汽車(chē)底盤(pán)設(shè)計(jì)系列講座之二-課件

安徽工程大學(xué)：時(shí)培成

2019年11月汽車(chē)底盤(pán)設(shè)計(jì)系列講座之二

（底盤(pán)調(diào)校）安徽工程大學(xué)：時(shí)培成汽車(chē)底1汽車(chē)底盤(pán)設(shè)計(jì)系列講座之二

（底盤(pán)調(diào)校）1、問(wèn)題的引出經(jīng)常看到一些宣傳，說(shuō)自己的發(fā)動(dòng)機(jī)或者底盤(pán)調(diào)校的好，那么調(diào)校到底是什么意思？為什么同一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)不同調(diào)校最大功率就不一樣呢？為什么不調(diào)校到最大呢？汽車(chē)底盤(pán)設(shè)計(jì)系列講座之二

（底盤(pán)調(diào)校）1、問(wèn)題的引出2調(diào)校你可以把他理解為“調(diào)整”和“校準(zhǔn)”。車(chē)輛的調(diào)校有很多種，例如發(fā)動(dòng)機(jī)輸出調(diào)校問(wèn)題。電噴發(fā)動(dòng)機(jī)在供油時(shí)由車(chē)載計(jì)算機(jī)控制(ECU)，調(diào)整ECU的參數(shù)就可以對(duì)噴油量進(jìn)行調(diào)整。

所以同一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)調(diào)校后輸出最大功率就不一樣了?！盀槭裁床徽{(diào)校到最大？”這其實(shí)是生產(chǎn)制造商在設(shè)計(jì)車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)也設(shè)計(jì)了發(fā)動(dòng)機(jī)限定功率和發(fā)動(dòng)機(jī)壽命，過(guò)高的功率會(huì)是發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)早的磨損甚至報(bào)廢！調(diào)校你可以把他理解為“調(diào)整”和“校準(zhǔn)”。32、汽車(chē)底盤(pán)調(diào)校汽車(chē)底盤(pán)調(diào)校分為靜態(tài)(Static)和動(dòng)態(tài)(Dynamic)兩種調(diào)校；靜態(tài)調(diào)校：左右主銷(xiāo)傾角（Camber）、前后主銷(xiāo)傾角(Caster)、前后內(nèi)外束角(Toe)等等。（根據(jù)汽車(chē)用途的不同，這些參數(shù)需要調(diào)整）考慮因素：底盤(pán)整體零部件的擺放、乘客數(shù)量和車(chē)載物品負(fù)荷量的變數(shù)，搭載溫順或運(yùn)動(dòng)性發(fā)動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)形式，4門(mén)轎車(chē)還是雙座的跑車(chē)，還有到底是以舒適安逸或追求敏捷激進(jìn)反應(yīng)作為設(shè)定取向等。

2、汽車(chē)底盤(pán)調(diào)校汽車(chē)底盤(pán)調(diào)校分為靜態(tài)(Static)和動(dòng)4動(dòng)態(tài)調(diào)校：是指汽車(chē)在走行狀態(tài)中的調(diào)校。汽車(chē)不能僅僅局限于靜止?fàn)顟B(tài)下的設(shè)定，否則車(chē)在開(kāi)動(dòng)的時(shí)候前后、左右、上下的四角平衡（Cornerweightbalance）的失衡就會(huì)把車(chē)搞到無(wú)法安穩(wěn)的前行、轉(zhuǎn)向或制動(dòng)了。比如：汽車(chē)改裝，一臺(tái)由家用車(chē)買(mǎi)來(lái)參加比賽，就需要重新根據(jù)拆空后車(chē)的重量來(lái)調(diào)校，車(chē)的重量和重心在車(chē)被全面拆空后會(huì)出現(xiàn)重大的變化，要求能在這情況下把車(chē)輛動(dòng)態(tài)設(shè)定重新調(diào)至理想的平衡，很好操控，完成賽事。

動(dòng)態(tài)調(diào)校：是指汽車(chē)在走行狀態(tài)中的調(diào)校。汽車(chē)不能僅僅局限于靜止5汽車(chē)懸架調(diào)校是保證汽車(chē)操縱穩(wěn)定性和乘坐舒適性的重要手段。懸架主要由彈性元件、減振器、導(dǎo)向元件和橫向穩(wěn)定桿元件等組成。懸架調(diào)校是通過(guò)調(diào)整上述這些組件的性能參數(shù)，以滿足不同整車(chē)在不同工況下的操縱穩(wěn)定性和行駛舒適性等方面的要求。常用的方法是調(diào)整減振器的阻尼系數(shù)、彈簧剛度和穩(wěn)定桿的直徑，有時(shí)僅對(duì)其中某個(gè)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，更多的是同時(shí)調(diào)整幾個(gè)參數(shù)，使其達(dá)到各性能的平衡。

汽車(chē)懸架調(diào)校是保證汽車(chē)操縱穩(wěn)定性和乘坐舒適性的重要手段。6汽車(chē)懸掛軟硬調(diào)校

硬――運(yùn)動(dòng)

較硬的懸掛使車(chē)在急速過(guò)彎如做蛇形繞樁時(shí)的側(cè)傾較小，所以在超車(chē)、走山路時(shí)可以使提升車(chē)的靈活度。

軟――舒適

而以舒適著稱(chēng)的美國(guó)老式房車(chē)、日系車(chē)等則偏軟，因而乘坐較為舒適。

汽車(chē)懸架的軟硬是根據(jù)公司最開(kāi)始給汽車(chē)定義時(shí)決定的。像lotus（蓮花）就會(huì)給別人做調(diào)校工作，這個(gè)軟硬的點(diǎn)，是最開(kāi)始公司的匹配工作。

