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1 汽车悬架系统概述1

1.1 悬架的基本功能及设计要求1

1.2 汽车悬架系统设计的一般步骤3

1.3 非独立悬架4

1.4 复合式后悬架12

1.5 独立悬架14

1.5.1 双横臂式悬架15

1.5.2 麦克弗森式悬架19

1.5.3 多连杆式悬架25

1.5.4 双横梁式悬架（双驱动梁式悬架）28

1.5.5 单纵臂式和双纵臂式悬架30

1.5.6 斜置单臂式后悬架32

1.6 平衡悬架35

2 轮胎与车轮36

2.1 对轮胎的要求36

2.1.1 对轿车和轻型卡车轮胎的要求36

2.1.2 对商用车轮胎的要求36

2.2 轮胎的设计37

2.2.1 斜交轮胎37

2.2.2 子午线轮胎37

2.3 轮胎的尺寸和标记38

2.3.1 轿车轮胎的标记38

2.3.2 轻型卡车轮胎的标记40

2.3.3 轮胎尺寸41

2.3.4 车轮外倾角的影响46

2.4 车轮46

2.4.1 轿车和轻型卡车的车轮46

2.4.2 中、重型商用车的车轮47

2.5 轮胎的弹性特性47

2.6 轮胎的不均匀性49

2.7 轮胎的滚动阻力50

2.8 轮胎的纵向滑动摩擦性能52

2.8.1 滑移率52

2.8.2 摩擦系数52

2.8.3 路面状况对摩擦系数的影响53

2.9 轮胎的侧偏特性55

2.9.1 轮胎的侧偏角、侧向力和回正力矩55

2.9.2 轮胎的侧向摩擦系数和滑移率56

2.9.3 在干燥路面上的轮胎侧偏特性57

2.9.4 对轮胎侧偏特性的影响因素62

2.9.5 汽车前、后轮胎的回正力矩所引起的力矩转向69

2.10 轮胎模型——魔术公式70

2.10.1 Pacejka’89魔术公式——轮胎纵向力的计算71

2.10.2 Pacejka’89魔术公式——轮胎侧向力的计算71

2.10.3 Pacejka’89魔术公式——轮胎回正力矩的计算73

2.10.4 Pacejka’89魔术公式——ADAMS的car模块中的轮胎属性文件75

2.11 一些轮胎的侧偏特性和车轮外倾特性参数77

3 汽车零部件的载荷及其强度的计算方法81

3.1 概述81

3.2 车轮与路面接触点处的作用力84

3.2.1 最大垂直力工况84

3.2.2 最大侧向力工况84

3.2.3 最大制动力工况86

3.2.4 最大驱动力工况87

3.3 发动机转矩引起的载荷87

3.4 汽车零部件的强度计算88

3.5 汽车零部件的许用应力与安全系数89

3.5.1 静强度许用应力89

3.5.2 疲劳强度许用应力的估计90

3.5.3 材料的选择95

4 乘坐舒适性与悬架的弹性特性102

4.1 前、后悬架静挠度和动挠度的选择102

4.2 悬架的弹性特性105

4.3 组合式悬架的弹性特性109

4.4 货车后悬架主、副簧的刚度分配112

5 悬架中弹性元件的设计116

5.1 悬架中的弹性元件116

5.2 钢板弹簧的设计和计算118

5.2.1 钢板弹簧主要参数和尺寸的确定118

5.2.2 钢板弹簧刚度的验算123

5.2.3 钢板弹簧总成在自由状态下的弧高及曲率半径的计算124

5.2.4 钢板弹簧总成组装后弧高的计算127

5.2.5 钢板弹簧强度的验算127

5.2.6 少片钢板弹簧的结构特点129

5.2.7 渐变刚度少片钢板弹簧的有限元分析130

5.3 扭杆弹簧的设计和计算134

5.4 螺旋弹簧的设计和计算137

5.5 空气弹簧和油气弹簧139

5.5.1 空气弹簧139

5.5.2 油气弹簧141

6 乘坐舒适性与减振器的主要参数及尺寸的选择150

6.1 概述150

6.2 减振器的类型150

6.2.1 双筒式减振器150

6.2.2 充气的单筒式减振器154

6.3 减振器主要性能参数的选择157

6.3.1 相对阻尼系数ψ的选择158

6.3.2 减振器阻尼系数δa的确定158

6.3.3 最大卸荷力F0的确定160

6.3.4 减振器主要尺寸的选择160

7 转向系统设计161

7.1 概述161

7.2 机械转向器163

7.2.1 齿轮齿条式转向器163

7.2.2 整体式转向器167

