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        汽車懸架系統(tǒng)選型與性能分析

        2022-07-21 07:54:06鄭鐘名
        環(huán)境技術(shù) 2022年3期
        關(guān)鍵詞:設(shè)計(jì)

        鄭鐘名

        (廣汽三菱汽車有限公司,長(zhǎng)沙 410100)

        前言

        懸架是汽車底盤重要的系統(tǒng)之一,是車架(車身)與車橋(車輪)之間的一切傳力連接裝置的總稱,一般由彈性元件、減振器和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)三部分組成[1]。其主要作用是通過導(dǎo)向機(jī)構(gòu)傳遞車輪與車身之間力和力矩,通過彈性元件緩沖路面?zhèn)鹘o車身的沖擊力,靠減振器衰減由此引起的承載系統(tǒng)的振動(dòng),保證汽車行駛時(shí)乘員的舒適性。

        汽車懸架設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循以下原因:

        1)保證汽車有良好操控穩(wěn)定性和行駛平順性。

        2)具有合適的衰減振動(dòng)能力。

        3)汽車制動(dòng)或加速時(shí)要保證車身穩(wěn)定,減少車身縱傾,轉(zhuǎn)彎時(shí)車身側(cè)傾角要合適。

        4)結(jié)構(gòu)緊湊、占用空間尺寸小。

        5)可靠地傳遞車身與車輪之間的各種力和力矩,在滿足零部件質(zhì)量要小的同時(shí),還要保證有足夠的強(qiáng)度和壽命。

        1 懸架的選型原則

        1) 懸架設(shè)計(jì)要貫徹系列化、通用化和標(biāo)準(zhǔn)化的原則,要符合國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn),貫徹有關(guān)安全、環(huán)保等法規(guī)的要求,努力向國際同類水平的汽車產(chǎn)品靠攏。

        2)充分利用社會(huì)市場(chǎng)的配套能力,采用成熟可靠的總成零部件進(jìn)行底盤匹配,確保底盤的可靠性和通用性。

        3)軸荷、空滿載軸荷、懸架剛度、輪距、軸距的變化會(huì)對(duì)懸架姿態(tài)及相關(guān)特性產(chǎn)生較大影響,其中可能影響到懸架行程、彈簧剛度、彈簧長(zhǎng)度、減震器行程、阻尼比、掛點(diǎn)的幾何姿態(tài)及懸架的側(cè)傾角剛度、縱傾角剛度、橫向穩(wěn)定桿等相關(guān)參數(shù)的調(diào)整、并對(duì)整車平順性及操縱穩(wěn)定性產(chǎn)生影響[2]。同時(shí)調(diào)整后對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)周期較長(zhǎng),風(fēng)險(xiǎn)較大,因此懸架的式樣與結(jié)構(gòu)盡可能保持與參考車型一致。

        2 某車型懸架結(jié)構(gòu)的選型

        前懸架采用麥弗遜式獨(dú)立懸架如圖1 所示,彈簧采用螺旋彈簧,麥弗遜懸架優(yōu)點(diǎn)在于增加了左右兩輪之間的空間,對(duì)前置前驅(qū)車型來說,易于傳動(dòng)軸的布置,減震器上支點(diǎn)與下球點(diǎn)即為主銷軸線,其定位角位置易于保證,下擺臂采用三角臂形式可節(jié)省縱向推力桿以便于空間布置。麥弗遜式獨(dú)立懸架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制造成本低,懸架性能較好。

        圖1 前懸架結(jié)構(gòu)

        后懸架采用雙天梯螺旋彈簧獨(dú)立懸架如圖2 所示,該懸架為麥弗遜懸架的變形,下擺臂采用推力桿加雙導(dǎo)向桿代替,除了具有麥弗遜式懸架的一些優(yōu)點(diǎn)外,由于采用多桿代替麥弗遜懸架的單擺(以橡膠襯套代替球鉸),使其更能保證懸架姿態(tài),這種多連桿的布置形式可以給設(shè)計(jì)人員提供較高的設(shè)計(jì)自由度。

        圖2 后懸架結(jié)構(gòu)

        下面章節(jié)利用ADAMS/CAR 軟件,建立前、后懸架的仿真模型,進(jìn)行性能仿真分析[3],以評(píng)估選用懸架的性能是否滿足要求。

        3 前懸架性能分析

        3.1 外傾

        外傾角的設(shè)計(jì)會(huì)影響車輪的側(cè)向力和側(cè)偏角的大小,在相同的側(cè)偏角下負(fù)外傾角的車輪能比正外傾角的車輪產(chǎn)生更大的過彎側(cè)向力,以提高轉(zhuǎn)向靈敏度[2]。同時(shí)汽車拐彎時(shí),載荷會(huì)向內(nèi)側(cè)車輪轉(zhuǎn)移,外側(cè)車輪載荷減少,相當(dāng)于外側(cè)車輪有上跳的過程,車輪有向內(nèi)翻轉(zhuǎn)的趨勢(shì),負(fù)外傾的設(shè)計(jì)正好抵消車輪跳動(dòng)造成的傾角變化,負(fù)外傾角會(huì)向正值變化,車輪與地面更垂直,接觸面更大,能提供更大的側(cè)向力,滿足車輛過彎能力。因此現(xiàn)在的汽車從動(dòng)力學(xué)性能考慮,外傾角都設(shè)計(jì)為負(fù)外傾,上跳時(shí)外傾角向負(fù)值變化,下落時(shí)向正值變化。某車型前懸架外傾角變化規(guī)律如圖3 所示:滿載時(shí)的測(cè)量值-0.772 °,車輪上跳50 mm 時(shí)為 -0.765 °,下跳50 mm 時(shí)為-0.106 5 °,符合理想的懸架外傾特性。