汽車(chē)懸掛軟硬調(diào)校

硬――運(yùn)動(dòng)

較硬的懸掛使車(chē)在急速過(guò)彎如做蛇7汽車(chē)不足轉(zhuǎn)向量調(diào)校不足轉(zhuǎn)向

；中性轉(zhuǎn)向

不變；過(guò)多轉(zhuǎn)向

。穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性有三種類(lèi)型汽車(chē)不足轉(zhuǎn)向量調(diào)校不足轉(zhuǎn)向8稱(chēng)為穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益，也稱(chēng)轉(zhuǎn)向靈敏度。K—穩(wěn)定性因數(shù)。

式中—穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益，也叫轉(zhuǎn)向靈敏度；K—穩(wěn)定性因數(shù)（s2/m2）；—橫擺角速度；u—車(chē)速；δ—前輪轉(zhuǎn)角；m—汽車(chē)質(zhì)量；L—軸距；a，b—汽車(chē)質(zhì)心到前后軸的距離；k1，k2—前后輪側(cè)偏剛度。稱(chēng)為穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益，也稱(chēng)轉(zhuǎn)向靈敏度。K—穩(wěn)定性因數(shù)。9汽車(chē)的穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益曲線汽車(chē)的穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益曲線10如果K>0由于k1<0,k2<0|k1|↓,|k2|↑,b↑,a↓,不足轉(zhuǎn)向量越大。奔馳CLK跑車(chē)：前輪205/55R16，后輪225/50R16。前205、后225的輪胎組合，使得前輪的側(cè)偏剛度小于后輪，有利于營(yíng)造不足轉(zhuǎn)向特性。影響穩(wěn)定性因數(shù)K的因素（1）如果K>0由于k1<0,k2<0|k1|↓,|k211胎壓的影響在一定范圍內(nèi)，胎壓減小則側(cè)偏剛度減小。根據(jù)上式，后輪胎壓降低會(huì)導(dǎo)致K減小，使不足轉(zhuǎn)向減小。前輪胎壓降低會(huì)導(dǎo)致K增大，使不足轉(zhuǎn)向增大。影響穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性的因素(2)胎壓的影響影響穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性的因素(2)12輪胎結(jié)構(gòu)的影響子午線胎比斜交胎側(cè)偏剛度高。扁平比（=輪胎高度H/寬度B）小的輪胎側(cè)偏剛度大。前輪側(cè)偏剛度增大，則不足轉(zhuǎn)向減小。后輪側(cè)偏剛度增大，則不足轉(zhuǎn)向增加。影響穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性的因素(3)輪胎結(jié)構(gòu)的影響影響穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性的因素(3)13轉(zhuǎn)向盤(pán)角階躍輸入前后，直線行駛與等速圓周行駛這兩個(gè)穩(wěn)態(tài)運(yùn)動(dòng)之間的過(guò)渡過(guò)程是一種瞬態(tài)，相應(yīng)的瞬態(tài)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)稱(chēng)為轉(zhuǎn)向盤(pán)角階躍輸入下的瞬態(tài)響應(yīng)。前輪角階躍輸入下的瞬態(tài)響應(yīng)轉(zhuǎn)向盤(pán)角階躍輸入前后，直線行駛與等速圓周行駛這兩個(gè)141）時(shí)間上的滯后瞬態(tài)響應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)2）執(zhí)行上的誤差（ωr1/ωr0）×100％稱(chēng)為超調(diào)量3）橫擺角速度的波動(dòng)

波動(dòng)的ω＝2π/T,取決于汽車(chē)的結(jié)構(gòu)參數(shù)4）進(jìn)入穩(wěn)態(tài)所經(jīng)歷的時(shí)間σ1）時(shí)間上的滯后瞬態(tài)響應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)2）執(zhí)行上的誤差315ω0值應(yīng)高一些為好。表征響應(yīng)品質(zhì)好壞的4個(gè)瞬態(tài)響應(yīng)的參數(shù)（1）橫擺角速度ωr波動(dòng)的固有（圓）頻率ω0小轎車(chē)的固有頻率f0(=0/2)在0.8-1.2Hz之間。固有頻率高些較好。ω0值應(yīng)高一些為好。表征響應(yīng)品質(zhì)好壞的4個(gè)瞬態(tài)響應(yīng)的參數(shù)（116（2）阻尼比ζ

小了超調(diào)量大（112%~165%），故大些較好。=0.5~0.8（2）阻尼比ζ小了超調(diào)量大（112%~165%），故大173、反應(yīng)時(shí)間反應(yīng)時(shí)間指r第一次到達(dá)穩(wěn)定值的時(shí)間。小些較好。3、反應(yīng)時(shí)間反應(yīng)時(shí)間指r第一次到達(dá)穩(wěn)定值的時(shí)間。184、達(dá)到第一峰值的時(shí)間達(dá)到第一峰值的時(shí)間小些較好。=0.23~0.59s4、達(dá)到第一峰值的時(shí)間達(dá)到第一峰值的時(shí)間小些較好。=19瞬態(tài)響應(yīng)的穩(wěn)定條件瞬態(tài)響應(yīng)的穩(wěn)定條件20當(dāng)ζ≤1時(shí)，只要為正值，就收斂，否則發(fā)散而不穩(wěn)定。k1、k2為負(fù)值，恒為正值。當(dāng)ζ≤1時(shí)，齊次微分方程的解均收斂而趨于0。穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的穩(wěn)定條件當(dāng)ζ≤1時(shí)，只要為正值，就收斂，否則發(fā)散而不穩(wěn)21應(yīng)為負(fù)值才收斂，即應(yīng)為正值。當(dāng)ζ≥1時(shí)，特征根必須為負(fù)值，齊次微分方程的解才收斂趨于0。的第一項(xiàng)為正的第一項(xiàng)為負(fù)不足轉(zhuǎn)向時(shí)過(guò)多轉(zhuǎn)向時(shí)應(yīng)為負(fù)值才收斂，即應(yīng)為正值。當(dāng)ζ≥1時(shí)，特征根22當(dāng)u>

