A平板式清障車的設(shè)計(jì),平板,清障車,設(shè)計(jì) 郭孔輝 2003年2月 底盤平臺(tái)設(shè)計(jì)的靈魂— 懸架與相關(guān)技術(shù) PDF created with pdfFactory trial version 底盤平臺(tái)設(shè)計(jì)的靈魂— 懸架與相關(guān)技術(shù) 一、懸架的運(yùn)動(dòng)學(xué)、車身的側(cè)傾與縱傾 二、輪荷轉(zhuǎn)移 三、側(cè)傾轉(zhuǎn)向 四、側(cè)向力轉(zhuǎn)向 五、縱向力轉(zhuǎn)向 六、車輪定位 七、輪胎特性與穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性 八、汽車操縱的瞬態(tài)響應(yīng) PDF created with pdfFactory trial version 一、懸架的運(yùn)動(dòng)學(xué) §1. 傳統(tǒng)的側(cè)傾中心(R.C.)概念及其局限性 ? “單擺”模型不能解釋車身 的垂向運(yùn)動(dòng)（Jacking effect） ? 非獨(dú)懸架的R.C. ? 縱傾是否也有“擺動(dòng)中心”？ PDF created with pdfFactory trial version §2. 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 gMm Mg 3NP2P1 1N 2N Mgm Mgm N ye N1 N2 PDF created with pdfFactory trial version ? 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 Mgm Mgm N ye PDF created with pdfFactory trial version ? 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 ? 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 Mgm Mgm N ye S1 S1 N2N1 PDF created with pdfFactory trial version ? “中性面”的確定 ? 車身位移 其中： Lkk ka 21 2 1 += q q=q C M ki/NZ z =D e.mge.MgM q+m=q 2 2 2 11 1bKaKC +=q 中性面 Mgm Mg hN ZN N1K 2K 1a 2a λ PDF created with pdfFactory trial version §2. 車身側(cè)傾 l通常對(duì)稱面就是中性面 l由單側(cè)導(dǎo)向力方向可確定 (整車) l l外加輪胎變形 l若左右載荷與彈簧剛度不對(duì)稱……? ( ) 1Mge/CMgeC eyM 0yey0yy 0y y - m= -=q qq & 0ye Mgm Mgm N ye S1 S1 N2 N1 S2 S2 c 懸上質(zhì)心 0ye h2h1 a bλ 1c 2c PDF created with pdfFactory trial version §3.側(cè)傾性能小結(jié) y y & q 0yy 0y y MgeC eyM -=q q && yCq = q ）(B.2k ）（B.2ky 2e 2 e e C 獨(dú)立懸架 非獨(dú)立懸架 ye l降低 的途徑：降低 重心，提高力矩中心 l提高側(cè)傾力矩中心的 限制 ye l 取決于與 l l sB eB sB eB PDF created with pdfFactory trial version lBenz─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 2YZP 1YZP 1λ 2λ （前輪與車身縱 向的相對(duì)瞬心） 2XZp 1XZp2XZp ka 1YZp 2YZp 1YZp 1XZp 1r2r 1λ XZp 2λ 2YZp PDF created with pdfFactory trial version l“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） PDF created with pdfFactory trial version ━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 xF yF xZP YZP YZP 1Yλ 2Yλ 虛擬主肖 PDF created with pdfFactory trial version 二、輪荷轉(zhuǎn)移分析 §1. 縱向軸荷轉(zhuǎn)移 l為何不能用側(cè)向分析 法？ ─不對(duì)稱 PZ2PX1 PX2PZ1 Mg PZ2 PX1 PX2 PZ1 l在坡道上的軸荷轉(zhuǎn)移 l在驅(qū)動(dòng)與制動(dòng)時(shí)的軸荷 轉(zhuǎn)移 Mgm a PDF created with pdfFactory trial version =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） ━高速時(shí)要計(jì)算空氣力的作用 =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 0X =& X& Y& yeY& §2.側(cè)向輪荷轉(zhuǎn)移 PDF created with pdfFactory trial version 三、側(cè)傾轉(zhuǎn)向 §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 d? 2 r λ43 fD D x PDF created with pdfFactory trial version §4.其它導(dǎo)向機(jī)構(gòu)(側(cè)傾)━等效單橫臂概念“剛化定理” c YZP 對(duì)稱面 c YZP c YZP 對(duì)稱面 c PDF created with pdfFactory trial version 斜置單臂 俯視（等 效） YZr 俯視 yU xU 側(cè)視（等 效） YZr XZr 后視 xU YZr XZr yU PDF created with pdfFactory trial version §5. 車身縱傾 中性面 N1 N2 X2 Z2 N2 N1 Z1 X2 xe λ 21 2 kk k + xx x x MgeC e.xM -= qq && N PDF created with pdfFactory trial version =大側(cè)傾角下力矩中心的變化 Z2N2 S2 Z1 S1 N1 N N2 c ye Mgm N1 PDF created with pdfFactory trial version §6. 其它導(dǎo)向機(jī)構(gòu) ━ 等效縱臂概念 xU xZP xU xZP PDF created with pdfFactory trial version §7. 鈑簧的導(dǎo)向作用 l側(cè)向反力作用線取決于吊耳、卷耳的剛性與弧高 l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 l縱向等效單臂，由車輪接地點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)確定。 