汽车操纵稳定性与悬架关系课件

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。1第五章第五章 汽汽车车的操的操纵稳纵稳定性第四定性第四节节 本本节节将学将学习弹习弹性性侧侧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。2 1）前、后）前、后轴轴左、右两左、右两侧车轮侧车轮的垂直的垂直载载荷要荷要发发生生变变化；化；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3侧倾轴线侧倾轴线是是侧倾侧倾中心的中心的连线连线。1）侧倾轴线侧倾轴线：车厢车厢相相对对于于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两杆延长线的交点。的交点。41234O24O13确定确定侧倾侧倾中心中心时时第四第四节节 汽汽车车操操纵稳纵稳定性定性5Om1）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5Om1）单单横臂独立横臂独立悬悬架架车厢车厢的的侧倾侧倾中心第四中心第四节节 汽汽车车操操纵稳纵稳定定6DGOlOrOm2）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6DGOlOrOm2）双横臂独立）双横臂独立悬悬架的架的侧倾侧倾中心第四中心第四节节 汽汽车车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7双横臂独立双横臂独立悬悬架的等效架的等效单单横臂横臂悬悬架第四架第四节节 汽汽车车操操纵稳纵稳定性与定性与悬悬8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8 定定义义：车厢侧倾时车厢侧倾时，单单位位车厢转车厢转角下，角下，悬悬架系架系统给车厢总统给车厢总的的弹弹性性9（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9（1）非独立）非独立悬悬架（架（2）独立）独立悬悬架恢复力架恢复力弹弹性元件性元件导导向杆系向杆系约约束反束反10mn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10mn第四第四节节 汽汽车车操操纵稳纵稳定性与定性与悬悬架的关系架的关系11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mnssst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11用虚位移原理确定用虚位移原理确定悬悬架架侧倾侧倾角角刚刚度度mnssst第四第四节节 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mn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12用虚位移原理确定用虚位移原理确定悬悬架架侧倾侧倾角角刚刚度度mn第四第四节节 汽汽车车操操纵稳纵稳定定132）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132）悬悬架的架的侧倾侧倾角角刚刚度第四度第四节节 汽汽车车操操纵稳纵稳定性与定性与悬悬架的关系架的关系14 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。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r14 r大，水平晃大，水平晃动动大，大，r小，小，4.车厢侧车厢侧151）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151）悬悬挂挂质质量的离心力引起的量的离心力引起的侧倾侧倾力矩力矩Mr第四第四节节 汽汽车车162）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162）侧倾侧倾后后悬悬挂挂质质量重力引起的量重力引起的侧倾侧倾力矩力矩Mr第四第四节节 汽汽173）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 汽车操纵稳定性与悬架的关系汽车操纵稳定性与悬架的关系173）独立）独立悬悬架中非架中非悬悬挂挂质质量的离心力引起的量的离心力引起的侧倾侧倾力矩力矩Mr第第18 悬架总侧倾刚度等于悬架总侧倾刚度等于 前、前、后悬架及横向稳定杆的侧倾角后悬架及横向稳定杆的侧倾角刚度之和。刚度之和。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18 悬悬架架总侧倾刚总侧倾刚度等于度等于 前、后前、后悬悬架及架及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19二、二、侧倾时侧倾时垂直垂直载载荷在左右荷在左右轮轮上的重新分配及其上的重新分配及其对稳态对稳态响响应应的影的影20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20第四第四节节 汽汽车车操操纵稳纵稳定性与定性与悬悬架的关系架的关系21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21第四第四节节 汽汽车车操操纵稳纵稳定性与定性与悬悬架的关系架的关系22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22第四第四节节 汽汽车车操操纵稳纵稳定性与定性与悬悬架的关系架的关系23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 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23车车身不身不侧倾时车侧倾时车身身侧倾侧倾后后2.左右左右轮轮垂直垂直载载荷再分配荷再分配时轮时轮胎的胎的侧侧24汽车趋于增加不足转向汽车趋于增加不足转向汽车趋于减少不足转向汽车趋于减少不足转向用以上结论分析，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24汽汽车趋车趋于增加不足于增加不足转转向汽向汽车趋车趋于减少不足于减少不足转转向用以上向用以上结论结论分析，分析，25FY不变不变沿沿FY侧倾侧倾FY-+-减小减小增大增大三、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25FY不不变变沿沿FY侧倾侧倾FY-+-减小增大三、减小增大三、侧倾侧倾外外倾倾26 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26 地面地面转过转过r确定确定车轮车轮相相对对于于车厢车厢外外倾倾角角 。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性与悬架的关系27车厢侧倾时车厢侧倾时不同形式不同形式悬悬架所引起的架所引起的车轮车轮外外倾倾角的角的变变化化 非独立非独立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28车厢侧倾时车厢侧倾时不同形式不同形式悬悬架所引起的架所引起的车轮车轮外外倾倾角的角的变变化化 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29车厢侧倾时车厢侧倾时不同形式不同形式悬悬架所引起的架所引起的车轮车轮外外倾倾角的角的变变化化 单纵单纵臂臂30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30车厢侧倾时车厢侧倾时不同形式不同形式悬悬架所引起的架所引起的车轮车轮外外倾倾角的角的变变化化 单单横臂横臂31 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31 侧倾侧倾外外倾倾系数。系数。车厢侧倾车厢侧倾所引起的所引起的车轮车轮外外倾倾角的角的变变化可由化可由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。于地面轴线的转动，即车轮转角的变动，称为侧倾转向。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32四、四、侧倾转侧倾转向向 车厢侧倾车厢侧倾所引起的前所引起的前转转向向轮绕轮绕主主销销的的转转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33后后悬悬架的架的侧倾转侧倾转向向对稳态转对稳态转向特性的影响第四向特性的影响第四节节 汽汽车车操操纵稳纵稳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34第四第四节节 汽汽车车操操纵稳纵稳定性与定性与悬悬架的关系架的关系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，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。变形转向角；变形转向角；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35五、五、变变形形转转向向悬悬架架导导向装置向装置变变形引起的形引起的车轮转车轮转向角向角 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36第四第四节节 汽汽车车操操纵稳纵稳定性与定性与悬悬架的关系架的关系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37第四第四节节 汽汽车车操操纵稳纵稳定性与定性与悬悬架的关系架的关系38回正力矩变形转向角回正力矩变形转向角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。回正力矩变形转向系数；回正力矩变形转向系数；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38回正力矩回正力矩变变形形转转向角向角a 在回正力矩作用下，在回正力矩作用下，悬悬架和架和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。39第四第四节节 汽汽车车操操纵稳纵稳定性与定性与悬悬架的关系回正力矩引起的架的关系回正力矩引起的变变形形转转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40六、六、变变形外形外倾倾悬悬架架导导向装置向装置变变形引起的外形引起的外倾倾角的角的变变化化 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41下一下一节节第四第四节节 汽汽车车操操纵稳纵稳定性与定性与悬悬架的关系本架的关系本节节内容内容结结束束