前懸參數(shù)對底盤性能的影響-1023

1、軸距軸距L定義：從前橋軸心至后橋軸心測得的距離對底盤性能的影響：對行使性有決定性的影響。與汽車長度相比，大的軸距可以使乘客合理的安置在車橋之間，從而減小負(fù)荷對載荷分配的影響。并且車身的前懸部分和車身的后懸部分都較短，使縱傾振動的趨勢下降，這樣可以采用較軟的彈簧，提高行使平順性。相反，軸距較短則使轉(zhuǎn)彎輕便，即同樣的轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角下，轉(zhuǎn)彎圓較小。在前輪驅(qū)動型式的車輛中優(yōu)先采用較長的軸距。對于標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動形式的轎車來說，軸距較長就要求萬向節(jié)軸分段，盡管如此，大部分最近投入市場的這種形式汽車的軸距還是比以前的要長。比值K1可以作衡量依據(jù)。在現(xiàn)在轎車中這個值為： 汽車越小，K1值應(yīng)越大。軸距一般在L=2150-

2、3070之間。（例如：B級車，軸距2840，車輛長度4886；比值0.58）輪距定義：車輪接地點(diǎn)的間距。對底盤性能的影響：前輪距bV和后輪距bh，對汽車的曲線行使性能和側(cè)傾具有決定性的影響。輪距應(yīng)盡可能大，但其與汽車寬度的比值不能超過一個給定值。目前轎車的的輪距為bv，h=1205-1550。比值kB可作為衡量寬度利用率的參數(shù)，它盡可能大：（例如：B級車，輪距1565/1560，車輛寬度1810；比值0.865/0.862）在懸架跳動中，輪距變化對底盤性能的影響：在幾乎所有的獨(dú)立懸架中，車輪的上下跳動都會導(dǎo)致輪距發(fā)生變化。輪距變化的后果由其產(chǎn)生的作用而定；輪距變化的缺點(diǎn)是會引起滾動輪胎的側(cè)偏。

3、從而（特別是輪胎斷面扁平時）產(chǎn)生側(cè)向力、較大的滾動阻力和使直線行使能力下降。此外，輪距變化還對轉(zhuǎn)向系有影響。在獨(dú)立懸架中，汽車駛過不平路面時車輪的上下跳動會引起輪距的變化，從而使輪胎產(chǎn)生側(cè)偏角。由此不僅產(chǎn)生了側(cè)向力，還使直線行使的能力下降，滾動阻力增大。車輪外傾角定義：外傾角是指車輪中心平面和道路平面垂直線之間的夾角。如果車輪上部向外傾斜，外傾角取正值。 外傾角對底盤性能的影響： 車輪轎車的前輪通常設(shè)計(jì)得具有微小的正外傾角，以使車輪盡可能垂直于稍許有點(diǎn)拱形的路面滾動，并使磨損均勻和滾動阻力小。較為理想的外傾角值為： = 5 10 即約0.1（例如：B級車，外傾角為11）為了獲得良好的輪胎轉(zhuǎn)彎側(cè)

4、偏性能，目前所取得外傾角大都偏離了理想制值。轎車空載時外傾角基本上在理想值附近，而加載狀況下車輪則取有輕微的負(fù)值外傾角。研究表明，當(dāng)外傾角=+5 +10時，輪胎的磨損最均勻。更大的正值外傾角會使輪胎外側(cè)胎肩磨損加劇。而更大的負(fù)值外傾角則加劇內(nèi)側(cè)胎肩的磨損。在采用獨(dú)立懸架和復(fù)合懸架的后懸架中，為了提高輪胎的側(cè)偏性能，車輪外傾角常設(shè)計(jì)成負(fù)值。但這種情況下存在著在滿載工況車輪外傾角負(fù)的太大的危險。而這種危險會使輪胎發(fā)熱過量并由此導(dǎo)致輪胎胎面剝離、爆胎。一般可以把這種形式的懸架的車輪外傾角又再設(shè)計(jì)成空載下取正值。外傾角的運(yùn)動變化獨(dú)立懸架的缺點(diǎn)在于汽車作曲線行使時車輪隨車身一起傾斜，即車身外側(cè)車輪相對于

