和很多MOC的设计上全部没有体现出来。
简单搭建了一个类似的结构来说明下:
完全没有主销后倾和主销内倾:




在使用62mm和68mm两种轮胎的情况下,主销与地面的交点(车轮将以该点为中心转弯)





第二部分:Nathana?l Kuipers 的Predator Supercar采用的设计:
Nathana?l大神在这个车前悬挂设计里面引入了上述全部三种特性:
注:这个MOC虽然是收费的,但是RB上的评测介绍帖子对于这部分有非常清晰的照片,我的搭建完全是根据照片得到的
主销内倾和主销后倾:




同样在使用62mm和68mm两种轮胎时,轮胎的转向中心位置:




可以看到,虽然具有主销内倾角,但是由于设计本身和乐高轮毂形状的限制,转向中心还是不够理想

第三部分:原创的一种简单的设计:
先上效果图:
主销后倾:


主销内倾和两种轮胎的转向中心位置:



由于62mm轮胎使用的轮毂的内部尺寸较小,不能容纳下整个结构,因此转向中心位置与上面的方案基本一致,与第一种相比只是略微靠近轮胎了一些。
但是68mm轮胎就不一样了,整个结构与真车类似,基本都放在了轮毂内部,因此转向中心位置也逼真了很多。
此外,这个结构上下高度是5个单位,相比上面的6个单位的设计,更紧凑,也便于现有简单设计方案的改装。

上几张其他角度的照片并且与官方零件的对比:





这种设计的缺点:
1. 转向臂与hub的连接点只靠一个新款的销子,牢固程度有待装车检验;
2. 由于主销后倾的存在,转向拉杆的位置布置比较困难,当然,这点是所有具有主销后倾的方案都需要面对的,不是这种设计独有的问题。


抛块砖头出来,欢迎大家一起讨论哈


最新回复 (62)
  • panxx890102 2016-1-10
    2
    如果要实现更仿真的悬挂设计,那必然上下不能用采用同一种零件了。。。
  • drtty 2016-1-10
    3
    这个帖子对我太有帮助了!!感谢楼主!!
  • dm_lostcat 2016-1-10
    4
    最爱这种有营养的技术贴了,感谢分享~{:1_250:}
  • amwanwffg 2016-1-10
    5
    纯干货,好文章!收藏起来慢慢看,感谢楼主分享!!
  • derek.zhang 2016-1-10
    6
    收藏,感谢,对我这种才入门的很有用
  • weizo 2016-1-10
    7
    技术贴,喜欢
  • imperialcat 2016-1-10
    8
    技术贴,顶LZ!这几种悬挂方案十分值得参考:xixi
  • ddlovess8 2016-1-10
    9
    砖头我收好了,没玉
  • ddlovess8 2016-1-10
    10
    砖头我收好了,没玉
  • 比赛中 2016-1-10
    11
    这次真的全部看完了字,一字一句地理解,确实收获不少。楼主不是专业人士但我感觉与专业人士己经相差无几了。
  • 猪二快跑 2016-1-10
    12
    顶楼主,相当好的帖子
  • 破碎的星空 2016-1-10
    13
    技术帝,32个赞
  • superfield 2016-1-11
    14
    后倾的方向回正作用原理比较容易理解。但是一直不太理解后倾的作用原理。。。
  • jadecrane 2016-1-11
    15
    写的太赞了~~好好学习
  • solomall 2016-1-11
    16
    技术贴,收藏!
  • 爱国英雄7 2016-1-11
    17
    按此在新窗口浏览图片 不知道悬挂里面的驱动轴能不能出个这样。
  • 反应物 2016-1-11
    18
    太有用了,既有原理又有方案。
  • ffndcz 2016-1-11
    19
    好帖 顶一下!!
  • maoyubo 2016-1-11
    20
    标记一下
  • ly796 2016-1-11
    21
    这个好,科技纳米白飘过
  • lancerjk 2016-1-11
    22
    多谢楼主分享 顶帖收藏{:1_279:}
  • zj2005ss 2016-1-11
    23
    好帖要收藏!!!!
  • leeyzz 2016-1-12
    24
    长知识了啊
  • 知道错了 2016-1-12
    25
    技术含量
  • 丰塔纳 2016-1-12
    26
    虽然我不玩科技件,但不得不说是个好贴,友情赞助下。
  • 于小谷 2016-1-14
    27
    这种好的技术贴要顶啊
  • dna2 2016-1-15
    28
    很有意思啊,马克学习了!感谢楼主分享!
  • 疯琴 2016-1-15
    29
    一字一句的看完了,不明觉厉,赞。
  • ferrariformula1 2016-1-16
    30
    太好了!一直期盼这个技术贴!
  • 风之杖 2016-1-16
    31
    这种技术帖子最喜欢了
  • mcqueen 2016-1-19
    32
    我来纠正lz的一些错误
    首先,后倾角是用来提高转向灵敏度以及使车轮有点回正力究竟为什么自行百度主销后倾
    第二,内倾角是轮胎与地面的角度,增加压缩时的面积,使摩擦力更大,而不是两个球头与叉臂的角度
    第三,好像应该加一个阿克曼转向
    第四就没有了
    学习如何建立后倾角了感谢lz不过这个球头与叉臂的角度确实没有什么用。
    @falconluan
  • mcqueen 2016-1-19
    33

     提示:您可以先修改部分代码再运行
    mcqueen 发表于 2016-1-19 20:49
    我来纠正lz的一些错误
    首先,后倾角是用来提高转向灵敏度以及使车轮有点回正力究竟为什么自行百度主销后倾
    ...
    顺便这个上叉臂短的方法也是与内倾角一样的但是仅限于大量的中心转移是才能用到,像乐高这种速度不快而且重心不高的车又不追求速度,所以没啥用情怀吧
  • 1111111111 2016-1-19
    34
    好帖啊,顶了,太多知识了,懂了好多,感谢楼主分享。
  • harryren 2016-1-19
    35
    技术贴 要顶下
  • falconluan 2016-1-19
    36