7.3 转向系统的主要性能参数169

7.3.1 转向系统的角传动比169

7.3.2 转向系统的转矩传动比170

7.4 转向器的效率ηSG170

7.4.1 转向器的正效率ηSG＋170

7.4.2 转向器的逆效率ηSG-171

7.4.3 影响转向器效率的因素171

7.5 动力转向系统概述172

7.5.1 动力转向系统的优点与缺点173

7.5.2 动力转向系统的主要性能要求174

7.6 整体式动力转向器174

7.6.1 整体式动力转向器的工作原理177

7.6.2 对动力助力系统工作过程的基本理解181

7.6.3 转阀的特性曲线181

7.7 齿轮齿条式动力转向器182

7.8 转阀特性曲线的计算185

7.9 动力转向泵187

7.9.1 对动力转向泵的要求187

7.9.2 动力转向泵的低速工作模式190

7.9.3 动力转向泵的流量控制状态190

7.9.4 动力转向泵的限压状态191

7.9.5 动力转向泵的特性曲线193

7.9.6 动力转向泵的安装195

7.10 动力转向油罐195

7.10.1 动力转向油罐的功能195

7.10.2 动力转向油罐的类型195

7.10.3 动力转向油罐的设计指南195

7.11 动力转向油管196

7.11.1 动力转向油管的功能197

7.11.2 动力转向油管在车辆上的安装199

7.12 转向器角传动比的变化规律200

7.13 转向梯形设计203

7.13.1 两轴汽车转向时理想的内、外前轮转角关系203

7.13.2 整体式转向梯形机构的设计和校核204

7.13.3 轮胎侧偏角对转向时内、外前轮转角之间理想关系的影响206

7.14 汽车内、外前轮转角关系的试验研究208

7.14.1 试验方法208

7.14.2 试验数据分析210

7.15 动力转向系统的参数设计213

7.15.1 停车转向阻力矩213

7.15.2 整体式动力转向器的输出力矩要求213

7.15.3 整体式动力转向器的活塞面积与对动力转向泵限压压力的要求213

7.15.4 整体式动力转向器要求的流量和对动力转向泵的流量要求214

7.15.5 动力助力失效时的转向力分析214

7.16 汽车转向传动机构元件215

7.17 汽车转向系统的摩擦特性218

7.17.1 整体式转向器的摩擦特性218

7.17.2 齿轮齿条式转向器的摩擦特性221

7.18 整体式转向器的刚度试验222

7.19 可变转向力转向系统223

7.19.1 概述223

7.19.2 流量调节动力转向泵225

7.19.3 液压作用式可变转向力转向系统228

7.19.4 电磁作用式可变转向力转向系统229

7.19.5 电动液压动力转向系统231

7.19.6 电动转向系统235

8 车轮定位参数概述239

8.1 车轮定位参数239

8.2 车轮外倾角241

8.3 主销后倾角241

8.4 主销内倾角245

8.5 主销偏移距246

8.6 前束247

8.7 车轮定位参数的变化249

9 汽车操纵稳定性及其评价指标250

9.1 不足转向度的定义250

9.2 引起车辆不足转向的原因251

9.3 线性假设252

9.4 线性三自由度车辆操纵性模型及模型参数253

9.4.1 车身侧倾的影响254

9.4.2 轮胎力的影响255

9.4.3 轮胎回正力矩的影响256

9.4.4 车辆重量分布和轮胎侧偏刚度的影响257

9.4.5 刚体车身回正力矩转向258

9.4.6 侧倾角刚度的测量258

9.4.7 制动转向258

9.5 不足转向度K的计算259

9.5.1 前桥转向柔度Df的分析261

9.5.2 后桥转向柔度Dr的分析263

9.5.3 车辆不足转向影响的叠加265

9.6 汽车对前轮转角阶跃输入的响应和常用操纵稳定性评价指标268

9.7 不足转向度K、前桥转向柔度Df和后桥转向柔度Dr对汽车瞬态响应的影响271

9.8 轿车动力学参数的统计结果273

9.8.1 质量和惯量特性273

9.8.2 悬架的K特性和C特性参数276

9.8.3 汽车操纵稳定性指标的统计范围277

10 悬架的侧倾中心、轮距变化和侧倾角刚度280

10.1 悬架的侧倾中心与车身的侧倾轴线280

