汽车底盘设计系列讲座之二-课件.ppt

1、 安徽工程大学：时培成安徽工程大学：时培成 20192019年年1111月月汽车底盘设计系列讲座之二汽车底盘设计系列讲座之二（底盘调校）（底盘调校）汽车底盘设计系列讲座之二汽车底盘设计系列讲座之二（底盘调校）（底盘调校）v1、问题的引出、问题的引出v经常看到一些宣传，说自己的发动机或者底盘调校经常看到一些宣传，说自己的发动机或者底盘调校的好，那么调校到底是什么意思？的好，那么调校到底是什么意思？v为什么同一个发动机不同调校最大功率就不一样呢？为什么同一个发动机不同调校最大功率就不一样呢？为什么不调校到最大呢？为什么不调校到最大呢？v调校你可以把他理解为调校你可以把他理解为“调整调整”和和“校准

2、校准”。v 车辆的调校有很多种，例如发动机输出调校车辆的调校有很多种，例如发动机输出调校问题。问题。电喷发动机在供油时由车载计算机控电喷发动机在供油时由车载计算机控制制(ECU)，调整，调整ECU的参数就可以对喷油量的参数就可以对喷油量进行调整。进行调整。v所以所以同一个发动机经过调校后输出最大功率同一个发动机经过调校后输出最大功率就不一样了就不一样了。v“为什么不调校到最大？为什么不调校到最大？”这其实是生产制这其实是生产制造商造商在设计车发动机时也设计了发动机限定在设计车发动机时也设计了发动机限定功率和发动机寿命，功率和发动机寿命，过高的功率会是发动机过高的功率会是发动机过早的磨损甚至报废

3、！过早的磨损甚至报废！2、汽车底盘调校汽车底盘调校 v汽车底盘调校分为静态汽车底盘调校分为静态(Static)和动态和动态(Dynamic)两两种调校；种调校；v静态调校：左右主销倾角（静态调校：左右主销倾角（Camber）、前后主销）、前后主销倾角倾角(Caster)、前后内外束角、前后内外束角(Toe)等等。（根据汽等等。（根据汽车用途的不同，这些参数需要调整）车用途的不同，这些参数需要调整）v考虑因素：底盘整体零部件的摆放、乘客数量和车考虑因素：底盘整体零部件的摆放、乘客数量和车载物品负荷量的变数，搭载温顺或运动性发动机、载物品负荷量的变数，搭载温顺或运动性发动机、驱动形式，驱动形式，4

4、门轿车还是双座的跑车，还有到底是门轿车还是双座的跑车，还有到底是以舒适安逸或追求敏捷激进反应作为设定取向等以舒适安逸或追求敏捷激进反应作为设定取向等。v动态调校：是指汽车在走行状态中的调校。动态调校：是指汽车在走行状态中的调校。汽车不汽车不能仅仅局限于静止状态下的设定，否则车在开动的时候前后、能仅仅局限于静止状态下的设定，否则车在开动的时候前后、左右、上下的四角平衡（左右、上下的四角平衡（Corner weight balance）的失衡）的失衡就会把车搞到无法安稳的前行、转向或制动了。就会把车搞到无法安稳的前行、转向或制动了。v比如：汽车改装，一台由家用车买来参加比赛，就比如：汽车改装，一台

5、由家用车买来参加比赛，就需要重新根据拆空后车的重量来调校，车的重量和需要重新根据拆空后车的重量来调校，车的重量和重心在车被全面拆空后会出现重大的变化，要求能重心在车被全面拆空后会出现重大的变化，要求能在这情况下把车辆动态设定重新调至理想的平衡，在这情况下把车辆动态设定重新调至理想的平衡，很好操控，完成赛事。很好操控，完成赛事。v汽车悬架调校是保证汽车操纵稳定性和乘坐舒适性汽车悬架调校是保证汽车操纵稳定性和乘坐舒适性的重要手段。的重要手段。v悬架主要由弹性元件、减振器、导向元件和横向稳悬架主要由弹性元件、减振器、导向元件和横向稳定杆元件等组成。悬架调校是通过调整上述这些组定杆元件等组成。悬架调校

6、是通过调整上述这些组件的性能参数，以满足不同整车在不同工况下的操件的性能参数，以满足不同整车在不同工况下的操纵稳定性和行驶舒适性等方面的要求。纵稳定性和行驶舒适性等方面的要求。v常用的方法是调整减振器的阻尼系数、弹簧刚度和常用的方法是调整减振器的阻尼系数、弹簧刚度和稳定杆的直径，稳定杆的直径，有时仅对其中某个参数进行调整，有时仅对其中某个参数进行调整，更多的是同时调整几个参数，使其达到各性能的平更多的是同时调整几个参数，使其达到各性能的平衡。衡。v汽车悬挂软硬调校汽车悬挂软硬调校硬硬运动运动较硬的悬挂使车在急速过弯如做蛇形绕桩时的侧倾较硬的悬挂使车在急速过弯如做蛇形绕桩时的侧倾较小，所以在超车