以后，，汽車(chē)不穩(wěn)定

的第二項(xiàng)恒為正，當(dāng)車(chē)速很低時(shí)，它是很大的值，均為正值，ωr（t）收斂，汽車(chē)穩(wěn)定；

隨著車(chē)速的增加，第二項(xiàng)越來(lái)越小；當(dāng)汽車(chē)為過(guò)多轉(zhuǎn)向，且為負(fù)值時(shí)，就可能為負(fù)值，ωr（t）發(fā)散，汽車(chē)不穩(wěn)定。的車(chē)速稱(chēng)為臨界車(chē)速當(dāng)u>以后，，汽車(chē)不23由此可見(jiàn)，瞬態(tài)響應(yīng)包括兩方面的問(wèn)題：一是行駛方向穩(wěn)定性，即給汽車(chē)以轉(zhuǎn)向盤(pán)角階躍輸入后，汽車(chē)能否達(dá)到新的穩(wěn)定狀況的問(wèn)題。二是響應(yīng)品質(zhì)問(wèn)題，即達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)之前，其瞬態(tài)響應(yīng)的特性如何。由此可見(jiàn)，瞬態(tài)響應(yīng)包括兩方面的問(wèn)題：24汽車(chē)側(cè)傾調(diào)校1）前、后軸左、右兩側(cè)車(chē)輪的垂直載荷要發(fā)生變化；2）車(chē)輪有外傾角，由于懸架導(dǎo)向桿系的運(yùn)動(dòng)及變形，外傾角將隨之變化；3）車(chē)輪上有切向反作用力；4）車(chē)身側(cè)傾時(shí)懸架變形，懸架導(dǎo)向桿系和轉(zhuǎn)向桿系將產(chǎn)生相應(yīng)運(yùn)動(dòng)及變形。詳細(xì)內(nèi)容定義：車(chē)廂側(cè)傾時(shí)，單位車(chē)廂轉(zhuǎn)角下，懸架系統(tǒng)給車(chē)廂總的彈性恢復(fù)力偶矩：懸架的側(cè)傾角剛度汽車(chē)側(cè)傾調(diào)校1）前、后軸左、右兩側(cè)車(chē)輪的垂直載荷要發(fā)25汽車(chē)振動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化，單質(zhì)量系統(tǒng)的振動(dòng)一、汽車(chē)振動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化3、汽車(chē)懸架偏頻計(jì)算與試驗(yàn)汽車(chē)振動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化，單質(zhì)量系統(tǒng)的振動(dòng)一、汽車(chē)振動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化326當(dāng)，并忽略輪胎阻尼后，汽車(chē)立體模型可簡(jiǎn)化為平面模型。車(chē)身質(zhì)量有垂直、俯仰、側(cè)傾3個(gè)自由度，4個(gè)車(chē)輪質(zhì)量有4個(gè)垂直自由度，整車(chē)共7個(gè)自由度。一、汽車(chē)振動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化當(dāng)，并忽略輪胎阻尼后271）總質(zhì)量保持不變2）質(zhì)心位置不變3）轉(zhuǎn)動(dòng)慣量保持不變簡(jiǎn)化前后應(yīng)滿足以下三個(gè)條件解得令—懸掛質(zhì)量分配系數(shù)。1）總質(zhì)量保持不變2）質(zhì)心位置不變328對(duì)于大部分汽車(chē)，=0.8～1.2，即接近1。當(dāng)=1時(shí)對(duì)于大部分汽車(chē)，=0.8～1.2，即接近1。當(dāng)29在=1的情況下，前、后軸上方車(chē)身部分的集中質(zhì)量m2f、m2r在垂直方向的運(yùn)動(dòng)是相互獨(dú)立的。雙軸汽車(chē)模型可以簡(jiǎn)化為車(chē)身、車(chē)輪兩個(gè)自由度振動(dòng)系統(tǒng)模型。在=1的情況下，前、后軸上方車(chē)身部分的集中30車(chē)輪部分的固有頻率為10~16Hz，如果激振頻率遠(yuǎn)離車(chē)輪固有頻率（即5Hz以下），輪胎的動(dòng)變形很小，可忽略車(chē)輪質(zhì)量和輪胎的彈性，從而得到車(chē)身單質(zhì)量系統(tǒng)模型。車(chē)輪部分的固有頻率為10~16Hz，如果激振頻率遠(yuǎn)31二、單質(zhì)量系統(tǒng)的自由振動(dòng)ω0—振動(dòng)系統(tǒng)固有圓頻率；ζ—阻尼比。二、單質(zhì)量系統(tǒng)的自由振動(dòng)ω0—振動(dòng)系統(tǒng)固有圓頻率；32齊次微分方程的解為有阻尼自由振動(dòng)時(shí)，質(zhì)量m2以有阻尼固有頻率振動(dòng)，振幅按衰減。齊次微分方程的解為有阻尼自由振動(dòng)時(shí)，質(zhì)量m2以有阻33

