汽车理论---第五章汽车操纵稳定性pt(1)分析解析

Φr r
— 侧倾转向系数。 r
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第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
后悬架的侧倾转向对稳态转向特性的影响
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第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
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第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
五、变形转向—悬架导向装置变形引起的
车轮转向角
悬架导向杆系各元件在各种力、力矩作用下发生的 变形，引起车轮绕主销或垂直于地面轴线的转动，称为 变形转向，其转角叫做变形转向角。 变形转向可以使汽车具有恰当的不足转向。 估算侧向力变形转向角
地面回到水平位置确 定车厢相对于地面产生侧
倾角Φr时，轮胎外倾
角 ' ' 。
' ' '
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第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
车厢侧倾时不同形式悬架所引起的车轮外倾角的γ变化
非独立悬架车身侧倾时，前轮外倾角不变。
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第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
车厢侧倾时不同形式悬架所引起的车轮外倾角的γ变化
Φr
M r Φr K r
综合考虑对操纵稳定性和平顺性的影响。
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第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
1）悬挂质量的离心力引起的侧倾力矩MΦrⅠ
u2 Fsy ms a y Gs R
M r Fsy h
h1bs h2 as h hs HN hs L
as h2 Tr2 Fu2 y hu2 L
FZ1r FZ1r FZ1r
FZ 2l FZ 2l FZ 2l FZ2r FZ 2r FZ 2r
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第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
2.左右轮垂直载荷再分配时轮胎的侧偏刚度
车身不侧倾时 0
FY 2k 0
c 1000 Fy Fy
c — 变形转向角； Fy — 侧向力变形转向系数。
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第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
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第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
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第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
回正力矩变形转向角δa
在回正力矩作用下，悬架和车轮有扭转变形，前、 后轴车轮均发生回正力矩变形转向角δa。 回正力矩变形转向角δa
st Q ss 0
Gu F Δ F Z st Q ΔQ ss 0 Z 2
ΔFZ st ΔQ ss
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第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
用虚位移原理确定悬架侧倾角刚度
Fa ΔFa
Q ΔQ
Δst Δss
双横臂悬架前轮外倾角与地面侧向力方向相
反，有增大侧偏角（绝对值）的作用。
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第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
车厢侧倾时不同形式悬架所引起的车轮外倾角的γ变化
单纵臂悬架前轮外倾角与地面侧向力方向相反。
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第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
车厢侧倾时不同形式悬架所引起的车轮外倾角的γ变化
单横臂悬架前轮外倾角与地面侧向力方向相同（或相反）。
2
m
n
FZ ΔFZ
2
FZ m ks st n
m K l 2 ks n
2
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第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
用虚位移原理确定悬架侧倾角刚度
Fa ΔFa
Q Q
Δ st
Δ ss m
n
Gu F Z 2
Gu 2
FZ FZ
m
n
Gu 2
FZ ΔFZ
Δss ss K l 2Ks Δst st
ΔFZ ΔQ
ss st Δss ss Δst st
ss Kl Δst K s Δss 2 st
ss K l 2K s s t
2
m K l 2ks n
γ+ 不变 侧倾时γ的变
化有三种可能
沿FY侧倾 沿FY相反 方向侧倾
减小 FY
增大
FY -
γ-
FY FYα FYγ
kγ 1 FY FY FYγ k k k
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第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
车轮外倾角γ的确定 地面转过Φr确定车轮
相对于车厢外倾角 。
第五章 汽车的操纵稳定性
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
本节将学习弹性侧偏角、 侧倾转向角和变形转向角 等基本概念，分析不同悬架及参数对汽车操纵稳定性的
影响，了解改善汽车操纵稳定性的方法。
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第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
线性二自由度汽车模型对汽车进行了较多简化，汽车行驶过程中，还应
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第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
bs FZ 1l B1 Fsy h1 Tr1 Fu1 y hu1 L FZ 1r FZ 1l FZ1l FZ 1l FZ 1l
TΦr1 KΦr1Φr
TΦr2 KΦr2Φr
FZ 2l B2 Fsy
FZ 2r FZ 2l
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第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
2）侧倾后悬挂质量重力引起的侧倾力矩MΦrⅡ
M ΦrΠ Gs e Gs h r
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第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
3）独立悬架中非悬挂质量的离心力引起的侧倾力矩MΦrⅢ
Fl '和Fr' 对车身的 力矩即为M ΦrIII Fuy Fr NG r 2
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第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
车厢侧倾所引起的车轮外倾角的变化可由下式计算
r r
— 侧倾外倾系数。 r
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第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
四wk.baidu.com侧倾转向
车厢侧倾所引起的前转向轮绕主销的转动、后轮绕垂直
于地面轴线的转动，即车轮转角的变动，称为侧倾转向。
车轮的侧倾转向角与车厢侧倾角的关系可以用下式表示
悬架总侧倾刚度等于 KΦr
M r M rI M rII M rIII
前、后悬架及横向稳定杆的侧 倾角刚度之和。
