車輛動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)8

1、車輛操縱穩(wěn)定性與懸架的關(guān)系 將學(xué)習(xí)彈性側(cè)偏角、將學(xué)習(xí)彈性側(cè)偏角、 側(cè)傾轉(zhuǎn)向角和變形轉(zhuǎn)向角等基側(cè)傾轉(zhuǎn)向角和變形轉(zhuǎn)向角等基本概念，分析不同懸架及參數(shù)對(duì)車輛操縱穩(wěn)定性的影響，本概念，分析不同懸架及參數(shù)對(duì)車輛操縱穩(wěn)定性的影響，了解改善車輛操縱穩(wěn)定性的方法。了解改善車輛操縱穩(wěn)定性的方法。 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，外傾角將隨車輪有外傾角，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；之變化； 3）車輪上有切向反作用力；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

2、將產(chǎn)生相應(yīng)運(yùn)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。動(dòng)及變形。 綜上，車輛側(cè)偏角還應(yīng)該包括以下三個(gè)部分：綜上，車輛側(cè)偏角還應(yīng)該包括以下三個(gè)部分： 1）彈性側(cè)偏角（）彈性側(cè)偏角（FZ變化和變化和的變化的變化引起的側(cè)偏角引起的側(cè)偏角的變化）；的變化）； 2）側(cè)傾轉(zhuǎn)向角（車廂側(cè)傾而導(dǎo)致前后輪轉(zhuǎn)角的變化）；）側(cè)傾轉(zhuǎn)向角（車廂側(cè)傾而導(dǎo)致前后輪轉(zhuǎn)角的變化）； 3）變形轉(zhuǎn)向角（懸架導(dǎo)向桿系變形引起的車輪轉(zhuǎn)角的變化）。）變形轉(zhuǎn)向角（懸架導(dǎo)向桿系變形引起的車輪轉(zhuǎn)角的變化）。 線性二自由度車輛模型對(duì)車輛進(jìn)行了較多簡(jiǎn)化，車輛行駛過程中，還應(yīng)線性二自由度車輛模型對(duì)車輛進(jìn)行了較多簡(jiǎn)化，車輛行駛過

3、程中，還應(yīng)考慮以下因素對(duì)輪胎側(cè)偏角的影響?？紤]以下因素對(duì)輪胎側(cè)偏角的影響。側(cè)傾軸線是側(cè)傾中心的連線。側(cè)傾軸線是側(cè)傾中心的連線。 1）側(cè)傾軸線側(cè)傾軸線：車廂相對(duì)于地面轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的瞬時(shí)軸線；：車廂相對(duì)于地面轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的瞬時(shí)軸線； 2）側(cè)傾中心側(cè)傾中心：側(cè)傾軸線通過前、后軸處橫斷面上的瞬時(shí)轉(zhuǎn)：側(cè)傾軸線通過前、后軸處橫斷面上的瞬時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)中心；其位置由懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)決定，常用圖解法確定。動(dòng)中心；其位置由懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)決定，常用圖解法確定。一、車廂側(cè)傾1.車廂側(cè)傾軸線車廂側(cè)傾軸線想一想：先確定側(cè)傾軸線再確定側(cè)傾中心想一想：先確定側(cè)傾軸線再確定側(cè)傾中心，還是先還是先確定側(cè)傾中心再確定側(cè)傾軸線？確定側(cè)傾中心再確定側(cè)傾軸線？