N ye 2 rh = L43=r PDF created with pdfFactory trial version l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 ━驅(qū)動(dòng)橋的側(cè)傾中心不可太高（影響轉(zhuǎn)彎時(shí)的驅(qū)動(dòng) 力） C1 C2 rq PDF created with pdfFactory trial version §8. 結(jié)構(gòu)比較與案例分析 l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 eB eB sB eB PDF created with pdfFactory trial version = 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 §2.獨(dú)立懸架的側(cè)傾轉(zhuǎn)向 q 等效系統(tǒng) xq Zq PDF created with pdfFactory trial version =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 yF sykxa C/)FD( x+=d yF zF 四、側(cè)向力轉(zhuǎn)向 xD kx an ddd += Fy2 F y1 PDF created with pdfFactory trial version =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 yF yF PDF created with pdfFactory trial version =剎車轉(zhuǎn)舵問題:r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 五、縱向力轉(zhuǎn)向 ρr PDF created with pdfFactory trial version = 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 xkk tanRD +=x §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 2 1 y y GRg VG g aF == ka kx kx r xyD ka §4．主銷后傾與縱偏距 kyD r yF kb g PDF created with pdfFactory trial version = 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？ = 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 r §6．主銷定位參數(shù)的選擇與近代趨勢(shì) PDF created with pdfFactory trial version 七、輪胎特性與穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性 *ya 1da )(d.LvG y 2120 -fid-d= kV y 212 c da )(d/Lv d-d-= L 1 21 d-d 2V R 1 d ed 21 d-d ya 中性轉(zhuǎn)向點(diǎn) 1d 2d '1d 臨界車速 開環(huán)增益 時(shí) 不穩(wěn)定: - ya ya U.S y 21 a d-d 2V 過度轉(zhuǎn)向區(qū) PDF created with pdfFactory trial version =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 { 1r1c11 2r2c22 ddad ddad ++= ++= – 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 x 21 21 D e/e C/C ff 1cd1y F 2yF 1ZFm 1d1a 2d 2d 2a 2a 1a 1d 1rd y& 2r2c dd + 2ZFm PDF created with pdfFactory trial version =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 PDF created with pdfFactory trial version –“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 PDF created with pdfFactory trial version 輪向 油門 制動(dòng) 離合器 變速桿 汽車 m個(gè) 剛體 彈性耦合 幾何耦合 氣動(dòng) 反饋 幾個(gè) 輪胎 操縱 指令 6n個(gè) 輪胎運(yùn)動(dòng) 輪胎 附加 運(yùn)動(dòng) 6n個(gè) 輪 胎 力 6m個(gè) 運(yùn)動(dòng)參數(shù) 空氣六分力 風(fēng)擾 PDF created with pdfFactory trial version v 八、汽車操縱動(dòng)態(tài)響應(yīng)的基本分析 > K 1 c =n\ 05.oe TT 與 ee05.0 T320ln.TT == eT t Ae - 二自由度角輸入運(yùn)動(dòng) l角輸入運(yùn)動(dòng)特征 4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： 4名義自然頻率 4過渡時(shí)間 ,即 )Kv1(ccT1 221 2 2 + h==w 1STST)s(D 122 ++= 2121 2 e cc v2 )/ba(c)/ab(c vL2 T T2T +?h++h+== 0Kv1 2 >+ PDF created with pdfFactory trial version 4反應(yīng)速度與反應(yīng)時(shí)間 4相對(duì)阻尼系數(shù) t 當(dāng) 二自由度角輸入運(yùn)動(dòng) hn+ h++h+==z /cc)K1(2 )/ba(c)/ab(c T2 T 21 2 21 2 1 λ 1?h ) c 1 c 1( L 1K, )K1( 1 212 -= n+ ?z2121 cc 2 cc ?+ 得 r 2sr 0t s f s s r r 0 s0t T )0(r G )t(r rT TG s)s(r.lim)t(r t= d== dt= ?? ? ?o ? dd d= = ￥fi= && & 時(shí)， sg )t(g fT PDF created with pdfFactory trial version （1）某車 C1 = 70N/rad/Kg，C2 =110N/rad /Kg，L =3m， η=1， 計(jì)算運(yùn)動(dòng)特征，K, （2）在 C2=110N/rad/Kg 下，改變 C1=40,70,100,30N/rad/Kg 討論汽車操縱運(yùn)動(dòng)特征的變化。 （3）在（1）參數(shù)下討論 對(duì)運(yùn)動(dòng)特征的影響。 m4,3,2L,5.1,1,5.0 ==h 練習(xí)題 二自由度角輸入運(yùn)動(dòng) zw ,TT,T f,05.0e,0 PDF created with pdfFactory trial version