汽车底盘之悬架

T2
v2 C1C2 (1
Kv2 )
40
二自由度角输入运动
频率特性：传递函数中令S＝jω,其实部 Re (w) 与虚部Im(w均) 为
即实频特性与虚频特性：
r d
( jw )
/G
r
v
幅频特性：Gr Re2 Im2宽平为优
v 40 m / s
的w函数，
相频特性：
t
g
1
(
I以m )小为优
Re
r /频d 率特性：
中性面
ex
N1
N1 X2
N2 Z1
N
X2 Z2
N2
13
§6. 其它导向机构 ━ 等效纵臂概念
Ux
PxZ
PxZ
Ux
14
§7. 钣簧的导向作用
ey
h r 2
3L 4
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。
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
31
§4．主销后倾与纵偏距
主销拖距 高速回正原理
x k D xk R tank
Fy
ay g
G1
V2 Rg
G1
载荷变化（制动）与车轮跳动 的k变化
主销拖距与撒手稳定性 x与k 前轮摆振
轮胎特性与稳态转向特性
37
操纵 指令
6n个 轮胎运动
轮胎 附加 运动
风扰
空气六分力
6n个 轮 胎 力
6m个 运动参数
38
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
v ( b r )
y
侧偏角：
d1
b
a v
r
d
d2
b
b v
r
Y
La
b
v2 d2
在同时存在 X 与 时Y ，轮荷应叠加 当Y增大时 e大y 的轴,轮荷转移加剧,会导致侧偏角急 剧 增大
22
三、侧倾转向
§1.非独立悬架的侧 倾转向
钣簧的侧倾转向
非独立悬架纵向单臂
非独立四连杆悬架 ━ 求轮心轨迹和 x
三杆机构需求三点座标
r 2
3 4
d
C A，B
23
§2.独立悬架的侧倾转向
独立纵单臂
制动时的板簧卷曲 造成制动转向
28
多杆随动转向后悬架
V
PxZ
虚擬主肖
━ 加大前拉杆的柔性, 使后轮在侧向
Fx
力作用下产生向内转向角
━ 通过弹性转角来抵消侧偏角, 以提高后轮有效侧偏刚度
Fy
.
━ 可以设计虚擬主肖位置,引起适当
的弹性转向以增进制动稳定性
29
六、车轮定位
§1 .车轮定位参数
车轮前束 toe
提高侧倾力矩中心的
限制
Be Bs
Bs Be
10
§4.其它导向机构(侧倾)━等效单横臂概念“刚化定理”
对称面
PYZ
c
对称面
PYZ
c
c PYZ
c
11
斜置单臂
XZ YZ
后视
Ux
XZ
YZ
侧视（等效）
俯视
Ux
YZ
Uy
俯视（等效）
Uy
12
§5. 车身纵倾
x
Mx.e x Cx Mge x
k2 k1 k2
v
b y
vx
wk.baidu.com
Py 2
j
d1
v 1
X
d
Py1
绝对座标
39
二自由度角输入运动
微分方程、传递函数
mv(b r) (Py2 Py1 ) IZr bPy2 aPy1
其中
Py1 K1d1 Py2 K 2d2
K1
(b
v
K 2 (b
r
d) b) v
拉氏变换得传递函数
r d
(s)
Gr
1
1 rS T1S T2S2
d dn da
Fy2 Fy1 xk
Dx
Fy
Fz
Fy
25
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
26
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
27
五、纵向力转向
b d
(s)
Gb
1
1 bS T1S T2S2
C1 K1 / m1 , C2 K 2 / m2
K 1( 1 1 )
Gr
LL(1C1vKvC2
2
)
Gb
b v2 / C2 L(1 Kv2 )
r v / C2
b
vb C2b v2
T1
v L
(
b)C1 (b )C2 C1C2 (1 Kv2 )
虚擬主肖
位置可以任意选择
━ 可以满足 , 引F起x 的Fy 弹性转向要求
PYZ
PYZ Y1
Y 2
20
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
PX1
转移
为何不能用侧向分析法？ ─ 不对称
Mg Mg
PX1
PZ1
PX2 PZ2
21
§2.侧向轮荷转移
侧向轮荷转移的主要组成（ X 时0 ） ━ 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
• “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”？
3
§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）
1. 重心处的重力与惯性力 2. 导向杆系的导向力 3. 弹性元件的弹簧力
Mg
N1
Mg
P1
N2
P2 N3
Mg
ey0
c1
h1
h c2
2
a
b
8
大侧倾角下力矩中心的变化
N2 N
Mg
c ey
N1
S1 Z1
N1
S2 Z2
N2
9
§3.侧倾性能小结
y y
取决于 Cy与
ey
y
Mye y 0
C y
Mgey0
Cy
ke
2 ke