4、1234O24O13 假定車廂不動(dòng)，地面和車輪相對(duì)車廂轉(zhuǎn)動(dòng)；假定車廂不動(dòng)，地面和車輪相對(duì)車廂轉(zhuǎn)動(dòng)； 假定車輪與地面間無(wú)相對(duì)滑動(dòng)；假定車輪與地面間無(wú)相對(duì)滑動(dòng)； 對(duì)四連桿機(jī)構(gòu)會(huì)用到三心定理。對(duì)四連桿機(jī)構(gòu)會(huì)用到三心定理。確定側(cè)傾中心時(shí)確定側(cè)傾中心時(shí) 四連桿機(jī)構(gòu)中相四連桿機(jī)構(gòu)中相對(duì)兩桿的相對(duì)運(yùn)動(dòng)瞬對(duì)兩桿的相對(duì)運(yùn)動(dòng)瞬心是相鄰兩桿延長(zhǎng)線心是相鄰兩桿延長(zhǎng)線的交點(diǎn)。的交點(diǎn)。dvgvOm1）單橫臂獨(dú)立懸架車廂的側(cè)傾中心DGOlOrOmdvgv2）雙橫臂獨(dú)立懸架的側(cè)傾中心雙橫臂獨(dú)立懸架的等效單橫臂懸架雙橫臂獨(dú)立懸架的等效單橫臂懸架定義：車廂定義：車廂側(cè)傾時(shí)，單位車廂轉(zhuǎn)角下，懸架系統(tǒng)給車廂側(cè)傾時(shí)，單位車廂轉(zhuǎn)角下，懸

5、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：1）懸架的線剛度定義：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：sFKl2.懸架的側(cè)傾角剛度rrddTKskF2ssl2ksFK（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 uts02ZGFsQs uts02ZZGFF

6、sQQstsZFsQ s用虛位移原理確定懸架側(cè)傾角剛度用虛位移原理確定懸架側(cè)傾角剛度mnssstZFZFu2GaFaFQQ用虛位移原理確定懸架側(cè)傾角剛度用虛位移原理確定懸架側(cè)傾角剛度mnZFZFu2GaFaFQQstZsFQs sltsst2sKsKsssslstt2ssKKssssttssss2slst2sKKs2ls2mKknsstsr2ld21dBKT2r21BKKl2sr21nBmKK2）懸架的側(cè)傾角剛度 r大，水平晃動(dòng)大，大，水平晃動(dòng)大，乘客不穩(wěn)定，無(wú)安全感。乘客不穩(wěn)定，無(wú)安全感。 r小，小， 地面不平時(shí)有沖擊感。地面不平時(shí)有沖擊感。4.車廂側(cè)傾角及側(cè)傾力矩操縱穩(wěn)定性操縱穩(wěn)定性平順性

7、平順性 側(cè)傾角改變了外傾角側(cè)傾角改變了外傾角； 側(cè)傾角改變了內(nèi)外車輪的垂側(cè)傾角改變了內(nèi)外車輪的垂直載荷直載荷FZ，從而改變側(cè)偏角，從而改變側(cè)偏角。rrrKM 在確定懸架總側(cè)傾角剛度在確定懸架總側(cè)傾角剛度 時(shí)，要時(shí)，要綜合考慮對(duì)操縱穩(wěn)定性和平順性的影響。綜合考慮對(duì)操縱穩(wěn)定性和平順性的影響。rKrrsKks2ssGaRumFyyhFMysrLahbhhHNhhs2s1ss1）懸掛質(zhì)量的離心力引起的側(cè)傾力矩MrrssrhGeGM2）側(cè)傾后懸掛質(zhì)量重力引起的側(cè)傾力矩MrlFrFrIIIrlMFF力矩即為對(duì)車身的和rFNGFy2urEFFMrrIIINGKFrFyurrhNGKF0rhFMy0urIII

8、3）獨(dú)立懸架中非懸掛質(zhì)量的離心力引起的側(cè)傾力矩MrNGrFFy2uru2yFZFYFrFu2yFZFYFlFrIIIrIIrIrMMMM 懸架總側(cè)傾剛度等于懸架總側(cè)傾剛度等于 前、后懸架及橫向穩(wěn)定桿的側(cè)前、后懸架及橫向穩(wěn)定桿的側(cè)傾角剛度之和。傾角剛度之和。rKrrrKM二、側(cè)傾時(shí)垂直載荷在左右輪上的重新分配及其對(duì)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的影響1.側(cè)傾時(shí)垂直載荷在左右輪上的重新分配 工字形車架代表車廂，懸工字形車架代表車廂，懸掛質(zhì)量為掛質(zhì)量為Ms。 工字形車架分別通過前、工字形車架分別通過前、后懸架的側(cè)傾中心后懸架的側(cè)傾中心m01和和m02 與前后軸相鉸接，同時(shí)又通過與前后軸相鉸接，同時(shí)又通過前后懸架的彈性元件

