1、,2008 年 2 月,底盤平臺設(shè)計的靈魂 懸架與相關(guān)技術(shù),底盤平臺設(shè)計的靈魂 懸架與相關(guān)技術(shù),一、懸架的運動學(xué)、車身的側(cè)傾與縱傾 二、輪荷轉(zhuǎn)移 三、側(cè)傾轉(zhuǎn)向 四、側(cè)向力轉(zhuǎn)向 五、縱向力轉(zhuǎn)向 六、車輪定位 七、輪胎特性與穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性 八、汽車操縱的瞬態(tài)響應(yīng),一、懸架的運動學(xué),1. 傳統(tǒng)的側(cè)傾中心(R.C.)概念及其局限性 “單擺”模型不能解釋車身 的垂向運動（Jacking effect） 非獨懸架的R.C. 縱傾是否也有“擺動中心”？,2. 車身穩(wěn)態(tài)位移的一般分析,車身受有三種力（達朗貝爾概念） 1. 重心處的重力與慣性力 2. 導(dǎo)向桿系的導(dǎo)向力 3. 彈性元件的彈簧力,P2,P1,N,N1

2、,N2,等效系統(tǒng),將彈簧力簡化 到車輪接地點(杠桿比為 1) 處,目的: 便于確定有效導(dǎo)向力的 方向與大小 初始彈簧力與重力抵消 便于由彈簧變形和輪距 (軸距)來確定車身位移,彈簧力的確定 三種力相平衡 彈簧力必等于慣性力與導(dǎo)向力 的總和 對于等效系統(tǒng)確定了導(dǎo)向力 就等于確定了彈簧力 確定了彈簧力就等于確定了 車身傾角 導(dǎo)向力的分解與“力矩中心” 導(dǎo)向力合力未必水平 在“中性面”處分解的意義： 車身的垂向平動與轉(zhuǎn)動,S2,S2,N,S1,S1,N2,N1,“中性面”的確定 車身位移 其中：,中性面,2. 車身側(cè)傾,通常對稱面就是中性面 由單側(cè)導(dǎo)向力方向可確定 (整車) 外加輪胎變形 若左右載荷

3、與彈簧剛度不對稱?,N,S1,S1,N2,N1,S2,S2,c,懸上質(zhì)心,h2,h1,a,b,3.側(cè)傾性能小結(jié),降低 的途徑：降低 重心， 提高力矩中心 提高側(cè)傾力矩中心的 限制,取決于 與,Benz600前懸架, 上下跳動時主肖后傾角 都會增大 具有明顯的“抗點頭角” 可安排所需要的側(cè)傾力 矩中心高度,（前輪與車身縱向的相對瞬心）,“半獨立”縱單臂后懸架 側(cè)傾時橫梁中點是一個“不 動點”,因此可看成一種“斜 置單臂”卻只有一個鉸點 橫梁前移“臂長”增大,移至 鉸點處 獨縱單臂。移至 輪軸線 臂長為半輪距 （非獨立懸架）, 虛擬主肖:上兩桿與下兩桿交點 盡量接近車輪中心面 縱向瞬心與橫向瞬心

4、位置可以任意選擇 可以滿足 , 引起的 彈性轉(zhuǎn)向要求,多桿懸架滿足多種要求,虛擬主肖,二、輪荷轉(zhuǎn)移分析,1. 縱向軸荷轉(zhuǎn)移,為何不能用側(cè)向分析法？ 不對稱,PZ2,PX1,PX2,PZ1,Mg,PZ2,PX1,PX2,PZ1,在坡道上的軸荷轉(zhuǎn)移 在驅(qū)動與制動時的軸荷 轉(zhuǎn)移,側(cè)向輪荷轉(zhuǎn)移的主要組成（ 時） 彈簧力轉(zhuǎn)移（靜不定問題 彈簧力轉(zhuǎn)移取決于彈簧剛度分配,由彈簧變形計算） 導(dǎo)向力轉(zhuǎn)移（由作用在力矩中心處的側(cè)向力計算） 高速時要計算空氣力的作用 在同時存在 與 時，輪荷應(yīng)疊加 當 增大時 大的軸,輪荷轉(zhuǎn)移加劇,會導(dǎo)致側(cè)偏角急 劇增大,2.側(cè)向輪荷轉(zhuǎn)移,三、側(cè)傾轉(zhuǎn)向,1.非獨立懸架的側(cè) 傾轉(zhuǎn)向