        圖3 外傾角-輪跳

        3.2 前束

        某車型前懸架前束角變化規(guī)律如圖4 所示,在使用范圍±50 mm 內(nèi),前束角值在0.027 4 ~0.37 °范圍內(nèi)變化(前束值在0.352 mm ~3.876 mm 內(nèi)變化),較一般的設(shè)計(jì)值偏大,考慮到前束值的變化趨勢(shì)符合不足轉(zhuǎn)向性能,變化值設(shè)置較大可以提高整車不足轉(zhuǎn)向性能,且前束變化趨勢(shì)與車輪外傾角協(xié)調(diào)一致。

        圖4 前束角-輪跳

        3.3 主銷內(nèi)傾、主銷后傾

        主銷內(nèi)傾角的作用就是因?yàn)橹麂N呈外八字,當(dāng)車輪受外力作用時(shí)偏離直線行駛時(shí),車輪會(huì)受到側(cè)向力,使輪胎自動(dòng)回正。同時(shí)因?yàn)橹麂N偏置距的縮短,使得轉(zhuǎn)向操縱輕便,內(nèi)傾角不宜過大否則在轉(zhuǎn)向時(shí)會(huì)使輪胎加快磨損和轉(zhuǎn)向沉重[4]。實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí),大致范圍為7 ~14 °。某車型主銷內(nèi)傾角變化規(guī)律如圖5 所示,有效行程內(nèi)+50 ~-50 mm 內(nèi),主銷內(nèi)傾變化范圍在13.635 ~11.494 °內(nèi)變化,滿足設(shè)計(jì)要求。

        圖5 主銷內(nèi)傾角-輪跳

        主銷后傾角的作用就是當(dāng)車輪偏離直線時(shí),車能在重力的作用下幫助車輪回正,主銷后傾角越大,車輛越穩(wěn)定,但方向越沉重[4]。后傾角在車輪運(yùn)動(dòng)過程應(yīng)變化不應(yīng)過大,以免出現(xiàn)回正力矩突變情況,使操控性變差。同時(shí)為了有較好的抗制動(dòng)縱傾特性,主銷后傾角應(yīng)車輪上跳時(shí)增大,下跳時(shí)減小。某車型的主銷后傾角變化如圖六所示,在有效跳動(dòng)范圍內(nèi)+50 ~-50 mm 內(nèi),主銷后傾值在3.14 ~2.484 °內(nèi)變化,滿足設(shè)計(jì)要求。

        3.4 前輪距

        在汽車行駛過程中,輪距變化會(huì)導(dǎo)致輪胎異常磨損和破壞行駛穩(wěn)定性,因此輪距變化較小較好。前懸架輪距變化曲線如圖7 所示。在較為頻繁的使用范圍±25 mm 內(nèi),單側(cè)輪距變化小于±5 mm,該變化值在輪胎的彈性范圍內(nèi),不會(huì)造成輪胎的早期磨損,滿足設(shè)計(jì)要求。通過對(duì)后懸架的掛點(diǎn)的優(yōu)化,得到了較好的輪距變化曲線。后懸架跳動(dòng)(±50 mm)時(shí)后輪距的變化量約為10 mm。

        圖7 前輪距-輪跳

        4 后懸架性能分析

        4.1 后輪距

        通過對(duì)后懸架的掛點(diǎn)的優(yōu)化,得到了較好的輪距變化曲線。后懸架跳動(dòng)(±50 m)時(shí)后輪距的變化量約為10 mm,如圖8 所示。

        圖8 后輪距-輪跳

        4.2 車輪外傾、前束

        所采用的雙天梯式后懸架,如圖9 所示,在后懸架的經(jīng)常工作范圍內(nèi)(±50 mm)后輪外傾變化范圍為-1.093 ~0.029 9 °符合理想的懸架外傾特性。

        圖6 主銷后傾角-輪跳

        圖9 后車輪外傾-輪跳

        如圖10 所示,后輪前束變化值約為-0.154 7 ~ 0.070 1 °,且呈現(xiàn)不足轉(zhuǎn)向的趨勢(shì)。比較接近理想的狀態(tài)。

        圖10 后車輪前束-輪跳

        5 結(jié)論

        此車型前懸架選用的麥弗遜懸架,由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,成本較低,在高中低檔車中都有廣泛應(yīng)用,對(duì)其性能進(jìn)行分析,滿足整車要求。

        后懸架采用雙天梯螺旋彈簧獨(dú)立式后懸架,在現(xiàn)有車型中也得到逐步推廣 ,對(duì)其性能進(jìn)行分析,滿足整車要求。

        根據(jù)此車的使用特點(diǎn)及用戶群,上面選用的懸架結(jié)構(gòu)型式方案能滿足使用要求。

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