ζ增大，ωr下降。當(dāng)ζ=1時(shí)，運(yùn)動(dòng)失去振蕩特征。汽車(chē)懸架系統(tǒng)阻尼比ζ大約為0.25，ωr比ω0只下降了3%左右，。1）與有阻尼固有頻率ωr有關(guān)阻尼比ζ對(duì)衰減振動(dòng)的影響ζ增大，ωr下降。當(dāng)ζ=1時(shí)，運(yùn)動(dòng)失去振蕩特征。1）與342）決定振幅的衰減程度阻尼比ζ對(duì)衰減振動(dòng)的影響兩個(gè)相鄰的振幅A1與A2之比稱(chēng)為減振系數(shù)d由實(shí)測(cè)的衰減振動(dòng)曲線得到d，即可確定系統(tǒng)的阻尼比ζ。阻尼比越大，振幅衰減得越快2）決定振幅的衰減程度阻尼比ζ對(duì)衰減振動(dòng)的影響兩個(gè)相鄰的振幅35彈簧的剛度——懸架的剛度減振器的阻尼——懸架的阻尼3、汽車(chē)懸架偏頻計(jì)算與試驗(yàn)3.1懸架的剛度計(jì)算1）懸架的線剛度定義：車(chē)輪保持在地面上而車(chē)廂作垂直運(yùn)動(dòng)時(shí)，單位車(chē)廂位移下，懸架系統(tǒng)給車(chē)廂的總彈性恢復(fù)力：彈簧的剛度——懸架的剛度3、汽車(chē)懸架偏頻計(jì)算與試驗(yàn)3.1懸36（1）非獨(dú)立懸架（2）獨(dú)立懸架恢復(fù)力彈性元件導(dǎo)向桿系約束反力（1）非獨(dú)立懸架（2）獨(dú)立懸架恢復(fù)力彈性元件導(dǎo)向桿系約束反力37汽車(chē)底盤(pán)設(shè)計(jì)系列講座之二-課件38mn用虛位移原理確定懸架線剛度計(jì)算過(guò)程mn用虛位移原理確定懸架線剛度計(jì)算過(guò)程39用虛位移原理確定懸架線剛度mnΔssΔst計(jì)算過(guò)程用虛位移原理確定懸架線剛度mnΔssΔst計(jì)算過(guò)程40用虛位移原理確定懸架線剛度mn第四節(jié)汽車(chē)操縱穩(wěn)定性與懸架的關(guān)系計(jì)算過(guò)程用虛位移原理確定懸架線剛度mn第四節(jié)汽車(chē)操縱穩(wěn)定性與懸架41懸架相對(duì)阻尼的計(jì)算（對(duì)于一個(gè)帶有線性阻尼減振器的懸架系統(tǒng)，可用阻尼比來(lái)評(píng)價(jià)阻尼的大小或振動(dòng)衰減的快慢程度）它的表達(dá)式為：懸架阻尼計(jì)算——懸架的線剛度——簧載質(zhì)量——懸架減振器的阻尼系數(shù)——車(chē)輪接地點(diǎn)與減振器固定點(diǎn)之間的力傳遞比懸架相對(duì)阻尼的計(jì)算懸架阻尼計(jì)算——懸架的線剛度——簧載質(zhì)量—42懸架阻尼計(jì)算懸架阻尼計(jì)算43汽車(chē)的簡(jiǎn)化（偏頻求解）一、車(chē)身與車(chē)輪雙質(zhì)量系統(tǒng)的振動(dòng)無(wú)阻尼自由振動(dòng)時(shí)如果m1不動(dòng)（z1=0）如果m2不動(dòng)（z2=0）ω0與ωt是雙質(zhì)量系統(tǒng)只有單獨(dú)一個(gè)質(zhì)量振動(dòng)時(shí)的部分頻率（偏頻）。汽車(chē)的簡(jiǎn)化（偏頻求解）無(wú)阻尼自由振動(dòng)時(shí)如果m1不動(dòng)（z1=044雙軸汽車(chē)的振動(dòng)汽車(chē)前、后懸架與其簧上質(zhì)量組成的振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率，是影響汽車(chē)行駛平順性的主要參數(shù)之一?，F(xiàn)代汽車(chē)的質(zhì)量分配系數(shù)近似等于1，于是汽車(chē)前、后軸上方車(chē)身兩點(diǎn)的振動(dòng)不存在聯(lián)系。因此，汽車(chē)前、后部分車(chē)身的固有頻率（即偏頻）可用下式表示：雙軸汽車(chē)的振動(dòng)汽車(chē)前、后懸架與其簧上質(zhì)量組成的振動(dòng)系統(tǒng)45汽車(chē)偏頻試驗(yàn)一般有三種方法可以實(shí)現(xiàn)其自由衰減振動(dòng)。(1)滾下法：將汽車(chē)測(cè)試端的車(chē)輪，沿斜坡駛上凸塊示，橫向?qū)挾纫ＷC，在熄火停車(chē)后，汽車(chē)掛空檔，再將汽車(chē)從凸塊上推下，滾下時(shí)應(yīng)盡量保證左、右輪同時(shí)落地。注：試驗(yàn)在汽車(chē)滿載時(shí)進(jìn)行，試驗(yàn)前稱(chēng)量汽車(chē)總質(zhì)量及前、后軸的載荷，輪胎氣壓符合技術(shù)條件所規(guī)定的數(shù)值。汽車(chē)偏頻試驗(yàn)一般有三種方法可以實(shí)現(xiàn)其自由衰減振動(dòng)。注：試驗(yàn)在46(2)拋下法：用跌落機(jī)構(gòu)將汽車(chē)測(cè)試端車(chē)軸中部由平衡位置支起60或90mm，然后跌落機(jī)構(gòu)釋放，汽車(chē)測(cè)試端突然拋下。(3)拉下法：用繩索和滑輪裝置將汽車(chē)測(cè)試端車(chē)軸附近的車(chē)身或車(chē)架中部由平衡位置拉下60或90mm，然后用松脫器使繩索突然松脫。(2)拋下法：用跌落機(jī)構(gòu)將汽車(chē)測(cè)試端車(chē)軸中部由平衡位置支起647汽車(chē)底盤(pán)設(shè)計(jì)系列講座之二-課件48用記錄儀記錄車(chē)身和車(chē)軸上自由衰減振動(dòng)的時(shí)間歷程，每次記錄時(shí)間不少于3s，保證衰減振動(dòng)曲線完整，共記錄3～5次。試驗(yàn)時(shí)，非測(cè)試端懸架一般不用卡死以限制其振動(dòng)。在汽車(chē)前、后端振動(dòng)相互聯(lián)系較強(qiáng)時(shí)，非測(cè)試端懸架要卡死，但要在報(bào)告中注明。數(shù)據(jù)處理可在時(shí)域和頻域內(nèi)分別進(jìn)行，具體處理時(shí)可選擇其中一種。用記錄儀記錄車(chē)身和車(chē)軸上自由衰減振動(dòng)的時(shí)間歷程，每次記錄時(shí)間49汽車(chē)底盤(pán)設(shè)計(jì)系列講座之二-課件50懸架靜撓度f(wàn)c是指車(chē)輛靜止時(shí)懸架上的載荷FW與此時(shí)懸架剛度k之比，即fc=FW/k。欲保證汽車(chē)有良好的行駛平順性，必須正確選取懸架靜撓度f(wàn)c。懸架靜撓度f(wàn)c是指車(chē)輛靜止時(shí)懸架上的載荷FW與此時(shí)懸架剛度k51汽車(chē)底盤(pán)設(shè)計(jì)系列講座之二-課件52懸架動(dòng)撓度f(wàn)d是指從滿載靜平衡位置開(kāi)始懸架壓縮到結(jié)構(gòu)允許的最大變形（通常指緩沖塊壓縮到其自由高度的1/2或1/3）時(shí)，車(chē)輪中心相對(duì)車(chē)架（車(chē)身）的垂直位移。要求懸架應(yīng)有足夠大的動(dòng)撓度，以防止在壞路面上行駛時(shí)經(jīng)常碰撞緩沖塊。懸架動(dòng)撓度f(wàn)d是指從滿載靜平衡位置開(kāi)始懸架壓縮到結(jié)構(gòu)允許的最53謝謝大家!