5、鈑簧的側(cè)傾轉(zhuǎn)向 非獨立懸架縱向單臂 非獨立四連桿懸架 求輪心軌跡和 三桿機構(gòu)需求三點座標,C,A,，,B,4.其它導(dǎo)向機構(gòu)(側(cè)傾)等效單橫臂概念“剛化定理”,c,對稱面,c,c,斜置單臂,俯視（等效）,俯視,側(cè)視（等效）,后視,5. 車身縱傾,中性面,N1,N1,N2,X2,X2,Z2,N2,N1,Z1,X2,N,大側(cè)傾角下力矩中心的變化,Z2,N2,S2,Z1,S1,N1,N,N2,c,N1,6. 其它導(dǎo)向機構(gòu) 等效縱臂概念,7. 鈑簧的導(dǎo)向作用,側(cè)向反力作用線取決于吊耳、卷耳的剛性與弧高 一般在卷耳平均高度點與第一片中點之間，更靠 近卷耳高度 縱向等效單臂，由車輪接地點運動學(xué)確定。,N,側(cè)

6、傾軸的傾角 前低后高是因為前面是雙橫臂后面非獨立 驅(qū)動橋的側(cè)傾中心不可太高（影響轉(zhuǎn)彎時的驅(qū)動力）,C1,C2,8. 結(jié)構(gòu)比較與案例分析,獨立懸架與非獨立懸架的特點 側(cè)傾力矩中心的高度: 多數(shù)非獨立懸架和橫單臂 獨立懸架都較高, 其它獨 立懸架(雙橫臂, 縱單臂, 縱雙臂等）較低 有效彈簧距, 獨立懸架的 有效彈簧距等于輪距, 非 獨立懸架 通常較小,特 殊布置可以不同, 獨立縱單臂 水平軸 前后移動不產(chǎn)生轉(zhuǎn)角 非水平軸 “八”字軸的不足轉(zhuǎn)向性 橫向單臂和斜單臂獨立懸架 側(cè)傾轉(zhuǎn)向性、等效臂長 鉸軸的垂直分量 前獨立懸架與轉(zhuǎn)向桿系的干涉轉(zhuǎn)向 多桿機構(gòu)的桿涉轉(zhuǎn)向 等效簡化原理,2.獨立懸架的側(cè)傾轉(zhuǎn)向

7、,轉(zhuǎn)向系彈性引起的附加轉(zhuǎn)角 導(dǎo)向系彈性引起的附加轉(zhuǎn)向 獨立縱臂與斜單臂后懸架的側(cè)向力轉(zhuǎn)向傾向 側(cè)向力導(dǎo)致輪胎側(cè)傾,四、側(cè)向力轉(zhuǎn)向,Fy2,Fy1, 隨動轉(zhuǎn)向后懸架 逆向彈性轉(zhuǎn)向 桑塔那的后懸架 富康的隨動轉(zhuǎn)向后懸架,剎車轉(zhuǎn)舵問題:太大 盤式制動的優(yōu)點 縱向力引起車輪側(cè)傾 ABS引起的轉(zhuǎn)向擾動 DYC引起的轉(zhuǎn)向擾動 多桿懸架 制動時的板簧卷曲,五、縱向力轉(zhuǎn)向,0,制動時的板簧卷曲 造成制動轉(zhuǎn)向,五、縱向力轉(zhuǎn)向, 加大前拉桿的柔性, 使后輪在側(cè)向 力作用下產(chǎn)生向內(nèi)轉(zhuǎn)向角 通過彈性轉(zhuǎn)角來抵消側(cè)偏角, 以提高后輪有效側(cè)偏剛度 可以設(shè)計虛擬主肖位置,引起適當 的彈性轉(zhuǎn)向以增進制動穩(wěn)定性,多桿隨動轉(zhuǎn)向后懸

