汽车操纵稳定性与悬架关系课件.ppt

1、1第五章第五章 汽车的操纵稳定性汽车的操纵稳定性第四节汽车操纵稳定性与悬架的关系 本节将学习弹性侧偏角、本节将学习弹性侧偏角、 侧倾转向角和变形转向角侧倾转向角和变形转向角等基本概念，分析不同悬架及参数对汽车操纵稳定性的等基本概念，分析不同悬架及参数对汽车操纵稳定性的影响，了解改善汽车操纵稳定性的方法。影响，了解改善汽车操纵稳定性的方法。2 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，外倾角将随车轮有外倾角，由于悬架导向杆系的运动及变形，外倾角将随之变化；之变化； 3）车轮上有切向反作用力；车轮上

2、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产生相应运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。动及变形。 综上，汽车侧偏角还应该包括以下三个部分：综上，汽车侧偏角还应该包括以下三个部分： 1）弹性侧偏角（）弹性侧偏角（FZ变化和变化和的变化的变化引起的侧偏角引起的侧偏角的变化）；的变化）； 2）侧倾转向角（车厢侧倾而导致前后轮转角的变化）；）侧倾转向角（车厢侧倾而导致前后轮转角的变化）； 3）变形转向角（悬架导向杆系变形引起的车轮转角的变化）。）变形转向角（悬架导向杆系变形引起的车轮转角的变化）。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

3、性与悬架的关系 线性二自由度汽车模型对汽车进行了较多简化，汽车行驶过程中，还应线性二自由度汽车模型对汽车进行了较多简化，汽车行驶过程中，还应考虑以下因素对轮胎侧偏角的影响。考虑以下因素对轮胎侧偏角的影响。3侧倾轴线是侧倾中心的连线。侧倾轴线是侧倾中心的连线。 1）侧倾轴线侧倾轴线：车厢相对于地面转动时的瞬时轴线；：车厢相对于地面转动时的瞬时轴线； 2）侧倾中心侧倾中心：侧倾轴线通过前、后轴处横断面上的瞬时转：侧倾轴线通过前、后轴处横断面上的瞬时转动中心；其位置由悬架导向机构决定，常用图解法确定。动中心；其位置由悬架导向机构决定，常用图解法确定。一、车厢侧倾1.车厢侧倾轴线车厢侧倾轴线想一想：先

4、确定侧倾轴线再确定侧倾中心想一想：先确定侧倾轴线再确定侧倾中心，还是先还是先确定侧倾中心再确定侧倾轴线？确定侧倾中心再确定侧倾轴线？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41234O24O13 假定车厢不动，地面和车轮相对车厢转动；假定车厢不动，地面和车轮相对车厢转动； 假定车轮与地面间无相对滑动；假定车轮与地面间无相对滑动； 对四连杆机构会用到三心定理。对四连杆机构会用到三心定理。确定侧倾中心时确定侧倾中心时第四节第四节 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 四连杆机构中相四连杆机构中相对两杆的相对运动瞬对两杆的相对运动瞬心是相邻两杆延长线心是相邻

5、两杆延长线的交点。的交点。dvgv5Om1）单横臂独立悬架车厢的侧倾中心第四节第四节 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6DGOlOrOmdvgv2）双横臂独立悬架的侧倾中心第四节第四节 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7双横臂独立悬架的等效单横臂悬架双横臂独立悬架的等效单横臂悬架第四节第四节 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sFKl8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：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

6、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：2.悬架的侧倾角刚度第四节第四节 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rrddTKskF2ssl2ksFK9（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2uGtssnms 10mnZFZFaFaFQQssskQnsmstsQmnFZmsksssssnmkFZt2ssnmk2stnmksFZ22nmkKsl第四节第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系汽

7、车操纵稳定性与悬架的关系tsssu2G11uts02ZGFsQ s uts02ZZGFFsQQstsZFsQ s用虚位移原理确定悬架侧倾角刚度用虚位移原理确定悬架侧倾角刚度mnssstZFZFaFaFQQ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u2GstZsFQs 12用虚位移原理确定悬架侧倾角刚度用虚位移原理确定悬架侧倾角刚度mnZFZFaFaFQQ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sltsst2sKsKsssslstt2ssKKssssttssss2slst2sKKs2ls2mKknssts13r2ld21dBKT2r21BKKl2

