1、1H Z G底盤平臺設計的靈魂 懸架與相關技術2底盤平臺設計的靈魂 懸架與相關技術3 1. 1. 傳統的側傾中心傳統的側傾中心(R.C.)(R.C.)概念及其局限性概念及其局限性 “單擺單擺”模型不能解釋車身模型不能解釋車身 的垂向運動（的垂向運動（Jacking effectJacking effect） 非獨懸架的非獨懸架的R.C.R.C. 縱傾是否也有縱傾是否也有“擺動中心擺動中心”？4 車身受有三種力（達朗貝爾概念）車身受有三種力（達朗貝爾概念） 1. 1. 重心處的重力與慣性力重心處的重力與慣性力 2. 2. 導向桿系的導向力導向桿系的導向力 3. 3. 彈性元件的彈簧力彈性元件的彈

2、簧力gM Mg3NP2P11N2NMg Mg NyeN1N25 等效系統等效系統, ,將彈簧力簡化將彈簧力簡化 到車輪接地點到車輪接地點( (杠桿比為杠桿比為 1) 1) 處處, ,目的目的: : 便于確定有效導向力的便于確定有效導向力的 方向與大小方向與大小 初始彈簧力與重力抵消初始彈簧力與重力抵消 便于由彈簧變形和輪距便于由彈簧變形和輪距 ( (軸距軸距) )來確定車身位移來確定車身位移Mg Mg Nye6 彈簧力的確定彈簧力的確定 三種力相平衡三種力相平衡 彈簧力必等于慣性力與導向力彈簧力必等于慣性力與導向力 的總和的總和對于等效系統確定了導向力對于等效系統確定了導向力 就等于確定了彈簧

3、力就等于確定了彈簧力確定了彈簧力就等于確定了確定了彈簧力就等于確定了 車身傾角車身傾角 導向力的分解與導向力的分解與“力矩中心力矩中心” 導向力合力未必水平導向力合力未必水平 在在“中性面中性面”處分解的意義：處分解的意義： 車身的垂向平動與轉動車身的垂向平動與轉動S2S2Mg Mg NyeS1S1N2N17 “中性面中性面”的確定的確定 車身位移車身位移 其中：其中：Lkkka2121 CMki/NZz e.mge .MgM 222111bKaKC 中性面Mg MghNZNN1K2K1a2a82. 2. 車身側傾車身側傾l通常對稱面就是中性面通常對稱面就是中性面l由單側導向力方向可確定由單側

4、導向力方向可確定 ( (整車整車) )l l外加輪胎變形外加輪胎變形l若左右載荷與彈簧剛度不對稱若左右載荷與彈簧剛度不對稱? 1Mge/CMgeCeyM0yey0yy0yy 0yeMg Mg NyeS1S1N2N1S2S2c懸上質心懸上質心0yeh2h1ab1c2c9大側傾角下力矩中心的變化大側傾角下力矩中心的變化Z2N2S2Z1S1N1NN2cyeMg N1103.3.側傾性能小結側傾性能小結yy 0yy0yyMgeCeyM yC ）(B.2k）（B.2ky2e2eeC獨獨立立懸懸架架非非獨獨立立懸懸架架yel 降低降低 的途徑：降低的途徑：降低重心，重心， 提高力矩中心提高力矩中心l 提高

5、側傾力矩中心的提高側傾力矩中心的 限制限制yel 取決于 與l l sBeBsBeB114.4.其它導向機構其它導向機構( (側傾側傾)等效單橫臂概念等效單橫臂概念“剛化定理剛化定理”cYZP對稱面對稱面cYZPcYZP對稱面對稱面c12斜置單臂斜置單臂俯視俯視（等效）（等效）YZ 俯視俯視yUxU側視側視（等效）（等效）YZ XZ 后視后視xUYZ XZ yU13中性面中性面N1N1N2X2X2Z2N2N1Z1X2xe212kkk xxxxMgeCe .xM N146. 6. 其它導向機構其它導向機構 等效縱臂概念等效縱臂概念xUxZPxUxZP157. 7. 鈑簧的導向作用鈑簧的導向作用l

