《懸架設計理論》PPT課件.ppt

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1 郭孔輝雷雨成2004年6月 汽車懸架設計理論與相關技術 2 1 車輪定位2 懸架的運動學 車身的側傾與縱傾3 輪荷轉移4 側傾轉向5 側向力轉向6 縱向力轉向7 輪胎特性與穩(wěn)態(tài)轉向特性8 汽車操縱的瞬態(tài)響應 目錄 3 外張 外向 g 1 1 車輪定位參數(shù)車輪前束toe車輪外傾主銷后傾主銷內傾主銷縱偏距主銷側偏距主銷拖距軸距l(xiāng)輪距B主銷地面?zhèn)绕?g 1 車輪定位 r g r 4 1 2 車輪外傾與輪胎側傾特性 外傾因載荷 制動與跳動而改變 輪胎側傾特性 側向力與反回正力矩 外傾原因 傳統(tǒng) 間隙 彈性 路拱 1 3 前束與輪胎側偏特性 前束原因 平衡外傾 載荷變化與車輪跳動時前束的變化 干涉轉向 干涉轉向的合理值 滾動阻力要求適當增大前束 制動時車輪前張 5 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 1 5 主銷內傾與側偏距 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 1 4 主銷后傾與縱偏距 6 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向盤轉角 轉向逆效率要低嗎 NO 減小轉向系干磨擦 減小定位角 加轉向阻尼器是近代趨勢 減小 地面主銷側偏距 的意義和 負偏距 的優(yōu)點 盤式制動的必要性 地面負偏移距趨勢 小的主銷后傾角 大的內傾角 1 6 主銷定位參數(shù)的選擇與近代趨勢 7 2 1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 導向桿系的導向力3 彈性元件的彈簧力 P2 P1 N N1 N2 2 懸架的運動學 8 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 9 彈簧力的確定三種力相平衡彈簧力必等于慣性力與導向力的總和對于等效系統(tǒng)確定了導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 如果有橫向穩(wěn)定桿要考慮之 導向力的分解與 力矩中心 導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動 S2 S2 N S1 S1 N2 N1 10 縱傾中性面 的確定車身位移其中 中性面 11 2 2 車身側傾 通常對稱面就是中性面由單側導向力方向可確定 整車 外加輪胎變形若有橫向穩(wěn)定桿要考慮之或設計之 N S1 S1 N2 N1 S2 S2 c 懸上質心 h2 h1 a b 12 大側傾角下力矩中心的變化 Z2 N2 S2 Z1 S1 N1 N N2 c N1 13 2 3 側傾性能小結 降低的途徑 降低重心 提高側傾力矩中心提高側傾力矩中心的限制 取決于與 14 2 4 其它導向機構 側傾 等效單橫臂概念 郭孔輝剛化定理 雙橫臂 15 麥弗遜懸架側傾中心 16 斜置單臂 17 復合式懸架側傾中心 如果扭桿梁靠近前鉸點獨立性好 但側傾中心低 18 非獨立懸架側傾中心 19 2 5 車身縱傾 中性面 N1 N1 N2 X2 X2 Z2 N2 N1 Z1 X2 N 20 2 6 其它導向機構 郭孔輝等效縱臂理論 21 2 7 鈑簧的導向作用 側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 作為橫向側傾中心縱向等效單臂 由車輪接地點運動學確定 N 22 側傾軸的傾角 前低后高是因為前面是雙橫臂后面非獨立 盡可能提高側傾中心 23 2 8 結構比較與案例分析 獨立懸架與非獨立懸架的特點 側傾力矩中心的高度 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 24 Benz 600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 可安排所需要的側傾力矩中心高度 前輪與車身縱向的相對瞬心 25 半獨立 縱單臂后懸架 側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 從1 1獨立懸架 0 5 1 0 1懸架 非獨立懸架 26 三桿式前懸架 27 空間四桿式后懸架 28 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位置可以任意選擇 可以滿足 引起的彈性轉向要求 多桿懸架 滿足多種要求 虛擬主肖 29 菱帥汽車后四桿懸架 30 菱帥汽車四桿式后懸架 高不足轉向的隨動轉向性能 hw 中性面 縱傾中心 側傾中心 虛擬主銷 后拖距 虛擬主銷 31 3 輪荷轉移分析 3 1 縱向軸荷轉移 高速時要考慮空氣阻力 PZ2 PX1 PX2 PZ1 Mg PZ2 PX1 PX2 PZ1 在坡道上的軸荷轉移在驅動與制動時的軸荷轉移 32 側向輪荷轉移的主要組成 時 彈簧力轉移 靜不定問題彈簧力轉移取決于彈簧剛度分配 由彈簧變形計算 導向力轉移 由作用在力矩中心處的側向力計算 在同時存在與時 輪荷應疊加當增大時大的軸 輪荷轉移加劇 會導致側偏角急劇增大 3 2 側向輪荷轉移 33 4 側傾轉向 4 1 非獨立懸架的側傾轉向 鈑簧的側傾轉向 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需求三點座標 C A B 34 獨立縱單臂 水平軸前后移動不產生轉角 非水平軸 八 字軸的不足轉向性 橫向單臂和斜單臂獨立懸架 側傾轉向性 等效臂長 鉸軸的垂直分量 前獨立懸架與轉向桿系的干涉轉向 多桿機構的桿涉轉向等效簡化原理 4 2 獨立懸架的側傾轉向 35 轉向系彈性引起的附加轉角 導向系彈性引起的附加轉向 獨立縱臂與斜單臂后懸架的側向力轉向傾向 側向力導致輪胎側傾 5 側向力轉向 Fy2 Fy1 36 隨動轉向后懸架 逆向彈性轉向 桑塔那的后懸架 富康的隨動轉向后懸架 37 剎車轉舵問題 太大 盤式制動的優(yōu)點 縱向力引起車輪側傾 ABS引起的轉向擾動 DYC引起的轉向擾動 多桿懸架 制動時的板簧卷曲 6 縱向力轉向 0 38 制動時的板簧卷曲造成制動轉向 6 縱向力轉向 39 加大前拉桿的柔性 使后輪在側向力作用下產生向內轉向角 通過彈性轉角來抵消側偏角 以提高后輪有效側偏剛度 可以設計虛擬主肖位置 引起適當?shù)膹椥赞D向以增進制動穩(wěn)定性 多桿隨動轉向后懸架 V 虛擬主肖 40 7 輪胎特性與穩(wěn)態(tài)轉向特性 d 中性轉向點 臨界車速開環(huán)增益 時 不穩(wěn)定 U S 過度轉向區(qū) 41 影響穩(wěn)態(tài)轉向特性的因素 輪胎特性與穩(wěn)態(tài)轉向特性 穩(wěn)態(tài)轉向特性轉折的原因 側傾剛度比 側傾力矩中心高度 隨的而 輪胎側偏特性的飽和 驅動力對飽和的影響 制動力分配 42 改善穩(wěn)態(tài)轉向特性的措施 輪胎特性與穩(wěn)態(tài)轉向特性 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 43 隨動轉向 后懸架的反穩(wěn)定桿 輪胎特性與穩(wěn)態(tài)轉向特性 44 v 8 汽車操縱動態(tài)響應的基本分析 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 側偏角 b 絕對座標 d y y L b a j Y X v x v 45 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) 46 1 相位 w 20 40 60 80 頻率特性 傳遞函數(shù)中令S j 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 246810121416 v v v v 47 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 48 反應速度與反應時間相對阻尼系數(shù) t 當 二自由度角輸入運動 得 時 49