7、、走山路时可以使提升车的灵活较小，所以在超车、走山路时可以使提升车的灵活度。度。软软舒适舒适而以舒适著称的美国老式房车、日系车等则偏软，而以舒适著称的美国老式房车、日系车等则偏软，因而乘坐较为舒适。因而乘坐较为舒适。汽车悬架的软硬是根据公司最开始给汽车定义汽车悬架的软硬是根据公司最开始给汽车定义时决定的。像时决定的。像lotus（莲花）就会给别人做调校工作，（莲花）就会给别人做调校工作，这个软硬的点，是最开始公司的匹配工作。这个软硬的点，是最开始公司的匹配工作。v汽车不足转向量调校汽车不足转向量调校不足转向不足转向 ；中性转向中性转向 不变；不变；过多转向过多转向 。稳稳态态响响应应特特性性有

8、有三三种种类类型型auRauRauRsr22122sr11KuLuukbkaLmLu122kbkaLmK称为稳态横摆角速度增益，也称转向灵敏度。称为稳态横摆角速度增益，也称转向灵敏度。K稳定性因数。稳定性因数。式中式中 稳态横摆角速度增益，也叫转向灵敏度；稳态横摆角速度增益，也叫转向灵敏度；K稳定性因数（稳定性因数（s2/m2）；）；横摆角速度；横摆角速度；u车速；车速；前轮转角；前轮转角；m汽车质量；汽车质量；L 轴距；轴距；a，b 汽车质心到前后轴的距离；汽车质心到前后轴的距离；k1，k2 前后轮侧偏刚度。前后轮侧偏刚度。rsr)汽车的稳态横摆角速度增益曲线012kbka122kbkaLm

9、K如果如果K 0由于由于 k10,k2 以后，以后，汽车不稳定，汽车不稳定 的第二项恒为正，当车速很低时，它是很大的值，的第二项恒为正，当车速很低时，它是很大的值，均为正值，均为正值，r（t）收敛，汽车稳定；）收敛，汽车稳定；随着车速的增加，随着车速的增加，第二项越来越小；第二项越来越小；当汽车为过多转向，且当汽车为过多转向，且 为负值时，为负值时，就可能为负值，就可能为负值，r（t）发散，汽车不稳定。）发散，汽车不稳定。2020021bkak20020020的车速称为临界车速的车速称为临界车速Ku1cr022212120ZZImuLkkIbkak令crucru由此可见，瞬态响应包括两方面的问

10、题：由此可见，瞬态响应包括两方面的问题：一是行驶方向稳定性一是行驶方向稳定性，即给汽车以转向盘角阶跃输入后，即给汽车以转向盘角阶跃输入后，汽车能否达到新的稳定状况的问题。汽车能否达到新的稳定状况的问题。二是响应品质问题，二是响应品质问题，即达到新的稳态之前，其瞬态响应的即达到新的稳态之前，其瞬态响应的特性如何。特性如何。v汽车侧倾调校汽车侧倾调校 1）前、后轴左、右两侧车轮的垂直载荷要发生变化；前、后轴左、右两侧车轮的垂直载荷要发生变化；2）车轮有外倾角，由于悬架导向杆系的运动及变形，车轮有外倾角，由于悬架导向杆系的运动及变形，外倾角将随之变化；外倾角将随之变化；3）车轮上有切向反作用力；车轮

11、上有切向反作用力；4）车身侧倾时悬架变形，悬架导向杆系和转向杆系将车身侧倾时悬架变形，悬架导向杆系和转向杆系将产生相应运动及变形。产生相应运动及变形。v详细内容详细内容定义：车厢定义：车厢侧倾时，单位车厢转角下，悬架系统给车厢侧倾时，单位车厢转角下，悬架系统给车厢总的弹性恢复力偶矩：总的弹性恢复力偶矩：悬架的侧倾角刚度rrddTK汽车振动系统的简化，单质量系统的振动汽车振动系统的简化，单质量系统的振动一、一、汽车振动系统的简化汽车振动系统的简化3、汽车悬架偏频计算与试验 当当 ，并，并忽略轮胎阻尼后，汽忽略轮胎阻尼后，汽车立体模型可简化为车立体模型可简化为平面模型。平面模型。车身质量有垂直、车

