汽车悬架理论与设计

2023/7/251汽车悬架理论与设计车辆工程专业选修课程2023/7/252第三章独立悬架导向机构运动特性对整车性能的影响本章内容——逐次分析前轮距、前轮外倾角、主销内倾角、主销后倾角以及前轮前束的变化特性对整车性能的影响，最后给出合理变化特性本章思路——在分析独立悬架导向机构运动特性对汽车性能影响趋势的基础上，给出前轮定位参数合理取值及合理变化趋势，同时结合CA6440及CA6471轻型客车双横臂前独立悬架导向机构特性进行实例分析或说明导向机构运动特性——主要指轮距变化特性、前轮定位参数变化特性、侧倾中心高度变化特性导向机构的运动特性——对汽车操纵稳定性有重要影响2023/7/253§3.1前轮轮距变化特性对整车性能的影响轮距取值轮距定义——如图所示，轮距指左右车轮接地点间的距离双横臂独立悬架轮距轮距取值——受结构限制，一般Kb=轮距/整车宽度=0.81~0.86例：某轻型车前轮距为1390mm,整车宽度1690mm,Kb

=1390/1690=0.82；又如：某车前轮距1460mm,整车宽度1690mm,Kb

=1460/1690=0.86

2023/7/254轮距变化特性对整车性能的影响路面不平或转向车轮上下跳动双横臂独立悬架导向机构简图O2H2L2L1O1SH1PBEDFGOxzy车轮上下跳动悬架导向机构运动轮距变化轮距变化量过大轮胎所受侧向力及滚动阻力增加加剧轮胎磨损，降低轮胎寿命2.1轮距变化量的影响分析轮距变化轮胎产生侧偏角影响汽车的操纵稳定性2023/7/2552.2轮距变化趋势的影响分析汽车右转弯侧倾力矩MΦ

车身逆时针侧倾转动左侧悬架压缩、右侧悬架伸张<=>左车轮相对车身上跳、右车轮相对车身下落轮距变化趋势影响汽车的操纵稳定性轮距变化趋势对汽车操纵稳定性影响分析

Fr—离心力;Gs—簧载重量;Om—侧倾中心；点击察看“车厢侧倾角及其对汽车性能的影响”点击察看“侧倾对汽车性能的影响”若：左半轮距减小、右半轮距增大偏移量e增大加剧左悬架压缩、右悬架拉伸Gs·e增加车身侧倾加大操纵稳定性变差

2023/7/2562.3车轮跳动时轮距变化量对整车性能的影响

车轮上跳时，轮胎负荷增加，如果轮距变化量过大，则使轮胎磨损加剧，轮胎疲劳寿命下降

车轮下落时，因轮胎负荷减小，可以适当增加轮距变化量车轮跳动时轮距合理变化特性

车轮跳动±40mm，半轮距变化量应小于4~8mm

车轮上跳时轮距应适当增加，但增加量不宜过大，一般说来，车轮跳动+40mm时，轮距增加量不应超过2.5mm左右

车轮下跳时轮距应适当减小，减小量可以适当大一些，一般说来，车轮下落-40mm，轮距减小量不宜超过5mm2023/7/257实例分析CA6440轮距变化趋势合理，但变化量较大，其轮胎磨损较同类型车快原因：初始设计为提高发动机油底壳离地间隙，将悬架导向机构向下调整，使车架提高，造成该结果

CA6471轮距变化较小，从设计状态位置至满载状态时轮距增大，而且变化率很小双横臂悬架轮距变化特性车轮跳动量/mm轮距变化量/mm上跳下落2023/7/258§3.2外倾角变化特性对整车性能的影响

平衡位置的车轮外倾角(结论)独立悬架外倾角不应过大车轮外倾角过大车轮产生交变的侧向力影响直线行驶性能；同时，车轮外倾角过大轮胎磨损加剧外倾角取值应在1°以内，最适宜取值为+5´~+10´，此种情况下轮胎的磨损较均匀车轮跳动时外倾角变化—包括两部分：车身侧倾（等效为车轮跳动）产生的车轮外倾角变化量车轮相对车身跳动引起的外倾角变化量2023/7/2592.１车轮外倾变化对操纵稳定性影响简析轮胎既有侧偏角又有外倾角时，地面侧向力：将上式变形为：由于有负号，故

：式中FY—既有侧偏角又有外倾角的地面侧向力；FYα—仅有侧偏而无外倾时地面侧向力；FYγ—仅有外倾而无侧偏时地面侧向力；kα—侧偏刚度；α—侧偏角；kγ—外倾刚度；γ—外倾角。2023/7/2510结论一——由式(2-3)可知：车轮外倾角变化特性(变化量和变化趋势)影响车轮侧偏角，即影响汽车的转向特性(瞬态特性和稳态特性)车轮外倾角增加轮胎侧向附着极限降低，即影响汽车极限侧向加速度；结论二——所以汽车急转弯时，承受大部分载荷的外侧车轮(轮荷转移)尽量垂直地面，以保证轮胎胎面花纹与地面保持良好接触2023/7/25112.2车身侧倾时几种悬架的车轮外倾变化(结论)

