汽車懸架理論與設(shè)計

2023/7/251汽車懸架理論與設(shè)計車輛工程專業(yè)選修課程2023/7/252第三章獨立懸架導(dǎo)向機構(gòu)運動特性對整車性能的影響本章內(nèi)容——逐次分析前輪距、前輪外傾角、主銷內(nèi)傾角、主銷后傾角以及前輪前束的變化特性對整車性能的影響，最后給出合理變化特性本章思路——在分析獨立懸架導(dǎo)向機構(gòu)運動特性對汽車性能影響趨勢的基礎(chǔ)上，給出前輪定位參數(shù)合理取值及合理變化趨勢，同時結(jié)合CA6440及CA6471輕型客車雙橫臂前獨立懸架導(dǎo)向機構(gòu)特性進行實例分析或說明導(dǎo)向機構(gòu)運動特性——主要指輪距變化特性、前輪定位參數(shù)變化特性、側(cè)傾中心高度變化特性導(dǎo)向機構(gòu)的運動特性——對汽車操縱穩(wěn)定性有重要影響2023/7/253§3.1前輪輪距變化特性對整車性能的影響輪距取值輪距定義——如圖所示，輪距指左右車輪接地點間的距離雙橫臂獨立懸架輪距輪距取值——受結(jié)構(gòu)限制，一般Kb=輪距/整車寬度=0.81~0.86例：某輕型車前輪距為1390mm,整車寬度1690mm,Kb

=1390/1690=0.82；又如：某車前輪距1460mm,整車寬度1690mm,Kb

=1460/1690=0.86

2023/7/254輪距變化特性對整車性能的影響路面不平或轉(zhuǎn)向車輪上下跳動雙橫臂獨立懸架導(dǎo)向機構(gòu)簡圖O2H2L2L1O1SH1PBEDFGOxzy車輪上下跳動懸架導(dǎo)向機構(gòu)運動輪距變化輪距變化量過大輪胎所受側(cè)向力及滾動阻力增加加劇輪胎磨損，降低輪胎壽命2.1輪距變化量的影響分析輪距變化輪胎產(chǎn)生側(cè)偏角影響汽車的操縱穩(wěn)定性2023/7/2552.2輪距變化趨勢的影響分析汽車右轉(zhuǎn)彎側(cè)傾力矩MΦ

車身逆時針側(cè)傾轉(zhuǎn)動左側(cè)懸架壓縮、右側(cè)懸架伸張<=>左車輪相對車身上跳、右車輪相對車身下落輪距變化趨勢影響汽車的操縱穩(wěn)定性輪距變化趨勢對汽車操縱穩(wěn)定性影響分析

Fr—離心力;Gs—簧載重量;Om—側(cè)傾中心；點擊察看“車廂側(cè)傾角及其對汽車性能的影響”點擊察看“側(cè)傾對汽車性能的影響”若：左半輪距減小、右半輪距增大偏移量e增大加劇左懸架壓縮、右懸架拉伸Gs·e增加車身側(cè)傾加大操縱穩(wěn)定性變差

2023/7/2562.3車輪跳動時輪距變化量對整車性能的影響

車輪上跳時，輪胎負荷增加，如果輪距變化量過大，則使輪胎磨損加劇，輪胎疲勞壽命下降

車輪下落時，因輪胎負荷減小，可以適當增加輪距變化量車輪跳動時輪距合理變化特性

車輪跳動±40mm，半輪距變化量應(yīng)小于4~8mm

車輪上跳時輪距應(yīng)適當增加，但增加量不宜過大，一般說來，車輪跳動+40mm時，輪距增加量不應(yīng)超過2.5mm左右

車輪下跳時輪距應(yīng)適當減小，減小量可以適當大一些，一般說來，車輪下落-40mm，輪距減小量不宜超過5mm2023/7/257實例分析CA6440輪距變化趨勢合理，但變化量較大，其輪胎磨損較同類型車快原因：初始設(shè)計為提高發(fā)動機油底殼離地間隙，將懸架導(dǎo)向機構(gòu)向下調(diào)整，使車架提高，造成該結(jié)果

CA6471輪距變化較小，從設(shè)計狀態(tài)位置至滿載狀態(tài)時輪距增大，而且變化率很小雙橫臂懸架輪距變化特性車輪跳動量/mm輪距變化量/mm上跳下落2023/7/258§3.2外傾角變化特性對整車性能的影響

