汽车操纵稳定性与悬架的关系课件

1、汽车理论第三十二讲2第五章 汽车的操纵稳定性第四节汽车操纵稳定性与悬架的关系 本节将学习弹性侧偏角、 侧倾转向角和变形转向角等基本概念，分析不同悬架及参数对汽车操纵稳定性的影响，了解改善汽车操纵稳定性的方法。返回目录3在上一节的分析中，已经证明汽车的操纵稳定性取决于前后轮侧偏角的关系。而前后轮侧偏角仅取决于悬架无变形、车轮无外倾、转向杆系无变形和干涉、且左右车轮垂直载荷无变化的汽车模型。即， “线性二自由度汽车模型”:仅考虑弹性侧偏角，且为常数。4 1）前、后轴左、右两侧车轮的垂直载荷要发生变化； 2）车轮有外倾角，由于悬架导向杆系的运动及变形，外倾角将随之变化； 3）车轮上有切向反作用力；

2、4）车身侧倾时悬架变形，悬架导向杆系和转向杆系将产生相应运动及变形。 综上，车轮“总侧偏角”还应该包括以下三个部分： 1）弹性侧偏角（FZ变化和的变化引起的侧偏角的变化）； 2）侧倾转向角（车厢侧倾而导致前后轮转角的变化）； 3）变形转向角（悬架导向杆系变形引起的车轮转角的变化）。第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系 线性二自由度汽车模型对汽车进行了较多简化，汽车行驶过程中，还应考虑以下因素对轮胎侧偏角的影响。其中，1）仍属于弹性侧偏；2）和3）则是车轮的整体转动。5在上一节的模型中，认为操纵稳定性（稳态响应）取决于前后轮行驶方向的“偏差”，即1和2，而这两个角度完全来自固定的弹性侧偏刚度。而本

3、节研究的，就是对对上述弹性侧偏角的修正和补充。影响操纵稳定性的是“总侧偏角”。6侧倾轴线是侧倾中心的连线。 1）侧倾轴线：车厢相对于地面转动时的瞬时轴线； 2）侧倾中心：侧倾轴线通过前、后轴处横断面上的瞬时转动中心；其位置由悬架导向机构决定，常用图解法确定。一、车厢侧倾1.车厢侧倾轴线想一想：先确定侧倾轴线再确定侧倾中心，还是先确定侧倾中心再确定侧倾轴线？第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系71234O24O13 假定车厢不动，地面和车轮相对车厢转动； 假定车轮与地面间无相对滑动； 对四连杆机构会用到三心定理。确定侧倾中心时第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系 四连杆机构中相对两杆的相对运动瞬心是

4、相邻两杆延长线的交点。8Om1）单横臂独立悬架车厢的侧倾中心第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系9DGOlOrOm2）双横臂独立悬架的侧倾中心第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系10双横臂独立悬架的等效单横臂悬架第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系11定义：车厢侧倾时，单位车厢转角下，悬架系统给车厢总的弹性恢复力偶矩： 抗御扭动的能力1）悬架的线刚度定义：车轮保持在地面上而车厢作垂直运动时，单位车厢位移下，悬架系统给车厢的总弹性恢复力： 抗御压缩的能力2.悬架的侧倾角刚度第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系12（1）非独立悬架（2）独立悬架恢复力弹性元件导向杆系约束反力第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关

5、系13mn第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系弹簧到铰链车轮到铰链14用虚位移原理确定悬架线刚度mnssst第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系15用虚位移原理确定悬架线刚度mn第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系162）悬架的侧倾角刚度第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系汽车理论第三十三讲主讲教师：杨志华学时：4818在上一节的模型中，认为操纵稳定性（稳态响应）取决于前后轮行驶方向的“偏差”，即1和2，而这两个角度完全来自固定的弹性侧偏刚度。而本节研究的，就是对对上述弹性侧偏角的修正和补充。影响操纵稳定性的是“总侧偏角”。19定义：车厢侧倾时，单位车厢转角下，悬架系统给车厢总的弹性恢复力偶矩： 抗御

