汽车悬架设计与底盘平台相关技术.pdf
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1、1 郭孔辉 2004. 8. 2003 年 11 月于清华 汽车悬架设计与 底盘平台相关技术 2 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、轮荷转移二、轮荷转移二、轮荷转移 三、侧倾转向三、侧倾转向三、侧倾转向三、侧倾转向 四、侧向力转向四、侧向力转向四、侧向力转向四、侧向力转向 五、纵向力转向五、纵向力转向五、纵向力转向五、纵向力转向 六、车轮定位六、车轮定位六、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七、轮胎特性
2、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八、汽车操纵的瞬态响应八、汽车操纵的瞬态响应 3 一、一、一、一、悬架的运动学悬架的运动学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1. 传统的侧倾中心(R.C.)概念及其局限性 “单摆单摆”模型不能解释车身 的垂向运动(Jacking effect) 模型不能解释车身 的垂向运动(Jacking effect) 非独悬架的R.C.非独悬架的R.C. 纵倾是否也有纵倾是否也有“摆动中心摆动中心”? 4 2. 2. 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稳态位
3、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) 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 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 gM Mg 3 N P2P1 1 N 2 N Mg Mg N y e N1 N2 不必是铰链点不必是铰链点 5 等效系统,将弹簧力简化等效系统,将弹簧力简化 到车轮接地点(杠杆比为到车轮接地点(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 1) 处,目的: 便于确
4、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 N y e 不必是铰链点不必是铰链点 6 弹簧力的确定弹簧力的确定 ? 三种力相平衡三种力相平衡 ? 弹簧力必等于惯性力与导向力 的总和 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 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 确定了弹簧力就等于确定了 车身倾角 导向力的分解与导向力的分解与“力矩中心力矩中心” ?导向力合力未必水平导向力合力未必水平 ?在在“中性面中性面”处分解的意义: 车身的垂向平动与转动
5、处分解的意义: 车身的垂向平动与转动 S2 S2 Mg Mg N y e S1 S1 N2 N1 不必是铰链点不必是铰链点 7 “中性面中性面”的确定的确定 车身位移车身位移 其中:其中: L kk k a 21 2 1 + = + = = = C M ki/NZ z = = e.mge .MgM+=+= 2 2 2 11 1 bKaKC+=+= 中性面 Mg Mg h N Z N N 1 K 2 K 1 a 2 a l 8 2. 车身侧倾2. 车身侧倾 ?通常对称面就是中性面通常对称面就是中性面 ?由单侧导向力方向可确定(整车)由单侧导向力方向可确定(整车) ? ?外加轮胎变形外加轮胎变形
6、?若左右载荷与弹簧刚度不对称若左右载荷与弹簧刚度不对称? ? ()()1Mge/CMgeC eyM 0ye y 0y y 0y y = = = = & & 0y e S2 S2 c 悬上质心悬上质心 0y e h2 h1 ab l 1 c 2 c Mg Mg N y e S1 S1 N2 N1 9 ?大侧倾角下力矩中心的变化大侧倾角下力矩中心的变化 Z2 N2 S2 Z1 S1 N1 N N2 c y e Mg N1 10 3.侧倾性能小结3.侧倾性能小结 y y & & 0y y 0y y MgeC eyM = = & & y C = = ) )(B. 2 k )()(B. 2 ky 2 e
7、 2 e e C 独立悬架 非独立悬架 独立悬架 非独立悬架 y e ? 降低的途径:降低 重心, 提高力矩中心 降低的途径:降低 重心, 提高力矩中心 ? 提高侧倾力矩中心的提高侧倾力矩中心的 限制限制 y e ?取决于与 ? ? s B e B s B e B 11 4.其它导向机构(侧倾)等效单横臂概念4.其它导向机构(侧倾)等效单横臂概念“刚化定理刚化定理” c YZ P 对称面对称面 c YZ P c YZ P 对称面对称面 c 12 斜置单臂斜置单臂 俯视俯视(等 效) (等 效) YZ 俯视俯视 y U x U 侧视侧视(等 效) (等 效) YZ XZ 后视后视 x U YZ
8、XZ y U 13 5. 5. 5. 5. 车身纵倾车身纵倾车身纵倾车身纵倾 中性面中性面 N1N1 N2 X2X2 Z2 N2 N1 Z1 X2 x e l 21 2 kk k + + xx x x MgeC e .xM = = & & N 14 6. 其它导向机构 等效纵臂概念6. 其它导向机构 等效纵臂概念 x U xZ P x U xZ P 15 7. 钣簧的导向作用7. 钣簧的导向作用 ?侧向反力作用线取决于吊耳、卷耳的刚性与弧高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 近卷耳高度近卷耳高度 ?
9、纵向等效单臂,由车轮接地点运动学确定。纵向等效单臂,由车轮接地点运动学确定。 N y e 2 r h = = L 4 3 = 16 ?侧倾轴的倾角侧倾轴的倾角 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) 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) C1 C2 r 17 8. 8. 结构比较与案例分析结构比较与案例分析结构比较与案例分析结构比较与案例分析 ?独立悬架与非独立悬架的特点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,
10、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 独立悬架通常较小,特 殊布置可以不同 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 独立悬架通常较小,特 殊布置可以不同 e B e B s B e B 18 ?Benz600前悬架Benz600前悬架 上下跳动时主肖后倾角 都会增大 具有明显的 上下跳动时主肖后倾角 都会增大 具有明显的“抗点头角抗点头角” 可安排所需要的侧倾力 矩中心高度 可安排所需要的侧倾力 矩中心高度 2YZ P 1YZ P 1 l
11、 2 l (前轮与车身纵 向的相对瞬心) (前轮与车身纵 向的相对瞬心) 2XZ p 1XZ p 2XZ p k 1YZ p 2YZ p 1YZ p 1XZ p 1 2 1 l XZ p 2 l 2YZ p 19 ?“半独立半独立”纵单臂后悬架纵单臂后悬架 侧倾时横梁中点是一个侧倾时横梁中点是一个“不 动点 不 动点”,因此可看成一种,因此可看成一种“斜 置单臂 斜 置单臂”却只有一个铰点 横梁前移 却只有一个铰点 横梁前移“臂长臂长”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) 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) 20 虚擬主肖虚擬主
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