汽車底盤設(shè)計(jì)系列講座之二ppt課件

1、 安徽工程大學(xué)：時(shí)培成安徽工程大學(xué)：時(shí)培成 20192019年年1111月月汽車底盤設(shè)計(jì)系列講座之二汽車底盤設(shè)計(jì)系列講座之二（底盤調(diào)校）（底盤調(diào)校）汽車底盤設(shè)計(jì)系列講座之二汽車底盤設(shè)計(jì)系列講座之二（底盤調(diào)校）（底盤調(diào)校）v1、問題的引出、問題的引出v經(jīng)常看到一些宣傳，說自己的發(fā)動(dòng)機(jī)或者底經(jīng)?？吹揭恍┬麄鳎f自己的發(fā)動(dòng)機(jī)或者底盤調(diào)校的好，那么調(diào)校到底是什么意思？盤調(diào)校的好，那么調(diào)校到底是什么意思？v為什么同一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)不同調(diào)校最大功率就不為什么同一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)不同調(diào)校最大功率就不一樣呢？為什么不調(diào)校到最大呢？一樣呢？為什么不調(diào)校到最大呢？ v調(diào)校你可以把他理解為調(diào)校你可以把他理解為“調(diào)整和調(diào)整和“校準(zhǔn)

2、校準(zhǔn)”。v 車輛的調(diào)校有很多種，例如發(fā)動(dòng)機(jī)輸出調(diào)校車輛的調(diào)校有很多種，例如發(fā)動(dòng)機(jī)輸出調(diào)校問題。電噴發(fā)動(dòng)機(jī)在供油時(shí)由車載計(jì)算機(jī)控問題。電噴發(fā)動(dòng)機(jī)在供油時(shí)由車載計(jì)算機(jī)控制制(ECU)，調(diào)整，調(diào)整ECU的參數(shù)就可以對(duì)噴油量的參數(shù)就可以對(duì)噴油量進(jìn)行調(diào)整。進(jìn)行調(diào)整。 v所以同一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)過調(diào)校后輸出最大功率所以同一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)過調(diào)校后輸出最大功率就不一樣了。就不一樣了。 v“為什么不調(diào)校到最大？為什么不調(diào)校到最大？”這其實(shí)是生產(chǎn)制造這其實(shí)是生產(chǎn)制造商在設(shè)計(jì)車發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)也設(shè)計(jì)了發(fā)動(dòng)機(jī)限定功商在設(shè)計(jì)車發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)也設(shè)計(jì)了發(fā)動(dòng)機(jī)限定功率和發(fā)動(dòng)機(jī)壽命，過高的功率會(huì)是發(fā)動(dòng)機(jī)過率和發(fā)動(dòng)機(jī)壽命，過高的功率會(huì)是發(fā)動(dòng)機(jī)過早的磨損

3、甚至報(bào)廢！早的磨損甚至報(bào)廢！ 2、 汽車底盤調(diào)校汽車底盤調(diào)校 v汽車底盤調(diào)校分為靜態(tài)汽車底盤調(diào)校分為靜態(tài)(Static)和動(dòng)態(tài)和動(dòng)態(tài)(Dynamic)兩兩種調(diào)校；種調(diào)校；v靜態(tài)調(diào)校：左右主銷傾角靜態(tài)調(diào)校：左右主銷傾角Camber）、前后主銷）、前后主銷傾角傾角(Caster)、前后內(nèi)外束角、前后內(nèi)外束角(Toe)等等。（根據(jù)汽等等。（根據(jù)汽車用途的不同，這些參數(shù)需要調(diào)整）車用途的不同，這些參數(shù)需要調(diào)整）v考慮因素：底盤整體零部件的擺放、乘客數(shù)量和車考慮因素：底盤整體零部件的擺放、乘客數(shù)量和車載物品負(fù)荷量的變數(shù)，搭載溫順或運(yùn)動(dòng)性發(fā)動(dòng)機(jī)、載物品負(fù)荷量的變數(shù)，搭載溫順或運(yùn)動(dòng)性發(fā)動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)形式，驅(qū)動(dòng)形