5、地面向正的外傾角方向變化，從而降低了承載較高一側(cè)的輪胎（與車身內(nèi)側(cè)輪胎相比）的側(cè)偏性能。為了消除這一影響，轎車的懸架常常設(shè)計(jì)成車輪上跳時外傾角朝負(fù)值方向變化，而在下落時朝正值方向變化。 研究表明，當(dāng)外傾角=+5 +10時，輪胎的磨損最均勻。更大的正值外傾角會使輪胎外側(cè)胎肩磨損加劇。而更大的負(fù)值外傾角則加劇內(nèi)側(cè)胎肩的磨損。圖示給出了幾款獨(dú)立懸架的外傾角變化曲線。前束和自轉(zhuǎn)向特性定義：靜態(tài)前束角是指在靜止的汽車上（參考狀態(tài)下）汽車縱向中心平面和地面的交線之間的角度。如果車輪的前部靠近汽車縱向中心平面，則前束為正值；反之則為負(fù)值（后束角）。靜態(tài)總前束角是左右車輪前束角之和。前束可用角度或長度表示如果

6、前束用長度（mm）表示。那么這里前束是指差值V=B-C既左右車輪輪輞邊緣后部間距大于前部的余量。前束應(yīng)在空載時車輪停在直線行使位置的狀態(tài)下，在車輪中心高度上測量。V和車橋上的兩個車輪有關(guān)。在用角度表達(dá)的形式下，車輪前束角v與車輪側(cè)偏角相當(dāng)。也就是說，在具有前束的狀態(tài)下，汽車的兩個前輪是斜向?qū)χ玫?。缺點(diǎn)是使?jié)L動阻力增大。前束V是指B-C的差值，單位為mm，在車輪中心高度處的輪輞邊緣上測得。直線行駛的車輪具有最小的輪胎磨損和最小的滾動阻力。滾動中在接地面上出現(xiàn)一個由前向后的滾動阻力FR，通過杠桿臂ra產(chǎn)生一個力矩，該力矩經(jīng)過轉(zhuǎn)向拉桿作用在轉(zhuǎn)向系上。為了達(dá)到直線行駛目的，就規(guī)定了車輪相互斜相對立，即

7、前束的方式。在前輪驅(qū)動行駛的車輛中驅(qū)動力是由后向前作用的，這是車輪前側(cè)受到擠壓,從而使的在此采用后束（即負(fù)前束）可能是有利的。為了不是反拖工況（即放松油門）下的行駛穩(wěn)定性變壞，前輪驅(qū)動行駛的車輛也有部分采用前束。一些轎車的出廠說明中表明： 前 后Mercedes 190E +2010 Mercedes 500SE +31mm Fordscort -2.51mmAudi 80 +1015Audi?。﹒uattro -1010 （A=全輪驅(qū)動，S=標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動型式，V=前輪驅(qū)動）這些說明適用于空載狀況。（例如：B級車，前束為0）前束的運(yùn)動變化比在靜止的汽車上調(diào)整出一個正確的前束更為重要的是，前束值在行

8、使中能否保持，或者說是否會因汽車的上下跳動而變化。后者可能是由于不足轉(zhuǎn)向性能的結(jié)果或者是為了達(dá)到確定的行使性能所需要的。為了不因輪胎的側(cè)偏而使磨損加劇，滾動阻力加大以及直線行使能力受到損害，無論在車輪下落還是上跳都不應(yīng)出現(xiàn)前束值的變化。側(cè)傾轉(zhuǎn)向引起的前束變化圖示為幾輛轎車在運(yùn)動過程中引起的前束變化曲線。在曲線行使時，上跳的車身外側(cè)車輪產(chǎn)生后束，而下落的內(nèi)側(cè)車輪產(chǎn)生前束。在車身側(cè)傾的影響下轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角輕微的回轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)側(cè)傾不足轉(zhuǎn)向性。后橋在側(cè)傾時產(chǎn)生側(cè)向力過度轉(zhuǎn)向-并非沒有危險性。它可能在換道行使時引起二次轉(zhuǎn)向。為了防止這種情況發(fā)生并改善汽車的綜合性能，可將后軸也設(shè)計(jì)的具有側(cè)傾不足轉(zhuǎn)向性。這時獨(dú)

9、立懸架中上跳的車身外側(cè)產(chǎn)生前束，而下落的內(nèi)側(cè)車輪產(chǎn)生后束。如果在車身側(cè)傾或者是由于側(cè)向力的作用而上跳的車身外側(cè)前輪產(chǎn)生后束，而下落的內(nèi)側(cè)前輪產(chǎn)生前束，則轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向角輕微地回轉(zhuǎn)一個角度V，車橋具有不足轉(zhuǎn)向性。非獨(dú)立懸架和復(fù)合式懸架的車輪（由于相互直接連接）在同向跳動時前束一點(diǎn)也不變化。由于結(jié)構(gòu)公差或調(diào)整錯誤，車橋也可能在汽車中傾斜安裝，即相對于汽車的縱向軸線，一個車輪具有前束，而另一個車輪有后束（圖3.58b）。在這種情況下，汽車不再巡軌而行，造成不穩(wěn)定行駛。主銷內(nèi)傾角和主銷偏移距主銷內(nèi)傾角和主銷偏移距的關(guān)系定義：主銷內(nèi)傾角是指主銷軸線與一個垂直于路面的平面之間的夾角（如圖）。主銷偏移距是指主

