張芝川，李 論，孫 微，田 陽(yáng)，杜 書(shū)

（中國(guó)第一汽車股份有限公司研發(fā)總院，吉林長(zhǎng)春130013）

0 引言

汽車懸架系統(tǒng)是指車身以及輪胎之間的彈簧和避震器等構(gòu)件組成的整個(gè)車體的支持系統(tǒng)，包括彈性元件、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和減震器。它的主要任務(wù)在于減輕由不平路面?zhèn)鱽?lái)的動(dòng)載荷以保證汽車必要的行駛平順性，同時(shí)傳遞作用在車輪和車架 （車身）之間的各種力 （垂直力、縱向力和橫向力）和轉(zhuǎn)矩 （制動(dòng)轉(zhuǎn)矩及反作用轉(zhuǎn)矩）。對(duì)于汽車，這樣重要的系統(tǒng)必須進(jìn)行試驗(yàn)，確保產(chǎn)品的品質(zhì)，保證行駛安全。

由于懸架系統(tǒng)的組成零件較多，而且裝配和安裝的尺寸精度要求較高。目前，針對(duì)汽車懸架系統(tǒng)的臺(tái)架試驗(yàn)主要是對(duì)懸架系統(tǒng)中的主要零部件單獨(dú)進(jìn)行試驗(yàn)且大多以單項(xiàng)加載為主，與實(shí)車狀態(tài)下懸架系統(tǒng)復(fù)雜的受力情況相差較大，導(dǎo)致臺(tái)架的失效形式與實(shí)際失效形式不一致，無(wú)法真正起到檢驗(yàn)產(chǎn)品的作用。整車道路試驗(yàn)和整車臺(tái)架試驗(yàn)只能對(duì)懸架系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)單的耐久試驗(yàn)且成本較高，因此在試驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行整部懸架系統(tǒng)的試驗(yàn)研究受到了國(guó)內(nèi)外汽車工程界的普遍重視。

1 懸架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)

如圖1所示，某車型的前懸架系統(tǒng)由螺旋彈簧、減震器、下擺臂、橫向穩(wěn)定桿、轉(zhuǎn)向器、副車架等組成。螺旋彈簧套在減震器上，橫向穩(wěn)定桿固定在副車架上用來(lái)提高車輛的穩(wěn)定性，轉(zhuǎn)向器安裝在副車架上，副車架的作用是提高車輛的舒適性以及懸架系統(tǒng)的剛度。該懸架系統(tǒng)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、占用空間小、非簧載質(zhì)量小，擁有良好的響應(yīng)性和操控性。

圖1 前懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2 試驗(yàn)臺(tái)架的結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計(jì)

乘用車懸架系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)主要組成部分包括試驗(yàn)加載部分和控制部分，可以用于汽車懸架系統(tǒng)及其零部件的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)力學(xué)性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)。

2.1 試驗(yàn)臺(tái)的功能介紹

根據(jù)需要，該懸架系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)可以用于汽車懸架系統(tǒng)的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)力學(xué)性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)，包括高低周疲勞及模擬實(shí)際工況試驗(yàn)；也可以進(jìn)行多通道、道路載荷譜加載的乘用車懸架系統(tǒng)道路模擬臺(tái)架試驗(yàn)；還可以通過(guò)變換試驗(yàn)臺(tái)架的夾具進(jìn)行懸架系統(tǒng)中不同部件的試驗(yàn)，例如副車架、減震器、螺旋彈簧、控制臂、橫向穩(wěn)定桿、轉(zhuǎn)向器等。

2.2 試驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

如圖2所示，該懸架系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)包括試驗(yàn)加載部分和控制部分。試驗(yàn)加載部分包括鐵地板、鐵龍門架、支撐固定裝置、橫向加載裝置、縱向加載裝置、垂向加載裝置、綜合加載體以及懸架系統(tǒng)。其特征在于：鐵龍門架、支撐固定裝置、橫向加載裝置、縱向加載裝置以及垂向加載裝置通過(guò)螺栓與T形螺母的配合被固定在鐵地板上，懸架系統(tǒng)固定在支撐固定裝置上，垂向加載裝置固定在鐵龍門架上，橫向加載裝置通過(guò)關(guān)節(jié)軸承與綜合加載體的下部加載座連接，縱向加載裝置通過(guò)關(guān)節(jié)軸承與綜合加載體的側(cè)部加載座連接，垂向加載裝置通過(guò)關(guān)節(jié)軸承與綜合加載體的上部加載座連接；綜合加載體固定在懸架系統(tǒng)上。

