汽车底盘设计

bP IZr
y2
C1 K
1
/ m 1,C
2
K
2
/m
2
K
G
1 L
(
1 C1
v

1 C
2
)
2
aP
y1
r
其中
Py 1 K 1d 1 K 1 (b
v
L ( 1 Kv
)
2
r d)
b v )
G
b

b v
2
/C
L ( 1 Kv
2
)
Py 2 K 2 d 2 K 2 (b
d d d
n a
Dx
xk
F
y
Fy
Fz
随动转向后悬架 — 逆向弹性转向 桑塔那的后悬架 富康的随动转向后悬架
Fy
Fy
五、纵向力转向
刹车转舵问题:太大 盘式制动的优点 纵向力引起车轮侧倾 ABS引起的转向扰动 DYC引起的转向扰动 多杆悬架 制动时的板簧卷曲 ρ<0
ρ
五、纵向力转向
d1
d2
' d1
ay
过度转向区
ay a* y
轮胎特性与稳态转向特性 影响稳态转向特性的因素
Fy1
FZ 1
{
–
d 1 1 d c 1 d r 1 d 2 2 d c 2 d r 2
d c1
d1
1 d r1
稳态转向特性转折的原因
C 1 / C 2 e1 / e 2 Dx
主销拖距与撒手稳定性
xk

k
的变化
g
bk
与前轮摆振
Fy
§5．主销内倾与侧偏距
低速回正性 重力弹簧 回正力距与 计算方法
xk
Dky
作用的消失 还是 D xy 成比例？


§6．主销定位参数的选择与近代趋势
高速回正原理定位参数必须足以克服干摩擦 (残余横摆角速度与转向盘转角） 转向逆效率要低吗？ 减小转向系干磨擦，减小定位角，加转向阻 尼器是近代趋势 减小 （地面主销侧偏距）的意义和“负偏 距”的优点 盘式制动的必要性
b
1 T1 S T 2 S
2
T2
v
2 2
C 1 C 2 ( 1 Kv
)
二自由度角输入运动
频率特性：传递函数中令S＝jω,其实部R e (w) 与虚部Im (w) 均为 w 的函数，
即实频特性与虚频特性：
幅频特性： Gr
相频特性：
2 2 Re Im 1 Im tg ( ) Re
侧倾轴的倾角
━ 前低后高是因为前面是双横臂后面非独立 ━ 驱动桥的侧倾中心不可太高（影响转弯时的驱动力）
r
C1
C2
§8. 结构比较与案例分析
独立悬架与非独立悬架的特点
━ 侧倾力矩中心的高度:
多数非独立悬架和横单臂 独立悬架都较高, 其它独
B
s
立悬架(双横臂, 纵单臂,
纵双臂等）较低 ━ 有效弹簧距, 独立悬架的
y b Y v d dt
Y L
b
a
d1
v1 v
b
d
X
v2
Py 2
d2
y
vx

Py1
r) v( b
y
绝对座标
d1 b
a v b v
r d
侧偏角：
d2 b
r
二自由度角输入运动
微分方程、传递函数
r ) (P P ) mv ( b y2 y1
r v / C 2
b vb C 2b v
2
拉氏变换得传递函数
r d
b d
(s ) G
1 rS
r
1 T1 S T 2 S
1 bS
2
T1
v ( b ) C 1 ( b ) C 2 L C 1 C 2 ( 1 Kv
2
)
(s ) G
B
e
有效弹簧距等于轮距, 非
独立悬架 B e 通常较小,特 殊布臵可以不同
B
e
Benz─600前悬架
━ 上下跳动时主肖后倾角 都会增大 ━ 具有明显的“抗点头角” ━ 可安排所需要的侧倾力 p XZ 2 矩中心高度
1
k
（前轮与车身纵 向的相对瞬心）
p YZ1 p YZ2 p YZ2 p YZ1
P xZ
PYZ
━ 虚擬主肖:上两杆与下两杆交点 尽量接近车轮中心面 虚擬主肖 ━ 纵向瞬心与横向瞬心 位臵可以任意选择 ━ 可以满足F ,F 引起的 弹性转向要求
x
y
PYZ Y1
Y 2
二、轮荷转移分析
§1. 纵向轴荷转移
在坡道上的轴荷转移 在驱动与制动时的轴荷 转移

