前轮定位、回正性、路感与KC特性ppt课件

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1、前轮定位、回正性、路感与KC特性前轮定位、回正性、路感与KC特性提 纲前轮定位路感回正性轮胎特性概要KC特性提 纲前轮定位一、前轮定位一、前轮定位 1.车轮定位的定义 （广义说：不仅是前轮）车轮定位参数 车轮前束 toe 车轮外倾 主销后倾 主销内倾 主销纵偏距 主销侧偏距kb bg gkxDkd dkx x(外张）g gyF(外向)g gg gzMkxDkyDr ryFkb bg g 1.车轮定位的定义 kbgkxDkdkx(外张）gyF(2.车轮外倾与轮胎侧倾特性 轮胎侧倾特性：侧向力与反回正 力矩 外倾原因:“传统”,间隙，弹性，路拱 车轮跳动引起的外倾 因载荷、纵、侧向力与跳动而改变F

2、yMzg ge eeg gFzMxqzFzMxFyFyzF2.车轮外倾与轮胎侧倾特性 轮胎侧倾特性：侧向力与反回正 3.前束与轮胎侧偏特性前束原因:平衡外倾，平衡不当导致轮胎异常磨损载荷变化与车轮跳动时前束的变化 干涉转向，也可导致轮胎磨损干涉转向的合理值：与外倾匹配制动时车轮前张(0)侧向力引起前束交的变化 随动转向 3.前束与轮胎侧偏特性前束原因:平衡外倾，平衡不当导致轮胎异 主销拖距 高速回正原理 载荷变化（制动）与车轮跳动 的变化 主销拖距与撒手稳定性 与前轮摆振4主销后倾与纵偏距kyDr ryFkb bg g kDxkxkktanRD+=x x 主销拖距4主销后倾与纵偏距kyDryF

3、kbgkDg gkyDr rkb b kDxk5主销内倾与侧偏距 低速回正性：作用的消失 重力弹簧 回正力距与 还是 成比例？-能回正？计算方法gkyDrkbkDxk5主销内倾与侧偏距车轮定位的变化常有情况：只知有前轮定位不知后轮定位问题；只注意标准状态下的车轮定位不注意在不同工况下的车轮定位悬架导向系弹性引起的附加前/后束可引起转向特性的变化和轮胎异常磨损。例如，驱动力转向（经常的前缩变化）前（后）轮定位参数都随载荷、行程的变化而变化（转弯离心力、侧倾、上下坡），并可造成转向特性的变化和轮胎的异常磨损 所有这些因弹性引起的定位角变化都可通过K&C试验台进行测试车轮定位的变化常有情况：只知有前

4、轮定位不知后轮定位问题；只注 悬架导向系弹性引起的附加转向 独立纵臂与斜单臂后悬架的侧向力转向倾向 侧向力导致轮胎侧倾FyzF 力转向（compliance）与前轮定位xDkx xyFand dd dd d+=Fy2Fy1sykxaC/FD(x x+=d d)转向系弹性与Fy引起的附加转角 悬架导向系弹性引起的附加转向FyzF 力转向（com轮胎特性、前轮定位与稳态转向特性1da)(d.LvGy2120-d d-d d=kVy212cda)(d/Lvd d-d d-=临界车速 开环增益 时时不稳定:1d d2d1d d*ya21d d-d dya中性转向点中性转向点U.S过度转向区过度转向区车

5、轮外倾会降低侧偏刚度-过度转向与不足转向-21d d-d dL121d d-d d 2 VR1d ded d-y21ad d-d d2V轮胎特性、前轮定位与稳态转向特性1da)(d.LvGy212 影响稳态转向特性的因素 轮胎特性与稳态转向特性 稳态转向特性转折的原因 侧倾刚度比 侧倾力矩中心高度 随 的 而 轮胎侧偏特性的饱和 驱动力对饱和的影响 制动力分配x2121De/eC/Cf ff f*ya21d d-d dya中性转向点中性转向点U.S过度转向区过度转向区 影响稳态转向特性的因素轮胎特性与稳态转向特性 稳态转向特性l高速回正定位参数必须足以克服干摩擦 (残余横摆角速度与转向盘转角）

