某全驅(qū)沙漠車懸架側(cè)傾剛度設(shè)計(jì)研究

趙萍

摘 要：以某4x4全驅(qū)沙漠車為研究對(duì)象，提出了一種簡(jiǎn)化的整車數(shù)學(xué)模型，建立了整車側(cè)傾角與板簧、橫向穩(wěn)定桿剛度的函數(shù)關(guān)系，得到懸架側(cè)傾角剛度對(duì)整車側(cè)傾性能的影響。并介紹了橫向穩(wěn)定桿角剛度計(jì)算方法，前后懸架側(cè)傾角剛度匹配原則。

關(guān)鍵詞：側(cè)傾穩(wěn)定性;側(cè)傾角;角剛度;橫向穩(wěn)定桿

中圖分類號(hào)：U463.33 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：1671-7988（2020）04-76-03

Design and Research on Roll Stiffness of an All-wheel Drive Desert Vehicle Suspension

Zhao Ping

（?Shaanxi Automobile Group Co.， Ltd.，?Shaanxi Xi'an 710200?）

Abstract：?Taking a 4x4 desert car as the research object.?A simplified vehicle model is proposed.?The relationship between the roll angle of the whole vehicle and the roll stiffness of the leaf spring and the stabilizer bar is established.?The influence of the stiffness of the suspension roll angle on the steering stability of the vehicle.?And the calculation method of the angular stability of the transverse stabilizer.?Front and rear suspension roll angle stiffness matching principle.

Keyword：?Roll stability; Roll angle; Angular stiffness; Lateral stabilizer

CLC NO.： U463.33 ?Document Code： A ?Article ID：?1671-7988（2020）04-76-03

前言

懸架是現(xiàn)代汽車上的重要組成部分，它把車架與車輪彈性連接起來(lái)，用于傳遞車架和車輪之間所有的力和力矩，緩和由路面不平傳遞給車身的沖擊載荷，保證車輛平順行駛。懸架一般由彈性元件、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和減震器組成。橫向穩(wěn)定桿作為汽車懸架重要組成元件，其主要作用是減少汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)的側(cè)傾角，從而保證汽車行駛的安全性。橫向穩(wěn)定桿對(duì)懸架側(cè)傾角剛度的分配有很大影響，一般要求當(dāng)側(cè)向慣性力等于0.4倍的車重時(shí)，貨車車身的側(cè)傾角不超過(guò)6°-7°。汽車的操縱穩(wěn)定性要求懸架側(cè)傾角剛度較大，而行駛平順性要求偏頻較低，這兩者是矛盾的，解決這個(gè)矛盾的有效方法是增加橫向穩(wěn)定桿。同時(shí)為了滿足汽車稍有不足轉(zhuǎn)向特性的要求，前后懸架的側(cè)傾角剛度比值一般取1.4 ～?2.6 范圍內(nèi)。以某4x4全驅(qū)沙漠車為研究對(duì)象，該車整車參數(shù)如表1：

1 簡(jiǎn)化車身側(cè)傾模型的建立

該4x4全驅(qū)沙漠車為整體式鋼板彈簧懸架，簡(jiǎn)化后的車身側(cè)傾模型如下圖1所示，側(cè)傾力矩T主要由懸掛質(zhì)心離心力引起的側(cè)傾力矩M_Φ1=m_s*a_y*h_s，側(cè)傾后懸掛質(zhì)量重力引起的側(cè)傾力矩M_Φ2=m_s*g*h*Φ，根據(jù)力矩平衡公式可得：

m_s為簧上質(zhì)量，h為簧載質(zhì)心到側(cè)傾軸線距離，K_S為彈簧剛度，C_S為懸架側(cè)傾角剛度，Φ為懸架側(cè)傾角度，

h_s為整車質(zhì)心高，q為板簧中心距的一半，F(xiàn)_s為側(cè)傾角Φ在一側(cè)彈簧中引起的彈簧力的增量。

簧載質(zhì)心到側(cè)傾軸線距離h的確定：

由整車布置形式確定前后懸架及車身側(cè)傾參數(shù)如下表2：

m*a=mr*L，a= mr*L/m=2687mm，，h=442?mm。

該沙漠車為縱置鋼板彈簧懸架，懸架側(cè)傾中心R的確定方法為：前后懸架卷耳中心的垂線與其主片片厚中心線的交點(diǎn)連線，該連線與過(guò)車輪中心點(diǎn)的垂直線交點(diǎn)。