为何不能用侧向分析法？ ─ 不对称
60
80
(w )
二自由度角输入运动
角输入运动特征 稳定条件：传递函数分母为特征函数
D (s ) T2S
2
T1 S 1
，根的实部不大于0的条件为：
2
T1 0 , T 2 0 \ nc 1 K
,即 1 Kv
0
A

t Te
Ae
名义自然频率
w
2

1 T2

c 1c 2
(
1 v
2
K)
过渡时间
Te 2 T2 T
T e 与 T o . 05
2 vL c1 (b a / ) c 2 (a b / ) 2v c1 c 2
S2 N2 N1 Z2
§3.侧倾性能小结

y y
取决于 C y 与 e y
y




e y 0 M y

k
C
e
y
2
Mge
）
y0
B
B
e s
C y

2 ke 2
. B ( 独立悬架
2
. B（ 非独立悬架 e
）
降低 e y的途径：降低 重心， 提高力矩中心 提高侧倾力矩中心的 限制
平台设计
平台设计 —
悬架与相关技术
一、悬架的运动学、车身的侧倾与纵倾 二、轮荷转移 三、侧倾转向 四、侧向力转向 五、纵向力转向 六、车轮定位 七、轮胎特性与稳态转向特性 八、汽车操纵的瞬态响应
一、悬架的运动学
§1. 传统的侧倾中心(R.C.)概念及其局限性
• “单摆”模型不能解释车身 的垂向运动（Jacking effect） • 非独悬架的R.C. • 纵倾是否也有“摆动中心”？
y e y 0 M y
Mg

C
外加轮胎变形
y
Mge

y0

C
y
/ MLeabharlann Baidue

1 ye 0
S1
Mg
S2
e
y
若左右载荷与弹簧刚度不对称……?
N
c N1
S1
悬上质心
N2
S2
ey0
h1
c1
c2
h2
a
b

大侧倾角下力矩中心的变化
Mg
N2 N N1 c
ey
S1 Z1
前束原因:平衡外倾 载荷变化与车轮跳动时前束的变化 干涉转向 干涉转向的合理值 滚动阻力要求适当增大前束，制动 时车轮前张( 0 )
§4．主销后倾与纵偏距
主销拖距 高速回正原理
x
k
Fy
D R tan k xk a
y
g
G
1

V
2
Rg
G1
载荷变化（制动）与车轮跳动
Mg
Mg
PX1
PZ1
PX2
PZ2
§2.侧向轮荷转移
侧向轮荷转移的主要组成（ X 0 时） ━ 弹簧力转移（静不定问题 弹簧力转移取决于弹簧刚度分配,由弹簧变形计算） ━ 导向力转移（由作用在力矩中心处的侧向力计算） ━ 高速时要计算空气力的作用 在同时存在
X
与
Y
时，轮荷应叠加
r
d
( jw ) / G r
宽平为优 以小为优 1
v v
40 m / s

频率特性： r/d
v 10 m / s
2
20 40
—低速：增益平坦 相位滞后 —高速：增益高峰 低度频超前 相位 高频滞后
4 6 8 10 12 14 16
w ( rad / s )
v 40m / s v 10m / s
x
Z
横向单臂和斜单臂独立悬架
━ 侧倾转向性、等效臂长 ━ 铰轴的垂直分量
前独立悬架与转向杆系的干
涉转向
等效系统
多杆机构的杆涉转向
等效简化原理
四、侧向力转向
转向系弹性引起的附加转角 da (Dx xk Fy ) / Cs 导向系弹性引起的附加转向 独立纵臂与斜单臂后悬架的侧向力转向倾向 侧向力导致轮胎侧倾 Fy2 Fy1
轮胎特性与稳态转向特性 – ―随动转向” – 后悬架的反稳定杆
风扰 空气六分力 6n个 轮 胎 汽车 力 m个 刚体
操纵 指令
轮向 油门 制动 离合器 变速杆
6n个 轮胎运动
气动 反馈
几个 轮胎
6m个 运动参数
轮胎 附加 运动
弹性耦合
几何耦合
八、汽车操纵动态响应的基本分析
二自由度角输入运动 （线性模型） 运动模型与座标 XYZ固定于汽车重心
车轮前束 车轮外倾 主销后倾 主销内倾 toe
Dkx
Fy
g
bk
Dky
g

k
x
k

bk
D kx
D
xy
Fyg
(外向) g (外张）
主销纵偏距
主销侧偏距
M zg
§2.车轮外倾与轮胎侧倾特性
外倾原因:―传统”,间隙，弹性，路 拱 外倾因载荷、制动与跳动而改变 轮胎侧倾特性：侧向力与反回正力矩
§3.前束与轮胎侧偏特性
N
Mg
e
y
━ 便于由弹簧变形和轮距 (轴距)来确定车身位移
• 弹簧力的确定
三种力相平衡 弹簧力必等于惯性力与导向力 的总和 对于等效系统确定了导向力 就等于确定了弹簧力 确定了弹簧力就等于确定了 车身倾角
Mg
S1
Mg
S2
• 导向力的分解与“力矩中心”
导向力合力未必水平 在“中性面”处分解的意义： S1 车身的垂向平动与转动
当 Y 增大时
剧增大
ey
大的轴,轮荷转移加剧,会导致侧偏角急
三、侧倾转向
§1.非独立悬架的侧 倾转向
钣簧的侧倾转向
r 2
3 4