4、式，4門轎車還是雙座的跑車，還有到底是門轎車還是雙座的跑車，還有到底是以舒適安逸或追求敏捷激進(jìn)反應(yīng)作為設(shè)定取向等以舒適安逸或追求敏捷激進(jìn)反應(yīng)作為設(shè)定取向等 。 v動(dòng)態(tài)調(diào)校：是指汽車在走行狀態(tài)中的調(diào)校。汽車不動(dòng)態(tài)調(diào)校：是指汽車在走行狀態(tài)中的調(diào)校。汽車不能僅僅局限于靜止?fàn)顟B(tài)下的設(shè)定，否則車在開動(dòng)的能僅僅局限于靜止?fàn)顟B(tài)下的設(shè)定，否則車在開動(dòng)的時(shí)候前后、左右、上下的四角平衡時(shí)候前后、左右、上下的四角平衡Corner weight balance的失衡就會(huì)把車搞到無法安穩(wěn)的的失衡就會(huì)把車搞到無法安穩(wěn)的前行、轉(zhuǎn)向或制動(dòng)了。前行、轉(zhuǎn)向或制動(dòng)了。v比如：汽車改裝，一臺(tái)由家用車買來參加比賽，就比如：汽車改裝，一

5、臺(tái)由家用車買來參加比賽，就需要重新根據(jù)拆空后車的重量來調(diào)校，車的重量和需要重新根據(jù)拆空后車的重量來調(diào)校，車的重量和重心在車被全面拆空后會(huì)出現(xiàn)重大的變化，要求能重心在車被全面拆空后會(huì)出現(xiàn)重大的變化，要求能在這情況下把車輛動(dòng)態(tài)設(shè)定重新調(diào)至理想的平衡，在這情況下把車輛動(dòng)態(tài)設(shè)定重新調(diào)至理想的平衡，很好操控，完成賽事。很好操控，完成賽事。 v汽車懸架調(diào)校是保證汽車操縱穩(wěn)定性和乘坐舒適性汽車懸架調(diào)校是保證汽車操縱穩(wěn)定性和乘坐舒適性的重要手段。的重要手段。v懸架主要由彈性元件、減振器、導(dǎo)向元件和橫向穩(wěn)懸架主要由彈性元件、減振器、導(dǎo)向元件和橫向穩(wěn)定桿元件等組成。懸架調(diào)校是通過調(diào)整上述這些組定桿元件等組成。懸架

6、調(diào)校是通過調(diào)整上述這些組件的性能參數(shù)，以滿足不同整車在不同工況下的操件的性能參數(shù)，以滿足不同整車在不同工況下的操縱穩(wěn)定性和行駛舒適性等方面的要求?？v穩(wěn)定性和行駛舒適性等方面的要求。v常用的方法是調(diào)整減振器的阻尼系數(shù)、彈簧剛度和常用的方法是調(diào)整減振器的阻尼系數(shù)、彈簧剛度和穩(wěn)定桿的直徑，有時(shí)僅對(duì)其中某個(gè)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，穩(wěn)定桿的直徑，有時(shí)僅對(duì)其中某個(gè)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，更多的是同時(shí)調(diào)整幾個(gè)參數(shù)，使其達(dá)到各性能的平更多的是同時(shí)調(diào)整幾個(gè)參數(shù)，使其達(dá)到各性能的平衡。衡。 v汽車懸掛軟硬調(diào)校汽車懸掛軟硬調(diào)校硬硬運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)較硬的懸掛使車在急速過彎如做蛇形繞樁時(shí)較硬的懸掛使車在急速過彎如做蛇形繞樁時(shí)的側(cè)傾較小，所以在超車

