底盘平台设计的灵魂 郭孔辉ppt课件

.,2008年2月,底盘平台设计的灵魂悬架与相关技术,.,底盘平台设计的灵魂悬架与相关技术,一、悬架的运动学、车身的侧倾与纵倾二、轮荷转移三、侧倾转向四、侧向力转向五、纵向力转向六、车轮定位七、轮胎特性与稳态转向特性八、汽车操纵的瞬态响应,.,一、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.C.纵倾是否也有“摆动中心”？,.,2.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,P2,P1,N,N1,N2,.,等效系统,将弹簧力简化到车轮接地点(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,.,弹簧力的确定三种力相平衡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确定了弹簧力就等于确定了车身倾角导向力的分解与“力矩中心”导向力合力未必水平在“中性面”处分解的意义：车身的垂向平动与转动,S2,S2,N,S1,S1,N2,N1,.,“中性面”的确定车身位移其中：,中性面,.,2.车身侧倾,通常对称面就是中性面由单侧导向力方向可确定(整车)外加轮胎变形若左右载荷与弹簧刚度不对称?,N,S1,S1,N2,N1,S2,S2,c,悬上质心,h2,h1,a,b,.,3.侧倾性能小结,降低的途径：降低重心，提高力矩中心提高侧倾力矩中心的限制,取决于与,.,Benz600前悬架,上下跳动时主肖后倾角都会增大具有明显的“抗点头角”可安排所需要的侧倾力矩中心高度,（前轮与车身纵向的相对瞬心）,.,“半独立”纵单臂后悬架侧倾时横梁中点是一个“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）,.,虚擬主肖:上两杆与下两杆交点尽量接近车轮中心面纵向瞬心与横向瞬心位置可以任意选择可以满足,引起的弹性转向要求,多杆悬架满足多种要求,虚擬主肖,.,二、轮荷转移分析,1.纵向轴荷转移,为何不能用侧向分析法？不对称,PZ2,PX1,PX2,PZ1,Mg,PZ2,PX1,PX2,PZ1,在坡道上的轴荷转移在驱动与制动时的轴荷转移,.,侧向轮荷转移的主要组成（时）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计算）高速时要计算空气力的作用在同时存在与时，轮荷应叠加当增大时大的轴,轮荷转移加剧,会导致侧偏角急剧增大,2.侧向轮荷转移,.,三、侧倾转向,1.非独立悬架的侧倾转向钣簧的侧倾转向非独立悬架纵向单臂非独立四连杆悬架求轮心轨迹和三杆机构需求三点座标,C,A,，,B,.,4.其它导向机构(侧倾)等效单横臂概念“刚化定理”,c,对称面,c,c,.,斜置单臂,俯视（等效）,俯视,侧视（等效）,后视,.,5.车身纵倾,中性面,N1,N1,N2,X2,X2,Z2,N2,N1,Z1,X2,N,.,大侧倾角下力矩中心的变化,Z2,N2,S2,Z1,S1,N1,N,N2,c,N1,.,6.其它导向机构等效纵臂概念,.,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，更靠近卷耳高度纵向等效单臂，由车轮接地点运动学确定。,N,.,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）,C1,C2,.,8.结构比较与案例分析,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,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,.,独立纵单臂水平轴前后移动不产生转角非水平轴“八”字轴的不足转向性横向单臂和斜单臂独立悬架侧倾转向性、等效臂长铰轴的垂直分量前独立悬架与转向杆系的干涉转向多杆机构的杆涉转向等效简化原理,2.独立悬架的侧倾转向,.,转向系弹性引起的附加转角导向系弹性引起的附加转向独立纵臂与斜单臂后悬架的侧向力转向倾向侧向力导致轮胎侧倾,四、侧向力转向,Fy2,Fy1,.,随动转向后悬架逆向弹性转向桑塔那的后悬架富康的随动转向后悬架,.,刹车转舵问题:太大盘式制动的优点纵向力引起车轮侧倾ABS引起的转向扰动DYC引起的转向扰动多杆悬架制动时的板簧卷曲,五、纵向力转向,0,.,制动时的板簧卷曲造成制动转向,五、纵向力转向,.,加大前拉杆的柔性,使后轮在侧向力作用下产生向内转向角通过弹性转角来抵消侧偏角,以提高后轮有效侧偏刚度可以设计虚擬主肖位置,引起适当的弹性转向以增进制动稳定性,多杆随动转向后悬架,V,虚擬主肖,.,.,(,外张）,(,外向,),g,1.车轮定位参数车轮前束toe车轮外倾主销后倾主销内倾主销纵偏距主销侧偏距,g,六、车轮定位,.,2.车轮外倾与轮胎侧倾特性,外倾因载荷、制动与跳动而改变轮胎侧倾特性：侧向力与反回正力矩,外倾原因:“传统”,间隙，弹性，路拱,3.前束与轮胎侧偏特性,前束原因:平衡外倾载荷变化与车轮跳动时前束的变化干涉转向干涉转向的合理值滚动阻力要求适当增大前束，制动时车轮前张(),.,主销拖距高速回正原理载荷变化（制动）与车轮跳动的变化主销拖距与撒手稳定性与前轮摆振,xk,k,tan,R,D,+,=,x,5主销内倾与侧偏距低速回正性作用的消失重力弹簧回正力距与还是成比例？计算方法,4主销后倾与纵偏距,.,高速回正原理定位参数必须足以克服干摩擦(残余横摆角速度与转向盘转角）转向逆效率要低吗？减小转向系干磨擦，减小定位角，加转向阻尼器是近代趋势减小（地面主销侧偏距）的意义和“负偏距”的优点盘式制动的必要性,6主销定位参数的选择与近代趋势,.,七、轮胎特性与稳态转向特性,d,中性转向点,-,临界车速开环增益,时,不稳定:,-,U.S,过度转向区,.,影响稳态转向特性的因素,轮胎特性与稳态转向特性,稳态转向特性转折的原因,侧倾刚度比侧倾力矩中心高度随的而轮胎侧偏特性的饱和驱动力对饱和的影响制动力分配,.,改善稳态转向特性的措施,轮胎特性与稳态转向特性,前置横向稳定器后非独立悬架Bs2后非独立悬架板簧下置后板簧前低后高后非独立中心弹簧老Benz的后悬架：h2,中心弹簧,.,“随动转向”后悬架的反稳定杆,轮胎特性与稳态转向特性,.,轮向油门制动离合器变速杆,汽车m个刚体,弹性耦合,几何耦合,气动反馈,几个轮胎,操纵指令,6n个轮胎运动,轮胎附加运动,6n个轮胎力,6m个运动参数,空气六分力,风扰,.,v,八、汽车操纵动态响应的基本分析,二自由度角输入运动（线性模型）运动模型与座标,XYZ固定于汽车重心,),r,(,+,b,&,侧偏角：,b,绝对座标,d,y,y,L,b,a,j,Y,X,v,x,v,.,二自由度角输入运动,微分方程、传递函数,其中,拉氏变换得传递函数,.,1,相位,w,20,40,60,80,频率特性：传递函数中令Sj,其实部,与虚部均为的函数，,二自由度角输入运动,即实频特性与虚频特性：,幅频特性：宽平为优相频特性：以小为优频率特性：,低速：增益平坦相位滞后高速：增益高峰低度频超前高频滞后,246810121416,v,v,v,v,.,A,二自由度角输入运动,角输入运动特征稳定条件：传递函数分母为特征函数,，根的实部不大于0的条件为：,名义自然频率过渡时间,即,.,反应速度与反应时间相对阻尼系数,t,