汽车悬架设计与底盘平台相关技术

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1、汽车悬架设计与底盘平台相关技术郭孔辉2004.8.2003年11月于清华1汽车悬架设计与底盘平台相关技术一、悬架的运动学、车身的侧倾与纵倾一、悬架的运动学、车身的侧倾与纵倾二、轮荷转移二、轮荷转移三、侧倾转向三、侧倾转向四、侧向力转向四、侧向力转向五、纵向力转向五、纵向力转向六、车轮定位六、车轮定位七、轮胎特性与稳态转向特性七、轮胎特性与稳态转向特性八、汽车操纵的瞬态响应八、汽车操纵的瞬态响应2一、一、悬架的运动学悬架的运动学§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（Jackingeffect）•非独悬架的R

2、.C.•纵倾是否也有“摆动中心”？3§§2.2.车身稳态位移的一般分析车身稳态位移的一般分析•车身受有三种力（达朗贝尔概念）μMg1.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μMgMμgeyN1MgNN3NP1NP21N22不必是铰链点4•等效系统,将弹簧力简化到车轮接地点(杠杆比为μMg1)处,目的:━便于确定有效导向力的方向与大小μMge━初始弹簧力与重力抵消yN━便于由弹簧变形和轮距(轴距)来确定车身位移不必是铰链点5•弹簧力的确定9三种力相平衡9弹簧力必等于惯性力与导向力μMg的总和9对于等效系统确定了导向力就等于确定了弹

3、簧力S1S29确定了弹簧力就等于确定了μMg车身倾角ey•导向力的分解与“力矩中心”N9导向力合力未必水平N1N2S1S29在“中性面”处分解的意义：车身的垂向平动与转动不必是铰链点6•“中性面”的确定中性面k2a=L1k+kμMg12MgN•车身位移hNMZθθ=KNKC12θZ=N/∑kia1a2Δzl其中：M=μMg.e+mg.θeθ22C=Ka+Kbθ11217§2.车身侧倾μMgz通常对称面就是中性面ez由单侧导向力方向可确定y0(整车)M&y&ey0μSθ==S12zy()∑Cθy−Mgey0∑Cθy/Mgeye0−1z外加轮胎变形μMg

4、eyz若左右载荷与弹簧刚度不对称……?NcN2S1N1S2悬上质心ey0c1c2hh12abl8大侧倾角下力矩中心的变化μMgN2eNycN1S1S2Z2Z1N2N19§3.侧倾性能小结θyCez取决于θy与y&y&M&y&ey0θ=zy∑Cθy−Mgey0Be⎧ke2Bs⎪.B(独立悬架）C=⎨2zθyke2.B（非独立悬架）⎪⎩e2z降低ey的途径：降低重心，提高力矩中心Bsz提高侧倾力矩中心的Be限制10§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PPYZYZcccPYZc11斜置单臂U侧视（等后视xρXZ效）ρXZρYZ

5、ρYZ俯视俯视（等效）UxρYZUUyy12§§5.5.车身纵倾车身纵倾M&x&.exθx=C−Mgeθxxk中性面2lk1+k2exN1NN2N1Z1X2X2Z2N213§6.其它导向机构━等效纵臂概念UxPxZPxZUx14§7.钣簧的导向作用rh=23eρ=Ly4Nz侧向反力作用线取决于吊耳、卷耳的刚性与弧高z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z纵向等效单臂，由车轮接地点运动学确定。15z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）θrC2C116§§8.8.结构比较与案例

6、分析结构比较与案例分析z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B独立悬架都较高,其它独s立悬架(双横臂,纵单臂,Be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Be通常较小,特Be殊布置可以不同17zBenz─600前悬架αk━上下跳动时主肖后倾角都会增大（前轮与车身纵向的相对瞬心）━具有明显的“抗点头角”pYZ1ppXZ1━可安排所需要的侧倾力XZ2pYZ2矩中心高度pXZpYZ2plYZ11Pl2YZ1l1pXZ1PYZ2ρ1lpρ22XZ218z“半独立”纵单臂后悬架━侧倾时横梁中点是一个

7、“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PxZPYZ━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P位置可以任意选择YZ━可以满足Fx,引起的FylY1弹性转向要求lY220二、轮荷转移分析§1.纵向轴荷转移z在坡道上的轴荷转移z在驱动与制动时的轴荷PX1PZ1α转移PX2PZ2z为何不能用侧向分析法？μMg─不对称MgPX1PZ1PX2PZ221§2.侧向轮荷转移侧向轮荷转移的主要组成（X&&=0时）━

8、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