7、、走山路時(shí)可以使的側(cè)傾較小，所以在超車、走山路時(shí)可以使提升車的靈活度。提升車的靈活度。軟軟溫馨溫馨而以舒適著稱的美國(guó)老式房車、日系車等則而以舒適著稱的美國(guó)老式房車、日系車等則偏軟，因而乘坐較為舒適。偏軟，因而乘坐較為舒適。 汽車懸架的軟硬是根據(jù)公司最開始給汽汽車懸架的軟硬是根據(jù)公司最開始給汽車定義時(shí)決定的。像車定義時(shí)決定的。像lotus蓮花就會(huì)給別蓮花就會(huì)給別人做調(diào)校工作，這個(gè)軟硬的點(diǎn)，是最開始公人做調(diào)校工作，這個(gè)軟硬的點(diǎn)，是最開始公司的匹配工作。司的匹配工作。 v汽車不足轉(zhuǎn)向量調(diào)校汽車不足轉(zhuǎn)向量調(diào)校不足轉(zhuǎn)向不足轉(zhuǎn)向 ；中性轉(zhuǎn)向；中性轉(zhuǎn)向 不變；不變；過多轉(zhuǎn)向過多轉(zhuǎn)向 。穩(wěn)穩(wěn)態(tài)態(tài)響響應(yīng)應(yīng)特特性

8、性有有三三種種類類型型auRauRauRsr22122sr11KuLuukbkaLmLu122kbkaLmK稱為穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益，也稱轉(zhuǎn)向靈敏度。稱為穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益，也稱轉(zhuǎn)向靈敏度。K穩(wěn)定性因數(shù)。穩(wěn)定性因數(shù)。 式中式中 穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益，也叫轉(zhuǎn)向靈敏度；穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益，也叫轉(zhuǎn)向靈敏度； K穩(wěn)定性因數(shù)穩(wěn)定性因數(shù)s2/m2）；）； 橫擺角速橫擺角速度；度； u車速；車速； 前輪轉(zhuǎn)角；前輪轉(zhuǎn)角； m汽車質(zhì)量；汽車質(zhì)量；L 軸距；軸距； a，b 汽車質(zhì)心到前后軸的距離；汽車質(zhì)心到前后軸的距離； k1，k2 前后輪側(cè)偏剛度。前后輪側(cè)偏剛度。rsr)汽車的穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益曲線012kbka1

9、22kbkaLmK如果如果K 0由于由于 k10 , k2 以后，以后， ，汽車不穩(wěn)定，汽車不穩(wěn)定 的第二項(xiàng)恒為正，當(dāng)車速很低時(shí)，它是很大的值，的第二項(xiàng)恒為正，當(dāng)車速很低時(shí)，它是很大的值，均為正值，均為正值，rt收斂，汽車穩(wěn)定；收斂，汽車穩(wěn)定； 隨著車速的增加，隨著車速的增加， 第二項(xiàng)越來越?。坏诙?xiàng)越來越?。?當(dāng)汽車為過多轉(zhuǎn)向，且當(dāng)汽車為過多轉(zhuǎn)向，且 為負(fù)值時(shí)，為負(fù)值時(shí)， 就可能為負(fù)值，就可能為負(fù)值，rt發(fā)散，汽車不穩(wěn)定。發(fā)散，汽車不穩(wěn)定。2020021bkak20020020的車速稱為臨界車速的車速稱為臨界車速Ku1cr022212120ZZImuLkkIbkak令crucru由此可見，瞬

10、態(tài)響應(yīng)包括兩方面的問題：由此可見，瞬態(tài)響應(yīng)包括兩方面的問題：一是行駛方向穩(wěn)定性，即給汽車以轉(zhuǎn)向盤角階躍輸入后，一是行駛方向穩(wěn)定性，即給汽車以轉(zhuǎn)向盤角階躍輸入后，汽車能否達(dá)到新的穩(wěn)定狀況的問題。汽車能否達(dá)到新的穩(wěn)定狀況的問題。二是響應(yīng)品質(zhì)問題，即達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)之前，其瞬態(tài)響應(yīng)的二是響應(yīng)品質(zhì)問題，即達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)之前，其瞬態(tài)響應(yīng)的特性如何。特性如何。v汽車側(cè)傾調(diào)校汽車側(cè)傾調(diào)校 1前、后軸左、右兩側(cè)車輪的垂直載荷要發(fā)生變化；前、后軸左、右兩側(cè)車輪的垂直載荷要發(fā)生變化； 2車輪有外傾角，由于懸架導(dǎo)向桿系的運(yùn)動(dòng)及變形，車輪有外傾角，由于懸架導(dǎo)向桿系的運(yùn)動(dòng)及變形，外傾角將隨之變化；外傾角將隨之變化； 3車輪上