2
.B2 (独立悬架） .B（e2 非独立悬架）
降低 ey的途径：降低
重心， 提高力矩中心
d2
ay
ay
a*y
34
轮胎特性与稳态转向特性
影响稳态转向特性的因素
d1 1 dc1 d r 1 d 2 2 d c 2 d r 2
稳态转向特性转折的原因
– C1 / C2 侧倾刚度比 – e1 / e侧2 倾力矩中心高度
– D随x 的y 而
– 轮胎侧偏特性的饱和 – 驱动力对饱和的影响 – 制动力分配
“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 置单臂”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）
19
多杆悬架━满足多种要求
PxZ
━ 虚擬主肖:上两杆与下两杆交点
尽量接近车轮中心面 ━ 纵向瞬心与横向瞬心
15
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
C2 C1
16
§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 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 有效弹簧距等于轮距, 非 独立悬架 通B常e 较小,特 殊布置可以不同
车轮外倾
g
主销后倾 主销内倾 主销纵偏距 主销侧偏距
k
bk D kx Dxy
dk
g
Fy
bk
Dky
Dkx xk
Fyg
M zg
(外向) g
(外张）
30
§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
T 1 0 , T 2 0 ,即 1 Kv2 0
A
\ nc
1 K
名义自然频率
w2
1 T2
c1c2
1 ( v2
K)
过渡时间
Te 与 To .05
Te
2T2 T
2vL c1(b a / ) c2(a b / )
2v c1 c2
t
Ae Te
T0.05 Te . ln 20 3Te
底盘平台设计的灵魂 —
悬架与相关技术
HZG
1
底盘平台设计的灵魂 —
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
2
一、悬架的运动学
§1. 传统的侧倾中心(R.C.)概念及其局限性
就等于确定了弹簧力
S1
S2
✓确定了弹簧力就等于确定了
车身倾角
Mg
• 导向力的分解与“力矩中心”
N
✓ 导向力合力未必水平
N1
✓ 在“中性面”处分解的意义： S1
ey
N2
S2
车身的垂向平动与转动
6
• “中性面”的确定
a1
k2 k1 k2
L
• 车身位移
M C
K1
Z N z / ki
其中：
M Mg.e mg.e
§5．主销内倾与侧偏距
g
Fy
bk
Dky
低速回正性 x作k 用的消失
重力弹簧
回正力距与 还是 成Dxy比例？
计算方法
32
§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
━ 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
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
多杆机构的杆涉转向
等效简化原理
x
Z
等效系统
24
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
—低速：增益平坦 相位滞后
—高速：增益高峰
低度频超前 相高位频滞后
1
v 10 m / s
2 4 6 8 10 12 14 16 w (rad / s )
20
v 40m / s
40
60
v 80 10m / s
(w )
41
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) T2S2 T1S 1 ，根的实部不大于0的条件为：
距”的优点 盘式制动的必要性
33
七、轮胎特性与稳态转向特性
临界车速 V开k 环增益
G0
v2 L
. d(d1 d2 ) da y
1
时
不稳定:
v
2 c
L / d(d1 d2 ) da y
d d1 d2
de
1
-
L
d1 d2 ay
1 R
ay VV22
d1 d2
U.S
中性转向点
d1
d 1'
过度转向区
Fy1
FZ1
1
dc1
dr1
Fy2 dc2 dr2
FZ2 2
d2
d1
1 d1
2
d2
35
轮胎特性与稳态转向特性
改善稳态转向特性的措施
– 前置横向稳定器
– 后非独立悬架 Bs2
– 后非独立悬架板簧下置 – 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
36
– “随动转向” – 后悬架的反稳定杆
C
K1a12
K
2b
2
1
中性面
Mg
Mg
Nh NZ
N
a1
a2
K2
7
§2. 车身侧倾
通常对称面就是中性面
Mg
由单侧导向力方向可确定ey(0整车)
y
Mye y 0
C
y
Mge y 0
C
y
/
Mge ye 0
1
外加轮胎变形
S1
S2
Mg
若左右载荷与弹簧刚度不对称……?
