汽车底盘设计系列讲座之二-共55页

安徽工程大学：时培成2019年11月汽车底盘设计系列讲座之二（底盘调校）汽车底盘设计系列讲座之二（底盘调校）1、问题的引出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？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？调校你可以把他理解为“调整”和“校准”。车辆的调校有很多种，例如发动机输出调校问题。电喷发动机在供油时由车载计算机控制(ECU)，调整ECU的参数就可以对喷油量进行调整。所以同一个发动机经过调校后输出最大功率就不一样了。“为什么不调校到最大？”这其实是生产制造商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，过高的功率会是发动机过早的磨损甚至报废！2、汽车底盘调校汽车底盘调校分为静态(Static)和动态(Dynamic)两种调校；静态调校：左右主销倾角（Camber）、前后主销倾角(Caster)、前后内外束角(Toe)等等。（根据汽车用途的不同，这些参数需要调整）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、驱动形式，4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。动态调校：是指汽车在走行状态中的调校。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、左右、上下的四角平衡（Cornerweightbalance）的失衡就会把车搞到无法安稳的前行、转向或制动了。比如：汽车改装，一台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，很好操控，完成赛事。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。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。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，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衡。汽车悬挂软硬调校硬――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小，所以在超车、走山路时可以使提升车的灵活度。软――舒适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。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lotus（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。汽车不足转向量调校不足转向；中性转向不变；过多转向。稳态响应特性有三种类型auRauRauRsr22122sr11KuLuukbkaLmLu122kbkaLmK称为稳态横摆角速度增益，也称转向灵敏度。K—稳定性因数。式中—稳态横摆角速度增益，也叫转向灵敏度；K—稳定性因数（s2/m2）；—横摆角速度；u—车速；δ—前轮转角；m—汽车质量；L—轴距；a，b—汽车质心到前后轴的距离；k1，k2—前后轮侧偏刚度。rsr)汽车的稳态横摆角速度增益曲线012kbka122kbkaLmK如果K0由于k10,k2021//kakb|k1|↓,|k2|↑,b↑,a↓,不足转向量越大。奔驰CLK跑车：前轮205/55R16，后轮225/50R16。前205、后225的轮胎组合，使得前轮的侧偏刚度小于后轮，有利于营造不足转向特性。影响稳定性因数K的因素（1）)(212kakbLmK胎压的影响在一定范围内，胎压减小则侧偏刚度减小。根据上式，后轮胎压降低会导致K减小，使不足转向减小。前轮胎压降低会导致K增大，使不足转向增大。影响稳态响应特性的因素(2))(212kakbLmK轮胎结构的影响子午线胎比斜交胎侧偏刚度高。扁平比（=轮胎高度H/宽度B）小的轮胎侧偏刚度大。前轮侧偏刚度增大，则不足转向减小。后轮侧偏刚度增大，则不足转向增加。影响稳态响应特性的因素(3)转向盘角阶跃输入前后，直线行驶与等速圆周行驶这两个稳态运动之间的过渡过程是一种瞬态，相应的瞬态运动响应称为转向盘角阶跃输入下的瞬态响应。前轮角阶跃输入下的瞬态响应1）时间上的滞后瞬态响应的评价指标2）执行上的误差（ωr1/ωr0）×100％称为超调量3）横摆角速度的波动波动的ω＝2π/T,取决于汽车的结构参数4）进入稳态所经历的时间σ2212122101KumIkkuLmuIukkLbkakmumcZZω0值应高一些为好。表征响应品质好坏的4个瞬态响应的参数（1）横摆角速度ωr波动的固有（圆）频率ω0小轿车的固有频率f0(=0/2)在0.8-1.2Hz之间。固有频率高些较好。（2）阻尼比ζ221212201222121221222121ZZZZZmakbkIkkhmkkmILKumImakbkIkkLmIkkKu小了超调量大（112%~165%），故大些较好。=0.5~0.83、反应时间反应时间指r第一次到达稳定值的时间。小些较好。4、达到第一峰值的时间达到第一峰值的时间小些较好。=0.23~0.59s瞬态响应的稳定条件当ζ≤1时，只要为正值，就收敛，否则发散而不稳定。