悬架设计及试验评价方法

悬架系统设计及试验评价方法Suspension&DrivelineSection主要内容一.悬架的概述二.悬架的分类三.悬架的设计流程四.R&H试验内容及方法一、概述悬架定义：车架（或承载式车身）与车桥（或车轮）之间的一切传力连接装置的总称。悬架的作用：把作用于车轮的垂直反力、纵向反力和侧向力以及这些反力引起力矩传递到车架，并使车辆具有良好的乘坐舒适性、平顺性和稳定性。悬架的组成：汽车悬架一般都由：弹性元件、阻尼元件（减振器、导向杆系）三部分组成。在一些车辆上还要加装横向稳定器。螺旋弹簧减振器滑柱总成稳定杆下控制臂上控制臂双横臂式独立悬架1.1悬架组成部分悬架作用演示弹性元件：使车架与车桥的连接具有弹性，吸收、缓和路面冲击和振动。阻尼元件：衰减弹性元件的振动，吸收并散发振动能量。导向杆系：约束车轮按一定的轨迹运动，承受并传递各方向的力和力矩。横向稳定器：在汽车转向时，减小车身的倾斜和横向角振动。弹性元件阻尼元件横向稳定器悬架系统的自然振动频率汽车自然振动频率是影响汽车平顺性的重要性能指标之一，一般称之为车辆的偏频。其取值范围一般在1~1.6Hz之间。汽车自然振动频率由汽车簧载质量和悬架刚度决定。计算公式如下：悬架的垂直变形。悬架的簧载质量；悬架刚度；其中：fMKMKn21因为车辆的载荷一直是变化的，因此需要悬架具有变刚度特性，以保证车辆在不同的载荷情况下具有相当的行驶平顺性。簧载质量一定，悬架刚度越小，偏频越小。悬架刚度一定，簧载质量越大，偏频越小。1.3悬架类型按汽车悬架的结构特点分为：非独立悬架：两侧车轮刚性的连接在一起，只能共同运动的悬架。广泛应用于货车、客车和轿车后桥。独立悬架：两侧车轮由断开式车桥连接，车轮单独通过悬架于车架连接，可以单独跳动。广泛应用于轿车前悬架。按汽车悬架的性能是否可控分为：被动悬架：悬架刚度、阻尼在行驶中不可调整的悬架。主动悬架：悬架的刚度、阻尼根据行驶状况不同，可以自动调节的悬架。半主动悬架：只有悬架阻尼可以自动调节的悬架。非独立悬架独立悬架非独立悬架优点纵置钢板弹簧为弹性元件兼作导向装置结构简单制造容易维修方便工作可靠缺点汽车平顺性较差高速行驶时操稳性差轿车不利于发动机、行李舱的布置应用：货车、大客车的前、后悬架以及某些轿车的后悬架独立悬架优点簧下质量小；悬架占用的空间小；可以用刚度小的弹簧，改善了汽车行驶平顺性；由于有可能降低发动机的位置高度，使整车的质心高度下降，又改善了汽车的行驶稳定性；左、右车轮各自独立运动互不影响，可减少车身的倾斜和振动，同时在起伏的路面上能获得良好的地面附着能力。缺点结构复杂成本较高维修困难应用：轿车和部分轻型货车、客车及越野车二、独立悬架定义：两侧车轮由断开式车桥连接，车轮单独通过悬架于车架连接，可以单独跳动。广泛应用于轿车前悬架。2.1独立悬架结构形式分析分类双横臂式单横臂式双纵臂式单纵臂式单斜臂式麦弗逊式和扭转梁随动臂式叉型臂-长度相等轮距变化大，定位参数变化小叉型臂-长度不等轮距变化很小，定位参数变化大1）侧倾中心高度侧倾中心位置高，它到车身质心的距离缩短，可使侧倾力臂及侧倾力矩小些，车身的侧倾角也会减小。但侧倾中心过高，会使车身倾斜时轮距变化大，加速轮胎的磨损。2）车轮定位参数的变化若主销后倾角变化大，容易使转向轮产生摆振；若车轮外倾角变化大，会影响汽车直线行驶稳定性，同时也会影响轮距的变化和轮胎的磨损速度。2.2评价指标5）悬架占用的空间尺寸占用横向尺寸大的悬架影响发动机的布置和从车上拆装发动机的困难程度；占用高度空间小的悬架，则允许行李箱宽敞，而且底部平整，布置油箱容易。3）悬架侧倾角刚度车厢侧倾角与侧倾力矩和悬架总的侧倾角刚度大小有关，并影响汽车的操纵稳定性和平顺性。4）横向刚度悬架的横向刚度影响操纵稳定性。若用于转向轴上的悬架横向刚度小，则容易造成转向轮发生摆振现象。