6、側向反力作用線取決于吊耳、卷耳的剛性與弧高側向反力作用線取決于吊耳、卷耳的剛性與弧高l一般在卷耳平均高度點與第一片中點之間，更靠一般在卷耳平均高度點與第一片中點之間，更靠 近卷耳高度近卷耳高度l縱向等效單臂，由車輪接地點運動學確定。縱向等效單臂，由車輪接地點運動學確定。Nye2rh L43 16l側傾軸的傾角側傾軸的傾角 前低后高是因為前面是雙橫臂后面非獨立前低后高是因為前面是雙橫臂后面非獨立 驅動橋的側傾中心不可太高（影響轉彎時的驅動力）驅動橋的側傾中心不可太高（影響轉彎時的驅動力）C1C2r 17l獨立懸架與非獨立懸架的特點獨立懸架與非獨立懸架的特點 側傾力矩中心的高度側傾力矩中心的高度:

7、 : 多數非獨立懸架和橫單臂多數非獨立懸架和橫單臂 獨立懸架都較高獨立懸架都較高, , 其它獨其它獨 立懸架立懸架( (雙橫臂雙橫臂, , 縱單臂縱單臂, , 縱雙臂等）較低縱雙臂等）較低 有效彈簧距有效彈簧距, , 獨立懸架的獨立懸架的 有效彈簧距等于輪距有效彈簧距等于輪距, , 非非 獨立懸架獨立懸架 通常較小通常較小, ,特特 殊布置可以不同殊布置可以不同eBeBsBeB18lBenz600Benz600前懸架前懸架 上下跳動時主肖后傾角上下跳動時主肖后傾角 都會增大都會增大 具有明顯的具有明顯的“抗點頭角抗點頭角” 可安排所需要的側傾力可安排所需要的側傾力 矩中心高度矩中心高度2YZP

8、1YZP12（前輪與車身縱（前輪與車身縱向的相對瞬心）向的相對瞬心）2XZp1XZp2XZpk 1YZp2YZp1YZp1XZp1 2 1XZp22YZp19l“半獨立半獨立”縱單臂后懸架縱單臂后懸架 側傾時橫梁中點是一個側傾時橫梁中點是一個“不不 動點動點”, ,因此可看成一種因此可看成一種“斜斜 置單臂置單臂”卻只有一個鉸點卻只有一個鉸點 橫梁前移橫梁前移“臂長臂長”增大增大, ,移至移至 鉸點處鉸點處 獨縱單臂。移至獨縱單臂。移至 輪軸線輪軸線 臂長為半輪距臂長為半輪距 （非獨立懸架）（非獨立懸架）20 虛虛擬擬主肖主肖:上兩桿與下兩桿交點上兩桿與下兩桿交點 盡量接近車輪中心面盡量接近車

9、輪中心面 縱向瞬心與橫向瞬心縱向瞬心與橫向瞬心 位置可以任意選擇位置可以任意選擇 可以滿足可以滿足 , , 引起的引起的 彈性轉向要求彈性轉向要求多桿懸架多桿懸架滿足多種要求滿足多種要求xFyFxZPYZPYZP1Y2Y虛擬主肖21二、輪荷轉移分析二、輪荷轉移分析1. 1. 縱向軸荷轉移縱向軸荷轉移l為何不能用側向分析法？為何不能用側向分析法？ 不對稱不對稱PZ2PX1PX2PZ1MgPZ2PX1PX2PZ1l在坡道上的軸荷轉移在坡道上的軸荷轉移l在驅動與制動時的軸荷在驅動與制動時的軸荷 轉移轉移Mg 22側向輪荷轉移的主要組成（側向輪荷轉移的主要組成（ 時）時） 彈簧力轉移（靜不定問題彈簧力

10、轉移（靜不定問題 彈簧力轉移取決于彈簧剛度分配彈簧力轉移取決于彈簧剛度分配, ,由彈簧變形計算）由彈簧變形計算） 導向力轉移（由作用在力矩中心處的側向力計算）導向力轉移（由作用在力矩中心處的側向力計算） 高速時要計算空氣力的作用高速時要計算空氣力的作用在同時存在在同時存在 與與 時，輪荷應疊加時，輪荷應疊加當當 增大時增大時 大的軸大的軸, ,輪荷轉移加劇輪荷轉移加劇, ,會導致側偏角急會導致側偏角急 劇增大劇增大0X X Y yeY 2.2.側向輪荷轉移側向輪荷轉移23三、側傾轉向三、側傾轉向 1.1.非獨立懸架的側非獨立懸架的側 傾轉向傾轉向 鈑簧的側傾轉向鈑簧的側傾轉向 非獨立懸架縱向單