11、有切向反作用力；車輪上有切向反作用力； 4車身側(cè)傾時(shí)懸架變形，懸架導(dǎo)向桿系和轉(zhuǎn)向桿系將車身側(cè)傾時(shí)懸架變形，懸架導(dǎo)向桿系和轉(zhuǎn)向桿系將產(chǎn)生相應(yīng)運(yùn)動(dòng)及變形。產(chǎn)生相應(yīng)運(yùn)動(dòng)及變形。v詳細(xì)內(nèi)容詳細(xì)內(nèi)容定義：車廂側(cè)傾時(shí)，單位車廂轉(zhuǎn)角下，懸架系統(tǒng)給車廂定義：車廂側(cè)傾時(shí)，單位車廂轉(zhuǎn)角下，懸架系統(tǒng)給車廂總的彈性恢復(fù)力偶矩：總的彈性恢復(fù)力偶矩：懸架的側(cè)傾角剛度rrddTK汽車振動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化，單質(zhì)量系統(tǒng)的振動(dòng)汽車振動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化，單質(zhì)量系統(tǒng)的振動(dòng)一、汽車振動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化一、汽車振動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化3、汽車懸架偏頻計(jì)算與試驗(yàn) 當(dāng)當(dāng) ，并，并忽略輪胎阻尼后，汽忽略輪胎阻尼后，汽車立體模型可簡(jiǎn)化為車立體模型可簡(jiǎn)化為平面模型。平面模型

12、。 車身質(zhì)量有垂直、車身質(zhì)量有垂直、俯仰、側(cè)傾俯仰、側(cè)傾3個(gè)自由度，個(gè)自由度，4個(gè)車輪質(zhì)量有個(gè)車輪質(zhì)量有4個(gè)垂個(gè)垂直自由度，整車共直自由度，整車共7個(gè)個(gè)自由度。自由度。一、汽車振動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化 IyIx2c2r2f2mmmm0r2f2bmam2r22f222bmammIyy 1總質(zhì)量保持不變總質(zhì)量保持不變 2質(zhì)心位置不變質(zhì)心位置不變 3轉(zhuǎn)動(dòng)慣量保持不變轉(zhuǎn)動(dòng)慣量保持不變abmmbLmmaLmmyyy222c222r222f1簡(jiǎn)化前后應(yīng)滿足以下三個(gè)條件簡(jiǎn)化前后應(yīng)滿足以下三個(gè)條件解得解得令令 懸掛質(zhì)量分配系數(shù)。懸掛質(zhì)量分配系數(shù)。aby202c222r222fmbLmmaLmmyy 對(duì)于大部分汽車，對(duì)于

13、大部分汽車， = 0.81.2，即接，即接近近1。當(dāng)。當(dāng) = 1時(shí)時(shí) 在在 =1 的情的情況下，前、后軸上況下，前、后軸上方車身部分的集中方車身部分的集中質(zhì)量質(zhì)量m2f 、 m2r在在垂直方向的運(yùn)動(dòng)是垂直方向的運(yùn)動(dòng)是相互獨(dú)立的。相互獨(dú)立的。 雙軸汽車模型雙軸汽車模型可以簡(jiǎn)化為車身、可以簡(jiǎn)化為車身、車輪兩個(gè)自由度振車輪兩個(gè)自由度振動(dòng)系統(tǒng)模型。動(dòng)系統(tǒng)模型。 車輪部分的固有頻車輪部分的固有頻率為率為1016Hz，如果激，如果激振頻率遠(yuǎn)離車輪固有頻振頻率遠(yuǎn)離車輪固有頻率即率即5Hz以下），輪胎以下），輪胎的動(dòng)變形很小，可忽略的動(dòng)變形很小，可忽略車輪質(zhì)量和輪胎的彈性，車輪質(zhì)量和輪胎的彈性，從而得到車身單