安徽工程大學(xué)：時(shí)培成2019年11月謝謝大家!安徽工程大學(xué)：時(shí)培成54汽車(chē)底盤(pán)設(shè)計(jì)系列講座之二-課件55安徽工程大學(xué)：時(shí)培成

2019年11月汽車(chē)底盤(pán)設(shè)計(jì)系列講座之二

（底盤(pán)調(diào)校）安徽工程大學(xué)：時(shí)培成汽車(chē)底56汽車(chē)底盤(pán)設(shè)計(jì)系列講座之二

（底盤(pán)調(diào)校）1、問(wèn)題的引出經(jīng)常看到一些宣傳，說(shuō)自己的發(fā)動(dòng)機(jī)或者底盤(pán)調(diào)校的好，那么調(diào)校到底是什么意思？為什么同一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)不同調(diào)校最大功率就不一樣呢？為什么不調(diào)校到最大呢？汽車(chē)底盤(pán)設(shè)計(jì)系列講座之二

（底盤(pán)調(diào)校）1、問(wèn)題的引出57調(diào)校你可以把他理解為“調(diào)整”和“校準(zhǔn)”。車(chē)輛的調(diào)校有很多種，例如發(fā)動(dòng)機(jī)輸出調(diào)校問(wèn)題。電噴發(fā)動(dòng)機(jī)在供油時(shí)由車(chē)載計(jì)算機(jī)控制(ECU)，調(diào)整ECU的參數(shù)就可以對(duì)噴油量進(jìn)行調(diào)整。

所以同一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)調(diào)校后輸出最大功率就不一樣了。“為什么不調(diào)校到最大？”這其實(shí)是生產(chǎn)制造商在設(shè)計(jì)車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)也設(shè)計(jì)了發(fā)動(dòng)機(jī)限定功率和發(fā)動(dòng)機(jī)壽命，過(guò)高的功率會(huì)是發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)早的磨損甚至報(bào)廢！調(diào)校你可以把他理解為“調(diào)整”和“校準(zhǔn)”。582、汽車(chē)底盤(pán)調(diào)校汽車(chē)底盤(pán)調(diào)校分為靜態(tài)(Static)和動(dòng)態(tài)(Dynamic)兩種調(diào)校；靜態(tài)調(diào)校：左右主銷(xiāo)傾角（Camber）、前后主銷(xiāo)傾角(Caster)、前后內(nèi)外束角(Toe)等等。（根據(jù)汽車(chē)用途的不同，這些參數(shù)需要調(diào)整）考慮因素：底盤(pán)整體零部件的擺放、乘客數(shù)量和車(chē)載物品負(fù)荷量的變數(shù)，搭載溫順或運(yùn)動(dòng)性發(fā)動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)形式，4門(mén)轎車(chē)還是雙座的跑車(chē)，還有到底是以舒適安逸或追求敏捷激進(jìn)反應(yīng)作為設(shè)定取向等。