——极限侧向加速度相关分析非独立悬架—内外车轮保持垂直地面状态单横臂悬架(大侧向加速度)—外侧车轮外倾角向增加方向变化侧偏角绝对值增加上横臂短、下横臂长的双横臂悬架—外侧车轮大体上保持垂直地面状态上、下横臂等长的双横臂、单纵臂、烛式悬架—外侧车轮外倾角向增大方向变化侧偏角绝对值增大单横臂悬架(小侧向加速度)—外侧车轮外倾角向减小方向变化侧偏角绝对值减小2023/7/25122.3车轮外倾变化对操纵稳定性影响简析

—转向特性相关分析轮胎既有侧偏角又有外倾角时，地面侧向力：将上式变形为：由于有负号，故

：式中FY—既有侧偏角又有外倾角的地面侧向力；FYα—仅有侧偏而无外倾时地面侧向力；FYγ—仅有外倾而无侧偏时地面侧向力；kα—侧偏刚度；α—侧偏角；kγ—外倾刚度；γ—外倾角。利用该公式比较有、无车轮外倾角时的侧偏角来分析外倾角变化特性对操纵稳定性的影响。2023/7/2513FY—图中方向为正γ—左轮外倾为负、内倾为正；右轮外倾为正、内倾为负。

轮胎坐标系FY及γ的正负号规定：轮胎坐标系对FY及γ规定2023/7/2514⑴右转弯外倾角变化特性对操纵稳定性的影响(a)：左轮γ(-)、FY(-)，相对于无外倾角增大(b)：左轮γ(+)、FY(-)，相对于无外倾时减小(c)：右轮γ(+)、FY(-)，相对于无外倾时减小(d)：右轮γ(-)、FY(-)，相对于无外倾角增大(a)左轮γ“-”;(b)左轮γ“+”;(c)右轮γ“+”;d)右轮γ“-”右转弯时车轮侧向力分析

当前轴

增大，增加不足转向;

当前轴

减小，增加过多转向。2023/7/2515分析结论若左轮FY(-)、γ(-)，且右轮FY(-)、γ(-)，即当两前轮外倾变化方向与地面侧反力方向相反，且与侧倾方向一致时，前悬架增加不足转向趋势，如图(a)所示若左轮FY(-)、γ(+)，且右轮FY(-)、γ(+)，即当两前轮外倾角与车身侧倾方向相反，且与地面侧反力方向相同时，前悬架增加过多转向趋势，如图(b)所示2023/7/2516⑵

左转弯外倾角变化特性对操纵稳定性的影响略。请学生课后自己推导，作为课后作业下次可交上来。2023/7/2517车轮外倾角合理变化特性

车轮跳动±40mm时，外倾角变化量小于1°～3°；上跳行程外倾角变化量应小于下落行程外倾角的变化量；侧倾外倾系数：双横臂悬架取dγ/dφ=0.8，滑柱摆臂悬架取dγ/dφ=0.85；汽车发生转向侧倾时，车轮外倾方向应与车身侧倾方向一致，即内侧车轮内倾，外侧车轮外倾，以增加汽车的不足转向趋势。或者说，上跳车轮外倾应向外倾方向变化，下落车轮外倾应向内倾方向变化。

2023/7/2518实例分析CA6440外倾角变化量偏大，且上跳行程开始阶段呈增加趋势，上跳20mm左右后向负外倾变化；CA6471外倾角在上跳或下落50mm行程内，外倾角变化均在0.5°之内，且向负外倾变化，曲线基本对称，部分抵消了车身侧倾外轮对地外倾角的增大，使轮胎有足够侧向附着力，保证了操纵稳定性。

双横臂悬架车轮外倾角变化特性2023/7/2519本节小结在分析轮距和前轮外倾角变化特性（变化量和变化趋势）对汽车性能影响的基础上，给出了合理的变化特性！！重点掌握：轮距合理的变化特性！！重点掌握：前轮外倾角合理变化特性2023/7/2520车厢侧倾角及其对汽车性能的影响车厢侧倾角：车厢在侧向力作用下绕侧倾轴线的转角，取决于悬架总的侧倾角刚度和侧倾力矩悬架侧倾角刚度悬架的侧倾角刚度及其与悬架线刚度的关系（与悬架型式导向机构杆件尺寸及有关）——参看《汽车理论》“汽车操纵稳定性”，此处略侧倾轴线和侧倾中心概念——参看《汽车理论》“汽车操纵稳定性”，此处略侧倾中心位置（与悬架型式有关）及确定（试验或图解确定）——参看《汽车理论》“汽车操纵稳定性”，此处略悬架线刚度及其计算（与悬架型式导向机构杆件尺寸及有关）——参看《汽车理论》“汽车操纵稳定性”，此处略2023/7/2521侧倾力矩—包括以下三个部分：侧倾角对汽车性能的影响：悬挂质量离心力引起的侧倾力矩——计算方法参见《汽车理论》‘“操纵稳定性”，此处略独立悬架中，非悬挂质量离心力引起的侧倾力矩——计算方法参见《汽车理论》‘“操纵稳定性”侧倾后，悬挂质量重力引起的侧倾力矩侧倾角过小，悬架的侧倾角刚度过大一侧车轮遇到突起或凹坑时，车厢内会感受到冲击平顺性差侧倾角影响汽车的操纵稳定性和行驶平顺性侧倾角过大使驾驶员感到不稳定、不安