10、銷軸線與路面的交點(diǎn)至車輪中心平面之交線NN距離rs。在現(xiàn)代轎車中，它們的取值如下：后輪驅(qū)動型式車 11 o14o30前輪驅(qū)動型式車 11 o14o30通常情況下 rs-18+30mm為了將主銷偏移距設(shè)計(jì)得比較小或?yàn)樨?fù)值，必須有較大的主銷內(nèi)傾角。當(dāng)車輪上下跳動時，在外傾角和主銷內(nèi)傾角之間也有直接關(guān)系。上跳的車輪將產(chǎn)生負(fù)的外傾角變化趨勢，這就意味著外傾角減小，而為了保證相同的總角度主銷內(nèi)傾角就要增大。為了獲得對轉(zhuǎn)向回正非常重要的轉(zhuǎn)向回正力矩MS要對始終作用在車輪接地點(diǎn)的垂直力Fn進(jìn)行靜力分析。將它移向車輪中心，并按轉(zhuǎn)向節(jié)軸線方向和其垂直方向分解成： 和力分解點(diǎn)的垂直力臂rs為： （3.21a）該公

11、式適用于常用的外傾角cos=1時的情況。如果汽車有主銷后傾角，力分量還要按角度繼續(xù)分解。rdyn由式rdynU/2（U為滾動周長，在速度為60km/h時給出）車輪轉(zhuǎn)向時力與車輪軸線相夾角度在折算到整根車橋上的轉(zhuǎn)向角較小時， 產(chǎn)生的近似轉(zhuǎn)向回正力矩為： （3.22）精確值需要考慮轉(zhuǎn)向時由于側(cè)向力和車身側(cè)傾引起的主銷內(nèi)傾角變化以及所具有的主銷后傾角或前傾角。轉(zhuǎn)向回正力矩的大小取決于主銷偏移距的大小。主銷偏移距愈大，MSz也愈大,但前橋的縱向力敏感性也愈大；因此可以得出明確的趨勢是采用具有較小正值或負(fù)值的主銷偏離距。主銷后傾定義：主銷后傾角是指主銷軸線EG在xz平面上的投影與過車輪中心的垂直線之間的

12、夾角?；蛘哂玫孛嫔宵c(diǎn)K和N之間的靜力表示，稱之為主銷后傾拖距nk。主銷后傾和直線行駛主銷后傾可以用茶水車效應(yīng)來比較。在這種車上被牽引車輪沿牽引拉力方向運(yùn)動，車輪中心位于轉(zhuǎn)軸1后方。牽引力和大小滾動阻力位于同一作用線上，即處于相互穩(wěn)定狀態(tài)，因?yàn)閷?dǎo)向軸和車輪軸線前后排列。在汽車的車輪上（盡管有主銷偏移距和主銷）也存在同樣的效應(yīng)，這些車輪均可繞車軸旋轉(zhuǎn)，兩側(cè)車輪都存在主銷后傾拖距并通過轉(zhuǎn)向橫拉桿連接。如果滾動阻力作用在轉(zhuǎn)向軸1后方，則車輪沿牽引力方向被穩(wěn)定地拖動。如果路面不平度或轉(zhuǎn)向運(yùn)動使車輪自直線行駛方向轉(zhuǎn)過一個角度，則滾動阻力分為FRsin通過力臂ns（或nsg）使車輪回轉(zhuǎn)，直至返回直線行駛位置

13、。左右出現(xiàn)的分力FRcos相互抵消，它們僅使轉(zhuǎn)向橫拉桿受壓。車輪采用主銷前傾，則會產(chǎn)生相反的效果：汽車變得不穩(wěn)定。主銷后傾在直線行駛時并不單有優(yōu)點(diǎn)，也有缺點(diǎn)。路面不平度在車輪接地點(diǎn)上引起交變的側(cè)向力，通過力臂ns（或nsg）產(chǎn)生繞轉(zhuǎn)向節(jié)軸的力矩（圖3.95），力矩作用在轉(zhuǎn)向橫拉桿上并會引起轉(zhuǎn)向沖擊及轉(zhuǎn)向不穩(wěn)定。此外，作用在車身上的風(fēng)力引起車輪接地點(diǎn)上出現(xiàn)反向作用的側(cè)向力Fs，前輪上的力Fsv通過后傾力臂ns（或nsg）產(chǎn)生力矩，這些力矩使汽車按風(fēng)作用方向轉(zhuǎn)向，即附加在車身被風(fēng)壓轉(zhuǎn)的方向上的。由于這些原因而使汽車的側(cè)風(fēng)敏感性升高。轉(zhuǎn)彎時的回正力矩作為車輪轉(zhuǎn)向的結(jié)果，由于車身側(cè)傾影響產(chǎn)生的主銷后傾