10.2 独立悬架的侧倾中心与轮距变化281

10.3 独立悬架的侧倾角刚度285

10.3.1 单横臂式独立悬架的侧倾角刚度286

10.3.2 双横臂式独立悬架的侧倾角刚度287

10.3.3 麦克弗森式（滑柱摆臂式）独立悬架的侧倾角刚度289

10.4 非独立悬架的侧倾中心与侧倾角刚度291

10.4.1 纵置钢板弹簧非独立悬架的侧倾中心R及其侧倾角刚度291

10.4.2 其他一些非独立悬架的侧倾中心293

10.5 拖臂扭转梁式悬架的侧倾中心294

10.6 车身侧倾轴线的确定295

10.7 侧倾角刚度在汽车前、后桥上的分配及其对汽车操纵稳定性的影响296

10.8 横向稳定杆的设计300

11 车轮外倾角和主销内倾角的变化特性304

11.1 车轮外倾角的变化特性304

11.1.1 车轮外倾角与汽车操纵稳定性304

11.1.2 车轮外倾角的运动学变化305

11.1.3 侧向力引起的车轮外倾角变化309

11.2 主销内倾角、主销偏移距与车轮外倾角309

11.2.1 主销内倾角和地面垂直支承力引起的主销回正力矩310

11.2.2 主销内倾角、主销偏移距与制动力引起的主销力矩310

12 车轮前束的变化特性313

12.1 前束角的设定及偏航角的定义313

12.2 利用作图法进行转向杆系与悬架的匹配设计——前束角变化特性的控制320

12.2.1 在前悬架是纵置钢板弹簧的汽车中转向纵拉杆的布置320

12.2.2 在采用双横臂式前悬架的汽车中的转向杆系布置324

12.2.3 在采用麦克弗森式前悬架的汽车中的转向杆系的布置326

12.3 前束角随着前轮上、下跳动的变化特性曲线327

12.4 车轮前、后运动时前束角的变化及其控制328

12.5 车身侧倾引起的车轮前束角变化331

12.6 侧向力引起的车轮前束角变化335

12.7 轮胎回正力矩引起的车轮前束角变化338

12.8 驱动对车轮前束角变化的影响338

13 主销纵向偏移距和主销后倾角的变化特性341

13.1 主销后倾角及其公差341

13.2 主销后倾角、主销纵向偏移距和轮胎侧向拖距342

13.3 主销后倾角与汽车直线行驶稳定性343

13.4 汽车转向行驶时的前轴回正力矩分析344

13.5 前轮转向角所引起的主销内倾角、车轮外倾角和主销后倾角的变化特性348

13.6 车轮跳动引起的主销后倾角的变化354

13.7 转向角输入所引起的车身高度、车身侧倾角的变化357

14 悬架的抗制动点头和抗加速仰头性能分析360

14.1 悬架的抗制动点头性能分析360

14.2 悬架的抗加速仰头性能分析367

15 悬架受力分析与强度计算370

15.1 双横臂式独立悬架的受力分析370

15.1.1 车轮上只有垂直力FV作用370

15.1.2 车轮仅受到侧向力FL作用373

15.1.3 车轮上仅受制动力FB作用374

15.1.4 车轮上仅受驱动力FA作用375

15.2 麦克弗森式独立悬架的受力分析375

15.2.1 车轮上只有垂直力FV作用375

15.2.2 车轮仅受到侧向力FL作用376

15.2.3 车轮上仅受纵向力FA作用377

15.2.4 车轮上仅受制动力FB作用377

15.3 卡车平衡悬架的受力分析377

15.3.1 车轮上仅作用有垂直力时的卡车平衡悬架受力分析380

15.3.2 车轮反跳时平衡悬架的受力分析383

15.3.3 车轮上仅承受侧向力的平衡悬架受力分析383

15.3.4 车轮上仅承受驱动力的平衡悬架受力分析386

15.3.5 车轮上仅承受制动力的平衡悬架受力分析388

16 双横臂式独立悬架和整体式转向系统匹配设计的三维运动学分析方法391

16.1 双横臂式独立悬架和整体式转向系统的刚体运动学模型391

16.2 需要输入的数据392

16.3 确定在悬架和转向系统处于设计位置的参数394

16.4 在车轮跳动过程中悬架和转向杆系的刚体运动学分析397

16.5 转向时前轴内轮转角λi、外轮转角λo的计算401

16.5.1 车轮处于直线行驶位置时的有关参数计算402

16.5.2 汽车转向时前轴内轮转角λi、外轮转角λo的计算406

16.6 汽车直线行驶的车轮跳动干涉转角λb、轮距变化、主销后倾角变化和主销内倾角变化的计算410