圖2 懸架系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)三維圖

支撐固定裝置包括雙面固定座、橫板、減震器連接夾具、前連接夾具、中連接夾具、后連接夾具。其中雙面固定座通過(guò)螺栓固定在鐵地板上，橫板通過(guò)T形地腳塊固定在雙面固定座上，懸架系統(tǒng)通過(guò)各連接夾具與橫板相連接；雙面固定座的兩面有T形凹槽，橫板沿著T形槽上下移動(dòng)；懸架系統(tǒng)中的減震器用減震器連接夾具固定，懸架系統(tǒng)的主體用前連接夾具、中連接夾具、后連接夾具固定，然后前連接夾具、中連接夾具、后連接夾具被固定在橫板上。

橫向加載裝置包括加載作動(dòng)器、固定座、作動(dòng)器懸掛裝置、作動(dòng)器升降裝置。加載作動(dòng)器的后端通過(guò)連接板固定在固定座上，前端通過(guò)連接桿與關(guān)節(jié)軸承相連接，關(guān)節(jié)軸承的球頭部通過(guò)銷子與綜合加載體相連接；作動(dòng)器懸掛裝置可以防止加載作動(dòng)器因墜落而導(dǎo)致的損壞，還可以減少加載作動(dòng)器中主缸所受的側(cè)向力從而增加其壽命。作動(dòng)器升降裝置與作動(dòng)器懸掛裝置的配合可以在沒(méi)有天車的情況下調(diào)整加載作動(dòng)器的高度。

縱向加載裝置的結(jié)構(gòu)與橫向加載裝置的結(jié)構(gòu)完全相同，包括加載作動(dòng)器、固定座、作動(dòng)器懸掛裝置、作動(dòng)器升降裝置，只是與綜合加載體的連接位置不同。

垂向加載裝置包括加載作動(dòng)器、連接桿、關(guān)節(jié)軸承；加載作動(dòng)器的后端通過(guò)連接板固定在鐵龍門架的橫梁上，前端與加載過(guò)渡板連接，連接桿的一端固定在加載過(guò)渡板上，另一端通過(guò)關(guān)節(jié)軸承與綜合加載體連接；其中連接桿為兩個(gè)并且相互平行。

綜合加載體的尺寸與懸架系統(tǒng)的輪輞尺寸匹配。鐵地板上設(shè)有放T形螺母的T形槽。綜合加載體與加載作動(dòng)器之間巧妙地運(yùn)用了關(guān)節(jié)軸承與連接桿的配合，這樣可以使綜合加載體達(dá)到完全機(jī)械解耦，消除運(yùn)動(dòng)耦合的影響。試驗(yàn)加載部分為中間平面左右相互對(duì)稱結(jié)構(gòu)。

如圖3所示，控制部分采用Moog公司裝有MiTS基礎(chǔ)功能軟件和Replication載荷譜迭代軟件的控制器。該控制器能與試驗(yàn)機(jī)構(gòu)中的橫向加載作動(dòng)器、縱向加載作動(dòng)器、垂向加載作動(dòng)器共6個(gè)加載作動(dòng)器相連。控制器可以分別或者同時(shí)控制6個(gè)作動(dòng)器；也可以結(jié)合在試驗(yàn)場(chǎng)采集的懸架系統(tǒng)載荷數(shù)據(jù)，通過(guò)白噪聲求取傳遞函數(shù)，再由軟件進(jìn)行多次迭代得到試驗(yàn)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，控制器根據(jù)驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)6個(gè)加載作動(dòng)器，進(jìn)而進(jìn)行多通道、道路載荷譜加載的乘用車懸架系統(tǒng)道路模擬臺(tái)架試驗(yàn)。

圖3 試驗(yàn)臺(tái)控制器

3 懸架系統(tǒng)的特性試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)條件及試驗(yàn)方法

按表1所示參數(shù)進(jìn)行前懸架系統(tǒng)向上靜強(qiáng)度試驗(yàn)。

表1 前懸架系統(tǒng)向上靜強(qiáng)度試驗(yàn)參數(shù)

評(píng)價(jià)指標(biāo)：依據(jù)一汽集團(tuán)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q／CACDC-01.1-2013《乘用車前懸架系統(tǒng)臺(tái)架試驗(yàn)第1部分：試驗(yàn)方法》與Q／CACDC-01.2-2013《乘用車前懸架系統(tǒng)臺(tái)架試驗(yàn)第2部分：評(píng)價(jià)指標(biāo)》：