14、質(zhì)量系從而得到車身單質(zhì)量系統(tǒng)模型。統(tǒng)模型。二、單質(zhì)量系統(tǒng)的自由振動(dòng)02qzKqzCzm 22mCn 令220mK0220zznz KmCn20200振動(dòng)系統(tǒng)固有圓頻率；振動(dòng)系統(tǒng)固有圓頻率；阻尼比。阻尼比。齊次微分方程的解為齊次微分方程的解為tnAznt220sine 有阻尼自由有阻尼自由振動(dòng)時(shí)，質(zhì)量振動(dòng)時(shí)，質(zhì)量m2以有阻尼固有頻以有阻尼固有頻率率220rn振動(dòng)，振幅按振動(dòng)，振幅按ent衰減。衰減。 增大，增大，rr下降。當(dāng)下降。當(dāng)=1=1時(shí)，運(yùn)動(dòng)失去振蕩特征。時(shí)，運(yùn)動(dòng)失去振蕩特征。 汽車懸架系統(tǒng)阻尼比汽車懸架系統(tǒng)阻尼比大約為大約為0.250.25，rr比比00只下只下降了降了3%3%左右，左右

15、， 。1與有阻尼固有頻率與有阻尼固有頻率r有關(guān)有關(guān)220rn2010r20mK200212mKf阻尼比阻尼比對(duì)衰減振動(dòng)的影響對(duì)衰減振動(dòng)的影響2決定振幅的衰減程度決定振幅的衰減程度21AAd 111eeTtnntAA1enT212e212lndd22ln411/阻尼比阻尼比對(duì)衰減振動(dòng)的影響對(duì)衰減振動(dòng)的影響兩個(gè)相鄰的振幅兩個(gè)相鄰的振幅A1與與A2之比稱為減振系數(shù)之比稱為減振系數(shù)d由實(shí)測(cè)的衰減振動(dòng)曲線得到由實(shí)測(cè)的衰減振動(dòng)曲線得到d，即可確定系統(tǒng)的阻尼比，即可確定系統(tǒng)的阻尼比。阻尼比越大，振幅衰減得越快阻尼比越大，振幅衰減得越快v彈簧的剛度彈簧的剛度懸架的剛度懸架的剛度v減振器的阻尼減振器的阻尼懸架的

16、阻尼懸架的阻尼3、汽車懸架偏頻計(jì)算與試驗(yàn)v3.1 懸架的剛度計(jì)算懸架的剛度計(jì)算1懸架的線剛度定義：車輪保持在地面上而車廂作垂直運(yùn)動(dòng)時(shí)，單位車定義：車輪保持在地面上而車廂作垂直運(yùn)動(dòng)時(shí)，單位車廂位移下，懸架系統(tǒng)給車廂的總彈性恢復(fù)力：廂位移下，懸架系統(tǒng)給車廂的總彈性恢復(fù)力：sFKlskF2ssl2ksFK（1非獨(dú)立懸架（2獨(dú)立懸架恢復(fù)力恢復(fù)力彈性元件彈性元件導(dǎo)向桿系約束反力導(dǎo)向桿系約束反力mnZFZF2uGaFaFQQssskQnsmstsQmnFZmsksssssnmkFZt2ssnmk2stnmksFZ22nmkKsltssstssnms 用虛位移原理確定懸架線剛度用虛位移原理確定懸架線剛度計(jì)算

17、過程計(jì)算過程uts02ZGFsQs uts02ZZGFFsQQstsZFsQ s用虛位移原理確定懸架線剛度用虛位移原理確定懸架線剛度mnssstZFZFu2GaFaFQQ計(jì)算過計(jì)算過程程用虛位移原理確定懸架線剛度用虛位移原理確定懸架線剛度mnZFZFu2GaFaFQQ第四節(jié)第四節(jié) 汽車操縱穩(wěn)定性與懸架的關(guān)系汽車操縱穩(wěn)定性與懸架的關(guān)系stZsFQs sltsst2sKsKsssslstt2ssKKssssttssss2slst2sKKs2ls2mKknssts計(jì)算過計(jì)算過程程v懸架相對(duì)阻尼的計(jì)算v（對(duì)于一個(gè)帶有線性阻尼減振器的懸架系統(tǒng)，可用阻尼比 來評(píng)價(jià)阻尼的大小或振動(dòng)衰減的快慢程度它的表達(dá)式為