16.7 转向连杆位置的优化设计415

17 麦克弗森式独立悬架和齿轮齿条式转向系统的匹配设计417

17.1 麦克弗森式独立悬架和齿轮齿条式转向系统的刚体运动学模型417

17.2 需要输入的数据420

17.3 悬架和转向系统处于设计位置时的参数计算421

17.4 悬架压缩、伸张时悬架和转向系统的坐标转换矩阵424

17.5 转向时前轴内、外轮转角关系、转向系统角传动比的计算426

17.6 悬架压缩、伸张所引起的车轮干涉转角429

17.7 转向连杆位置的优化设计432

18 纵置钢板弹簧整体车桥和整体式转向系统匹配设计的三维运动学分析方法437

18.1 纵置钢板弹簧整体车桥和整体式转向系统的刚体运动学模型437

18.2 需要输入的数据439

18.3 确定在悬架和转向系统处于设计位置的参数439

18.4 转向时前轴内轮转角λi、外轮转角λo和转向传动机构角传动比的计算442

18.5 汽车直线行驶时车轮跳动干涉转角λb的计算445

18.6 转向连杆系统的优化设计448

18.6.1 优化变量448

18.6.2 优化目标函数448

19 多轴汽车转向系统设计451

19.1 三轴汽车双前桥转向451

19.1.1 三轴汽车双前桥转向的理想内、外轮转角关系451

19.1.2 三轴卡车双前桥转向机构及其运动学分析步骤452

19.1.3 双前桥转向的三轴卡车的前2桥内、外轮转角分析的坐标系453

19.1.4 双前桥转向机构的三轴卡车的前2桥内、外轮转角计算454

19.2 三轴汽车单前桥转向460

19.3 四轴汽车双前桥转向463

20 线性三自由度车辆操纵性模型的建立469

20.1 线性假设469

20.2 线性三自由度车辆操纵性模型及模型参数470

20.3 车辆模型的惯性分析471

20.4 模型的尺寸分析476

20.5 线性三自由度车辆操纵性模型的公式推导477

20.5.1 基本公式的推导477

20.5.2 前轴车轮垂直载荷的变化分析489

20.5.3 后轴车轮垂直载荷的变化分析491

20.5.4 对整车绕Z轴的合力矩492

20.5.5 对悬上质量绕侧倾轴线的合力矩494

20.5.6 线性三自由度车辆操纵性模型的动力学方程495

20.5.7 线性三自由度车辆操纵性模型动力学方程的求解497

20.6 理想的前轮内、外轮转角关系随着车速的变化特性501

20.7 汽车动力学分析软件503

20.7.1 Adams/Car的子系统模板建立器504

20.7.2 Adams/Car的标准接口504

21 汽车的中心操纵性试验及其模拟509

21.1 中心操纵性试验及其目的509

21.2 中心操纵性试验方法510

21.3 中心操纵性试验的数据处理510

21.3.1 转向盘转角-侧向加速度特性510

21.3.2 转向盘转矩-侧向加速度特性512

21.3.3 转向盘转矩-转向盘转角曲线513

21.3.4 转向功梯度-侧向加速度特性曲线514

21.4 多种汽车中心操纵性试验结果及其统计分析517

21.4.1 汽车中心操纵性试验结果的统计分析517

21.4.2 试验车的重量及其分布518

21.4.3 转向盘转角-侧向加速度特性曲线相关的评价参数519

21.4.4 转向盘转矩-侧向加速度特性曲线相关的评价参数522

21.4.5 转向盘转矩-转向盘转角特性曲线相关的评价参数524

21.4.6 转向功梯度-侧向加速度特性曲线相关的评价参数525

21.4.7 一些典型轿车的中心操纵性试验评价参数526

21.5 汽车转向系统的性能评价试验527

21.5.1 期望的转向系统性能527

21.5.2 可变转向力转向系统的作用528

21.6 汽车的中心操纵性模拟530

21.6.1 汽车中心操纵性模拟的模型530

21.6.2 汽车的线性三自由度操纵性模型530

21.6.3 汽车的转向系统模型531

21.6.4 汽车转向系统参数变化对中心操纵性的影响538

21.7 转向中间传动轴的设计问题541

21.7.1 单个十字轴式万向节的运动学特性542

21.7.2 双十字轴万向节的应用544

21.7.3 有利于汽车中心操纵性的转向中间传动轴设计546

参考文献550