《懸架設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)理論與相關(guān)技術(shù) 2 1 車輪定位2 懸架的運(yùn)動(dòng)學(xué) 車身的側(cè)傾與縱傾3 輪荷轉(zhuǎn)移4 側(cè)傾轉(zhuǎn)向5 側(cè)向力轉(zhuǎn)向6 縱向力轉(zhuǎn)向7 輪胎特性與穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性8 汽車操縱的瞬態(tài)響應(yīng) 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(nèi)傾主銷縱偏距主銷側(cè)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(cè)傾特性 外傾因載荷 制動(dòng)與跳動(dòng)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 1 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(dòng)時(shí)前束的變化 干涉轉(zhuǎn)向 干涉轉(zhuǎn)向的合理值 滾動(dòng)阻力要求適當(dāng)增大前束 制動(dòng)時(shí)車輪前張 5 主銷拖距 高速回正原理 載荷變化 制動(dòng) 與車輪跳動(dòng)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(nèi)傾與側(cè)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(jì)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(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角 轉(zhuǎn)向逆效率要低嗎 NO 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(shì) 減小 地面主銷側(cè)偏距 的意義和 負(fù)偏距 的優(yōu)點(diǎn) 盤式制動(dòng)的必要性 地面負(fù)偏移距趨勢(shì) 小的主銷后傾角 大的內(nèi)傾角 1 6 主銷定位參數(shù)的選擇與近代趨勢(shì) 7 2 1車身穩(wěn)態(tài)位移的一般分析 車身受有三種力 達(dá)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 N2 2 懸架的運(yùn)動(dòng)學(xué) 8 等效系統(tǒng) 將彈簧力簡(jiǎn)化到車輪接地點(diǎn) 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 9 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(duì)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 如果有橫向穩(wěn)定桿要考慮之 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(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng) 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(cè)傾 通常對(duì)稱面就是中性面由單側(cè)導(dǎo)向力方向可確定 整車 外加輪胎變形若有橫向穩(wěn)定桿要考慮之或設(shè)計(jì)之 N S1 S1 N2 N1 S2 S2 c 懸上質(zhì)心 h2 h1 a b 12 大側(cè)傾角下力矩中心的變化 Z2 N2 S2 Z1 S1 N1 N N2 c N1 13 2 3 側(cè)傾性能小結(jié) 降低的途徑 降低重心 提高側(cè)傾力矩中心提高側(cè)傾力矩中心的限制 取決于與 14 2 4 其它導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 側(cè)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(cè)傾中心 16 斜置單臂 17 復(fù)合式懸架側(cè)傾中心 如果扭桿梁靠近前鉸點(diǎn)獨(dú)立性好 但側(cè)傾中心低 18 非獨(dú)立懸架側(cè)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(dǎo)向機(jī)構(gòu) 郭孔輝等效縱臂理論 21 2 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(diǎn)與第一片中點(diǎn)之間 更靠近卷耳高度 作為橫向側(cè)傾中心縱向等效單臂 由車輪接地點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)確定 N 22 側(cè)傾軸的傾角 前低后高是因?yàn)榍懊媸请p橫臂后面非獨(dú)立 盡可能提高側(cè)傾中心 23 2 8 結(jié)構(gòu)比較與案例分析 獨(dú)立懸架與非獨(dú)立懸架的特點(diǎn) 側(cè)傾力矩中心的高度 多數(shù)非獨(dú)立懸架和橫單臂獨(dú)立懸架都較高 其它獨(dú)立懸架 雙橫臂 縱單臂 縱雙臂等 較低 有效彈簧距 獨(dú)立懸架的有效彈簧距等于輪距 非獨(dú)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(dòng)時(shí)主肖后傾角都會(huì)增大 具有明顯的 抗點(diǎn)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(duì)瞬心 