14、角和內(nèi)傾角（或車輪外傾角）的變化也引起所有垂直力、側(cè)向力的力臂發(fā)生。在分析各個車輪時必須考慮這些非常復(fù)雜的運(yùn)動關(guān)系。由于附加的彈性運(yùn)動引起的誤差在此幾乎不可避免。分析各個車輪的相互關(guān)系是非常復(fù)雜的，但對折算到整根車橋及汽車與地面平行的位置處的轉(zhuǎn)向阻力矩，尤其是在轉(zhuǎn)向角較小和轉(zhuǎn)彎車速不高時，卻是可以足夠精確地確定的。如果前橋具有主銷后傾，則計(jì)算垂直力引起的轉(zhuǎn)向阻力矩的公式MSzGvsincossinmrn 在側(cè)向力引起的轉(zhuǎn)向回正力矩中，主銷后傾的影響計(jì)入力臂ns中。在此計(jì)算中還必須附加考慮主銷內(nèi)傾角的影響。計(jì)算時：Fsva+Fsvi=sGv=FsvgFsvg作用在車輪中心后距離為側(cè)向力臂nsg處

15、MSyFsvgcosnsg (3.34)如果轉(zhuǎn)向節(jié)軸在側(cè)視圖上是一條垂直線，情況2（圖3.89），計(jì)算公式?jīng)]有變化，只是nsg應(yīng)代入n+nR(即車輪中心在轉(zhuǎn)向軸后的距離與輪胎拖距之和)。當(dāng)汽車采用主銷前傾時，情況3，側(cè)向力使得車輪向轉(zhuǎn)彎方向轉(zhuǎn)動，假如輪胎拖距的影響以及在前輪驅(qū)動時驅(qū)動力Fa產(chǎn)生的回正作用（圖3.91和3.100）不足以與其平衡，主銷前傾時，式3.31中必須代入nR-nk。 圖3.97 將在前輪接地點(diǎn)出現(xiàn)的側(cè)向力沿轉(zhuǎn)向節(jié)軸及其垂線方向分解， 圖示為轉(zhuǎn)彎時車身外側(cè)車輪，則力Fsvacos產(chǎn)生回正作 用，而力Fsvasin使垂直力Fnva增大。在轉(zhuǎn)彎時增大的滾動阻力FRkv在兩側(cè)車輪

16、上的值為： FRKa=kRKFnva及FRKi=kRKFnvi然后將其（綜合起來考慮）分解成兩個分量： FRKcosv及FRKsinv圖3.98 在滾動側(cè)偏角為v的車輪上，轉(zhuǎn)彎側(cè)向力Fsv作用在車輪 中心后距離為輪胎拖距nR處，并使接地點(diǎn)（從而也使垂直力Fnv（圖 3.91a）偏向轉(zhuǎn)彎圓心方向。圖中力和標(biāo)出的距離在外側(cè)（a）和內(nèi)側(cè)（i）的大小是不同的： Fnva=Fn+Fn和Fnvi=Fn-Fn Fsva=sFnva和Fsvi=sFnvi當(dāng)主銷后傾時，情況1，后面的那個分力在兩個車輪上均產(chǎn)生回正作用（圖3.99）： MSxi=kRKGvsinsinvnsg或(n+nR) (3.55)在此討論的

17、是作用在車輪中心（偏向轉(zhuǎn)彎圓心方向）的縱向力（圖3.86和3.91a）。所需的滾動阻力系數(shù)可通過相應(yīng)輪胎計(jì)算公式式計(jì)算。 圖3.99 轉(zhuǎn)彎時由于輪胎的側(cè)偏角使?jié)L動阻力FRka和FRki增大，將其沿側(cè)偏角v方向分解。分力FRKcosv作用在車輪中心，并有力臂ra。v愈大，主銷后傾拖距nk愈大，則因FRKsinv引起的轉(zhuǎn)向回正力矩也愈大。為了簡明起見，在此不考慮輪胎拖距nk。前面的圖例同樣也適用于在前輪驅(qū)動型式車輛上出現(xiàn)的驅(qū)動力Fa（折合到單個車輪上）。驅(qū)動力也是作用在車輪中心上，但朝車輪轉(zhuǎn)向方向移動rR。當(dāng)轉(zhuǎn)彎時差速器和輪荷變化是Fn將力矩均勻地分配給兩個前輪時，驅(qū)動力FA（折算到整根車橋上）將