9、分別與前、前后懸架的彈性元件分別與前、后軸相連接。后軸相連接。r1Tr2TrTyyyFFFs2s1sLbFFyysss1LaFFyysss2rr1r1KT1u1u1r1ss11hFThLbFBFyylZlZZFF1r1rr2r2KTu2u2r22ss22hFThLaFBFyylZlZZFF22rlZlZlZFFF111r1r1r1ZZZFFFlZlZlZFFF2222r2r2rZZZFFF002kFYrlkkFYrkkFlY2r0kkkl02kFY00kk0車身不側(cè)傾時(shí)車身不側(cè)傾時(shí)車身側(cè)傾后車身側(cè)傾后2.左右輪垂直載荷再分配時(shí)輪胎的側(cè)偏剛度 rl當(dāng)車身側(cè)傾嚴(yán)重時(shí)當(dāng)車身側(cè)傾嚴(yán)重時(shí)，是增大還是減小

10、？是增大還是減小？1ZF1車輛趨于增加不足轉(zhuǎn)向車輛趨于增加不足轉(zhuǎn)向22ZF車輛趨于減少不足轉(zhuǎn)向車輛趨于減少不足轉(zhuǎn)向11u1urr11ss1/ )(BhFKhLbFFyyZ2u2u2rr22ss2/ )(BhFKhLaFFyyZ用以上結(jié)論分析，如何通過改變前后軸左、右側(cè)車輪垂用以上結(jié)論分析，如何通過改變前后軸左、右側(cè)車輪垂直載荷的變化量來(lái)提高車輛的不足轉(zhuǎn)向量？橫向穩(wěn)定桿直載荷的變化量來(lái)提高車輛的不足轉(zhuǎn)向量？橫向穩(wěn)定桿用在前后懸架對(duì)車輛穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性所起到的作用是否相用在前后懸架對(duì)車輛穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性所起到的作用是否相同？為什么？同？為什么？思考思考FY不變不變沿沿FY側(cè)傾側(cè)傾FY-+-減小減小kkkF

11、FFkYYY1增大增大三、側(cè)傾外傾側(cè)傾時(shí)車輪外傾角的變化 側(cè)傾時(shí)側(cè)傾時(shí)的變的變化有三種可能化有三種可能沿沿FY相反相反方向側(cè)傾方向側(cè)傾YYYFFF 地面轉(zhuǎn)過地面轉(zhuǎn)過r確定車確定車輪相對(duì)于車廂外傾角輪相對(duì)于車廂外傾角 。 地面回到水平位置地面回到水平位置確定車廂相對(duì)于地面產(chǎn)確定車廂相對(duì)于地面產(chǎn)生側(cè)傾角生側(cè)傾角r時(shí)，輪胎外時(shí)，輪胎外傾角傾角 。 車輪外傾角車輪外傾角的確定的確定車廂側(cè)傾時(shí)不同形式懸架所引起的車廂側(cè)傾時(shí)不同形式懸架所引起的車輪外傾角的車輪外傾角的變化變化 非獨(dú)立懸架車身側(cè)傾時(shí)，前輪外傾角不變。非獨(dú)立懸架車身側(cè)傾時(shí)，前輪外傾角不變。車廂側(cè)傾時(shí)不同形式懸架所引起的車廂側(cè)傾時(shí)不同形式懸架所