6、l 转向逆效率要低吗？主销定位参数的选择与近代趋势 减小转向系干摩擦，减小定位角，加转向阻尼器或减小主销轮心侧偏距 减小（地面主销侧偏距）的意义和“负偏距”的优点 盘式制动的必要性kyDr rkb b 精密设计 准确定位 减小摩擦高速回正定位参数必须足以克服干摩擦主销定位参数的选择与近代趋 刹车转舵问题:太大 非盘式制动难以实现-前盘式制动的必要性0 前盘式制动的必要性0=0+主销通过印迹中心，对车轮稳定和消除摆振，是最好的选择;但要牺牲重力回正作用 0 0正正近代解决办法是采用多杆前悬架，适当加大主销后倾角和橡胶变形弹性回正作用中心转向与虚拟主销=0+主销通过印迹中心，对车轮稳定和消除摆振，

7、是最好的二.路感二.路感路感的含义驾驶时转向控制输入与运动响应的相关性 低速时位移输入为主；高速时力输入为主Ay/FyT汽车控制输入运动响应躁动输出躁动输入路感的含义驾驶时转向控制输入与运动响应的相关性 低速时位影响 路感因数 干摩擦与转向间隙是路感的敌人 可由K&C试验台进行测试 相位滞后 与路感 轮胎侧偏特性 随动转向特性Ay/FyT汽车控制输入运动响应躁动输出躁动输入影响 路感因数 干摩擦与转向间隙是路感的敌人Ay/Fy路感的频响特性增益（对频率）不恒定和非线性（对幅值）的响应都对路感不利干摩擦、间隙属“本质非线性”相位滞后会带来瞬态响应与驾驶员指令与感觉的不一致汽车Tay噪动输入rG

8、路感的频响特性增益（对频率）不恒定和非线性（对幅值）的响应都独立悬架与非独立悬架的差别EE独立悬架与非独立悬架的差别EE 三.回正性 三.回正性 回正性的含义两种输入运动：方向盘角输入运动方向盘力输入运动 回正性运动实际是力阶跃输入响应t低速回正试验t高速回正试验汽车Tay噪动输入r 回正性的含义两种输入运动：t低速回正试验t高速回正回正性评价残差反应速度。频带宽度超调阻尼t低速回正试验t高速回正试验Tf回正性评价残差t低速回正试验t高速回正试验Tf影响回正性的因素后轮侧偏刚度后轮导向刚度（弹性转向）主销后倾拖距（后轮的“反拖距”）方向盘与前轮转动惯量t低速回正试验t高速回正试验Tf影响回正性

9、的因素后轮侧偏刚度t低速回正试验t高速回正四、轮胎特性概要四、轮胎特性概要 6m个运动参数轮向轮向轮向轮向油门油门油门油门制动制动制动制动离合器离合器离合器离合器变速杆变速杆变速杆变速杆汽车汽车汽车汽车mm个个个个刚体刚体刚体刚体弹性耦合弹性耦合弹性耦合弹性耦合几何耦合几何耦合几何耦合几何耦合气动气动气动气动反馈反馈反馈反馈n n个个个个轮胎轮胎轮胎轮胎操纵指令 6n个轮胎运动轮胎附加运动6n个 轮 胎 力空气六分力风扰轮胎的地位 6m个轮向汽车弹性耦合几何耦合气动n个操纵指令 后悬架的反稳定杆 轮胎特性与稳态转向特性 加大前后侧倾刚度之比可增加不足转向性 轮胎特性的控制轮胎特性的控制 后悬架

10、的反稳定杆轮胎特性与稳态转向特性轮胎特性的控制后悬架改善稳态转向特性的措施后悬架改善稳态转向特性的措施 轮胎特性的控制轮胎特性的控制 后非独立悬架 Bs2 后非独立悬架板簧下置 后板簧前低后高 后非独立中心弹簧 老Benz的后悬架：h2,中心弹簧后悬架改善稳态转向特性的措施轮胎特性的控制 后非独立悬架轮胎力学特性随工况而变不同载荷不同侧向加速度。非线性和负荷转移不同驱动力（驱动力分配；前驱、后驱、全驱）不同制动力强度与分配不同车速不同路面（摩擦系数、不平度）一个完善的轮胎模型应该能表达上述各种不同工况下的整车动力学特性这对汽车动力学控制提出更尖锐的挑战！也为悬架的K-C设计提供更广阔的舞台！轮

11、胎力学特性随工况而变不同载荷这对汽车动力学控制提出更尖锐的 平板式多功能轮胎特性试验台的研制 投资134万元自行设计开发在冰面试验、动态加载测试等方面具有创新性其功能和技术指标目前都超过国内同类试验台试验测试数据在国内产品开发中广泛应用及在GM北美R&D合作课题中应用 平板式多功能轮胎特性试验台的研制 投资134万元自行设计推广中的轮胎模型-UniTireUniTire 00UniTire 10UniTire 20 精度高 复杂工况预测能力 速度预测能力 大量试验验证与MF模型的比较：推广中的轮胎模型-UniTireUniTire 00 精UniTire 全工况模型结构UniTire 全工况模

