懸架設(shè)計理論

1、1郭孔輝 雷雨成2004 年 6 月汽車懸架設(shè)計理論與相關(guān)技術(shù)2目 錄3kd dkx x(外張）g gyF(外向)g gg gzMkxD 1.1 .1.1 .車輪定位參數(shù)車輪定位參數(shù) 車輪前束車輪前束 toetoe 車輪外傾車輪外傾 主銷后傾主銷后傾 主銷內(nèi)傾主銷內(nèi)傾 主銷縱偏距主銷縱偏距 主銷側(cè)偏距主銷側(cè)偏距 主銷拖距主銷拖距 軸距軸距 l l 輪距輪距 B B 主銷地面?zhèn)绕嘀麂N地面?zhèn)绕鄈b bg g1、車輪定位、車輪定位kxDxyDk kyDr ryFkb bg gkx xr r41.21.2、車輪外傾與輪胎側(cè)傾特性、車輪外傾與輪胎側(cè)傾特性外傾因載荷、制動與跳動而改變外傾因載荷、制動與

2、跳動而改變輪胎側(cè)傾特性：側(cè)向力與反回正力矩輪胎側(cè)傾特性：側(cè)向力與反回正力矩外傾原因外傾原因:“:“傳統(tǒng)傳統(tǒng)”, ,間隙，彈性，路間隙，彈性，路拱拱1.31.3、前束與輪胎側(cè)偏特性、前束與輪胎側(cè)偏特性前束原因前束原因: :平衡外傾平衡外傾載荷變化與車輪跳動時前束的變化載荷變化與車輪跳動時前束的變化干涉轉(zhuǎn)向干涉轉(zhuǎn)向干涉轉(zhuǎn)向的合理值干涉轉(zhuǎn)向的合理值滾動阻力要求適當(dāng)增大前束，制動滾動阻力要求適當(dāng)增大前束，制動 時車輪前張時車輪前張( )( )0 r r5 主銷拖距主銷拖距 高速回正原理高速回正原理 載荷變化（制動）與車輪跳動載荷變化（制動）與車輪跳動 的變化的變化 主銷拖距與撒手穩(wěn)定性主銷拖距與撒手穩(wěn)

3、定性 與前輪擺振與前輪擺振xkktanRD+ += =x x 1.51.5、主銷內(nèi)傾與側(cè)偏距、主銷內(nèi)傾與側(cè)偏距 低速回正性低速回正性 作用的消失作用的消失 重力彈簧重力彈簧 回正力距與回正力距與 還是還是 成比例？成比例？ 計算方法計算方法121yyGRgVGgaF= = =k kx xkxr rxyDk 1.41.4、主銷后傾與縱偏距、主銷后傾與縱偏距kyDr ryFkb bg g6 高速回正原理定位參數(shù)必須足以克服干摩擦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）殘余橫擺角速度與轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角） 轉(zhuǎn)向逆效率要低嗎？轉(zhuǎn)向逆效率要低嗎？NONO 減小轉(zhuǎn)向系干磨擦，減小

4、定位角，加轉(zhuǎn)向阻減小轉(zhuǎn)向系干磨擦，減小定位角，加轉(zhuǎn)向阻 尼器是近代趨勢尼器是近代趨勢 減小減小 （地面主銷側(cè)偏距）的意義和（地面主銷側(cè)偏距）的意義和“負(fù)偏負(fù)偏 距距”的優(yōu)點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn) 盤式制動的必要性盤式制動的必要性- -地面負(fù)偏移距趨勢地面負(fù)偏移距趨勢 小的主銷后傾角，大的內(nèi)傾角小的主銷后傾角，大的內(nèi)傾角r r1.61.6、主銷定位參數(shù)的選擇與近代趨勢、主銷定位參數(shù)的選擇與近代趨勢7 車身受有三種力（達(dá)朗貝爾概念）車身受有三種力（達(dá)朗貝爾概念） 1. 1. 重心處的重力與慣性力重心處的重力與慣性力 2. 2. 導(dǎo)向桿系的導(dǎo)向力導(dǎo)向桿系的導(dǎo)向力 3. 3. 彈性元件的彈簧力彈性元件的彈簧力gM M