2 懸架側(cè)傾角剛度及側(cè)傾角計(jì)算

板簧側(cè)傾角剛度C_板：

橫向穩(wěn)定桿角剛度C_橫：

E為橫向穩(wěn)定桿彈性模量，E=2.06x10⁵N/mm²;I為穩(wěn)定桿慣性矩，，單位mm³。

為了降低車輛的偏頻，改善車輛行駛平順性，在滿足承載要求下，懸架板簧剛度設(shè)計(jì)較低，懸架側(cè)傾角剛度相應(yīng)較低。車輛在轉(zhuǎn)彎時(shí)產(chǎn)生較大的車身側(cè)傾角，影響行駛平順性，這時(shí)需要在不影響整車偏頻情況下，增加橫向穩(wěn)定桿，增加懸架側(cè)傾角剛度，改善行駛平順性。

所設(shè)計(jì)4x4沙漠車前懸架加裝橫向穩(wěn)定桿，懸架側(cè)傾剛度如下表3：

計(jì)算整車在以0.4g離心加速度轉(zhuǎn)向，車身側(cè)傾6°時(shí)，懸架側(cè)傾角剛度C_s'：

C_s'≤C_板前+C_板后=5276 Nmm/rad

整車懸架可以不增加橫向穩(wěn)定桿。但為了滿足車身不足轉(zhuǎn)向特性，可在前懸架增加橫向穩(wěn)定桿。

該車輛滿載18噸在0.4g側(cè)向加速度轉(zhuǎn)向時(shí)，車身側(cè)傾角度：

3 結(jié)果分析

由上面計(jì)算結(jié)果可知，前后懸架側(cè)傾角剛度比值為0.316，會(huì)出現(xiàn)甩尾現(xiàn)象。但滿載整車車身側(cè)傾角度為1.67°<6°，為減輕車輛甩尾，具備不足轉(zhuǎn)向特性，需增大前懸側(cè)傾角剛度，增大前橫向穩(wěn)定桿剛度。優(yōu)化前，懸架偏頻n_前為1.68，n_后為1.98，懸架靜撓度f(wàn)_前=88mm，f_后=63mm，滿足前后懸架靜撓度f(wàn)_前=（0.6-0.8）f_后。

現(xiàn)穩(wěn)定桿直徑45mm，可增大到55mm，前板簧剛度由327 N/mm增大到371N/mm，后板簧剛度由756 N/mm降到716 N/mm。

優(yōu)化后的懸架側(cè)傾角剛度如下表4所示：

優(yōu)化后的車身側(cè)傾角由1.67°增大到1.99°，有輕微增大，但前后懸架側(cè)傾角剛度比值由0.524增加到1.24，整車轉(zhuǎn)向時(shí)具有不足轉(zhuǎn)向特性，車身擺尾現(xiàn)象明顯降低。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)研究分析，該4x4全驅(qū)沙漠車在滿足整車側(cè)傾角度

要求條件下，將前懸橫向穩(wěn)定桿直徑由45mm增加到55mm，前后懸架板簧做適當(dāng)調(diào)整，提升前懸架側(cè)傾角剛度，優(yōu)化后的懸架側(cè)傾角剛度分配可有效的提升整車的操縱穩(wěn)定性。同時(shí)后懸架不安裝橫向穩(wěn)定桿可節(jié)省成本，為其它系統(tǒng)的布置預(yù)留更多空間。該懸架剛度匹配計(jì)算流程的有效建立為后續(xù)相關(guān)車輛懸架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供參考。

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