RollCenterHeight（）图一悬架系统设计流程三、悬架系统的设计整车参数硬点设定目标参数K&C分析零部件设计图二后减振器总成尺寸设计Mule-car性能验证主要做操稳的主客观评价部分试验内容试制、调校操控性主观评价SUBJECTIVEEVALUATIONOFHANDLING转向系统主观评价SUBJECTIVEEVALUATIONOFSTEERING舒适性主观评价SUBJECTIVEEVALUATIONOFCOMFORTRide&Handling试验内容及方法汽车试验的两种评价方法汽车性能最后应通过试验来进行测定与评价。试验中的性能评价有客观评价和主观评价两种方法。☺客观评价：通过测试仪器测出表征性能的物理量如横摆角速度、侧向加速度、侧倾角及转向力等来评价操纵稳定性的方法。☺主观评价：感觉评价，其方法是让试验评价人员根据试验时自己的感觉来评价。并按规定的项目和评分办法进行评分。客观评价1蛇行试验，按GB/T6323.1-1994进行；2转向盘转角阶跃输入试验，按GB/T6323.2-1994进行；3转向盘转角脉冲输入试验，按GB/T6323.3-1994进行；4转向回正性能试验，按GB/T6323.4-1994进行；5转向轻便性试验，按GB/T6323.5-1994进行；6稳态回转试验，按GB/T6323.6-1994进行；一、蛇形试验平均转向盘转角θ(°)平均横摆角速度r(°/s)平均车身侧倾角Φ(°)平均侧向加速度ay(m/s2)通过测量以上四个参数与平均车速的关系进行评价试验汽车以近似基准车速（65）二分之一的稳定车速直线行驶，在进入试验区段之前，记录各测量变量的零线，然后蛇行通过试验路段，同时记录各测量变量的时间历程曲线及通过有效标桩区的时间。提高车速(车速间隔自行选择)，重复过程，共进行10次(撞倒标桩的次数不计在内)。最高车速不超过80km/h二、转向盘转角阶跃输入试验1.横摆角速度响应时间（s）2.侧向加速度响应时间(s)3.横摆角速度总方差(s)4.侧向加速度总方差(s)以上四个参数与稳态侧向加速度的关系1.横摆角速度稳态响应(°/s)2.侧向加速度稳态响应（m/s2）以及这两个参数与转向盘转角之间的关系汽车以试验车速直线行驶，先按输入方向轻轻靠紧转向盘，消除转向盘自由行程并开始记录各测量变量的零线，经过。.2-0.5s，以尽快的速度(起跃时间不大于0.2s或起跃速度不低于2000/s)转动转向盘，使其达到预先选好的位置并固定数秒钟(待所测变量过渡到新稳态值)，停止记录。记录过程中保持车速不变三、转向盘转角脉冲输入试验测量变量1.汽车前进车速2.转向盘转角3.汽车侧向加速度4.汽车横摆角速度汽车以试验车速直线行驶，使其横摆角速度为0士0.5°/s。作一标记，记下转向盘中间位置(直线行驶位置)。然后给转向盘一个三角脉冲转角精入(见图1)。试验时向左(或向右)转动转向盘，并迅速转回原处(允许及时修正)保持不动，记录全部过程，直至汽车回复到直线行驶位置转向盘转角输入脉宽为0.3-0.5s，其最大转角应使本试验过渡过程中最大侧向加速度为4m/s2四、转向回正性能试验高速回正：1.稳定时间t(s)2.残留横摆角速度Δr(˚)3.横摆角速度自然频率f0(Hz)4.横摆角速度超调量σ(%)5.相对阻尼系数ξ6.横摆角速度总方差Er(s)低速回正：1.稳定时间t(s)2.残留横摆角速度Δr(˚)3.横摆角速度总方差Er(s)试验前试验汽车沿半径为15m的圆周、以侧向加速度达3m/s`的相应车速，行驶500m，使轮胎升温。试验汽车直线行驶，记录各测量变量零线，然后调整转向盘转角，使汽车沿半径为15士lm的圆周行驶，调整车速，使侧向加速度达到4士0.2m/s2,固定转向盘转角，稳定车速并开始记录，待3s后，驾驶员突然松开转向盘并做一标记(建议用一微动开关和一个讯号通道同时记录)，至少记录松手后4s的汽车运动过程。记录时间内油门开度保持不变。试验汽车沿试验路段以试验车速(最高车速70%)直线行驶，记录各测量变量的零线。