25 半獨(dú)立 縱單臂后懸架 側(cè)傾時(shí)橫梁中點(diǎn)是一個(gè) 不動(dòng)點(diǎn) 因此可看成一種 斜置單臂 卻只有一個(gè)鉸點(diǎn) 橫梁前移 臂長(zhǎng) 增大 移至鉸點(diǎn)處獨(dú)縱單臂 移至輪軸線臂長(zhǎng)為半輪距 非獨(dú)立懸架 從1 1獨(dú)立懸架 0 5 1 0 1懸架 非獨(dú)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(diǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)向的隨動(dòng)轉(zhuǎn)向性能 hw 中性面 縱傾中心 側(cè)傾中心 虛擬主銷 后拖距 虛擬主銷 31 3 輪荷轉(zhuǎn)移分析 3 1 縱向軸荷轉(zhuǎn)移 高速時(shí)要考慮空氣阻力 PZ2 PX1 PX2 PZ1 Mg PZ2 PX1 PX2 PZ1 在坡道上的軸荷轉(zhuǎn)移在驅(qū)動(dòng)與制動(dòng)時(shí)的軸荷轉(zhuǎn)移 32 側(cè)向輪荷轉(zhuǎn)移的主要組成 時(shí) 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(jì)算 導(dǎo)向力轉(zhuǎn)移 由作用在力矩中心處的側(cè)向力計(jì)算 在同時(shí)存在與時(shí) 輪荷應(yīng)疊加當(dāng)增大時(shí)大的軸 輪荷轉(zhuǎn)移加劇 會(huì)導(dǎo)致側(cè)偏角急劇增大 3 2 側(cè)向輪荷轉(zhuǎn)移 33 4 側(cè)傾轉(zhuǎn)向 4 1 非獨(dú)立懸架的側(cè)傾轉(zhuǎn)向 鈑簧的側(cè)傾轉(zhuǎn)向 非獨(dú)立懸架縱向單臂 非獨(dú)立四連桿懸架 求輪心軌跡和三桿機(jī)構(gòu)需求三點(diǎn)座標(biāo) C A B 34 獨(dú)立縱單臂 水平軸前后移動(dòng)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(dú)立懸架 側(cè)傾轉(zhuǎn)向性 等效臂長(zhǎng) 鉸軸的垂直分量 前獨(dú)立懸架與轉(zhuǎn)向桿系的干涉轉(zhuǎn)向 多桿機(jī)構(gòu)的桿涉轉(zhuǎn)向等效簡(jiǎn)化原理 4 2 獨(dú)立懸架的側(cè)傾轉(zhuǎn)向 35 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(dú)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 5 側(cè)向力轉(zhuǎn)向 Fy2 Fy1 36 隨動(dòng)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(dòng)轉(zhuǎn)向后懸架 37 剎車轉(zhuǎn)舵問題 太大 盤式制動(dòng)的優(yōu)點(diǎn) 縱向力引起車輪側(cè)傾 ABS引起的轉(zhuǎn)向擾動(dòng) DYC引起的轉(zhuǎn)向擾動(dòng) 多桿懸架 制動(dòng)時(shí)的板簧卷曲 6 縱向力轉(zhuǎn)向 0 38 制動(dòng)時(shí)的板簧卷曲造成制動(dòng)轉(zhuǎn)向 6 縱向力轉(zhuǎn)向 39 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(jì)虛擬主肖位置 引起適當(dāng)?shù)膹椥赞D(zhuǎn)向以增進(jìn)制動(dòng)穩(wěn)定性 多桿隨動(dòng)轉(zhuǎn)向后懸架 V 虛擬主肖 40 7 輪胎特性與穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性 d 中性轉(zhuǎn)向點(diǎn) 臨界車速開環(huán)增益 時(shí) 不穩(wěn)定 U S 過度轉(zhuǎn)向區(qū) 41 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(dòng)力對(duì)飽和的影響 制動(dòng)力分配 42 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(dú)立懸架Bs2 后非獨(dú)立懸架板簧下置 后板簧前低后高 后非獨(dú)立中心彈簧 老Benz的后懸架 h2 中心彈簧 43 隨動(dòng)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 44 v 8 汽車操縱動(dòng)態(tài)響應(yīng)的基本分析 二自由度角輸入運(yùn)動(dòng) 線性模型 運(yùn)動(dòng)模型與座標(biāo) XYZ固定于汽車重心 r b 側(cè)偏角 b 絕對(duì)座標(biāo) d y y L b a j Y X v x v 45 二自由度角輸入運(yùn)動(dòng) 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(shí)部 與虛部均為的函數(shù) 二自由度角輸入運(yùn)動(dòng) 即實(shí)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(yùn)動(dòng) 角輸入運(yùn)動(dòng)特征穩(wěn)定條件 傳遞函數(shù)分母為特征函數(shù) 根的實(shí)部不大于0的條件為 名義自然頻率過渡時(shí)間 即 48 反應(yīng)速度與反應(yīng)時(shí)間相對(duì)阻尼系數(shù) t 當(dāng) 二自由度角輸入運(yùn)動(dòng) 得 時(shí) 49