平衡位置的車輪外傾角(結(jié)論)獨立懸架外傾角不應(yīng)過大車輪外傾角過大車輪產(chǎn)生交變的側(cè)向力影響直線行駛性能；同時，車輪外傾角過大輪胎磨損加劇外傾角取值應(yīng)在1°以內(nèi)，最適宜取值為+5′~+10′，此種情況下輪胎的磨損較均勻車輪跳動時外傾角變化—包括兩部分：車身側(cè)傾（等效為車輪跳動）產(chǎn)生的車輪外傾角變化量車輪相對車身跳動引起的外傾角變化量2023/7/2592.１車輪外傾變化對操縱穩(wěn)定性影響簡析輪胎既有側(cè)偏角又有外傾角時，地面?zhèn)认蛄Γ簩⑸鲜阶冃螢椋河捎谟胸撎?，?/p>

：式中FY—既有側(cè)偏角又有外傾角的地面?zhèn)认蛄?；FYα—僅有側(cè)偏而無外傾時地面?zhèn)认蛄Γ籉Yγ—僅有外傾而無側(cè)偏時地面?zhèn)认蛄?；kα—側(cè)偏剛度；α—側(cè)偏角；kγ—外傾剛度；γ—外傾角。2023/7/2510結(jié)論一——由式(2-3)可知：車輪外傾角變化特性(變化量和變化趨勢)影響車輪側(cè)偏角，即影響汽車的轉(zhuǎn)向特性(瞬態(tài)特性和穩(wěn)態(tài)特性)車輪外傾角增加輪胎側(cè)向附著極限降低，即影響汽車極限側(cè)向加速度；結(jié)論二——所以汽車急轉(zhuǎn)彎時，承受大部分載荷的外側(cè)車輪(輪荷轉(zhuǎn)移)盡量垂直地面，以保證輪胎胎面花紋與地面保持良好接觸2023/7/25112.2車身側(cè)傾時幾種懸架的車輪外傾變化(結(jié)論)

——極限側(cè)向加速度相關(guān)分析非獨立懸架—內(nèi)外車輪保持垂直地面狀態(tài)單橫臂懸架(大側(cè)向加速度)—外側(cè)車輪外傾角向增加方向變化側(cè)偏角絕對值增加上橫臂短、下橫臂長的雙橫臂懸架—外側(cè)車輪大體上保持垂直地面狀態(tài)上、下橫臂等長的雙橫臂、單縱臂、燭式懸架—外側(cè)車輪外傾角向增大方向變化側(cè)偏角絕對值增大單橫臂懸架(小側(cè)向加速度)—外側(cè)車輪外傾角向減小方向變化側(cè)偏角絕對值減小2023/7/25122.3車輪外傾變化對操縱穩(wěn)定性影響簡析

—轉(zhuǎn)向特性相關(guān)分析輪胎既有側(cè)偏角又有外傾角時，地面?zhèn)认蛄Γ簩⑸鲜阶冃螢椋河捎谟胸撎?，?/p>

：式中FY—既有側(cè)偏角又有外傾角的地面?zhèn)认蛄?；FYα—僅有側(cè)偏而無外傾時地面?zhèn)认蛄?；FYγ—僅有外傾而無側(cè)偏時地面?zhèn)认蛄Γ籯α—側(cè)偏剛度；α—側(cè)偏角；kγ—外傾剛度；γ—外傾角。利用該公式比較有、無車輪外傾角時的側(cè)偏角來分析外傾角變化特性對操縱穩(wěn)定性的影響。2023/7/2513FY—圖中方向為正γ—左輪外傾為負、內(nèi)傾為正；右輪外傾為正、內(nèi)傾為負。

輪胎坐標系FY及γ的正負號規(guī)定：輪胎坐標系對FY及γ規(guī)定2023/7/2514⑴右轉(zhuǎn)彎外傾角變化特性對操縱穩(wěn)定性的影響(a)：左輪γ(-)、FY(-)，相對于無外傾角增大(b)：左輪γ(+)、FY(-)，相對于無外傾時減小(c)：右輪γ(+)、FY(-)，相對于無外傾時減小(d)：右輪γ(-)、FY(-)，相對于無外傾角增大(a)左輪γ“-”;(b)左輪γ“+”;(c)右輪γ“+”;d)右輪γ“-”右轉(zhuǎn)彎時車輪側(cè)向力分析

當前軸

增大，增加不足轉(zhuǎn)向;