2、汽車(chē)底盤(pán)調(diào)校汽車(chē)底盤(pán)調(diào)校分為靜態(tài)(Static)和動(dòng)59動(dòng)態(tài)調(diào)校：是指汽車(chē)在走行狀態(tài)中的調(diào)校。汽車(chē)不能僅僅局限于靜止?fàn)顟B(tài)下的設(shè)定，否則車(chē)在開(kāi)動(dòng)的時(shí)候前后、左右、上下的四角平衡（Cornerweightbalance）的失衡就會(huì)把車(chē)搞到無(wú)法安穩(wěn)的前行、轉(zhuǎn)向或制動(dòng)了。比如：汽車(chē)改裝，一臺(tái)由家用車(chē)買(mǎi)來(lái)參加比賽，就需要重新根據(jù)拆空后車(chē)的重量來(lái)調(diào)校，車(chē)的重量和重心在車(chē)被全面拆空后會(huì)出現(xiàn)重大的變化，要求能在這情況下把車(chē)輛動(dòng)態(tài)設(shè)定重新調(diào)至理想的平衡，很好操控，完成賽事。

動(dòng)態(tài)調(diào)校：是指汽車(chē)在走行狀態(tài)中的調(diào)校。汽車(chē)不能僅僅局限于靜止60汽車(chē)懸架調(diào)校是保證汽車(chē)操縱穩(wěn)定性和乘坐舒適性的重要手段。懸架主要由彈性元件、減振器、導(dǎo)向元件和橫向穩(wěn)定桿元件等組成。懸架調(diào)校是通過(guò)調(diào)整上述這些組件的性能參數(shù)，以滿足不同整車(chē)在不同工況下的操縱穩(wěn)定性和行駛舒適性等方面的要求。常用的方法是調(diào)整減振器的阻尼系數(shù)、彈簧剛度和穩(wěn)定桿的直徑，有時(shí)僅對(duì)其中某個(gè)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，更多的是同時(shí)調(diào)整幾個(gè)參數(shù)，使其達(dá)到各性能的平衡。

汽車(chē)懸架調(diào)校是保證汽車(chē)操縱穩(wěn)定性和乘坐舒適性的重要手段。61汽車(chē)懸掛軟硬調(diào)校

硬――運(yùn)動(dòng)

較硬的懸掛使車(chē)在急速過(guò)彎如做蛇形繞樁時(shí)的側(cè)傾較小，所以在超車(chē)、走山路時(shí)可以使提升車(chē)的靈活度。

軟――舒適

而以舒適著稱(chēng)的美國(guó)老式房車(chē)、日系車(chē)等則偏軟，因而乘坐較為舒適。

汽車(chē)懸架的軟硬是根據(jù)公司最開(kāi)始給汽車(chē)定義時(shí)決定的。像lotus（蓮花）就會(huì)給別人做調(diào)校工作，這個(gè)軟硬的點(diǎn)，是最開(kāi)始公司的匹配工作。

汽車(chē)懸掛軟硬調(diào)校

硬――運(yùn)動(dòng)

較硬的懸掛使車(chē)在急速過(guò)彎如做蛇62汽車(chē)不足轉(zhuǎn)向量調(diào)校不足轉(zhuǎn)向

；中性轉(zhuǎn)向

不變；過(guò)多轉(zhuǎn)向

。穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性有三種類(lèi)型汽車(chē)不足轉(zhuǎn)向量調(diào)校不足轉(zhuǎn)向63稱(chēng)為穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益，也稱(chēng)轉(zhuǎn)向靈敏度。K—穩(wěn)定性因數(shù)。

式中—穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益，也叫轉(zhuǎn)向靈敏度；K—穩(wěn)定性因數(shù)（s2/m2）；—橫擺角速度；u—車(chē)速；δ—前輪轉(zhuǎn)角；m—汽車(chē)質(zhì)量；L—軸距；a，b—汽車(chē)質(zhì)心到前后軸的距離；k1，k2—前后輪側(cè)偏剛度。稱(chēng)為穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益，也稱(chēng)轉(zhuǎn)向靈敏度。K—穩(wěn)定性因數(shù)。64汽車(chē)的穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益曲線汽車(chē)的穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益曲線65如果K>0由于k1<0,k2<0|k1|↓,|k2|↑,b↑,a↓,不足轉(zhuǎn)向量越大。奔馳CLK跑車(chē)：前輪205/55R16，后輪225/50R16。前205、后225的輪胎組合，使得前輪的側(cè)偏剛度小于后輪，有利于營(yíng)造不足轉(zhuǎn)向特性。影響穩(wěn)定性因數(shù)K的因素（1）如果K>0由于k1<0,k2<0|k1|↓,|k266胎壓的影響在一定范圍內(nèi)，胎壓減小則側(cè)偏剛度減小。根據(jù)上式，后輪胎壓降低會(huì)導(dǎo)致K減小，使不足轉(zhuǎn)向減小。前輪胎壓降低會(huì)導(dǎo)致K增大，使不足轉(zhuǎn)向增大。影響穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性的因素(2)胎壓的影響影響穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性的因素(2)67輪胎結(jié)構(gòu)的影響子午線胎比斜交胎側(cè)偏剛度高。扁平比（=輪胎高度H/寬度B）小的輪胎側(cè)偏剛度大。前輪側(cè)偏剛度增大，則不足轉(zhuǎn)向減小。后輪側(cè)偏剛度增大，則不足轉(zhuǎn)向增加。影響穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性的因素(3)輪胎結(jié)構(gòu)的影響影響穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性的因素(3)68轉(zhuǎn)向盤(pán)角階躍輸入前后，直線行駛與等速圓周行駛這兩個(gè)穩(wěn)態(tài)運(yùn)動(dòng)之間的過(guò)渡過(guò)程是一種瞬態(tài)，相應(yīng)的瞬態(tài)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)稱(chēng)為轉(zhuǎn)向盤(pán)角階躍輸入下的瞬態(tài)響應(yīng)。前輪角階躍輸入下的瞬態(tài)響應(yīng)轉(zhuǎn)向盤(pán)角階躍輸入前后，直線行駛與等速圓周行駛這兩個(gè)691）時(shí)間上的滯后瞬態(tài)響應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)2）執(zhí)行上的誤差（ωr1/ωr0）×100％稱(chēng)為超調(diào)量3）橫擺角速度的波動(dòng)