c ey N
N2
S1
N1
S2
悬上质心
Bs Be
Be
17
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 pXZ2
矩中心高度
1
PYZ1
PYZ 2
2
2
pXZ2 2
k
（前轮与车身纵 向的相对瞬心）
p YZ1 p YZ 2
p XZ1
p YZ 2 p YZ1
p XZ
1
p XZ1
1
18
42
二自由度角输入运动
反应速度与反应时间
r(t)
t0
lim
s
d0 d
.
r d
(s)s
Gr
r Ts
ds
Tf
rs r(t)
t0
Grds r(0)
T2 r
g(t)
Tf gs
相对阻尼系数
T1 c1(b a / ) c2 (a b / )
2 T2
2 (1 Kn2 )c1c2 /
当 1 时，c1 c2
2
c1c2
得
1
,
(1 Kn2 )
t
K 1(1 1) L c1 c2
43
生活中的辛苦阻挠不了我对生活的热 爱。21.1.1921.1.19Tuesday, January 19, 2021 人生得意须尽欢，莫使金樽空对月。01:50:3201:50: 3201:501/19/ 2021 1:50:32 AM 做一枚螺丝钉，那里需要那里上。21.1.1901: 50:3201:50Jan-2119- Jan-21 日复一日的努力只为成就美好的明天 。01:50:3201: 50:3201:50Tuesday, January 19, 2021 安全放在第一位，防微杜渐。21.1.1921.1.1901:50:3201:50: 32January 19, 2021 加强自身建设，增强个人的休养。2021年1月 19日上 午1时50分21.1.1921.1.19 精益求精，追求卓越，因为相信而伟 大。2021年1月 19日星 期二上 午1时50分32秒01:50:3221.1.19 让自己更加强大，更加专业，这才能 让自己 更好。2021年1月上午 1时50分21.1.1901:50Januar y 19, 2021 这些年的努力就为了得到相应的回报 。2021年1月19日星期 二1时50分32秒01:50:3219 January 2021 科学，你是国力的灵魂；同时又是社 会发展 的标志 。上午1时50分 32秒上 午1时50分01: 50:3221.1.19 每天都是美好的一天，新的一天开启 。21.1.1921.1.1901:5001:50: 3201:50:32Jan-21 相信命运，让自己成长，慢慢的长大 。2021年1月19日星期 二1时50分32秒Tues day, January 19, 2021 爱情，亲情，友情，让人无法割舍。21.1.192021年1月19日 星期二 1时50分32秒21.1.19
Mg
ey N
N1
N2
4
• 等效系统,将弹簧力简化 到车轮接地点(杠杆比为 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 ━ 便于由弹簧变形和轮距
(轴距)来确定车身位移
Mg
Mg
ey N
5
• 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
Mg
的总和
✓对于等效系统确定了导向力