     提示:您可以先修改部分代码再运行
    mcqueen 发表于 2016-1-19 20:49
    我来纠正lz的一些错误
    首先,后倾角是用来提高转向灵敏度以及使车轮有点回正力究竟为什么自行百度主销后倾
    ...
    谢谢 兄弟 不过貌似你的前两条都不太对啊
    首先,后倾角是用来减弱转向灵敏度的,因为它增大了车轮的回正力,跟你说的一样,具体为什么可以百度一下哈

    其次,我说的内倾角是主销内倾,kingpin inclination,就是球头连线与垂直面的夹角,这个是用来提供回正力的,同样,具体为什么可以百度;

    你说的轮胎与垂直面夹角叫camber,那个是为了提高过弯时候轮胎与地面接触面积的,两个不是一回事,这个帖子我没有提到;

    至于第三点,阿克曼转向属于转向几何相关的,就没放在悬挂的介绍贴里面了哈

    最后,大家共同研究进步哈
  • yaoyonghui223 2016-1-21
    37
    好贴强铁牛鼻贴 都要顶一下~
  • mud 2016-1-21
    38
    好好学习了!
  • Huyang 2016-1-22
    39
    控制簧下质量也是设计过程中考虑的环节(提升动态响应),望楼主设计出功能强大且简约的结构。另外,好的悬挂结构最好用比赛检验,期待发起lego房车比赛!
  • athunder 2016-1-23
    40
    楼主水平很高,是我等学习楷模。
  • Tuotuo123 2016-1-24
    41
    新人学习一下
  • bsliuzhe 2016-2-15
    42
    好帖,学学习习。
  • POPO猪 2016-2-15
    43
    mark下~~~
  • 965 2016-2-21
    44
    好帖,技术帖,顶一个{:1_279:}
  • 965 2016-2-21
    45
    我对悬挂最感兴趣了{:1_267:}
  • rfwanzi 2016-7-30
    46
    帖子非常好,收藏起来慢慢消化
  • bloodboil 2016-8-1
    47
    好贴,技术贴,必收藏
  • bsb_tao 2016-8-3
    48
    技术贴,喜欢!
  • Dada2uu 2016-9-18
    49
    有人实践过这种仿真的悬挂吗?
  • cgwq 2016-9-19
    50
    感谢分享
  • canny8603 2016-10-17
    51
    学习了,相当厉害!自己拿零件比划了下,确实如楼主说的,转向臂和hub的连接只靠一个轴固定,确实有点松垮,那可不可以把最上面的部分换成一个60484,这样两头都能固定,当然代价是多出了一个单位的长度会顶到上叉臂,不过既然是内倾,应该没什么影响吧
  • eudl 2017-3-10
    52
    很厉害,标记一下
  • YOLO12 2017-3-31
    53
    分析得不错
  • 铬钼合金 2017-3-31
    54
    楼主这个贴子让我收获很多啊
    上下摆臂长度不等缺点也是有很多的。不过对于普通家用轿车或跑车上,这些问题基本都被掩盖了。我最近尝试在trophy truck这种车型上实践这种悬挂。这是我找出的问题:
    ①越野车的悬挂行程较长,导致这种悬挂在极限情况下易形成上摆臂和转向主轴夹角接近平角的状态,这使悬挂变得极其不稳定,非常松。
    ②trophy truck的前悬挂的避震弹簧是安装在下摆臂上的,如果弹簧太硬或外界冲击过大时(比如飞坡落地时),很容易造成下摆臂上球头栓脱落。
    一般的乐高车辆,为了解决②,会有一根五单位或三单位长的梁或薄片拉住上摆臂和下摆臂,强制让它两个球头之间距离不变。但那只是平行四边形连杆才能做的。不规则的四边形就基本没法这么做了。我也尝试过把球头栓倒着放,但这样的话整个结构体积较大,塞不进轮子里去。看到真实的trophy truck的球头相当于乐高的球头栓横着放,感慨一下乐高零件还是不够用啊~
    我现在打算放弃在乐高车辆上加装转向主轴的后倾角和外倾角了。乐高零件的限制还是好大啊{:1_280:}
  • falconluan 2017-3-31
    55

     提示:您可以先修改部分代码再运行
    铬钼合金 发表于 2017-3-31 21:07
    楼主这个贴子让我收获很多啊
    上下摆臂长度不等缺点也是有很多的。不过对于普通家用轿车或跑车上,这些问题 ...
    科技的零件种类和强度确实不适合做速度快的MOC,我基本放弃做户外能跑的车了。
    另外,能飞坡?是用了怪兽马达吗?很是期待兄弟的作品啊
  • 铬钼合金 2017-3-31
    56

     提示:您可以先修改部分代码再运行
    falconluan 发表于 2017-3-31 21:48
    科技的零件种类和强度确实不适合做速度快的MOC,我基本放弃做户外能跑的车了。
    另外,能飞坡?是用了怪兽 ...
    飞坡是有些困难的,不过从台阶上加速充冲下来可以。用的四个l电机,搭配3.7v锂电以及改装过的大电池盒。正在改进变速箱
  • zlzzxw 2017-4-6
    57
    砖头很结实
  • huposexue 2017-4-11
    58
    技术帝
  • plapla888 2018-1-14
    59
    真不错啊,学习了。
  • huning472847599 2018-1-15
    60
    楼主对于我们小白来说, 如神人
  • lego小BB 2018-1-18
    61
    厉害
  • s56772284 2018-1-19
    62
    赞啊,感谢分享
返回
发新帖