8、sr21nBmKK2）悬架的侧倾角刚度第四节第四节 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rrrKM14 r大，水平晃动大，大，水平晃动大，乘客不稳定，无安全感。乘客不稳定，无安全感。 r小，小， 地面不平时有冲击感。地面不平时有冲击感。4.车厢侧倾角及侧倾力矩操纵稳定性操纵稳定性平顺性平顺性 侧倾角改变了外倾角侧倾角改变了外倾角； 侧倾角改变了内外车轮的垂侧倾角改变了内外车轮的垂直载荷直载荷FZ，从而改变侧偏角，从而改变侧偏角。 在确定悬架总侧倾角刚度在确定悬架总侧倾角刚度 时，要时，要综合考虑对操纵稳定性和平顺性的影响。综合考虑对操纵稳定性和平顺性的影响。rK第四节第四节 汽

9、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rrsKk15s2ssGaRumFyyhFMysrLahbhhHNhhs2s1ss1）悬挂质量的离心力引起的侧倾力矩Mr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16rssrhGeGM2）侧倾后悬挂质量重力引起的侧倾力矩Mr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NGrFFy2ur17lFrFrIIIrlMFF力矩即为对车身的和rFNGFy2urEFFMrrIIINGKFrFyurrhNGKF0rhFMy0urIII3）独立悬架中非悬挂质量的离心力引起的侧倾力矩Mr第四节第四节 汽车操纵稳定性与

10、悬架的关系汽车操纵稳定性与悬架的关系u2yFZFYFrFu2yFZFYFlFrrrKM18rIIIrIIrIrMMMM 悬架总侧倾刚度等于悬架总侧倾刚度等于 前、后悬架及横向稳定杆的侧前、后悬架及横向稳定杆的侧倾角刚度之和。倾角刚度之和。rK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19二、侧倾时垂直载荷在左右轮上的重新分配及其对稳态响应的影响1.侧倾时垂直载荷在左右轮上的重新分配 工字形车架代表车厢，悬工字形车架代表车厢，悬挂质量为挂质量为Ms。 工字形车架分别通过前、工字形车架分别通过前、后悬架的侧倾中心后悬架的侧倾中心m01和和m02 与前后轴相铰接，同时又通过与

11、前后轴相铰接，同时又通过前后悬架的弹性元件分别与前、前后悬架的弹性元件分别与前、后轴相连接。后轴相连接。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r1Tr2T20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rT21yyyFFFs2s1sLbFFyysss1LaFFyysss2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22rr1r1KT1u1u1r1ss11hFThLbFBFyylZlZZFF1r1rr2r2KTu2u2r22ss22hFThLaFBFyylZlZZFF22rlZlZlZFFF111r1r1r1ZZZFFFlZ

12、lZlZFFF2222r2r2rZZZFFF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23002kFYrlkkFYrkkFlY2r0kkkl02kFY00kk0车身不侧倾时车身不侧倾时车身侧倾后车身侧倾后2.左右轮垂直载荷再分配时轮胎的侧偏刚度 rl当车身侧倾严重时当车身侧倾严重时，是增大还是减小？是增大还是减小？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241ZF1汽车趋于增加不足转向汽车趋于增加不足转向22ZF汽车趋于减少不足转向汽车趋于减少不足转向11u1urr11ss1/ )(BhFKhLbFFyyZ2u2u2rr22ss2/ )(BhF

13、KhLaFFyyZ用以上结论分析，如何通过改变前后轴左、右侧车轮垂用以上结论分析，如何通过改变前后轴左、右侧车轮垂直载荷的变化量来提高汽车的不足转向量？横向稳定杆直载荷的变化量来提高汽车的不足转向量？横向稳定杆用在前后悬架对汽车稳态响应特性所起到的作用是否相用在前后悬架对汽车稳态响应特性所起到的作用是否相同？为什么？同？为什么？思考思考第四节第四节 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25FY不变不变沿沿FY侧倾侧倾FY-+-减小减小kkkFFFkYYY1增大增大三、侧倾外倾侧倾时车轮外倾角的变化 侧倾时侧倾时的变的变化有三种可能化有三种可能第四节第四节 汽车操纵稳定性与悬架的