波動(dòng)的ω＝2π/T,取決于汽車(chē)的結(jié)構(gòu)參數(shù)4）進(jìn)入穩(wěn)態(tài)所經(jīng)歷的時(shí)間σ1）時(shí)間上的滯后瞬態(tài)響應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)2）執(zhí)行上的誤差370ω0值應(yīng)高一些為好。表征響應(yīng)品質(zhì)好壞的4個(gè)瞬態(tài)響應(yīng)的參數(shù)（1）橫擺角速度ωr波動(dòng)的固有（圓）頻率ω0小轎車(chē)的固有頻率f0(=0/2)在0.8-1.2Hz之間。固有頻率高些較好。ω0值應(yīng)高一些為好。表征響應(yīng)品質(zhì)好壞的4個(gè)瞬態(tài)響應(yīng)的參數(shù)（171（2）阻尼比ζ

小了超調(diào)量大（112%~165%），故大些較好。=0.5~0.8（2）阻尼比ζ小了超調(diào)量大（112%~165%），故大723、反應(yīng)時(shí)間反應(yīng)時(shí)間指r第一次到達(dá)穩(wěn)定值的時(shí)間。小些較好。3、反應(yīng)時(shí)間反應(yīng)時(shí)間指r第一次到達(dá)穩(wěn)定值的時(shí)間。734、達(dá)到第一峰值的時(shí)間達(dá)到第一峰值的時(shí)間小些較好。=0.23~0.59s4、達(dá)到第一峰值的時(shí)間達(dá)到第一峰值的時(shí)間小些較好。=74瞬態(tài)響應(yīng)的穩(wěn)定條件瞬態(tài)響應(yīng)的穩(wěn)定條件75當(dāng)ζ≤1時(shí)，只要為正值，就收斂，否則發(fā)散而不穩(wěn)定。k1、k2為負(fù)值，恒為正值。當(dāng)ζ≤1時(shí)，齊次微分方程的解均收斂而趨于0。穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的穩(wěn)定條件當(dāng)ζ≤1時(shí)，只要為正值，就收斂，否則發(fā)散而不穩(wěn)76應(yīng)為負(fù)值才收斂，即應(yīng)為正值。當(dāng)ζ≥1時(shí)，特征根必須為負(fù)值，齊次微分方程的解才收斂趨于0。的第一項(xiàng)為正的第一項(xiàng)為負(fù)不足轉(zhuǎn)向時(shí)過(guò)多轉(zhuǎn)向時(shí)應(yīng)為負(fù)值才收斂，即應(yīng)為正值。當(dāng)ζ≥1時(shí)，特征根77當(dāng)u>