5、g3NP2P11N2NMg Mg NyeN1N28 等效系統(tǒng)等效系統(tǒng), ,將彈簧力簡化將彈簧力簡化 到車輪接地點(diǎn)到車輪接地點(diǎn)( (杠桿比為杠桿比為 1) 1) 處處, ,目的目的: : 便于確定有效導(dǎo)向力的便于確定有效導(dǎo)向力的 方向與大小方向與大小 初始彈簧力與重力抵消初始彈簧力與重力抵消 便于由彈簧變形和輪距便于由彈簧變形和輪距 ( (軸距軸距) )來確定車身位移來確定車身位移Mg Mg Nye9 彈簧力的確定彈簧力的確定 三種力相平衡三種力相平衡 彈簧力必等于慣性力與導(dǎo)向力彈簧力必等于慣性力與導(dǎo)向力 的總和的總和對于等效系統(tǒng)確定了導(dǎo)向力對于等效系統(tǒng)確定了導(dǎo)向力 就等于確定了彈簧力就等于確定

6、了彈簧力確定了彈簧力就等于確定了確定了彈簧力就等于確定了 車身傾角（如果有橫向穩(wěn)定桿車身傾角（如果有橫向穩(wěn)定桿 要考慮之）要考慮之） 導(dǎo)向力的分解與導(dǎo)向力的分解與“力矩中心力矩中心” 導(dǎo)向力合力未必水平導(dǎo)向力合力未必水平 在在“中性面中性面”處分解的意義：處分解的意義： 車身的垂向平動與轉(zhuǎn)動車身的垂向平動與轉(zhuǎn)動S2S2Mg Mg NyeS1S1N2N110 “縱傾中性面縱傾中性面”的確定的確定 車身位移車身位移 其中：其中：Lkkka2121+ += = = = CMki/NZz = = e.mge .MgM + + = = 222111bKaKC+ += = 中性面Mg MghNZNN1K2

7、K1a2a112.22.2、 車身側(cè)傾車身側(cè)傾l通常對稱面就是中性面通常對稱面就是中性面l由單側(cè)導(dǎo)向力方向可確定由單側(cè)導(dǎo)向力方向可確定 ( (整車整車) )l l外加輪胎變形外加輪胎變形l若有橫向穩(wěn)定桿要考慮之或設(shè)計之若有橫向穩(wěn)定桿要考慮之或設(shè)計之 1Mge/CMgeCeyM0yey0yy0yy = = = = 0yeMg Mg NyeS1S1N2N1S2S2c懸上質(zhì)心懸上質(zhì)心0yeh2h1ab1c2c12大側(cè)傾角下力矩中心的變化大側(cè)傾角下力矩中心的變化Z2N2S2Z1S1N1NN2cyeMg N1132.32.3、側(cè)傾性能小結(jié)、側(cè)傾性能小結(jié)yy 0yy0yyMgeCeyM = = yC =

8、= ）(B.2k）（B.2ky2e2eeC獨(dú)獨(dú)立立懸懸架架非非獨(dú)獨(dú)立立懸懸架架yel 降低降低 的途徑：降低的途徑：降低重心，重心， 提高側(cè)傾力矩中心提高側(cè)傾力矩中心l 提高側(cè)傾力矩中心的提高側(cè)傾力矩中心的 限制限制yel 取決于 與l l sBeBsBeB142.42.4、其它導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、其它導(dǎo)向機(jī)構(gòu)( (側(cè)傾側(cè)傾)等效單橫臂概念等效單橫臂概念“郭孔輝郭孔輝剛化定理剛化定理”cYZP對稱面對稱面雙橫臂雙橫臂15對稱面對稱面cYZP麥弗遜懸架側(cè)傾中心麥弗遜懸架側(cè)傾中心16斜置單臂斜置單臂俯視俯視（等效）（等效）YZr r俯視俯視yUxU側(cè)視側(cè)視（等效）（等效）YZr rXZr r后視后視xUYZ

9、r rXZr ryU17復(fù)合式懸架側(cè)傾中心如果扭桿梁靠近前鉸點(diǎn)獨(dú)如果扭桿梁靠近前鉸點(diǎn)獨(dú)立性好，但側(cè)傾中心低立性好，但側(cè)傾中心低18非獨(dú)立懸架側(cè)傾中心19中性面中性面N1N1N2X2X2Z2N2N1Z1X2xe212kkk+ +xxxxMgeCe .xM = = N202.62.6、 其它導(dǎo)向機(jī)構(gòu)其它導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 郭孔輝等效縱臂理論郭孔輝等效縱臂理論xUxZPxUxZP212.72.7、 鈑簧的導(dǎo)向作用鈑簧的導(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，