12、型结构侧偏、侧倾、综滑联合工况下的模型验证(=-2=-5 下的纵滑特性)侧偏、侧倾、综滑联合工况下的模型验证(=-2=-侧偏、侧倾、综滑联合工况下的模型验证(=-2=-10下的纵滑特性)侧偏、侧倾、综滑联合工况下的模型验证(=-2=-侧偏、侧倾、综滑联合工况下的模型验证(=8=-5 下的纵滑特性)侧偏、侧倾、综滑联合工况下的模型验证(=8=-5 五、KC特性五、KC特性悬架几何运动学特性K特性。车轮垂直位移时引起其他五个自由度的定位的变化悬架弹性运动学特性C特性。车轮受力(Fx,Fy,Fz,Mz)时引起六个自由度的定位的变化KC特性和轮胎特性一起对汽车动力学行为起决定性的作用KC特性的内容与意

13、义悬架几何运动学特性K特性。车轮垂直位移时引起其他五个自由度 6m个个运动参数运动参数轮向轮向轮向轮向油门油门油门油门制动制动制动制动离合器离合器离合器离合器变速杆变速杆变速杆变速杆汽车汽车汽车汽车mm个个个个刚体刚体刚体刚体弹性耦合弹性耦合弹性耦合弹性耦合几何耦合几何耦合几何耦合几何耦合气动气动气动气动反馈反馈反馈反馈n n个个个个轮胎轮胎轮胎轮胎操纵操纵指令指令 6n个个轮胎运动轮胎运动轮胎轮胎附加附加运动运动6n个个 轮轮 胎胎 力力空气六分力空气六分力风扰风扰K&C特性的地位 6m个轮向汽车弹性耦合几何耦合气动n个操纵指令 随动转向Benz后悬架 逆向弹性转向桑塔那的后悬架富康的随动转

14、向后悬架 后轮随动转向概念-一个关键的C特性 随动转向Benz后悬架 后轮随动转向概念-一个关Santana 后悬架橡胶支撑仿真Santana 后悬架橡胶支撑仿真 新型“扭力梁式”后悬架：外张式衬套的弹性转向：菲亚特-西亚纳、威志、思域、飞度 难以做到“随动转向”新型“扭力梁式”后悬架：难以做到“随动转向”富康、华普的随动转向后悬架 纵臂扭杆悬架副车架橡胶塊橡胶塊富康、华普的随动转向后悬架 纵臂扭杆悬架副车架橡胶塊橡胶塊底盘调校技术调校的最终目的是优化汽车的运动性能（回正性、响应性），实质是改变轮胎力学特性（虽然可能对减震器、弹簧也稍作调整）调校内容：轮胎调校，除换胎和有限的改变充气压力外潜力

15、较小主要是通过K&C特性来间接控制轮胎特性首先考虑改变稳定杆、橡胶衬套、弹簧刚度等；必要时改变硬点轿车底盘调校基础手段：设备（硬件）与仿真技术（软件）运动状态下的前轮定位及与回正性、路感等底盘参数的测定两个关键设备：轮胎试验台与K&C试验台数据库经验和理论。目前轿车新开发底盘都要拿到国外调校国外调校报价一般都要$1,000,000$2,000,000底盘调校技术调校的最终目的是优化汽车的运动性能（回正性、响应(1)车轮跳动车轮跳动 8项项Ride Rate在轮胎接地处测得的单个悬架相对车身或车架的垂直刚度 Wheel Rate 在轮心处测得的单个悬架相对车身或车架的垂直刚度 Tire Radi

16、al Rate轮胎垂直刚度 Toe Curve轮心垂直方向的单位位移引起的车轮转向角 Camber Curve轮心垂直方向的单位位移引起的车轮外倾角变化量 Caster Curve轮心垂直方向的单位位移引起的主销后倾角变化量 Track Change轮心垂直方向的单位位移引起的轮距变化量，该测量可确定侧倾中心高度 Wheelbase Change轮心垂直方向的单位位移引起的轴距变化量 K&C K&C 测试项目测试项目（4040项）项）(1)车轮跳动 8项Ride Rate在轮胎接地处测得的单Wheel Roll Rate在轮心处测得的单个悬架相对车身或车架的垂直刚度(侧倾时)Roll Mome