11、臂非獨立懸架縱向單臂 非獨立四連桿懸架非獨立四連桿懸架 求輪心軌跡和求輪心軌跡和 三桿機構需求三點座標三桿機構需求三點座標CA，Bd2r43 x24 獨立縱單臂獨立縱單臂 水平軸水平軸 前后移動不產生轉角前后移動不產生轉角 非水平軸非水平軸 “ “八八”字軸的不足轉向性字軸的不足轉向性 橫向單臂和斜單臂獨立懸架橫向單臂和斜單臂獨立懸架 側傾轉向性、等效臂長側傾轉向性、等效臂長 鉸軸的垂直分量鉸軸的垂直分量 前獨立懸架與轉向桿系的干前獨立懸架與轉向桿系的干涉轉向涉轉向 多桿機構的桿涉轉向多桿機構的桿涉轉向 等效簡化原理等效簡化原理2.2.獨立懸架的側傾轉向獨立懸架的側傾轉向 等效系統等效系統x

12、Z 25 轉向系彈性引起的附加轉角轉向系彈性引起的附加轉角 導向系彈性引起的附加轉向導向系彈性引起的附加轉向 獨立縱臂與斜單臂后懸架的側向力轉向傾向獨立縱臂與斜單臂后懸架的側向力轉向傾向 側向力導致輪胎側傾側向力導致輪胎側傾yFsykxaC/ )FD(x x d dyFzF四、側向力轉向四、側向力轉向xDkx xand dd dd dFy2Fy126 隨動轉向后懸架隨動轉向后懸架 逆向彈性轉向逆向彈性轉向桑塔那的后懸架桑塔那的后懸架富康的隨動轉向后懸架富康的隨動轉向后懸架 yFyF27剎車轉舵問題剎車轉舵問題: : 太大太大盤式制動的優點盤式制動的優點縱向力引起車輪側傾縱向力引起車輪側傾ABS

13、ABS引起的轉向擾動引起的轉向擾動DYCDYC引起的轉向擾動引起的轉向擾動多桿懸架多桿懸架制動時的板簧卷曲制動時的板簧卷曲五、縱向力轉向五、縱向力轉向028制動時的板簧卷曲制動時的板簧卷曲 造成制動轉向造成制動轉向五、縱向力轉向五、縱向力轉向29 加大前拉桿的柔性加大前拉桿的柔性, , 使后輪在側向使后輪在側向 力作用下產生向內轉向角力作用下產生向內轉向角 通過彈性轉角來抵消側偏角通過彈性轉角來抵消側偏角, , 以提高后輪有效側偏剛度以提高后輪有效側偏剛度 可以設計虛可以設計虛擬擬主肖位置主肖位置, ,引起適當引起適當 的彈性轉向以增進制動穩定性的彈性轉向以增進制動穩定性多桿隨動轉向后懸架多桿

14、隨動轉向后懸架xFyFxZPV虛虛擬擬主肖主肖.30kd dkx x(外張）g gyF(外向)g gg gzMkxD 1 .1 .車輪定位參數車輪定位參數 車輪前束車輪前束 toetoe 車輪外傾車輪外傾 主銷后傾主銷后傾 主銷內傾主銷內傾 主銷縱偏距主銷縱偏距 主銷側偏距主銷側偏距kb bg g六、車輪定位六、車輪定位kxDxyDk kyD yFkb bg g312.2.車輪外傾與輪胎側傾特性車輪外傾與輪胎側傾特性外傾因載荷、制動與跳動而改變外傾因載荷、制動與跳動而改變輪胎側傾特性：側向力與反回正力矩輪胎側傾特性：側向力與反回正力矩外傾原因外傾原因:“:“傳統傳統”, ,間隙，彈性，路間隙，

15、彈性，路拱拱3.3.前束與輪胎側偏特性前束與輪胎側偏特性前束原因前束原因: :平衡外傾平衡外傾載荷變化與車輪跳動時前束的變化載荷變化與車輪跳動時前束的變化干涉轉向干涉轉向干涉轉向的合理值干涉轉向的合理值滾動阻力要求適當增大前束，制動滾動阻力要求適當增大前束，制動 時車輪前張時車輪前張( )( )0 32 主銷拖距主銷拖距 高速回正原理高速回正原理 載荷變化（制動）與車輪跳動載荷變化（制動）與車輪跳動 的變化的變化 主銷拖距與撒手穩定性主銷拖距與撒手穩定性 與前輪擺振與前輪擺振xkktanRD x x 5 5主銷內傾與側偏距主銷內傾與側偏距 低速回正性低速回正性 作用的消失作用的消失 重力彈簧重