10、作為橫向側(cè)傾中心近卷耳高度，作為橫向側(cè)傾中心l縱向等效單臂，由車輪接地點(diǎn)運(yùn)動學(xué)確定?？v向等效單臂，由車輪接地點(diǎn)運(yùn)動學(xué)確定。Nye2rh = =L43= =r r22l側(cè)傾軸的傾角側(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)傾中心盡可能提高側(cè)傾中心23l獨(dú)立懸架與非獨(dú)立懸架的特點(diǎn)獨(dú)立懸架與非獨(dú)立懸架的特點(diǎn) 側(cè)傾力矩中心的高度側(cè)傾力矩中心的高度: : 多數(shù)非獨(dú)立懸架和橫單臂多數(shù)非獨(dú)立懸架和橫單臂 獨(dú)立懸架都較高獨(dú)立懸架都較高, , 其它獨(dú)其它獨(dú) 立懸架立懸架( (雙橫臂雙橫臂, , 縱單臂縱單臂, , 縱雙臂等）較低縱雙臂等）較低 有效彈簧距

11、有效彈簧距, , 獨(dú)立懸架的獨(dú)立懸架的 有效彈簧距等于輪距有效彈簧距等于輪距, , 非非 獨(dú)立懸架獨(dú)立懸架 通常較小通常較小, ,特特 殊布置可以不同殊布置可以不同eBeBsBeB24lBenz600Benz600前懸架前懸架 上下跳動時主肖后傾角上下跳動時主肖后傾角 都會增大都會增大 具有明顯的具有明顯的“抗點(diǎn)頭角抗點(diǎn)頭角” 可安排所需要的側(cè)傾力可安排所需要的側(cè)傾力 矩中心高度矩中心高度（前輪與車身縱（前輪與車身縱向的相對瞬心）向的相對瞬心）2XZp1XZp2XZpk 1YZp2YZp1YZp1XZp1r r2r r1XZp22YZp2YZP1YZP1225l“半獨(dú)立半獨(dú)立”縱單臂后懸架縱單

12、臂后懸架 側(cè)傾時橫梁中點(diǎn)是一個側(cè)傾時橫梁中點(diǎn)是一個“不不 動點(diǎn)動點(diǎn)”, ,因此可看成一種因此可看成一種“斜斜 置單臂置單臂”卻只有一個鉸點(diǎn)卻只有一個鉸點(diǎn) 橫梁前移橫梁前移“臂長臂長”增大增大, ,移至移至 鉸點(diǎn)處鉸點(diǎn)處 獨(dú)縱單臂。移至獨(dú)縱單臂。移至 輪軸線輪軸線 臂長為半輪距臂長為半輪距 （非獨(dú)立懸架）（非獨(dú)立懸架） 從從1/11/1獨(dú)立懸架獨(dú)立懸架0.5/10/10.5/10/1懸架（非獨(dú)立懸架）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 虛擬主肖虛擬主肖:上兩桿與下兩桿交點(diǎn)上兩桿與下兩桿交點(diǎn) 盡量接近車輪中心面盡量接近車輪中心面 縱向瞬心與橫向瞬心縱向瞬心與橫向瞬心 位置可

13、以任意選擇位置可以任意選擇 可以滿足可以滿足 , , 引起的引起的 彈性轉(zhuǎn)向要求彈性轉(zhuǎn)向要求多桿懸架多桿懸架滿足多種要求滿足多種要求xFyFxZPYZPYZP1Y2Y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)向的隨動轉(zhuǎn)向性能2YZP1YZP122YZP1YZP12313、輪荷轉(zhuǎn)移分析、輪荷轉(zhuǎn)移分析3.13.1、 縱向軸荷轉(zhuǎn)移縱向軸荷轉(zhuǎn)移l高速時要考慮空氣阻力高速時要考慮空氣阻力PZ2PX1PX2PZ1MgPZ2PX1PX2PZ1l在坡道上的軸荷轉(zhuǎn)移在坡道上的軸荷轉(zhuǎn)移l在驅(qū)動與制動時的軸荷在驅(qū)動與制動時的軸荷 轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移Mg 32側(cè)向輪荷轉(zhuǎn)移的主要組成（側(cè)向輪荷轉(zhuǎn)移的主要組成（