以后，，汽車(chē)不穩(wěn)定

的第二項(xiàng)恒為正，當(dāng)車(chē)速很低時(shí)，它是很大的值，均為正值，ωr（t）收斂，汽車(chē)穩(wěn)定；

隨著車(chē)速的增加，第二項(xiàng)越來(lái)越?。划?dāng)汽車(chē)為過(guò)多轉(zhuǎn)向，且為負(fù)值時(shí)，就可能為負(fù)值，ωr（t）發(fā)散，汽車(chē)不穩(wěn)定。的車(chē)速稱(chēng)為臨界車(chē)速當(dāng)u>以后，，汽車(chē)不78由此可見(jiàn)，瞬態(tài)響應(yīng)包括兩方面的問(wèn)題：一是行駛方向穩(wěn)定性，即給汽車(chē)以轉(zhuǎn)向盤(pán)角階躍輸入后，汽車(chē)能否達(dá)到新的穩(wěn)定狀況的問(wèn)題。二是響應(yīng)品質(zhì)問(wèn)題，即達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)之前，其瞬態(tài)響應(yīng)的特性如何。由此可見(jiàn)，瞬態(tài)響應(yīng)包括兩方面的問(wèn)題：79汽車(chē)側(cè)傾調(diào)校1）前、后軸左、右兩側(cè)車(chē)輪的垂直載荷要發(fā)生變化；2）車(chē)輪有外傾角，由于懸架導(dǎo)向桿系的運(yùn)動(dòng)及變形，外傾角將隨之變化；3）車(chē)輪上有切向反作用力；4）車(chē)身側(cè)傾時(shí)懸架變形，懸架導(dǎo)向桿系和轉(zhuǎn)向桿系將產(chǎn)生相應(yīng)運(yùn)動(dòng)及變形。詳細(xì)內(nèi)容定義：車(chē)廂側(cè)傾時(shí)，單位車(chē)廂轉(zhuǎn)角下，懸架系統(tǒng)給車(chē)廂總的彈性恢復(fù)力偶矩：懸架的側(cè)傾角剛度汽車(chē)側(cè)傾調(diào)校1）前、后軸左、右兩側(cè)車(chē)輪的垂直載荷要發(fā)80汽車(chē)振動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化，單質(zhì)量系統(tǒng)的振動(dòng)一、汽車(chē)振動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化3、汽車(chē)懸架偏頻計(jì)算與試驗(yàn)汽車(chē)振動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化，單質(zhì)量系統(tǒng)的振動(dòng)一、汽車(chē)振動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化381當(dāng)，并忽略輪胎阻尼后，汽車(chē)立體模型可簡(jiǎn)化為平面模型。車(chē)身質(zhì)量有垂直、俯仰、側(cè)傾3個(gè)自由度，4個(gè)車(chē)輪質(zhì)量有4個(gè)垂直自由度，整車(chē)共7個(gè)自由度。一、汽車(chē)振動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化當(dāng)，并忽略輪胎阻尼后821）總質(zhì)量保持不變2）質(zhì)心位置不變3）轉(zhuǎn)動(dòng)慣量保持不變簡(jiǎn)化前后應(yīng)滿足以下三個(gè)條件解得令—懸掛質(zhì)量分配系數(shù)。1）總質(zhì)量保持不變2）質(zhì)心位置不變383對(duì)于大部分汽車(chē)，=0.8～1.2，即接近1。當(dāng)=1時(shí)對(duì)于大部分汽車(chē)，=0.8～1.2，即接近1。當(dāng)84在=1的情況下，前、后軸上方車(chē)身部分的集中質(zhì)量m2f、m2r在垂直方向的運(yùn)動(dòng)是相互獨(dú)立的。雙軸汽車(chē)模型可以簡(jiǎn)化為車(chē)身、車(chē)輪兩個(gè)自由度振動(dòng)系統(tǒng)模型。在=1的情況下，前、后軸上方車(chē)身部分的集中85車(chē)輪部分的固有頻率為10~16Hz，如果激振頻率遠(yuǎn)離車(chē)輪固有頻率（即5Hz以下），輪胎的動(dòng)變形很小，可忽略車(chē)輪質(zhì)量和輪胎的彈性，從而得到車(chē)身單質(zhì)量系統(tǒng)模型。車(chē)輪部分的固有頻率為10~16Hz，如果激振頻率遠(yuǎn)86二、單質(zhì)量系統(tǒng)的自由振動(dòng)ω0—振動(dòng)系統(tǒng)固有圓頻率；ζ—阻尼比。二、單質(zhì)量系統(tǒng)的自由振動(dòng)ω0—振動(dòng)系統(tǒng)固有圓頻率；87齊次微分方程的解為有阻尼自由振動(dòng)時(shí)，質(zhì)量m2以有阻尼固有頻率振動(dòng)，振幅按衰減。齊次微分方程的解為有阻尼自由振動(dòng)時(shí)，質(zhì)量m2以有阻88

ζ增大，ωr下降。當(dāng)ζ=1時(shí)，運(yùn)動(dòng)失去振蕩特征。汽車(chē)懸架系統(tǒng)阻尼比ζ大約為0.25，ωr比ω0只下降了3%左右，。1）與有阻尼固有頻率ωr有關(guān)阻尼比ζ對(duì)衰減振動(dòng)的影響ζ增大，ωr下降。當(dāng)ζ=1時(shí)，運(yùn)動(dòng)失去振蕩特征。1）與892）決定振幅的衰減程度阻尼比ζ對(duì)衰減振動(dòng)的影響兩個(gè)相鄰的振幅A1與A2之比稱(chēng)為減振系數(shù)d由實(shí)測(cè)的衰減振動(dòng)曲線得到d，即可確定系統(tǒng)的阻尼比ζ。阻尼比越大，振幅衰減得越快2）決定振幅的衰減程度阻尼比ζ對(duì)衰減振動(dòng)的影響兩個(gè)相鄰的振幅90彈簧的剛度——懸架的剛度減振器的阻尼——懸架的阻尼3、汽車(chē)懸架偏頻計(jì)算與試驗(yàn)3.1懸架的剛度計(jì)算1）懸架的線剛度定義：車(chē)輪保持在地面上而車(chē)廂作垂直運(yùn)動(dòng)時(shí)，單位車(chē)廂位移下，懸架系統(tǒng)給車(chē)廂的總彈性恢復(fù)力：彈簧的剛度——懸架的剛度3、汽車(chē)懸架偏頻計(jì)算與試驗(yàn)3.1懸91（1）非獨(dú)立懸架（2）獨(dú)立懸架恢復(fù)力彈性元件導(dǎo)向桿系約束反力（1）非獨(dú)立懸架（2）獨(dú)立懸架恢復(fù)力彈性元件導(dǎo)向桿系約束反力92汽車(chē)底盤(pán)設(shè)計(jì)系列講座之二-課件93mn用虛位移原理確定懸架線剛度計(jì)算過(guò)程mn用虛位移原理確定懸架線剛度計(jì)算過(guò)程94用虛位移原理確定懸架線剛度mnΔssΔst計(jì)算過(guò)程用虛位移原理確定懸架線剛度mnΔssΔst計(jì)算過(guò)程95用虛位移原理確定懸架線剛度mn第四節(jié)汽車(chē)操縱穩(wěn)定性與懸架的關(guān)系計(jì)算過(guò)程用虛位移原理確定懸架線剛度mn第四節(jié)汽車(chē)操縱穩(wěn)定性與懸架96懸架相對(duì)阻尼的計(jì)算（對(duì)于一個(gè)帶有線性阻尼減振器的懸架系統(tǒng)，可用阻尼比來(lái)評(píng)價(jià)阻尼的大小或振動(dòng)衰減的快慢程度）它的表達(dá)式為：懸架阻尼計(jì)算——懸架的線剛度——簧載質(zhì)量