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1、1,郭孔辉 雷雨成2004 年 6 月,汽车悬架设计理论与相关技术,2,1、车轮定位2、悬架的运动学、车身的侧倾与纵倾3、轮荷转移4、侧倾转向 5、侧向力转向6、纵向力转向7、轮胎特性与稳态转向特性8、汽车操纵的瞬态响应,目 录,3,(,外张）,(,外向,),g,1.1.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 主销拖距 轴距 l 轮距 B 主销地面侧偏距,g,1、车轮定位,r,g,r,4,1.2、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,1.3、前束与轮胎侧偏特性,前
2、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(),5,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,1.5、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,1.4、主销后倾与纵偏距,6,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？NO 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-地面
3、负偏移距趋势 小的主销后倾角，大的内倾角,1.6、主销定位参数的选择与近代趋势,7,2.1 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,N2,2、悬架的运动学,8,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,9,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（如果有横向稳定杆 要考虑之
4、）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,N1,10,“纵倾中性面”的确定 车身位移 其中：,中性面,11,2.2、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)外加轮胎变形若有横向稳定杆要考虑之或设计之,N,S1,S1,N2,N1,S2,S2,c,悬上质心,h2,h1,a,b,12,大侧倾角下力矩中心的变化,Z2,N2,S2,Z1,S1,N1,N,N2,c,N1,13,2.3、侧倾性能小结,降低 的途径：降低重心，提高侧倾力矩中心 提高侧倾力矩中心的 限制,取决于 与,14,2.4、其它导向
5、机构(侧倾)等效单横臂概念“郭孔辉刚化定理”,双横臂,15,麦弗逊悬架侧倾中心,16,斜置单臂,17,复合式悬架侧倾中心,如果扭杆梁靠近前铰点独立性好，但侧倾中心低,18,非独立悬架侧倾中心,19,2.5、车身纵倾,中性面,N1,N1,N2,X2,X2,Z2,N2,N1,Z1,X2,N,20,2.6、其它导向机构 郭孔辉等效纵臂理论,21,2.7、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，作为横向侧倾中心纵向等效单臂，由车轮接地点运动学确定。,N,22,侧倾轴的倾角 前低后高是因为前面是双横臂后面非独立 尽可能提高侧倾中心,
6、23,2.8、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,24,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）,25,“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）从
7、1/1独立悬架0.5/10/1悬架（非独立悬架）,26,三杆式前悬架,27,空间四杆式后悬架,28,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,29,菱帅汽车后四杆悬架,30,菱帅汽车四杆式后悬架高不足转向的随动转向性能,hw,中性面,纵倾中心,侧倾中心,虚拟主销,后拖距,虚拟主销,31,3、轮荷转移分析,3.1、纵向轴荷转移,高速时要考虑空气阻力,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,32,侧向轮荷转移的主要组
8、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）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,3.2、侧向轮荷转移,33,4、侧倾转向,4.1、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,34,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,4.2、独
9、立悬架的侧倾转向,35,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,5、侧向力转向,Fy2,Fy1,36,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,37,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,6、纵向力转向,0,38,制动时的板簧卷曲 造成制动转向,6、纵向力转向,39,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
10、定性,多杆随动转向后悬架,V,虚擬主肖,.,40,7、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,41,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,42,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,43,“随动转向”后悬架的反稳定杆,轮胎特性与稳态转向特性,44,v,8、汽车操纵动态响
11、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,45,二自由度角输入运动,微分方程、传递函数,其中,拉氏变换得传递函数,46,1,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,2 4 6 8 10 12 14 16,v,v,v,v,47,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,48,反应速度与反应时间相对阻尼系数,t,当,二自由度角输入运动,得,时，,49,