14、 時）時） 彈簧力轉(zhuǎn)移（靜不定問題彈簧力轉(zhuǎn)移（靜不定問題 彈簧力轉(zhuǎn)移取決于彈簧剛度分配彈簧力轉(zhuǎn)移取決于彈簧剛度分配, ,由彈簧變形計算）由彈簧變形計算） 導(dǎo)向力轉(zhuǎn)移（由作用在力矩中心處的側(cè)向力計算）導(dǎo)向力轉(zhuǎn)移（由作用在力矩中心處的側(cè)向力計算） 在同時存在在同時存在 與與 時，輪荷應(yīng)疊加時，輪荷應(yīng)疊加當(dāng)當(dāng) 增大時增大時 大的軸大的軸, ,輪荷轉(zhuǎn)移加劇輪荷轉(zhuǎn)移加劇, ,會導(dǎo)致側(cè)偏角急會導(dǎo)致側(cè)偏角急 劇增大劇增大0X = = X Y yeY 3.23.2、側(cè)向輪荷轉(zhuǎn)移、側(cè)向輪荷轉(zhuǎn)移334 4、側(cè)傾轉(zhuǎn)向、側(cè)傾轉(zhuǎn)向 4.14.1、非獨(dú)立懸架的側(cè)、非獨(dú)立懸架的側(cè) 傾轉(zhuǎn)向傾轉(zhuǎn)向 鈑簧的側(cè)傾轉(zhuǎn)向鈑簧的側(cè)傾轉(zhuǎn)向

15、 非獨(dú)立懸架縱向單臂非獨(dú)立懸架縱向單臂 非獨(dú)立四連桿懸架非獨(dú)立四連桿懸架 求輪心軌跡和求輪心軌跡和 三桿機(jī)構(gòu)需求三點(diǎn)座標(biāo)三桿機(jī)構(gòu)需求三點(diǎn)座標(biāo)CA，Bd2r43 x34 獨(dú)立縱單臂獨(dú)立縱單臂 水平軸水平軸 前后移動不產(chǎn)生轉(zhuǎn)角前后移動不產(chǎn)生轉(zhuǎn)角 非水平軸非水平軸 “ “八八”字軸的不足轉(zhuǎn)向性字軸的不足轉(zhuǎn)向性 橫向單臂和斜單臂獨(dú)立懸架橫向單臂和斜單臂獨(dú)立懸架 側(cè)傾轉(zhuǎn)向性、等效臂長側(cè)傾轉(zhuǎn)向性、等效臂長 鉸軸的垂直分量鉸軸的垂直分量 前獨(dú)立懸架與轉(zhuǎn)向桿系的干前獨(dú)立懸架與轉(zhuǎn)向桿系的干涉轉(zhuǎn)向涉轉(zhuǎn)向 多桿機(jī)構(gòu)的桿涉轉(zhuǎn)向多桿機(jī)構(gòu)的桿涉轉(zhuǎn)向 等效簡化原理等效簡化原理4.24.2、獨(dú)立懸架的側(cè)傾轉(zhuǎn)向、獨(dú)立懸架的側(cè)傾

16、轉(zhuǎn)向 等效系統(tǒng)等效系統(tǒng)x Z 35 轉(zhuǎn)向系彈性引起的附加轉(zhuǎn)角轉(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?qū)蛳祻椥砸鸬母郊愚D(zhuǎn)向 獨(dú)立縱臂與斜單臂后懸架的側(cè)向力轉(zhuǎn)向傾向獨(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)傾側(cè)向力導(dǎo)致輪胎側(cè)傾yFsykxaC/ )FD(x x+ += =d dyFzF5 5、側(cè)向力轉(zhuǎn)向、側(cè)向力轉(zhuǎn)向xDkx xand dd dd d+=Fy2Fy136 隨動轉(zhuǎn)向后懸架隨動轉(zhuǎn)向后懸架 逆向彈性轉(zhuǎn)向逆向彈性轉(zhuǎn)向桑塔那的后懸架桑塔那的后懸架富康的隨動轉(zhuǎn)向后懸架富康的隨動轉(zhuǎn)向后懸架 yFyF37剎車轉(zhuǎn)舵問題剎車轉(zhuǎn)舵問題: :r r太大太大盤式制動的優(yōu)點(diǎn)盤式制動的

17、優(yōu)點(diǎn)縱向力引起車輪側(cè)傾縱向力引起車輪側(cè)傾ABSABS引起的轉(zhuǎn)向擾動引起的轉(zhuǎn)向擾動DYCDYC引起的轉(zhuǎn)向擾動引起的轉(zhuǎn)向擾動多桿懸架多桿懸架制動時的板簧卷曲制動時的板簧卷曲6 6、縱向力轉(zhuǎn)向、縱向力轉(zhuǎn)向038制動時的板簧卷曲制動時的板簧卷曲 造成制動轉(zhuǎn)向造成制動轉(zhuǎn)向6 6、縱向力轉(zhuǎn)向、縱向力轉(zhuǎn)向39 加大前拉桿的柔性加大前拉桿的柔性, , 使后輪在側(cè)向使后輪在側(cè)向 力作用下產(chǎn)生向內(nèi)轉(zhuǎn)向角力作用下產(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)偏剛度以提高后輪有效側(cè)偏剛度 可以設(shè)計虛擬主肖位置可以設(shè)計虛擬主肖位置, ,引起適當(dāng)引起適當(dāng) 的彈性轉(zhuǎn)向以增進(jìn)制動穩(wěn)定