6、扭动的能力1）悬架的线刚度定义：车轮保持在地面上而车厢作垂直运动时，单位车厢位移下，悬架系统给车厢的总弹性恢复力： 抗御压缩的能力2.悬架的侧倾角刚度第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系20 r大，水平晃动大，乘客不稳定，无安全感。 r小， 地面不平时有冲击感。4.车厢侧倾角及侧倾力矩操纵稳定性平顺性 侧倾角改变了外倾角； 侧倾角改变了内外车轮的垂直载荷FZ，从而改变侧偏角。 在确定悬架总侧倾角刚度 时，要综合考虑对操纵稳定性和平顺性的影响。第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系r211）悬挂质量的离心力引起的侧倾力矩Mr第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系222）侧倾后悬挂质量重力引起的侧倾力矩Mr

7、第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系233）独立悬架中非悬挂质量的离心力引起的侧倾力矩Mr第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系24 悬架总侧倾刚度等于 前、后悬架及横向稳定杆的侧倾角刚度之和。第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系侧倾力矩取决于车辆结构和行驶工况，而侧倾角刚度则完全取决于车辆结构。25侧倾问题的求解思路：由车辆结构参数（主要是悬架系统的型式、尺寸和弹性特性）确定侧倾角刚度；由车辆运动形态（侧向加速度）和结构参数（主要是总体尺寸和质量分布）确定侧倾力矩；二者相除，得到侧倾角。侧倾角反应曲线运动时车厢相对地面的倾斜程度，会改变车轮的外倾角，同时引起左右侧车轮垂直载荷的重新分配，可以进一步分

8、析汽车的操纵稳定性。26二、侧倾时垂直载荷在左右轮上的重新分配及其对稳态响应的影响1.侧倾时垂直载荷在左右轮上的重新分配 工字形车架代表车厢，悬挂质量为Ms。 工字形车架分别通过前、后悬架的侧倾中心m01和m02 与前后轴相铰接，同时又通过前后悬架的弹性元件分别与前、后轴相连接。第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系27第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系28第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系29第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系30该问题的具体定量计算较繁琐，基本思路如下：曲线运动意味着存在侧倾力矩（“较繁琐”的就是侧倾力矩的计算）；前后悬架存在固有的侧倾角刚度；汽车做曲线运动时，相对于悬架变形而

9、言，车厢变形忽略不计，即，整车只有一个侧倾角。该侧倾角等于上述侧倾力矩除以前后轴侧倾角刚度（含横向稳定杆的侧倾角刚度）之和。对于前后悬架而言，变形量（侧倾角）是相同的，而侧倾刚度不同。那么一定有：侧倾刚度大的悬架（车轴）分担的侧倾力矩大、侧倾刚度小的悬架（车轴）分担的侧倾力矩小。侧倾力矩是针对悬架而言的，对于车轮则意味着两侧的垂直载荷发生变化，即“重新分配”。汽车理论第三十四讲主讲教师：杨志华学时：4832曲线运动意味着存在侧倾力矩（“较繁琐”的就是侧倾力矩的计算）；前后悬架存在固有的侧倾角刚度；汽车做曲线运动时，相对于悬架变形而言，车厢变形忽略不计，即，整车只有一个侧倾角。该侧倾角等于上述侧

10、倾力矩除以前后轴侧倾角刚度（含横向稳定杆的侧倾角刚度）之和。对于前后悬架而言，变形量（侧倾角）是相同的，而侧倾刚度不同。那么一定有：侧倾刚度大的悬架（车轴）分担的侧倾力矩大、侧倾刚度小的悬架（车轴）分担的侧倾力矩小。侧倾力矩是针对悬架而言的，对于车轮则意味着两侧的垂直载荷发生变化，即“重新分配”。33车身不侧倾时车身侧倾后2.左右轮垂直载荷再分配时轮胎的侧偏刚度 第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系无论对于前轴还是后轴，侧倾都会导致平均侧偏刚度下降、侧偏角增加。34汽车趋于增加不足转向汽车趋于减少不足转向用以上结论分析，如何通过改变前后轴左、右侧车轮垂直载荷的变化量来提高汽车的不足转向量？横向稳