加載到49.65 kN后，不出現(xiàn)影響功能的變形、裂紋。

加載到49.65 kN后，各緊固件的剩余力矩應(yīng)在初始力矩的70%以上。

環(huán)境條件：環(huán)境溫度應(yīng)為 （20±15）℃，環(huán)境濕度應(yīng)為（65%±20%） RH。

試驗(yàn)設(shè)備及儀器見(jiàn)表2。

如圖4所示，以懸架系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)的試驗(yàn)加載部分代替白車身、車輪等樣件模擬實(shí)車狀態(tài)，其余樣件按實(shí)車狀態(tài)組裝成前懸架系統(tǒng)。搭建臺(tái)架時(shí)先把鐵龍門架、支撐固定裝置通過(guò)螺栓與T形螺母的配合固定在鐵地板上，再把懸架系統(tǒng)固定在支撐固定裝置上，把綜合加載體固定在懸架系統(tǒng)上，把垂向加載裝置固定在鐵龍門架上，最后把垂向加載裝置的加載作動(dòng)器與綜合加載體連接。再把控制部分與試驗(yàn)加載部分的2個(gè)加載作動(dòng)器用數(shù)據(jù)線連接在一起。各連接處螺栓均按照實(shí)車裝配要求的扭矩中間值扭緊并記錄扭緊力矩值?？刂撇糠指鶕?jù)加載程序通過(guò)控制加載作動(dòng)器的伺服閥開(kāi)度使加載作動(dòng)器對(duì)懸架系統(tǒng)進(jìn)行加載，將兩個(gè)加載作動(dòng)器均調(diào)整到設(shè)計(jì)載荷位置 （6.015 kN）；然后一個(gè)加載作動(dòng)器采用位移控制保持位置不變，另一加載作動(dòng)器采用載荷控制對(duì)樣件施加Z+向載荷，按給定的試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行加載、卸載，記錄加、卸載過(guò)程中載荷與變形的數(shù)據(jù)，繪制載荷與變形的關(guān)系曲線。試驗(yàn)結(jié)束后檢查并記錄各緊固件的剩余力矩值。

表2 試驗(yàn)設(shè)備及儀器儀表

圖4 前懸架系統(tǒng)向上靜強(qiáng)度試驗(yàn)裝置

3.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

從表3可知：加載到49.65 kN后，2套前懸架系統(tǒng)均未出現(xiàn)影響功能的變形、裂紋。

表3 前懸架系統(tǒng)向上靜強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

從圖5可知：加載到49.65 kN后，各緊固件的剩余力矩都在初始力矩的70%以上。

所以，該懸架系統(tǒng)向上靜強(qiáng)度符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

圖5 前懸架系統(tǒng)向上靜強(qiáng)度試驗(yàn)曲線

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)乘用車懸架系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)架的研究，結(jié)合試驗(yàn)室的實(shí)際需求，成功設(shè)計(jì)出了乘用車懸架系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)。該試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，支撐固定裝置可調(diào)性比較大，采用夾具與懸架系統(tǒng)連接的方式，可以通過(guò)調(diào)整或更換夾具的方法使大多數(shù)乘用車的前、后副車架被固定住。各組成結(jié)構(gòu)采用拼裝式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了專用升降裝置，預(yù)留了多個(gè)吊繩懸掛孔，組裝、調(diào)整以及拆卸都非常方便。此結(jié)構(gòu)通用性強(qiáng)，可調(diào)性強(qiáng)，且其結(jié)構(gòu)優(yōu)化、工裝減重以及安裝過(guò)程簡(jiǎn)單易行，從而降低了對(duì)試驗(yàn)臺(tái)搭建人員的能力要求與勞動(dòng)強(qiáng)度。目前該試驗(yàn)臺(tái)已在某公司底盤試驗(yàn)室安裝并投入使用。該臺(tái)架已申請(qǐng)國(guó)家專利4項(xiàng)，其中2項(xiàng)已獲得授權(quán)。通過(guò)懸架系統(tǒng)的特性試驗(yàn)獲取了前懸架系統(tǒng)向上靜強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果，為某車型產(chǎn)品開(kāi)發(fā)提供了試驗(yàn)依據(jù)，并且為下一步開(kāi)發(fā)懸架系統(tǒng)提供了可借鑒的數(shù)據(jù)。