d
非独立悬架纵向单臂
非独立四连杆悬架
C
━ 求轮心轨迹和 x

A， B
三杆机构需求三点座标
§2.独立悬架的侧倾转向
独立纵单臂
━ 水平轴 前后移动不产生转角 ━ 非水平轴 “八”字轴的不足转向性
§2. 车身稳态位移的一般分析
• 车身受有三种力（达朗贝尔概念）
Mg
1.
2. 3.
重心处的重力与惯性力
导向杆系的导向力 弹性元件的弹簧力
M g
Mg
e
y
N1
Mg
N P2
N
3
P1
N
2
N1
N2
• 等效系统,将弹簧力简化
到车轮接地点(杠杆比为
Mg
1) 处,目的:
━ 便于确定有效导向力的 方向与大小 ━ 初始弹簧力与重力抵消

中性面
ex
N1
N
N2 N1 Z1 X2 N2 Z2
X2
§6. 其它导向机构 ━
等效纵臂概念
U
x
P xZ
P xZ
U
x
§7. 钣簧的导向作用
h r 2
3 4 L
ey
N 侧向反力作用线取决于吊耳、卷耳的刚性与弧高
一般在卷耳平均高度点与第一片中点之间，更靠 近卷耳高度
纵向等效单臂，由车轮接地点运动学确定。
p XZ 1 p XZ
P YZ
1
2
1
P YZ
2
p XZ 1
2
p XZ 2
2
1
―半独立”纵单臂后悬架 ━ 侧倾时横梁中点是一个“不 动点”,因此可看成一种“斜 臵单臂”却只有一个铰点 ━ 横梁前移“臂长”增大,移至 铰点处 独纵单臂。移至
轮轴线
臂长为半轮距
（非独立悬架）
多杆悬架━满足多种要求
七、轮胎特性与稳态转向特性
临界车速
Vk v 2 d( d 1 d 2 ) 1 G0 . L da y
2 不稳定:v c L /
开环增益
d d e
时
da y d1 d 2 d1 d 2 ay
1 L
ay
1 R
d (d1 d 2 )
V 22
V
d1 d 2
U.S
中性转向点
e
y
N N1
N2
S2
• ―中性面”的确定
a1 k
2 2
Mg
中性面
Mg
k1 k
L
• 车身位移
M C

Nh
NZ
K
1
N
a1
a2
K

2
Z N
z
/ ki

其中：
M

Mg .e mg . e
2 a 1 1
C K
K 2b
2
1
§2. 车身侧倾
通常对称面就是中性面 由单侧导向力方向可确定e y 0 (整车)
制动时的板簧卷曲
造成制动转向
多杆随动转向后悬架
虚擬主肖 V
P xZ
━ 加大前拉杆的柔性, 使后轮在侧向 力作用下产生向内转向角 ━ 通过弹性转角来抵消侧偏角, F 以提高后轮有效侧偏刚度 ━ 可以设计虚擬主肖位臵,引起适当 的弹性转向以增进制动稳定性
y
Fx
.
dk
六、车轮定位
§1 .车轮定位参数
B
e
B
s
§4.其它导向机构(侧倾)━等效单横臂概念“刚化定理”
对称面 对称面
P YZ
P YZ
c
c
c
P YZ
c
斜臵单臂
XZ YZ
后视
XZ
Ux
侧视（等效）
YZ
俯视
Ux
俯视（等效）
YZ
Uy
Uy
§5. 车身纵倾

x

.e M x
x x
k
2 2
C x Mge
k1 k
1 d1
侧倾刚度比
Fy 2
FZ 2

–
–
侧倾力矩中心高度
d c2 d r2
的 而 y 随
2
– 轮胎侧偏特性的饱和
d2

– 驱动力对饱和的影响
– 制动力分配
2
d2
轮胎特性与稳态转向特性
改善稳态转向特性的措施
– 前臵横向稳定器
– 后非独立悬架
Bs 2
– 后非独立悬架板簧下臵 – 后板簧前低后高 – 后非独立中心弹簧 – 老Benz的后悬架： h2,中心弹簧