11、定杆用在前后悬架对汽车稳态响应特性所起到的作用是否相同？为什么？思考第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系35为增加汽车的不足转向量，应该使得前轮的侧偏角增加得比后轮的多；也就是使前轮的平均侧偏刚度下降得比后轮的多；也就是要求前轴左右车轮垂直载荷的变动量再分配大于后轮的。当横向稳定杆布置在前轴时，可以提高前悬架的侧倾角刚度；侧倾时，前后轴侧倾角相同，而前悬架侧倾角刚度较大，所以可以分担更多的侧倾力矩，其左右车轮垂直载荷的变动量就更大；所以有利于增加不足转向量。36FY不变沿FY侧倾FY-+-减小增大三、侧倾外倾侧倾时车轮外倾角的变化 侧倾时的变化有三种可能第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系沿FY相

12、反方向侧倾37 地面转过r确定车轮相对于车厢外倾角 。 地面回到水平位置确定车厢相对于地面产生侧倾角r时，轮胎外倾角 。车轮外倾角的确定第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系38车厢侧倾时不同形式悬架所引起的车轮外倾角的变化非独立悬架车身侧倾时，前轮外倾角不变。第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系39车厢侧倾时不同形式悬架所引起的车轮外倾角的变化 双横臂悬架前轮外倾角与地面侧向力方向相反，有增大侧偏角（绝对值）的作用。第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系40车厢侧倾时不同形式悬架所引起的车轮外倾角的变化单纵臂悬架前轮外倾角与地面侧向力方向相反。第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系41车厢侧倾时不同形式悬

13、架所引起的车轮外倾角的变化单横臂悬架前轮外倾角与地面侧向力方向相同（或相反）。第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系42 侧倾外倾系数。车厢侧倾所引起的车轮外倾角的变化可由下式计算第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系43四、侧倾转向 车厢侧倾所引起的前转向轮绕主销的转动、后轮绕垂直于地面轴线的转动，即车轮转角的变动，称为侧倾转向。 侧倾转向系数。车轮的侧倾转向角与车厢侧倾角的关系可以用下式表示第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系注意，此处的“转向角”，是将车轮看做刚体发生的刚性转动。不属于轮胎的弹性侧偏，而是对弹性侧偏的一种补充。44后悬架的侧倾转向对稳态转向特性的影响第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关

14、系这种非独立悬架车轴的整体转动（不是车轮的转动），又称作轴转向。汽车轴转向的方向和大小，取决于悬架弹簧的布置形式、安装尺寸和刚度。合理的悬架设计，可以利用轴转向效应增加不足转向趋势。45第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系46五、变形转向悬架导向装置变形引起的车轮转向角 悬架导向杆系各元件在各种力、力矩作用下发生的变形，引起车轮绕主销或垂直于地面轴线的转动，称为变形转向，其转角叫做变形转向角。 变形转向可以使汽车具有恰当的不足转向。 变形转向角； 侧向力变形转向系数。估算侧向力变形转向角第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系47第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系48第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系

15、49回正力矩变形转向角a 在回正力矩作用下，悬架和车轮有扭转变形，前、后轴车轮均发生回正力矩变形转向角a。 回正力矩变形转向系数； 回正力矩系数。回正力矩变形转向角a第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系50第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系回正力矩引起的变形转向角前轴趋于增加不足转向；后轴趋于减少不足转向。51六、变形外倾悬架导向装置变形引起的外倾角的变化 受到侧向力作用的独立悬架杆系的变形会引起车轮外倾角的变化。第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系52 1）前、后轴左、右两侧车轮的垂直载荷要发生变化； 2）车轮有外倾角，由于悬架导向杆系的运动及变形，外倾角将随之变化； 3）车轮上有切向反作用力； 4）车身侧倾时悬架变形，悬架导向杆系和转向杆系将