随后驾驶员转动转向盘使侧向加速度达到2士0.2m/s2，待稳定并开始记录后，驾驶员突然松开转向盘并做一标记，至少记录松手后4s内的汽车运动过程。记录时间内油门开度保持不变。五、转向轻便性试验转向轻便性试验方向盘力矩—转角曲线试验时，驾驶员操纵转向盘.使汽车以10士2km/h的车速沿双纽线路径行驶，待车速稳定后，开始记录转向盘转角和作用力，并记录行驶车速作为监督参数。汽车沿双纽线绕行一周至记录起始位置，即完成一次试验，全部试验应进行三次六、稳态回转试验1.转弯半径比与侧向加速度关系曲线2.前后侧偏角差与侧向加速度关系曲线3.侧倾角与侧向加速度关系曲线驾驶员操纵汽车以最低稳定速度沿所画圆周行驶，待安装于汽车纵向对称面上的车速传感器半圈内都能对准地面所画圆周时，固定转向盘不动，停车并开始记录，记下各变量的零线，然后，汽车起步，缓缓连续而均匀地加速(纵向加速度不超过0.25m/s')，直至汽车的侧向加速度达到6.5m/s'(或受发动机功率限制而所能达到的最大侧向加速度、或汽车出现不稳定状态)为止。记录整个过程。1.范围本标准规定了汽车操纵稳定性主观评价试验方法。本标准适用于各种类型汽车。2.规范性引用文件本标准是综合LOTUS和PROTOTIPO评价标准转化而来的。主观评价3.试验条件3.1试验场地试验场地应为干燥的路面，包括普通公路、高速公路、操控跑道、动态试验广场。3.2试验载荷整备质量+1驾驶员+1～2乘客；满载。3.3试验环境风速不大于5m/s；大气温度应在0~40度范围内。4.试验前的准备工作4.1检查轮胎气压。4.2测量车轮定位参数。4.3检查车辆状态（转向系统、制动系统、灯光、喇叭）。4.4确认试验内容（操控性主观评价、转向性主观评价、平顺性主观评价）。4.5确认试验条件。4.6车手的确定（不少于三人），参与评价的车手必须是经过专业培训或经过公司认可具有评价能力的人员，没有经过高级驾驶培训的人员应禁止参与评价。5.试验方法5.1在评价过程中，根据每个评价项目的要求选择相应的车速和路面进行评价。5.2评分标准根据SAE评分等级进行，见表1。分值基于用户角度功能10受过专业培训的人员都不能察觉完美9专业人员可以发现非常好8挑剔用户可以发现好7少数用户注意到但没有抱怨较好6部分用户注意到但没有抱怨可接受5所有用户都可以发现接受边缘4所有用户都反映差差3所有用户都反映很差很差2几乎没有功能有害1没有功能非常有害表16试验结果6.1汽车操纵稳定性主观评价试验结果按附录A记录表填写。6.2汽车操纵稳定性主观评价试验方法和术语解释按照附录B实施。转向主观评价结果序号项目注释评分1驻车/低速转向力2动力转向泵噪音和方向盘振动3回正能力4CATCHUP5转向间隙6中间位置力感觉7中间位置响应8转向摩擦感觉附录ACTTC9转向力建立10转向力线性11弯道中转向响应12响应线性13KICKBACK14转向角度15转向盘力16直线行驶能力操控主观评价结果序号项目注释评分1不足/过多转向2侧倾角3侧倾速度4侧倾线性5扭矩转向6俯冲－蹲伏7回正性能8转弯轮胎抓地能力9转弯稳定性10弯道制动表现11弯道驱动能力12弯道中松油门表现13弯道中加油门表现14移线稳定性15控制准确性16不平路面上直线行驶能17破损路面弯道行驶稳定性18高速行驶稳定性19侧向风稳定性舒适性主观评价结果序号项目注释评分1俯仰角2受路面干扰引起的侧倾3侧倾晃动（头部摆动）4上下起伏5点头/后蹲6转向管柱振动7非簧载部分振动8轮胎滚动舒适性9轮胎噪声10大的冲击11小的冲击12振动吸收能力13车厢紧密性附录B汽车操纵稳定性主观评价试验方法和术语解释1.驻车/低速转向力试验路面：沥青或水泥路面。驾驶方式：停车，发动机启动，均匀的转动方向盘至左右极限位置，手刹松开；低速转向车速10km/h左右。评价内容：1.转向力的大小及是否存在周期或非周期性的波动。2.极限位置是否清晰，转向力是否有大的变化。转向主观评价2.动力转向泵噪