18、：sv懸架阻尼計(jì)算懸架阻尼計(jì)算22yssssiMKCsKsMsCyi懸架的線剛度簧載質(zhì)量懸架減振器的阻尼系數(shù)車輪接地點(diǎn)與減振器固定點(diǎn)之間的力傳遞比v懸架阻尼計(jì)算懸架阻尼計(jì)算tantan1tantancottan1)cos(cos)tan(adLccadLbiy汽車的簡(jiǎn)化偏頻求解）一、車身與車輪雙質(zhì)量系統(tǒng)的振動(dòng)001t212111121222qzKzzKzzCzmzzKzzCzm 無阻尼自由振動(dòng)時(shí)無阻尼自由振動(dòng)時(shí)001t21111222zKzzKzmzzKzm 如果如果m1不動(dòng)不動(dòng)z1=0）0222 Kzzm 20/mK如果如果m2不動(dòng)不動(dòng)z2=0）0)(1t11zKKzm 1ttmKK/ 0與

19、與t是雙質(zhì)量系統(tǒng)只有單獨(dú)一個(gè)質(zhì)量振動(dòng)時(shí)的部分頻率偏頻）。是雙質(zhì)量系統(tǒng)只有單獨(dú)一個(gè)質(zhì)量振動(dòng)時(shí)的部分頻率偏頻）。雙軸汽車的振動(dòng) 汽車前、后懸架與其簧上質(zhì)量組成的振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率，是影響汽車行駛平順性的主要參數(shù)之一。 現(xiàn)代汽車的質(zhì)量分配系數(shù)近似等于1，于是汽車前、后軸上方車身兩點(diǎn)的振動(dòng)不存在聯(lián)系。因此，汽車前、后部分車身的固有頻率即偏頻可用下式表示：)2/()2/(222111mkmkv汽車偏頻試驗(yàn)一般有三種方法可以實(shí)現(xiàn)其自由衰減振汽車偏頻試驗(yàn)一般有三種方法可以實(shí)現(xiàn)其自由衰減振動(dòng)。動(dòng)。v(1)滾下法：將汽車測(cè)試端的車輪，沿斜坡駛上凸塊滾下法：將汽車測(cè)試端的車輪，沿斜坡駛上凸塊示，橫向?qū)挾纫ＷC，在

20、熄火停車后，汽車掛空檔，示，橫向?qū)挾纫ＷC，在熄火停車后，汽車掛空檔，再將汽車從凸塊上推下，滾下時(shí)應(yīng)盡量保證左、右輪再將汽車從凸塊上推下，滾下時(shí)應(yīng)盡量保證左、右輪同時(shí)落地。同時(shí)落地。v注：試驗(yàn)在汽車滿載時(shí)進(jìn)行，試驗(yàn)前稱量汽車總質(zhì)注：試驗(yàn)在汽車滿載時(shí)進(jìn)行，試驗(yàn)前稱量汽車總質(zhì)量及前、后軸的載荷，輪胎氣壓符合技術(shù)條件所規(guī)量及前、后軸的載荷，輪胎氣壓符合技術(shù)條件所規(guī)定的數(shù)值。定的數(shù)值。v(2)拋下法：用跌落機(jī)構(gòu)將汽車測(cè)試端車軸中部由平拋下法：用跌落機(jī)構(gòu)將汽車測(cè)試端車軸中部由平衡位置支起衡位置支起60或或90mm，然后跌落機(jī)構(gòu)釋放，汽車，然后跌落機(jī)構(gòu)釋放，汽車測(cè)試端突然拋下。測(cè)試端突然拋下。v(3)拉下法：用繩索和滑輪裝置將汽車測(cè)試端車軸附拉下法：用繩索和滑輪裝置將汽車測(cè)試端