12、引起的車輪外傾角的車輪外傾角的變化變化 雙橫臂懸架前輪外傾角與地面?zhèn)认蛄Ψ较蛳嚯p橫臂懸架前輪外傾角與地面?zhèn)认蛄Ψ较蛳喾?，反，有增大?cè)偏角（絕對(duì)值）的作用。有增大側(cè)偏角（絕對(duì)值）的作用。車廂側(cè)傾時(shí)不同形式懸架所引起的車廂側(cè)傾時(shí)不同形式懸架所引起的車輪外傾角的車輪外傾角的變化變化 單縱臂懸架前輪外傾角與地面?zhèn)认蛄Ψ较蛳喾?。單縱臂懸架前輪外傾角與地面?zhèn)认蛄Ψ较蛳喾?。車廂?cè)傾時(shí)不同形式懸架所引起的車廂側(cè)傾時(shí)不同形式懸架所引起的車輪外傾角的車輪外傾角的變化變化 單橫臂懸架前輪外傾角與地面?zhèn)认蛄Ψ较蛳嗤ɑ蛳喾矗?。單橫臂懸架前輪外傾角與地面?zhèn)认蛄Ψ较蛳嗤ɑ蛳喾矗?。rrr 側(cè)傾外傾系數(shù)。側(cè)傾外傾系數(shù)。車廂

13、側(cè)傾所引起的車輪外傾角的變化可由下式計(jì)算車廂側(cè)傾所引起的車輪外傾角的變化可由下式計(jì)算四、側(cè)傾轉(zhuǎn)向 車廂側(cè)傾所引起的前轉(zhuǎn)向輪繞主銷的轉(zhuǎn)動(dòng)、后輪繞垂直車廂側(cè)傾所引起的前轉(zhuǎn)向輪繞主銷的轉(zhuǎn)動(dòng)、后輪繞垂直于地面軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)，即車輪轉(zhuǎn)角的變動(dòng)，稱為側(cè)傾轉(zhuǎn)向。于地面軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)，即車輪轉(zhuǎn)角的變動(dòng)，稱為側(cè)傾轉(zhuǎn)向。rrr 側(cè)傾轉(zhuǎn)向系數(shù)。側(cè)傾轉(zhuǎn)向系數(shù)。車輪的側(cè)傾轉(zhuǎn)向角與車廂側(cè)傾角的關(guān)系可以用下式表示車輪的側(cè)傾轉(zhuǎn)向角與車廂側(cè)傾角的關(guān)系可以用下式表示后懸架的側(cè)傾轉(zhuǎn)向?qū)Ψ€(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性的影響后懸架的側(cè)傾轉(zhuǎn)向?qū)Ψ€(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性的影響五、變形轉(zhuǎn)向懸架導(dǎo)向裝置變形引起的車輪轉(zhuǎn)向角 懸架導(dǎo)向桿系各元件在各種力、力矩作用下發(fā)生的懸架導(dǎo)向桿系各元件在各種力、力矩作用下發(fā)生的變形，引起車輪繞主銷或垂直于地面軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)，稱為變形，引起車輪繞主銷或垂直于地面軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)，稱為變形轉(zhuǎn)向，其轉(zhuǎn)角叫做變形轉(zhuǎn)向角。變形轉(zhuǎn)向，其轉(zhuǎn)角叫做變形轉(zhuǎn)向角。 變形轉(zhuǎn)向可以使車輛具有恰當(dāng)?shù)牟蛔戕D(zhuǎn)向。變形轉(zhuǎn)向可以使車輛具有恰當(dāng)?shù)牟蛔戕D(zhuǎn)向。yyFF1000cc 變形轉(zhuǎn)向角；變形轉(zhuǎn)向角；yF 側(cè)向力變形轉(zhuǎn)向系數(shù)。側(cè)向力變形轉(zhuǎn)向系數(shù)。估算側(cè)向力變形轉(zhuǎn)向角估算側(cè)向力變形轉(zhuǎn)向角回正力矩變形轉(zhuǎn)向角回正力矩變形轉(zhuǎn)向角a