當前軸

減小，增加過多轉(zhuǎn)向。2023/7/2515分析結(jié)論若左輪FY(-)、γ(-)，且右輪FY(-)、γ(-)，即當兩前輪外傾變化方向與地面?zhèn)确戳Ψ较蛳喾矗遗c側(cè)傾方向一致時，前懸架增加不足轉(zhuǎn)向趨勢，如圖(a)所示若左輪FY(-)、γ(+)，且右輪FY(-)、γ(+)，即當兩前輪外傾角與車身側(cè)傾方向相反，且與地面?zhèn)确戳Ψ较蛳嗤瑫r，前懸架增加過多轉(zhuǎn)向趨勢，如圖(b)所示2023/7/2516⑵

左轉(zhuǎn)彎外傾角變化特性對操縱穩(wěn)定性的影響略。請學(xué)生課后自己推導(dǎo)，作為課后作業(yè)下次可交上來。2023/7/2517車輪外傾角合理變化特性

車輪跳動±40mm時，外傾角變化量小于1°～3°；上跳行程外傾角變化量應(yīng)小于下落行程外傾角的變化量；側(cè)傾外傾系數(shù)：雙橫臂懸架取dγ/dφ=0.8，滑柱擺臂懸架取dγ/dφ=0.85；汽車發(fā)生轉(zhuǎn)向側(cè)傾時，車輪外傾方向應(yīng)與車身側(cè)傾方向一致，即內(nèi)側(cè)車輪內(nèi)傾，外側(cè)車輪外傾，以增加汽車的不足轉(zhuǎn)向趨勢?；蛘哒f，上跳車輪外傾應(yīng)向外傾方向變化，下落車輪外傾應(yīng)向內(nèi)傾方向變化。

2023/7/2518實例分析CA6440外傾角變化量偏大，且上跳行程開始階段呈增加趨勢，上跳20mm左右后向負外傾變化；CA6471外傾角在上跳或下落50mm行程內(nèi)，外傾角變化均在0.5°之內(nèi)，且向負外傾變化，曲線基本對稱，部分抵消了車身側(cè)傾外輪對地外傾角的增大，使輪胎有足夠側(cè)向附著力，保證了操縱穩(wěn)定性。

雙橫臂懸架車輪外傾角變化特性2023/7/2519本節(jié)小結(jié)在分析輪距和前輪外傾角變化特性（變化量和變化趨勢）對汽車性能影響的基礎(chǔ)上，給出了合理的變化特性??！重點掌握：輪距合理的變化特性??！重點掌握：前輪外傾角合理變化特性2023/7/2520車廂側(cè)傾角及其對汽車性能的影響車廂側(cè)傾角：車廂在側(cè)向力作用下繞側(cè)傾軸線的轉(zhuǎn)角，取決于懸架總的側(cè)傾角剛度和側(cè)傾力矩懸架側(cè)傾角剛度懸架的側(cè)傾角剛度及其與懸架線剛度的關(guān)系（與懸架型式導(dǎo)向機構(gòu)桿件尺寸及有關(guān)）——參看《汽車理論》“汽車操縱穩(wěn)定性”，此處略側(cè)傾軸線和側(cè)傾中心概念——參看《汽車理論》“汽車操縱穩(wěn)定性”，此處略側(cè)傾中心位置（與懸架型式有關(guān)）及確定（試驗或圖解確定）——參看《汽車理論》“汽車操縱穩(wěn)定性”，此處略懸架線剛度及其計算（與懸架型式導(dǎo)向機構(gòu)桿件尺寸及有關(guān)）——參看《汽車理論》“汽車操縱穩(wěn)定性”，此處略2023/7/2521側(cè)傾力矩—包括以下三個部分：側(cè)傾角對汽車性能的影響：懸掛質(zhì)量離心力引起的側(cè)傾力矩——計算方法參見《汽車理論》‘“操縱穩(wěn)定性”，此處略獨立懸架中，非懸掛質(zhì)量離心力引起的側(cè)傾力矩——計算方法參見《汽車理論》‘“操縱穩(wěn)定性”側(cè)傾后，懸掛質(zhì)量重力引起的側(cè)傾力矩側(cè)傾角過小，懸架的側(cè)傾角剛度過大一側(cè)車輪遇到突起或凹坑時，車廂內(nèi)會感受到?jīng)_擊平順性差側(cè)傾角影響汽車的操縱穩(wěn)定性和行駛平順性側(cè)傾角過大使駕駛員感到不穩(wěn)定、不安