18、產(chǎn)生下列力矩（圖3.100）： MSA=Fa（ra-rR）+Fa（ra+rR）= Fa2rR MSA=FArR力FA的大小或者是由附著系數(shù)H決定（FA=HGv），或者是取決于驅(qū)動力矩；側(cè)偏距rR的大小在圖3.91a的說明中有敘述。 圖3.100 轉(zhuǎn)彎時車身內(nèi)側(cè)車輪驅(qū)動力Fai的力臂ra+rR 大于外側(cè)車輪驅(qū)動力Fa的力臂ra-rR。轉(zhuǎn)彎時主銷內(nèi)側(cè)角、車輪外傾角和主銷后傾角的變化由于轉(zhuǎn)向節(jié)軸（必須將垂直力Fn移置其上，圖3.81和圖3.82）的空間運(yùn)動，要準(zhǔn)確地計(jì)算單個車輪上的回正力矩，必須考慮轉(zhuǎn)向時主銷內(nèi)傾角的變化。如果在零位置轉(zhuǎn)向節(jié)軸只傾斜一個角度0，即根本不存在主銷后傾，或者主銷后傾是通過

19、移動車輪中心的位置而實(shí)現(xiàn)（圖3.89），則可容易地確定在朝左右兩個方向轉(zhuǎn)向時都會變小的主銷內(nèi)傾角a,I： 車身外側(cè)輪 tana= tan0cosa （3.37） 車身內(nèi)側(cè)輪 tani= tan0cosi （3.37a）如圖3.80所示，主銷內(nèi)傾角直接和車輪外傾角有關(guān)，即如果兩者中有一個發(fā)生變化，另一個也隨之變化。因此，用簡單的方式即可得出轉(zhuǎn)向時車身外、內(nèi)側(cè)車輪的外傾角a,i： a=（0+0）-a及i=（0+0）-I （3.38）0和0是指車輪在設(shè)計(jì)位置或在所研究的負(fù)載狀態(tài)下置于直線行駛位置時所具有的角度（0也是適用于同樣情況）。如果轉(zhuǎn)向節(jié)軸還附加傾斜一個主銷后傾角0，則首先必須根據(jù)0和0得出兩

20、個輔助角和：及 (3.39)然后由此可直接確定車身外、內(nèi)側(cè)車輪上的角度a，I： 車身外側(cè) tana= tancos(-a) （3.39a） 車身內(nèi)側(cè) tani= tancos(+i ) （3.39b）這時的車輪外傾角a，i仍適用于上述式3.28。作為例子，假定一輛轎車有如下的車軸定位值： 0=15, 0=953 及0=104 計(jì)算得出 =45.54及=13.97，當(dāng)a及i =20時，變化后的值為： a=1239 ， a=-231 ， i=553 及i=+415 即這輛轎車車身外側(cè)車輪產(chǎn)生負(fù)的外側(cè)角，而內(nèi)側(cè)車輪產(chǎn)生正的外傾角。在一輛前輪驅(qū)動型式的車上卻不是這樣的情況，該車的車軸定位值為（圖3.1

21、01）： 0=+40， 0=1225和0=+36由于前輪驅(qū)動，汽車幾乎沒有主銷后傾，從而在轉(zhuǎn)向的車身外側(cè)前輪上，外傾角為正。圖3.101 在一輛Audi牌80型車上測得及計(jì)算得到的外傾角變化與轉(zhuǎn)向角的關(guān)系曲線。當(dāng)主銷內(nèi)傾角較大時，車身外側(cè)及內(nèi)側(cè)車輪都產(chǎn)生正的外傾角。由于所研究的汽車的車輪外傾角具有正的公差，故測量值大于計(jì)算值。計(jì)算是根據(jù)產(chǎn)品說明（即=20和=0）進(jìn)行的，因此曲線的變化趨勢略有不同。Mercedes 190/190E型車（標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動型式轎車）采用負(fù)的車輪后拖距-n、較大的主銷后傾角0所得結(jié)果如圖3.101a所示：車身外側(cè)車輪產(chǎn)生較大的負(fù)外傾角，內(nèi)側(cè)車輪外傾角則合理地朝正向變化。為了清楚起見，令0=0， 0=6，且取不同的主銷后傾角，