汽车动力学
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• Suspension geometry and kinematics (悬架定 位）－ Camber (车轮 外倾角）
41
Chassis Design（底盘设计）
• Suspension geometry and kinematics (悬架定位）－ Camber (车轮外倾角）
Camber – Toe out
– – – – – Ride (Vertical) – Spring and damper Ride (Roll) – Anti-roll bar Ride (pitch) – Anti-dive and anti-squat Flat ride Roll centers
40
•
Chassis Design（底盘设计）
• Longitudinal slip - ABS Principle (制动力和轮胎 滑移）
7
Tire Properties (轮胎特性）
• Self-aligning torque Mz(回正力矩）
8
Tire Properties (轮胎特性）
• Driving and braking forces (驱动Biblioteka Baidu和制动力）
19
Handling（操纵稳定性）
– Understeer and oversteer （不足&过 多转向）
20
Handling（操纵稳定性）
– What if a vehicle having understeer or oversteer characteristics do under crosswind action during straight line driving? – 具有不足或过多转向特性的汽车直线行使时，在侧 风作用下，会发生什么呢？
• Primary Ride (低频平顺性）- Flat Ride
K R = 1.2 K F
38
Ride（平顺性）
• Primary Ride (低频平 顺性）- Bounce and Pitch Isolation
K F (a + c) = K R (b − c) ⇒ c =
K F a − K Rb KF + KR
• Primary Ride (低频平顺性）- 5 DOF Model
33
Ride（平顺性）
• Primary Ride (低频平顺性）- 5 DOF Model
Damping effects on spectra of body acceleration and wheel load oscillation
44
Chassis Design（底盘设计）
• Suspension geometry and kinematics (悬架定位）－ Caster (主销后倾角）
45
Chassis Design（底盘设计）
• Suspension geometry and kinematics (悬架定位）－ Caster (主销后倾角）
21
Handling（操纵稳定性）
22
Handling（操纵稳定性）
23
Handling（操纵稳定性）
24
Handling（操纵稳定性）
25
Ride（平顺性）
• Human natural frequency and comfort factors（人 体频率）
26
Ride（平顺性）
• Primary Ride (低频平顺性）
1
Tire Properties (轮胎特性）
• Construction (结构）
2
Tire Properties (轮胎特性）
• Tire Code (标准标号）
3
Tire Properties (轮胎特性）
• SAE Tire Coordinate System (SAE轮胎坐标系)
4
Tire Properties (轮胎特性）
• Slip angle and cornering performance (侧偏 角&侧偏刚度）
5
Tire Properties (轮胎特性）
• Affecting factors of cornering stiffness (侧偏角&侧偏刚度）
6
Tire Properties (轮胎特性）
2
Wf W δ = 57.3L / R + － r C αf Cαr δ = 57.3L / R + K × a y Wf Wr K= － Cαf Cαr
V2 1 × × R g
V char = 57.3L × g / K Vcrit = − 57.3L × g / K V 2 /(57.3L × g ) = δ 1 + K × V 2 /(57.3L × g ) γ V /L = δ 1 + K × V 2 /(57.3L × g ) ay
29
Ride（平顺性）
• Primary Ride (低频平顺性）- 2 DOF Model
30
Ride（平顺性）
• Primary Ride (低频平顺性）- 2 DOF Model
31
Ride（平顺性）
• Primary Ride (低频平顺性）- 2 DOF Model
32
Ride（平顺性）
16
Handling（操纵稳定性）
– Understeer and oversteer （不足&过 多转向）
17
Handling（操纵稳定性）
– Understeer and oversteer （不足&过 多转向）
18
Handling（操纵稳定性）
– Understeer and oversteer （不足&过 多转向）
39
Dynamic Index : DI = k 2 /(ab) = 1
Chassis Design（底盘设计）
• Suspension geometry and kinematics (悬架定位）
– Determine suspension characteristics – K&C curves – Benchmarking
Vehicle Dynamics/Chassis Design （汽车动力学&底盘设计）
