汽车理论ppt5.4

1第5章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、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影响，了解改善汽车操纵稳定性的方法。返回目录21）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。综上，汽车侧偏角还应该包括以下三个部分：1）弹性侧偏角（FZ变化和γ的变化引起的侧偏角α的变化）；2）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）。第四节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。1）侧倾轴线：车厢相对于地面转动时的瞬时轴线；2）侧倾中心：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。一、车厢侧倾1.车厢侧倾轴线想一想：先确定侧倾轴线再确定侧倾中心，还是先确定侧倾中心再确定侧倾轴线？第四节汽车操纵稳定性与悬架的关系41234O24O13①假定车厢不动，地面和车轮相对车厢转动；②假定车轮与地面间无相对滑动；③对四连杆机构会用到三心定理。确定侧倾中心时第四节汽车操纵稳定性与悬架的关系四连杆机构中相对两杆的相对运动瞬心是相邻两杆延长线的交点。5dvgvOm1）单横臂独立悬架车厢的侧倾中心第四节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第四节汽车操纵稳定性与悬架的关系8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：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2.悬架的侧倾角刚度第四节汽车操纵稳定性与悬架的关系rΦrddΦTK9skFΔ2Δs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第四节汽车操纵稳定性与悬架的关系10mnZFZFΔ2uGaFaΔFQQΔssskQnsmstsΔΔQmnFZmsksssssnmkFZt2ssnmk2stnmksFZ22nmkKsl第四节汽车操纵稳定性与悬架的关系tΔssΔstsΔΔsnms11uts02ZGFsQsutsΔΔ02ZZGFFsQQstsΔΔZFsQs用虚位移原理确定悬架侧倾角刚度mnΔssΔstZFZFu2GaFaΔFQQ第四节汽车操纵稳定性与悬架的关系12用虚位移原理确定悬架侧倾角刚度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sΔstΔs13r2ld21dΦBKT2r21BKKl2sr21nBmKK2）悬架的侧倾角刚度第四节汽车操纵稳定性与悬架的关系14Φr大，水平晃动大，乘客不稳定，无安全感。Φr小，→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平顺性侧倾角改变了外倾角γ；侧倾角改变了内外车轮的垂直载荷FZ，从而改变侧偏角α。rrrKMΦ在确定悬架总侧倾角刚度时，要综合考虑对操纵稳定性和平顺性的影响。ΦrK第四节汽车操纵稳定性与悬架的关系ΦrrsKk15s2ssGaRumFyyhFMysrLahbhhHNhhs2s1ss1）悬挂质量的离心力引起的侧倾力矩MΦrⅠ第四节汽车操纵稳定性与悬架的关系16rssΦrΠhGeGM2）侧倾后悬挂质量重力引起的侧倾力矩MΦrⅡ第四节汽车操纵稳定性与悬架的关系17'lF'rFΦrIII'r'lMFF力矩即为对车身的和rFNGFy2urEFFMrΦrIIINGKFrFyurrhNGKF0rhFMy0uΦrIII3）独立悬架中非悬挂质量的离心力引起的侧倾力矩MΦrⅢ第四节汽车操纵稳定性与悬架的关系NGrFFy2uru2yFZFΔYFΔrFu2yFZFΔYFΔlF18rIIIrIIrIrMMMM悬架总侧倾刚度等于前、后悬架及横向稳定杆的侧倾角刚度之和。ΦrKrrrKMΦ第四节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，悬挂质量为Ms。工字形车架分别通过前、后悬架的侧倾中心m01和m02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、后轴相连接。第四节汽车操纵稳定性与悬架的关系20第四节汽车操纵稳定性与悬架的关系Φr1TΦr2TΦrT21yyyFFFs2s1sLbFFyysss1LaFFyysss2第四节汽车操纵稳定性与悬架的关系22rΦr1Φr1ΦKT1u1u1r1ss11hFThLbFBFyylZlZZFF1r1rΦr2Φr2ΦKTu2u2r22ss22hFThLaFBFyylZlZZFF22rlZlZlZFFF111r1r1r1ZZZFFFlZlZlZFFF2222r2r2rZZZFFF第四节汽车操纵稳定性与悬架的关系23002kFYrlkkFYrkkFlY2r0kkkl02kFY00kk0车身不侧倾时车身侧倾后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，α是增大还是减小？第四节汽车操纵稳定性与悬架的关系241ZF1汽车趋于增加不足转向22ZF汽车趋于减少不足转向11u1urr11ss1/)(BhFΦKhLbFFyyZ2u2u2rr22ss2/)(BhFΦKhLaFFyyZ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？思考第四节汽车操纵稳定性与悬架的关系25FYγ不变沿FY侧倾FYγ--+-减小kkkFFFkYYYγγ1增大三、侧倾外倾——侧倾时车轮外倾角的变化侧倾时γ的变化有三种可能第四节汽车操纵稳定性与悬架的关系沿FY相反方向侧倾γαYYYFFF26'''地面转过Φr确定车轮相对于车厢外倾角。地面回到水平位置确定车厢相对于地面产生侧倾角Φr时，轮胎外倾角。''车轮外倾角γ的确定第四节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轮外倾角的γ变化非独立悬架车身侧倾时，前轮外倾角不变。第四节汽车操纵稳定性与悬架的关系28车厢侧倾时不同形式悬架所引起的车轮外倾角的γ变化双横臂悬架前轮外倾角与地面侧向力方向相反，有增大侧偏角（绝对值）的作用。第四节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轮外倾角的γ变化单纵臂悬架前轮外倾角与地面侧向力方向相反。第四节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起的车轮外倾角的γ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）。第四节汽车操纵稳定性与悬架的关系31rrr—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第四节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、后轮绕垂直于地面轴线的转动，即车轮转角的变动，称为侧倾转向。rrΦr—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第四节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第四节汽车操纵稳定性与悬架的关系34第四节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。变形转向可以使汽车具有恰当的不足转向。yyFF1000cc—变形转向角；yF—侧向力变形转向系数。估算侧向力变形转向角第四节汽车操纵稳定性与悬架的关系36第四节汽车操纵稳定性与悬架的关系37第四节汽车操纵稳定性与悬架的关系38回正力矩变形转向角δa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δa。TNaa1001T—回正力矩变形转向系数；aN—回正力矩系数。回正力矩变形转向角δa第四节汽车操纵稳定性与悬架的关系39第四节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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轮外倾角的变化。第四节汽车操纵稳定性与悬架的关系41下一节第四节汽车操纵稳定性与悬架的关系本节内容结束