14、关系汽车操纵稳定性与悬架的关系沿沿FY相反相反方向侧倾方向侧倾YYYFFF26 地面转过地面转过r确定车确定车轮相对于车厢外倾角轮相对于车厢外倾角 。 地面回到水平位置地面回到水平位置确定车厢相对于地面产确定车厢相对于地面产生侧倾角生侧倾角r时，轮胎外时，轮胎外倾角倾角 。 车轮外倾角车轮外倾角的确定的确定第四节第四节 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27车厢侧倾时不同形式悬架所引起的车厢侧倾时不同形式悬架所引起的车轮外倾角的车轮外倾角的变化变化 非独立悬架车身侧倾时，前轮外倾角不变。非独立悬架车身侧倾时，前轮外倾角不变。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

15、性与悬架的关系28车厢侧倾时不同形式悬架所引起的车厢侧倾时不同形式悬架所引起的车轮外倾角的车轮外倾角的变化变化 双横臂悬架前轮外倾角与地面侧向力方向相双横臂悬架前轮外倾角与地面侧向力方向相反，反，有增大侧偏角（绝对值）的作用。有增大侧偏角（绝对值）的作用。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29车厢侧倾时不同形式悬架所引起的车厢侧倾时不同形式悬架所引起的车轮外倾角的车轮外倾角的变化变化 单纵臂悬架前轮外倾角与地面侧向力方向相反。单纵臂悬架前轮外倾角与地面侧向力方向相反。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30车厢侧倾时不同形式悬架所引

16、起的车厢侧倾时不同形式悬架所引起的车轮外倾角的车轮外倾角的变化变化 单横臂悬架前轮外倾角与地面侧向力方向相同（或相反）。单横臂悬架前轮外倾角与地面侧向力方向相同（或相反）。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31rrr 侧倾外倾系数。侧倾外倾系数。车厢侧倾所引起的车轮外倾角的变化可由下式计算车厢侧倾所引起的车轮外倾角的变化可由下式计算第四节第四节 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32四、侧倾转向 车厢侧倾所引起的前转向轮绕主销的转动、后轮绕垂直车厢侧倾所引起的前转向轮绕主销的转动、后轮绕垂直于地面轴线的转动，即车轮转角的变动，称为侧倾转向。于地

17、面轴线的转动，即车轮转角的变动，称为侧倾转向。rrr 侧倾转向系数。侧倾转向系数。车轮的侧倾转向角与车厢侧倾角的关系可以用下式表示车轮的侧倾转向角与车厢侧倾角的关系可以用下式表示第四节第四节 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33后悬架的侧倾转向对稳态转向特性的影响后悬架的侧倾转向对稳态转向特性的影响第四节第四节 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34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35五、变形转向悬架导向装置变形引起的车轮转向角 悬架导向杆系各元件在各种力、力矩作用下发生的悬架导向杆系各元件在各种力、力矩作用下发生的变形，

18、引起车轮绕主销或垂直于地面轴线的转动，称为变形，引起车轮绕主销或垂直于地面轴线的转动，称为变形转向，其转角叫做变形转向角。变形转向，其转角叫做变形转向角。 变形转向可以使汽车具有恰当的不足转向。变形转向可以使汽车具有恰当的不足转向。yyFF1000cc 变形转向角；变形转向角；yF 侧向力变形转向系数。侧向力变形转向系数。估算侧向力变形转向角估算侧向力变形转向角第四节第四节 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36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37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38回正力矩变形转向角回正力矩

19、变形转向角a 在回正力矩作用下，悬架和车轮有扭转变形，前、在回正力矩作用下，悬架和车轮有扭转变形，前、后轴车轮均发生回正力矩变形转向角后轴车轮均发生回正力矩变形转向角a。TNaa1001T 回正力矩变形转向系数；回正力矩变形转向系数；aN 回正力矩系数。回正力矩系数。回正力矩变形转向角回正力矩变形转向角a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39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回正力矩引起的变形转向角回正力矩引起的变形转向角 前轴趋于增加不足转向；后轴趋于减少不足转向。前轴趋于增加不足转向；后轴趋于减少不足转向。40六、变形外倾悬架导向装置变形引起的外倾角的变化 受到侧向力作用的独立悬架杆系的变形会引起车受到侧向力作用的独立悬架杆系的变形会引起车轮外倾角的变化。轮外倾角的变化。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41下一节第四节第四节 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本节内容结束