• • • • • • Tire (轮胎） Handling (操纵稳定性） Ride（平顺性） Chassis Design（底盘设计） Validation（验证方法） Active Safety （主动安全控制）
– TNO SWIFT Tire Model: Up to 80 Hz – FTire Model – LMS Series Tire Model
• FEA tire (有限元轮 胎模型）
– ABAQUS
12
Handling（操纵稳定性）
• Steady state cornering performance (稳态 特性）
27
• Secondary Ride（高频平顺性）
Ride（平顺性）
Frequency (Hz)
5 10 15 20 25 30
Input Force
12" Tire Rolling Radius
!st Tire/Wheel (mph)
21
42
63
84
105 mph
Mode
Suspension Hop-Tramp Structural Column
34
Ride（平顺性）
• Primary Ride (低频平顺性）- 7 DOF Model
35
Ride（平顺性）
• Primary Ride (低频平顺性）- 7 DOF Model
36
Ride（平顺性）
• Primary Ride (低频平顺性） - Pitch control
37
Ride（平顺性）
– – – – – – – – – – Sprung mass vibration（簧载质量振动） Frequency range: 1～5 Hz Vertical （bounce): 1.0 ~ 1.2 Hz (竖直方向） Pitch: 1.2 ~ 1.5Hz（俯仰方向） Unsprung mass vibration（非簧载质量振动） Frequency range: 5～25 Hz Wheel hop: 10~12Hz（车轮跳动） Tramp: Wheels are out of phase， same as hop Hz Nibble: Steering wheel torsional vibration 8 – 20 hz Shake: Steering wheel and floor vibration 8 – 20 hz
• Suspension elasticity and compliance (悬架柔性特性）
– Affect handling – Affect ride – Have to be compromised – DOE at as early as possible Ride Magic Formula (平顺性经验公式）
Unit. Body
1st/2nd Bending 1st Torsion Frame Vehicle 1st Bending 1st Torsion Floor/Seat 5 10 15 20 25 30 28
Ride（平顺性）
• Primary Ride (低频平顺性）- 2 DOF Model
42
Chassis Design（底盘设计）
• Suspension geometry and kinematics (悬架定 位）－ Camber (车 轮外倾角）
Camber steer principles
43
Chassis Design（底盘设计）
• Suspension geometry and kinematics (悬架定位）－ Kingpin Inclination (主 销内倾角）
– Bicycle model （线性二自由度模型）
δ＝57.3L / R + α f − α r
15
Handling（操纵稳定性）
– Bicycle model （线性二自由度模型）
Fyf + Fyr = MV 2 / R Fyf × b − Fyr × c = 0
V 1 αf = × × g R Cαf Wr V 2 1 αr = × × g R Cαr Wf
9
Tire Properties (轮胎特性）
• Tire Testing (轮胎试验)
10
Tire Properties (轮胎特性）
• Handling tire Magic Formula (操 纵稳定性轮胎模型）
11
Tire Properties (轮胎特性）
• Ride and Durability tire (平顺性路、可 靠性轮胎模型）
48
Chassis Design（底盘设计）
• Suspension geometry and kinematics (悬架定位）－ Scrub Radius (??）
49
Chassis Design（底盘设计）
• Impacts of Suspension geometry misalignment on Vehicle Performance (悬架定 位对车辆性能的影响）
46
Chassis Design（底盘设计）
• Suspension geometry and kinematics (悬架定位）－ Caster (主销后倾角）
47
Chassis Design（底盘设计）
• Suspension geometry and kinematics (悬架定位）－ Toe (车轮前束）
K s × Kt RideRate : RR = K s + Kt ω n = RR / M ω d = 1 − ζ s2 ζ s = C s / 4K s M
&& + C Z & +K Z =C Z & Sprung Mass : MZ s s s u + K s Z u + Fb && + C Z & & Unsprung Mass : mZ u s u + ( K s + K t ) Z u = Cs Z + K s Z + K t Z r + Fw
– Ackerman Angle （Ackerman 角） – Bicycle model （线性二自由度模型） – Understeer and oversteer （不足&过多转向）
13
Handling（操纵稳定性）