17、nt侧倾力矩 Roll Stiffness 侧倾刚度 Roll Couple Distribution前后悬架侧倾刚度所占比例 Roll Steer侧倾转向量 Axle Steer侧倾轴转向（左右车轮转向角均值）Camber Change车轮外倾角随车身侧倾角的变化率(2)侧倾运动侧倾运动 7项项Wheel Roll Rate在轮心处测得的单个悬架相对车身Wheel Toe Compliance车轮前束与纵向力的关系Axle Steer Compliance轴转向与纵向力的关系Longitudinal Stiffness纵向刚度（同向、反向）Caster Compliance车轮施加同向纵向力

18、时，主销后倾角与纵向力的关系Camber Compliance车轮外倾角与纵向力（同向、反向）的关系(3)纵向纵向柔度试验柔度试验，制动与，制动与非制动非制动 各各5项项Camber Compliance车轮外倾角与侧向力（同向、反向）的关系Wheel Toe Compliance车轮前束与侧向力的关系Axle Steer Compliance轴转向与侧向力（同向）的关系Wheel Lateral Stiffness(in-phase)侧向刚度（同向）Wheel Lateral Stiffness(out-phase)侧向刚度（反向）(4)侧向柔度试验侧向柔度试验 5项项FyFxWheel T

19、oe Compliance车轮前束与纵向力的关Wheel Toe Compliance(out-phase)车轮前束与回正力矩的关系（反向）Wheel Toe Compliance(in-phase)车轮前束与回正力矩的关系（同向）Axle Steer Compliance轴转向（左右车轮转向角差值）与回正力矩（同向）的关系Camber Compliance车轮外倾角与回正力矩的关系Wheel Toe Compliance(out-phase)车轮前束与回正力矩的关系（反向）(5)回正力矩试验回正力矩试验 5项项(6)转向运动转向运动 5项项Angle vs Road Wheel Angle

20、转向盘与前轮转角关系曲线Steering Gear Ratio转向盘到前轮转角传动比Ackerman CurveSteering FrictionSteering Stiffness(reverse)阿克曼曲线转向系摩擦（有助力/无助力）转向系逆向刚度（有助力/无助力）zMzWheel Toe Compliance(out-phase车身固定支架车身夹紧机构液压加载支座液压加载滑台测量臂测量元件英国英国Lotus公司的公司的K&C试验台试验台（哈飞购价约￥1，200多万）车身固定支架车身夹紧机构液压加载支座液压加载滑台测量臂测量元美国MTS K&C试验台美国MTS K&C试验台吉大的第一代KC

21、试验台吉大的第一代KC试验台安在江淮的第一代KC台安在江淮的第一代KC台第一代KC台在试验中第一代KC台在试验中目前为止已做过四十余部轿车的K&C试验目前为止已做过四十余部轿车的K&C试验第1.5代K&C试验台提高加载台体刚度轮距可调消除间隙与干摩擦影响改进六自由度测量精度第1.5代K&C试验台提高加载台体刚度 吉林大学汽车性能模拟器：整车动力学仿真吉林大学汽车性能模拟器：整车动力学仿真 吉林大学汽车性能模拟器：整车动力学仿真后悬架的C特性仿真例1.顺向弹性 1o,2o,5o/0.5g2.逆向弹性 -1o,-2o,-5o/0.5gcay后悬架的C特性仿真例顺向弹性cay带驾驶员模型的双移线运动

22、仿真后悬架顺向C特性蓝色 基本车型红色 Steer/0.5g 1度黄色 Steer/0.5g 2度绿色 Steer/0.5g 5度带驾驶员模型的双移线运动仿真后悬架顺向C特性蓝色 基本车蓝色 基本车型红色 Steer/0.5g -1度黄色 Steer/0.5g -2度绿色 Steer/0.5g -5度带驾驶员模型的双移线运动仿真后悬架逆向C特性蓝色 基本车型带驾驶员模型的双移线运动仿真后悬架逆向C特 几点结论 对操纵稳定性：前悬架还是后悬架更重要？侧倾转向可改变稳态转向特性,但不能弥补轮胎侧偏特性:侧倾对侧向力的滞后 侧向力转向既可改变稳态转向特性,又能弥补轮胎特性 侧向力转向比侧倾转向重要“随动转向”实质是后悬架的侧向力转向 良好的轮胎特性，正确的车轮定位，合理的K&C特性，尽量消除转向系干摩擦与间隙，是获得汽车良好路感和操控性能的保证。控制轮胎与地面的作用力是汽车运动性能的基础。控制轮胎与地面的作用力的主要手段除了改变轮胎就是正确设计悬架的K&C特性 近代汽车悬架设 计是汽车运动性能的灵魂！几点结论 对操纵稳定性：前悬架还是后悬架更重要？控制轮胎与谢谢！