12、身质量有垂直、俯仰、侧倾俯仰、侧倾3个自由度，个自由度，4个车轮质量有个车轮质量有4个垂个垂直自由度，整车共直自由度，整车共7个个自由度。自由度。一、汽车振动系统的简化 IyIx2c2r2f2mmmm0r2f2bmam2r22f222bmammIyy 1）总质量保持不变）总质量保持不变 2）质心位置不变）质心位置不变 3）转动惯量保持不变）转动惯量保持不变abmmbLmmaLmmyyy222c222r222f1简化前后应满足以下三个条件简化前后应满足以下三个条件解得解得令令 悬挂质量分配系数。悬挂质量分配系数。aby202c222r222fmbLmmaLmmyy 对于大部分汽车，对于大部分汽车

13、，=0.81.2，即接，即接近近1。当。当 =1时时 在在 =1 的情况的情况下，前、后轴上方下，前、后轴上方车身部分的集中质车身部分的集中质量量m2f、m2r在垂直在垂直方向的运动是相互方向的运动是相互独立的。独立的。双轴汽车模型双轴汽车模型可以简化为车身、可以简化为车身、车轮两个自由度振车轮两个自由度振动系统模型。动系统模型。车轮部分的固有频车轮部分的固有频率为率为1016Hz，如果激振如果激振频率远离车轮固有频率频率远离车轮固有频率（即（即5Hz以下），轮胎的以下），轮胎的动变形很小，可忽略车动变形很小，可忽略车轮质量和轮胎的弹性，轮质量和轮胎的弹性，从而得到车身单质量系从而得到车身单质

14、量系统模型。统模型。二、单质量系统的自由振动02qzKqzCzm 22mCn 令220mK0220zznz KmCn2020 0振动系统固有圆频率；振动系统固有圆频率；阻尼比。阻尼比。齐次微分方程的解为齐次微分方程的解为tnAznt220sine 有阻尼自由有阻尼自由振动时，质量振动时，质量m2以有阻尼固有频以有阻尼固有频率率220rn振动，振幅按振动，振幅按ent衰减。衰减。增大，增大，r r下降。当下降。当=1时，运动失去振荡特征。时，运动失去振荡特征。汽车悬架系统阻尼比汽车悬架系统阻尼比大约为大约为0.25，r比比0只下降了只下降了3%左右，左右，。1）与有阻尼固有频率与有阻尼固有频率r

15、 r有关有关220rn2010r20mK200212mKf阻尼比阻尼比对衰减振动的影响对衰减振动的影响2）决定振幅的衰减程度决定振幅的衰减程度21AAd 111eeTtnntAA1enT212e212lndd22ln411/阻尼比阻尼比对衰减振动的影响对衰减振动的影响两个相邻的振幅两个相邻的振幅A1与与A2之比称为减振系数之比称为减振系数d由实测的衰减振动曲线得到由实测的衰减振动曲线得到d，即可确定系统的阻尼比，即可确定系统的阻尼比。阻尼比越大，振幅衰减得越快阻尼比越大，振幅衰减得越快v弹簧的刚度弹簧的刚度悬架的刚度悬架的刚度v减振器的阻尼减振器的阻尼悬架的阻尼悬架的阻尼3、汽车悬架偏频计算与

16、试验v3.1 悬架的刚度计算悬架的刚度计算1）悬架的线刚度定义：定义：车轮保持在地面上而车厢作垂直运动时，单位车车轮保持在地面上而车厢作垂直运动时，单位车厢位移下，悬架系统给车厢的总弹性恢复力：厢位移下，悬架系统给车厢的总弹性恢复力：sFKlskF2ssl2ksFK（1）非独立悬架（2）独立悬架恢复力恢复力弹性元件弹性元件导向杆系约束反力导向杆系约束反力mnZFZF2uGaFaFQQssskQnsmstsQmnFZmsksssssnmkFZt2ssnmk2stnmksFZ22nmkKsltssstssnms 用虚位移原理确定悬架线刚度用虚位移原理确定悬架线刚度计算过程计算过程uts02ZGFs

17、Qs uts02ZZGFFsQQstsZFsQ s用虚位移原理确定悬架线刚度用虚位移原理确定悬架线刚度mnssstZFZFu2GaFaFQQ计算过计算过程程用虚位移原理确定悬架线刚度用虚位移原理确定悬架线刚度mnZFZFu2GaFaFQQ第四节第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系汽车操纵稳定性与悬架的关系stZsFQs sltsst2sKsKsssslstt2ssKKssssttssss2slst2sKKs2ls2mKknssts计算过计算过程程v悬架相对阻尼的计算v（对于一个带有线性阻尼减振器的悬架系统，可用阻尼比 来评价阻尼的大小或振动衰减的快慢程度）它的表达式为：sv悬架阻尼计算悬架阻尼计