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第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
二、侧倾时垂直载荷在左右轮上的重新
分配及其对稳态响应的影响
1.侧倾时垂直载荷在左右轮上的重新分配
工字形车架代表车厢，悬 挂质量为Ms。
总的弹性恢复力偶矩： K Φr
dT dΦr
1）悬架的线刚度
定义：车轮保持在地面上而车厢作垂直运动时，单位车 厢位移下，悬架系统给车厢的总弹性恢复力：
ΔF Kl Δs
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第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
（1）非独立悬架
（2）独立悬架 恢复力 弹性元件 导向杆系约束反力
ΔF 2ks Δs
2
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第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
2）悬架的侧倾角刚度
1 dT K lB 2 dΦr 2
K r
K r
1 K lB 2 2
2
1 Bm Ks 2 n
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第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
4.车厢侧倾角及侧倾力矩
操纵稳定性 侧倾角改变了外倾角γ； 侧倾角改变了内外车轮的垂直 载荷FZ，从而改变侧偏角α。 Φr大，水平晃动大， 乘客不稳定，无安全感。 平顺性 Φr小， Kr ks →地面不平时有冲击感。 在确定悬架总侧倾角刚度 KΦr 时，要
车身侧倾后 l r
FY kl kr

kl k r k0 2
FY kl k r
FY 2k 0
k0 k0
0
当车身侧倾严重时，α是增大还是减小？
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第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
1 FZ 2 2
考虑以下因素对轮胎侧偏角的影响。
1）前、后轴左、右两侧车轮的垂直载荷要发生变化； 2）车轮有外倾角，由于悬架导向杆系的运动及变形，外倾角将随 之变化； 3）车轮上有切向反作用力； 4）车身侧倾时悬架变形，悬架导向杆系和转向杆系将产生相应运
动及变形。
综上，汽车侧偏角还应该包括以下三个部分： 1）弹性侧偏角（FZ变化和γ的变化引起的侧偏角α的变化）； 2）侧倾转向角（车厢侧倾而导致前后轮转角的变化）；
确定侧倾中心再确定侧倾轴线？
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第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
确定侧倾中心时 ①假定车厢不动，地面和车轮相对车厢转动； ②假定车轮与地面间无相对滑动； ③对四连杆机构会用到三心定理。
O13
2
3 1 4 四连杆机构中相 对两杆的相对运动瞬 心是相邻两杆延长线
O24
的交点。
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第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
1）单横臂独立悬架车厢的侧倾中心
Om
vd
vg
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第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
2）双横臂独立悬架的侧倾中心
Or
vd
D
Ol
Om
G
vg
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第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
双横臂独立悬架的等效单横臂悬架
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第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
2.悬架的侧倾角刚度
定义：车厢侧倾时，单位车厢转角下，悬架系统给车厢
3）变形转向角（悬架导向杆系变形引起的车轮转角的变化）。
2
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
一、车厢侧倾
1.车厢侧倾轴线 1）侧倾轴线：车厢相对于地面转动时的瞬时轴线； 2）侧倾中心：侧倾轴线通过前、后轴处横断面上的瞬时转 动中心；其位置由悬架导向机构决定，常用图解法确定。 侧倾轴线是侧倾中心的连线。 想一想：先确定侧倾轴线再确定侧倾中心，还是先
Fr Fuy
r 2 NG
KF NG
M ΦrIII FrEF
Fuy r
Fl
ΔFZ
Fuy 2
'
Fr
Fuy 2
KF h0 r r NG M ΦrIII Fuy h0 r
Fl
Fr
'
ΔFY
ΔFY
ΔFZ
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第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
M r Φr K r
FZ 1
汽车趋于增加不足转向 汽车趋于减少不足转向
bs FZ 1 ( Fsy h1 K r1Φr Fu1 y hu1 ) / B1 L as FZ 2 ( Fsy h2 K r2Φr Fu2 y hu2 ) / B2 L
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第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
三、侧倾外倾——侧倾时车轮外倾角的变化
纵滑在纵翻之前发生，即：
b max max hg • 统计资料表明，正常装载的汽车，其ψmax值远 超过汽车的爬坡能力，因此不至于发生纵翻 • 但是，如果装载不合理，使汽车的质心过高， 又过分靠后、则有可能发生纵翻。
• 1．汽车在离心力作 用下的侧翻 • 汽车在具有横坡的 弯道上，作等速转向 运动时的受力简图如 图所示。
受到侧向力作用的独立悬架杆系的变形会引起车
轮外倾角的变化。
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– 汽车的纵翻和纵滑： – 汽车在弯道行驶时的侧翻和整车侧滑： – 汽车在横坡直线行驶时的侧翻和侧滑：
• 1、纵翻
–当汽车等速上坡行驶 时，其受力情况如图 所示。 –当前轮的法向反作用 力FZ1=0时，汽车便开 始绕A点向后翻倾， 通常称为纵翻。
ΔF Kl 2k s Δs
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第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
Q ks ss
Δss Δst m n
Fa ΔFa
Q ΔQ
Δss
m Δst n
Δss
Δst
Gu 2
FZ n Qm
ks ss m
m FZ ks ss n
m ks st n
由受力平衡可得 : Gbcos Ghgsin Fz1 L 令Fz1 0, 则 Gbcos Ghgsin 0 b tg hg 可见, 汽车不发生纵翻的极限 坡度角为 :
max
b arctg hg
G sin G cos tg max arctg
1 a N a 100 T
— 回正力矩变形转向系数； N a — 回正力矩系数。 T
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第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
回正力矩引起的变形转向角
前轴趋于增加不足转向；后轴趋于减少不足转向。
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第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
六、变形外倾—悬架导向装置变形引起
的外倾角的变化
工字形车架分别通过前、
后悬架的侧倾中心m01和m02 与前后轴相铰接，同时又通过
前后悬架的弹性元件分别与前、
后轴相连接。
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第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
TΦr2
TΦr1
TΦr
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第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
Fsy Fs1y Fs2 y
Fs1y bs Fsy L
Fs2 y as Fsy L