0ZZmuIIkkkbkam22122120k1、k2为负值，恒为正值。0当ζ≤1时，齐次微分方程的解均收敛而趋于0。稳态响应的稳定条件20200应为负值才收敛，即应为正值。20ZZImuLkkIbkak22212120当ζ≥1时，特征根必须为负值，齐次微分方程的解才收敛趋于0。122kbkaLmKmLkKkbkak221210K021bkak20的第一项为正0K021bkak20的第一项为负不足转向时过多转向时当u以后，，汽车不稳定的第二项恒为正，当车速很低时，它是很大的值，均为正值，ωr（t）收敛，汽车稳定；随着车速的增加，第二项越来越小；当汽车为过多转向，且为负值时，就可能为负值，ωr（t）发散，汽车不稳定。2020021bkak20020020的车速称为临界车速Ku1cr022212120ZZImuLkkIbkak令crucru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，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。二是响应品质问题，即达到新的稳态之前，其瞬态响应的特性如何。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；2）车轮有外倾角，由于悬架导向杆系的运动及变形，外倾角将随之变化；3）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动及变形。详细内容定义：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：悬架的侧倾角刚度rΦrddΦTK汽车振动系统的简化，单质量系统的振动一、汽车振动系统的简化3、汽车悬架偏频计算与试验当，并忽略轮胎阻尼后，汽车立体模型可简化为平面模型。车身质量有垂直、俯仰、侧倾3个自由度，4个车轮质量有4个垂直自由度，整车共7个自由度。一、汽车振动系统的简化IyIx2c2r2f2mmmm0r2f2bmam2r22f222bmammIyy1）总质量保持不变2）质心位置不变3）转动惯量保持不变abmmbLmmaLmmyyy222c222r222f1简化前后应满足以下三个条件解得令—悬挂质量分配系数。aby202c222r222fmbLmmaLmmyy对于大部分汽车，=0.8～1.2，即接近1。当=1时在=1的情况下，前、后轴上方车身部分的集中质量m2f、m2r在垂直方向的运动是相互独立的。双轴汽车模型可以简化为车身、车轮两个自由度振动系统模型。车轮部分的固有频率为10~16Hz，如果激振频率远离车轮固有频率（即5Hz以下），轮胎的动变形很小，可忽略车轮质量和轮胎的弹性，从而得到车身单质量系统模型。二、单质量系统的自由振动02qzKqzCzm22mCn令220mK0220zznzKmCn202ω0—振动系统固有圆频率；ζ—阻尼比。齐次微分方程的解为tnAznt220sine有阻尼自由振动时，质量m2以有阻尼固有频率220rn振动，振幅按ent衰减。ζ增大，ωr下降。当ζ=1时，运动失去振荡特征。汽车悬架系统阻尼比ζ大约为0.25，ωr比ω0只下降了3%左右，。1）与有阻尼固有频率ωr有关220rn2010r20mK2002π12πmKf阻尼比ζ对衰减振动的影响2）决定振幅的衰减程度21AAd111eeTtnntAA1enT212πe212πlndd22ln4π11/阻尼比ζ对衰减振动的影响两个相邻的振幅A1与A2之比称为减振系数d由实测的衰减振动曲线得到d，即可确定系统的阻尼比ζ。阻尼比越大，振幅衰减得越快弹簧的刚度——悬架的刚度减振器的阻尼——悬架的阻尼3、汽车悬架偏频计算与试验3.1悬架的刚度计算1）悬架的线刚度定义：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：sFKΔΔlskFΔ2Δssl2ΔΔksFK（1）非独立悬架（2）独立悬架恢复力弹性元件导向杆系约束反力mnZFZFΔ2uGaFaΔFQQΔssskQnsmstsΔΔQmnFZmsksssssnmkFZt2ssnmk2stnmksFZ22nmkKsltΔssΔstsΔΔsnms用虚位移原理确定悬架线刚度计算过程uts02ZGFsQsutsΔΔ02ZZGFFsQQstsΔΔZFsQs用虚位移原理确定悬架线刚度mnΔssΔstZFZFu2GaFaΔFQQ计算过程用虚位移原理确定悬架线刚度mnZFZFΔu2GaFaΔFQQΔ第四节汽车操纵稳定性与悬架的关系stΔΔZsFQssltsstΔΔ2sKsKsssslsttΔ2ΔssKKssssttΔΔssss2slst2sKKs2ls2mKknsΔstΔs计算过程悬架相对阻尼的计算（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：s悬架阻尼计算22yssssiMKCsKsMsCyi——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悬架阻尼计算bacdαβξδL]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001t21111222zKzzKzmzzKzm如果m1不动（z1=0）0222Kzzm20/mK如果m2不动（z2=0）0)(1t11zKKzm1ttmKK/ω0与ωt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