– Ackerman Angle （Ackerman 角）
14
Handling（操纵稳定性）
41
Chassis Design（底盘设计）
• Suspension geometry and kinematics (悬架定位）－ Camber (车轮外倾角）
Camber – Toe out
– – – – – Ride (Vertical) – Spring and damper Ride (Roll) – Anti-roll bar Ride (pitch) – Anti-dive and anti-squat Flat ride Roll centers
40
•
Chassis Design（底盘设计）
• Longitudinal slip - ABS Principle (制动力和轮胎 滑移）
7
Tire Properties (轮胎特性）
• Self-aligning torque Mz(回正力矩）
8
Tire Properties (轮胎特性）
• Driving and braking forces (驱动Biblioteka Baidu和制动力）
19
Handling（操纵稳定性）
– Understeer and oversteer （不足&过 多转向）
20
Handling（操纵稳定性）
– What if a vehicle having understeer or oversteer characteristics do under crosswind action during straight line driving? – 具有不足或过多转向特性的汽车直线行使时，在侧 风作用下，会发生什么呢？
• Primary Ride (低频平顺性）- Flat Ride
K R = 1.2 K F
38
Ride（平顺性）
• Primary Ride (低频平 顺性）- Bounce and Pitch Isolation
K F (a + c) = K R (b − c) ⇒ c =
K F a − K Rb KF + KR
• Primary Ride (低频平顺性）- 5 DOF Model
33
Ride（平顺性）
• Primary Ride (低频平顺性）- 5 DOF Model
Damping effects on spectra of body acceleration and wheel load oscillation
44
Chassis Design（底盘设计）
• Suspension geometry and kinematics (悬架定位）－ Caster (主销后倾角）
45
Chassis Design（底盘设计）
• Suspension geometry and kinematics (悬架定位）－ Caster (主销后倾角）
21
Handling（操纵稳定性）
22
Handling（操纵稳定性）
23
Handling（操纵稳定性）
24
Handling（操纵稳定性）
25
Ride（平顺性）
• Human natural frequency and comfort factors（人 体频率）
26
Ride（平顺性）
• Primary Ride (低频平顺性）
1
Tire Properties (轮胎特性）
• Construction (结构）
2
Tire Properties (轮胎特性）
• Tire Code (标准标号）
3
Tire Properties (轮胎特性）
• SAE Tire Coordinate System (SAE轮胎坐标系)
4
Tire Properties (轮胎特性）
• Slip angle and cornering performance (侧偏 角&侧偏刚度）
5
Tire Properties (轮胎特性）
• Affecting factors of cornering stiffness (侧偏角&侧偏刚度）
6
Tire Properties (轮胎特性）
2
Wf W δ = 57.3L / R + － r C αf Cαr δ = 57.3L / R + K × a y Wf Wr K= － Cαf Cαr
V2 1 × × R g
V char = 57.3L × g / K Vcrit = − 57.3L × g / K V 2 /(57.3L × g ) = δ 1 + K × V 2 /(57.3L × g ) γ V /L = δ 1 + K × V 2 /(57.3L × g ) ay
29
Ride（平顺性）
• Primary Ride (低频平顺性）- 2 DOF Model
30
Ride（平顺性）
• Primary Ride (低频平顺性）- 2 DOF Model
31
Ride（平顺性）
• Primary Ride (低频平顺性）- 2 DOF Model
32
Ride（平顺性）
16
Handling（操纵稳定性）
– Understeer and oversteer （不足&过 多转向）
17
Handling（操纵稳定性）
– Understeer and oversteer （不足&过 多转向）
18
Handling（操纵稳定性）
– Understeer and oversteer （不足&过 多转向）
39
Dynamic Index : DI = k 2 /(ab) = 1
Chassis Design（底盘设计）
• Suspension geometry and kinematics (悬架定位）
– Determine suspension characteristics – K&C curves – Benchmarking
Vehicle Dynamics/Chassis Design （汽车动力学&底盘设计）
• • • • • • Tire (轮胎） Handling (操纵稳定性） Ride（平顺性） Chassis Design（底盘设计） Validation（验证方法） Active Safety （主动安全控制）