8、架,V,虛擬主肖,.,(,外張）,(,外向,),g,1 .車輪定位參數(shù) 車輪前束 toe 車輪外傾 主銷后傾 主銷內(nèi)傾 主銷縱偏距 主銷側(cè)偏距,g,六、車輪定位,2.車輪外傾與輪胎側(cè)傾特性,外傾因載荷、制動與跳動而改變 輪胎側(cè)傾特性：側(cè)向力與反回正力矩,外傾原因:“傳統(tǒng)”,間隙，彈性，路拱,3.前束與輪胎側(cè)偏特性,前束原因:平衡外傾 載荷變化與車輪跳動時前束的變化 干涉轉(zhuǎn)向 干涉轉(zhuǎn)向的合理值 滾動阻力要求適當增大前束，制動 時車輪前張( ), 主銷拖距 高速回正原理 載荷變化（制動）與車輪跳動 的變化 主銷拖距與撒手穩(wěn)定性 與前輪擺振,xk,k,tan,R,D,+,=,x,5主銷內(nèi)傾與側(cè)偏距

9、低速回正性 作用的消失 重力彈簧 回正力距與 還是 成比例？ 計算方法,4主銷后傾與縱偏距, 高速回正原理定位參數(shù)必須足以克服干摩擦 (殘余橫擺角速度與轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角） 轉(zhuǎn)向逆效率要低嗎？ 減小轉(zhuǎn)向系干磨擦，減小定位角，加轉(zhuǎn)向阻 尼器是近代趨勢 減小 （地面主銷側(cè)偏距）的意義和“負偏 距”的優(yōu)點 盤式制動的必要性,6主銷定位參數(shù)的選擇與近代趨勢,七、輪胎特性與穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性,d,中性轉(zhuǎn)向點,-,臨界車速 開環(huán)增益,時,不穩(wěn)定:,-,U.S,過度轉(zhuǎn)向區(qū),影響穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性的因素,輪胎特性與穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性,穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性轉(zhuǎn)折的原因, 側(cè)傾剛度比 側(cè)傾力矩中心高度 隨 的 而 輪胎側(cè)偏特性的飽和 驅(qū)動力對飽和的

10、影響 制動力分配,改善穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性的措施,輪胎特性與穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性, 前置橫向穩(wěn)定器 后非獨立懸架 Bs2 后非獨立懸架板簧下置 后板簧前低后高 后非獨立中心彈簧 老Benz的后懸架： h2,中心彈簧, “隨動轉(zhuǎn)向” 后懸架的反穩(wěn)定桿,輪胎特性與穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性,輪向 油門 制動 離合器 變速桿,汽車 m個 剛體,彈性耦合,幾何耦合,氣動 反饋,幾個 輪胎,操縱指令,6n個 輪胎運動,輪胎 附加 運動,6n個 輪 胎 力,6m個 運動參數(shù),空氣六分力,風擾,v,八、汽車操縱動態(tài)響應(yīng)的基本分析,二自由度角輸入運動 （線性模型） 運動模型與座標,XYZ固定于汽車重心,),r,(,+,b,&,側(cè)偏角：,b

11、,絕對座標,d,y,y,L,b,a,j,Y,X,v,x,v,二自由度角輸入運動,微分方程、傳遞函數(shù),其中,拉氏變換得傳遞函數(shù),1,相位,w,20,40,60,80,頻率特性：傳遞函數(shù)中令Sj,其實部,與虛部 均為 的函數(shù)，,二自由度角輸入運動,即實頻特性與虛頻特性：,幅頻特性： 寬平為優(yōu) 相頻特性： 以小為優(yōu) 頻率特性：,低速：增益平坦 相位滯后 高速：增益高峰 低度頻超前 高頻滯后,2 4 6 8 10 12 14 16,v,v,v,v,A,二自由度角輸入運動,角輸入運動特征 穩(wěn)定條件：傳遞函數(shù)分母為特征函數(shù),，根的實部不大于0的條件為：,名義自然頻率 過渡時間,即,反應(yīng)速度與反應(yīng)時間 相對阻尼系數(shù),t,當,二自