18、算22yssssiMKCsKsMsCyi悬架的线刚度簧载质量悬架减振器的阻尼系数车轮接地点与减振器固定点之间的力传递比v悬架阻尼计算悬架阻尼计算tantan1tantancottan1)cos(cos)tan(adLccadLbiy汽车的简化（偏频求解）一、车身与车轮双质量系统的振动001t212111121222qzKzzKzzCzmzzKzzCzm 无阻尼自由振动时无阻尼自由振动时001t21111222zKzzKzmzzKzm 如果如果m1不动（不动（z1=0）0222 Kzzm 20/mK如果如果m2不动（不动（z2=0）0)(1t11zKKzm 1ttmKK/0与与t是双质量系统只有

19、单独一个质量振动时的部分频率（偏频）。是双质量系统只有单独一个质量振动时的部分频率（偏频）。双轴汽车的振动 汽车前、后悬架与其簧上质量组成的振动系统的固有频率，是影响汽车行驶平顺性的主要参数之一。现代汽车的质量分配系数近似等于1，于是汽车前、后轴上方车身两点的振动不存在联系。因此，汽车前、后部分车身的固有频率（即偏频）可用下式表示：)2/()2/(222111mkmkv汽车偏频试验一般有三种方法可以实现其自由衰减振汽车偏频试验一般有三种方法可以实现其自由衰减振动。动。v(1)滚下法：将汽车测试端的车轮，沿斜坡驶上凸块滚下法：将汽车测试端的车轮，沿斜坡驶上凸块示，横向宽度要保证，在熄火停车后，汽

20、车挂空档，示，横向宽度要保证，在熄火停车后，汽车挂空档，再将汽车从凸块上推下，滚下时应尽量保证左、右轮再将汽车从凸块上推下，滚下时应尽量保证左、右轮同时落地。同时落地。v注：试验在汽车满载时进行，试验前称量汽车总质注：试验在汽车满载时进行，试验前称量汽车总质量及前、后轴的载荷，轮胎气压符合技术条件所规量及前、后轴的载荷，轮胎气压符合技术条件所规定的数值。定的数值。v(2)抛下法：用跌落机构将汽车测试端车轴中部由平抛下法：用跌落机构将汽车测试端车轴中部由平衡位置支起衡位置支起60或或90mm，然后跌落机构释放，汽车，然后跌落机构释放，汽车测试端突然抛下。测试端突然抛下。v(3)拉下法：用绳索和滑

21、轮装置将汽车测试端车轴附拉下法：用绳索和滑轮装置将汽车测试端车轴附近的车身或车架中部由平衡位置拉下近的车身或车架中部由平衡位置拉下60或或90mm，然后用松脱器使绳索突然松脱。然后用松脱器使绳索突然松脱。v用记录仪记录车身和车轴上自由衰减振动的用记录仪记录车身和车轴上自由衰减振动的时间历程，每次记录时间不少于时间历程，每次记录时间不少于3s，保证衰，保证衰减振动曲线完整，共记录减振动曲线完整，共记录35次。次。v试验时，非测试端悬架一般不用卡死以限制试验时，非测试端悬架一般不用卡死以限制其振动。其振动。v在汽车前、后端振动相互联系较强时，非测在汽车前、后端振动相互联系较强时，非测试端悬架要卡死

22、，但要在报告中注明。试端悬架要卡死，但要在报告中注明。v数据处理可在时域和频域内分别进行，具体数据处理可在时域和频域内分别进行，具体处理时可选择其中一种。处理时可选择其中一种。v悬架静挠度fc是指车辆静止时悬架上的载荷FW与此时悬架刚度k之比，即fc=FW/k。v欲保证汽车有良好的行驶平顺性，必须正确选取悬架静挠度fc。v悬架动挠度悬架动挠度fd是指从满载静平衡位置开始悬是指从满载静平衡位置开始悬架压缩到结构允许的最大变形（通常指缓架压缩到结构允许的最大变形（通常指缓冲块压缩到其自由高度的冲块压缩到其自由高度的1/2或或1/3）时，车）时，车轮中心相对车架（车身）的垂直位移。要轮中心相对车架（车身）的垂直位移。要求悬架应有足够大的动挠度，以防止在坏求悬架应有足够大的动挠度，以防止在坏路面上行驶时经常碰撞缓冲块路面上行驶时经常碰撞缓冲块。v 安徽工程大学：时培成安徽工程大学：时培成v 20192019年年1111月月