– TNO SWIFT Tire Model: Up to 80 Hz – FTire Model – LMS Series Tire Model
• FEA tire (有限元轮 胎模型）
– ABAQUS
12
Handling（操纵稳定性）
• Steady state cornering performance (稳态 特性）
27
• Secondary Ride（高频平顺性）
Ride（平顺性）
Frequency (Hz)
5 10 15 20 25 30
Input Force
12" Tire Rolling Radius
!st Tire/Wheel (mph)
21
42
63
84
105 mph
Mode
Suspension Hop-Tramp Structural Column
34
Ride（平顺性）
• Primary Ride (低频平顺性）- 7 DOF Model
35
Ride（平顺性）
• Primary Ride (低频平顺性）- 7 DOF Model
36
Ride（平顺性）
• Primary Ride (低频平顺性） - Pitch control
37
Ride（平顺性）
– – – – – – – – – – Sprung mass vibration（簧载质量振动） Frequency range: 1～5 Hz Vertical （bounce): 1.0 ~ 1.2 Hz (竖直方向） Pitch: 1.2 ~ 1.5Hz（俯仰方向） Unsprung mass vibration（非簧载质量振动） Frequency range: 5～25 Hz Wheel hop: 10~12Hz（车轮跳动） Tramp: Wheels are out of phase， same as hop Hz Nibble: Steering wheel torsional vibration 8 – 20 hz Shake: Steering wheel and floor vibration 8 – 20 hz
• Suspension elasticity and compliance (悬架柔性特性）
– Affect handling – Affect ride – Have to be compromised – DOE at as early as possible Ride Magic Formula (平顺性经验公式）
Unit. Body
1st/2nd Bending 1st Torsion Frame Vehicle 1st Bending 1st Torsion Floor/Seat 5 10 15 20 25 30 28
Ride（平顺性）
• Primary Ride (低频平顺性）- 2 DOF Model
42
Chassis Design（底盘设计）
• Suspension geometry and kinematics (悬架定 位）－ Camber (车 轮外倾角）
Camber steer principles
43
Chassis Design（底盘设计）
• Suspension geometry and kinematics (悬架定位）－ Kingpin Inclination (主 销内倾角）
– Bicycle model （线性二自由度模型）
δ＝57.3L / R + α f − α r
15
Handling（操纵稳定性）
– Bicycle model （线性二自由度模型）
Fyf + Fyr = MV 2 / R Fyf × b − Fyr × c = 0
V 1 αf = × × g R Cαf Wr V 2 1 αr = × × g R Cαr Wf
9
Tire Properties (轮胎特性）
• Tire Testing (轮胎试验)
10
Tire Properties (轮胎特性）
• Handling tire Magic Formula (操 纵稳定性轮胎模型）
11
Tire Properties (轮胎特性）
• Ride and Durability tire (平顺性路、可 靠性轮胎模型）
48
Chassis Design（底盘设计）
• Suspension geometry and kinematics (悬架定位）－ Scrub Radius (??）
49
Chassis Design（底盘设计）
• Impacts of Suspension geometry misalignment on Vehicle Performance (悬架定 位对车辆性能的影响）
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Chassis Design（底盘设计）
• Suspension geometry and kinematics (悬架定位）－ Caster (主销后倾角）
47
Chassis Design（底盘设计）
• Suspension geometry and kinematics (悬架定位）－ Toe (车轮前束）
K s × Kt RideRate : RR = K s + Kt ω n = RR / M ω d = 1 − ζ s2 ζ s = C s / 4K s M
&& + C Z & +K Z =C Z & Sprung Mass : MZ s s s u + K s Z u + Fb && + C Z & & Unsprung Mass : mZ u s u + ( K s + K t ) Z u = Cs Z + K s Z + K t Z r + Fw
– Ackerman Angle （Ackerman 角） – Bicycle model （线性二自由度模型） – Understeer and oversteer （不足&过多转向）
13
Handling（操纵稳定性）
– Ackerman Angle （Ackerman 角）
14
Handling（操纵稳定性）