18、性的彈性轉(zhuǎn)向以增進(jìn)制動穩(wěn)定性多桿隨動轉(zhuǎn)向后懸架多桿隨動轉(zhuǎn)向后懸架xFyFxZPV虛擬主肖虛擬主肖.407 7、輪胎特性與穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性、輪胎特性與穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性*ya1da)(d.LvGy2120 d d d d= =kVy212cda)(d/Lvd d d d = =L121d d d d 2 VR1d ded d21d d d dya中性轉(zhuǎn)向點(diǎn)中性轉(zhuǎn)向點(diǎn)1d d2d d1d d 臨界車速臨界車速 開環(huán)增益開環(huán)增益 時不穩(wěn)定不穩(wěn)定: :-yayaU.Sy21ad d d d2V過度轉(zhuǎn)向區(qū)過度轉(zhuǎn)向區(qū)41影響穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性的因素影響穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性的因素 輪胎特性與穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性輪胎特性與穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)

19、向特性轉(zhuǎn)折的原因穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性轉(zhuǎn)折的原因1r1c112r2c22dddddd+=+= 側(cè)傾剛度比側(cè)傾剛度比 側(cè)傾力矩中心高度側(cè)傾力矩中心高度 隨隨 的的 而而 輪胎側(cè)偏特性的飽和輪胎側(cè)偏特性的飽和 驅(qū)動力對飽和的影響驅(qū)動力對飽和的影響 制動力分配制動力分配x2121De/eC/C 1cd d1yF2yF1ZF 1d d1 2d d2d d2 2 1 1d d1rd dy 2r2cd dd d+2ZF 42改善穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性的措施改善穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性的措施 輪胎特性與穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性輪胎特性與穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性 前置橫向穩(wěn)定器前置橫向穩(wěn)定器 后非獨(dú)立懸架后非獨(dú)立懸架 B Bs s2 2 后非獨(dú)立懸架板簧下置后非獨(dú)

20、立懸架板簧下置 后板簧前低后高后板簧前低后高 后非獨(dú)立中心彈簧后非獨(dú)立中心彈簧 老老BenzBenz的后懸架：的后懸架： h h2 2, ,中心彈簧中心彈簧43 “ “隨動轉(zhuǎn)向隨動轉(zhuǎn)向” 后懸架的反穩(wěn)定桿后懸架的反穩(wěn)定桿 輪胎特性與穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性輪胎特性與穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性44v 8 8、二自由度角輸入運(yùn)動二自由度角輸入運(yùn)動 （線性模型）（線性模型）運(yùn)動模型與座標(biāo)運(yùn)動模型與座標(biāo) dtdvY b b+ + = = XYZXYZ固定于汽車重心固定于汽車重心)r(+ +b b 側(cè)偏角側(cè)偏角：rvbrva21 b b= =d dd d + +b b= =d d2vv2yPb b絕對座標(biāo)絕對座標(biāo)d d1y1yP

21、 2d dLba 1d dYXvxv45二自由度角輸入運(yùn)動二自由度角輸入運(yùn)動微分方程、傳遞函數(shù)微分方程、傳遞函數(shù)其中其中拉氏變換得傳遞函數(shù)拉氏變換得傳遞函數(shù)1y2yZaPbPrI+ += =)rv(KKP1111yd d + +b b= =d d= =221rrSTST1S1G) s (r+ + + + += =d d221STST1S1G) s (+ + + + += =d db bb bb b)Kv1(CCC)b(C)b(LvT221211+ + + + + + + = =)Kv1(CCvT22122+ + = =22vbCvb = = b b2rC/v= = )Kv1(LC/vbG222+ + = =b b)Kv1(LvG2r+ += =222111m/KC,m/KC= = =)C1C1(L1K21 = =)PP() r(mv1y2y+ + = =+ +b b)vb(KKP2222y b b= =d d= =461)(Rew w)(w w 相位s/m10= =s/m10= =rG/)j(rw wd dd d/r)RI(tem1g = = )(Imw ww w2m2erIRG+ += =20406080s/m40= =vs/m40= =)s/rad(w w頻率特性：傳遞函數(shù)中令頻率特性：傳遞函數(shù)中令S Sj,j,其實(shí)部其實(shí)部與虛部與虛部 均為均為 的函數(shù)的函