16、力彈簧 回正力距與回正力距與 還是還是 成比例？成比例？ 計算方法計算方法121yyGRgVGgaF k kx xkx xyDk 4 4主銷后傾與縱偏距主銷后傾與縱偏距kyD yFkb bg g33 高速回正原理定位參數必須足以克服干摩擦高速回正原理定位參數必須足以克服干摩擦 ( (殘余橫擺角速度與轉向盤轉角）殘余橫擺角速度與轉向盤轉角） 轉向逆效率要低嗎？轉向逆效率要低嗎？ 減小轉向系干磨擦，減小定位角，加轉向阻減小轉向系干磨擦，減小定位角，加轉向阻 尼器是近代趨勢尼器是近代趨勢 減小減小 （地面主銷側偏距）的意義和（地面主銷側偏距）的意義和“負偏負偏 距距”的優點的優點 盤式制動的必要性盤

17、式制動的必要性 6 6主銷定位參數的選擇與近代趨勢主銷定位參數的選擇與近代趨勢34七、輪胎特性與穩態轉向特性七、輪胎特性與穩態轉向特性*ya1da)(d.LvGy2120 d d d d kVy212cda)(d/Lvd d d d L121d d d d 2 VR1d ded d21d d d dya中性轉向點中性轉向點1d d2d d1d d 臨界車速臨界車速 開環增益開環增益 時不穩定不穩定: :-yayaU.Sy21ad d d d2V過度轉向區過度轉向區35影響穩態轉向特性的因素影響穩態轉向特性的因素 輪胎特性與穩態轉向特性輪胎特性與穩態轉向特性穩態轉向特性轉折的原因穩態轉向特性轉折

18、的原因1r1c112r2c22dddddd 側傾剛度比側傾剛度比 側傾力矩中心高度側傾力矩中心高度 隨隨 的的 而而 輪胎側偏特性的飽和輪胎側偏特性的飽和 驅動力對飽和的影響驅動力對飽和的影響 制動力分配制動力分配x2121De/eC/C 1cd d1yF2yF1ZF 1d d1 2d d2d d2 2 1 1d d1rd dy 2r2cd dd d2ZF 36改善穩態轉向特性的措施改善穩態轉向特性的措施 輪胎特性與穩態轉向特性輪胎特性與穩態轉向特性 前置橫向穩定器前置橫向穩定器 后非獨立懸架后非獨立懸架 B Bs s2 2 后非獨立懸架板簧下置后非獨立懸架板簧下置 后板簧前低后高后板簧前低后

19、高 后非獨立中心彈簧后非獨立中心彈簧 老老BenzBenz的后懸架：的后懸架： h h2 2, ,中心彈簧中心彈簧37 “ “隨動轉向隨動轉向” 后懸架的反穩定桿后懸架的反穩定桿 輪胎特性與穩態轉向特性輪胎特性與穩態轉向特性38操縱操縱指令指令 6n個個輪胎運動輪胎運動輪胎輪胎附加附加運動運動6n個個 輪輪 胎胎 力力 6m個個運動參數運動參數空氣六分力空氣六分力風擾風擾39v 八、八、二自由度角輸入運動二自由度角輸入運動 （線性模型）（線性模型）運動模型與座標運動模型與座標 dtdvY b b XYZXYZ固定于汽車重心固定于汽車重心)r( b b 側偏角側偏角：rvbrva21 b b d

20、 dd d b b d d2vv2yPb b絕對座標絕對座標d d1y1yP 2d dLba 1d dYXvxv40二自由度角輸入運動二自由度角輸入運動微分方程、傳遞函數微分方程、傳遞函數其中其中拉氏變換得傳遞函數拉氏變換得傳遞函數1y2yZaPbPrI )rv(KKP1111yd d b b d d 221rrSTST1S1G) s (r d d221STST1S1G) s ( d db bb bb b)Kv1(CCC)b(C)b(LvT221211 )Kv1(CCvT22122 22vbCvb b b2rC/v )Kv1(LC/vbG222 b b)Kv1(LvG2r 222111m/KC,m/KC )C1C1(L1K21 )PP() r(mv1y2y b b)vb(KKP2222y b b d d 411)(Rew w)(w w 相位s/m10 s/m10 rG/)j(rw wd dd d/r)RI(tem1g )(Imw ww w2m2erIRG 20406080s/m40 vs/m40 )s/rad(w w頻率特性：傳遞函數