匹配前獨立懸架的輕卡技術(shù)研究

匹配前獨立懸架的輕卡技術(shù)研究

車載單車階段,提高汽車的可操縱性,在保障汽車駕駛懸臂是車輛的主要承載系統(tǒng)之一，在車輛之間的車輛力和厚度之間傳遞力和厚度，緩解道路對車輛車道的不利影響，衰減由此產(chǎn)生的承載系統(tǒng)的振動，確保車輛以穩(wěn)定的速度行駛，控制輪胎的運動軌跡，提高汽車的可垂直性能。載貨卡車的特點軸荷變化大,乘員的駕駛舒適性受地面影響大,隨著人民生活水平不斷提高,城市道路建設(shè)飛速發(fā)展,對高速輕載的中小噸位的高檔輕卡,越來越強調(diào)整車行駛舒適性。傳統(tǒng)的板簧懸架在長途駕駛很容易讓人身心疲憊,已經(jīng)難以滿足部分“挑剔”客戶的要求,因此匹配前獨立懸架的輕卡越來越受到客戶的青睞。相對板簧懸架,獨立懸架具有簧下質(zhì)量輕、能提高平順性和方向穩(wěn)定性等方面的優(yōu)勢,極大地能提高高端輕卡的品質(zhì)。從目前的情況來看,匹配前獨立懸架的輕卡在逐年增多,國外市場,前獨立懸架已是標準配置,國內(nèi)市場,已經(jīng)有不少輕卡生產(chǎn)企業(yè)開發(fā)出匹配前獨立懸架的輕卡。1、懸架結(jié)構(gòu)比較目前汽車上應(yīng)用較多的前獨立懸架的類型主要有麥弗遜式獨立懸架、雙擺臂式獨立懸架兩種結(jié)構(gòu)。其主要優(yōu)點:結(jié)構(gòu)簡單、占用空間小、響應(yīng)較快、制造成本低。其主要缺點:橫向剛度小,穩(wěn)定性不佳,轉(zhuǎn)彎側(cè)傾較大,承載性能差,減振器本體承受側(cè)向力。麥弗遜式獨立懸架適用于中小車型、中低端SUV,如圖(1)所示。(2)匹配帶螺旋彈響的雙擺臂式獨立懸架其主要優(yōu)點:橫向剛度大,可以承受較大側(cè)向力,能精確的設(shè)定定位參數(shù)且大多數(shù)的定位參數(shù)是可調(diào)的(外傾角、內(nèi)傾角、前束),通過布置上擺臂的安裝角度,可實現(xiàn)沖擊或抗制動特性,抓地性能好,路感清晰。其主要缺點:制造成本高,定位參數(shù)設(shè)定復(fù)雜。雙擺臂式獨立懸架主要適用于運動型轎車、超級跑車、載重商用車以及高檔SUV,如圖(2)所示。鑒于分析兩種懸架結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點,國內(nèi)外匹配前獨立懸架的輕卡(東風、IVECO、五十鈴、三菱、豐田)均為雙擺臂獨立懸架的結(jié)構(gòu),可見雙橫臂的導(dǎo)向機構(gòu)型式是主流發(fā)展趨勢,其中上、下擺臂為A字臂式最新結(jié)構(gòu)型式,彈性元件選用螺旋彈簧占用空間小,較容易實現(xiàn)改善平順性,降低偏頻值,是未來彈性元件選用的趨勢。在現(xiàn)有某高端輕卡上匹配雙擺臂獨立懸架,分析該高端輕卡整車結(jié)構(gòu)參數(shù),匹配帶螺旋彈簧的雙擺臂式獨立懸架結(jié)構(gòu)形式,如圖(3)所示:該雙擺臂獨立懸架包括:副車架總成、上擺臂總成、下擺臂、轉(zhuǎn)向節(jié)、螺旋彈簧、減震器等零部件。上下擺臂為A字臂,彈性元件為螺旋彈簧,選用筒式減震器,該懸架結(jié)構(gòu)形式具有先進性和代表性。其突出優(yōu)點在于設(shè)計的靈活性,可以通過合理選擇空間導(dǎo)向桿系的鉸接點位置及導(dǎo)向臂的長度,使得懸架具有合適的運動特性,并且行程恰當?shù)膫?cè)傾中心和縱傾中心。雙橫臂上臂比下臂短,當汽車車輪上下運動時,上臂比下臂運動弧度小。這將使輪胎上部輕微地內(nèi)外移動,而底部影響很小。這種結(jié)構(gòu)有利于減少輪胎磨損,提高汽車行駛平順性和方向穩(wěn)定性。2、設(shè)計車輛指標的分析和確定2.1設(shè)計車輛指標的分析懸架系統(tǒng)主要影響整車的操穩(wěn)性、平順性和承載性,因此確定設(shè)計指標應(yīng)從影響以上三個重要性能的因素考慮。2.2偏頻、受拉壓、受振器的相對阻尼系數(shù)(1)影響操穩(wěn)性能主要考慮懸架的導(dǎo)向機構(gòu),期望相關(guān)指標能夠達到先進車型的標準,具體見“3.1導(dǎo)向機構(gòu)設(shè)計”。(2)偏頻是頻是在影響平順性的重要指標之一,分析國內(nèi)外車型的重要偏頻數(shù)值,確定設(shè)計車型的偏頻大小。根據(jù)車型定位要求,性能方面以平順性為主,承載性次之。平順性及承載性均接近五十鈴水平。減振器相對阻尼系數(shù)是評價減振器衰減振動的重要指標,具體設(shè)計見“3.3減振器設(shè)計”。(3)承載性指標關(guān)注螺旋彈簧滿載、超載及極限狀態(tài)下的強度指標,具體見“3.2彈性元件設(shè)計”。3、獨立懸臂的匹配設(shè)計3.1主機構(gòu)設(shè)計(1)車輪早期磨損1)當載荷變化時,輪距變化不超過±4mm,輪距變化過大會造成輪胎早期磨損;2)載荷變化,前輪定位參數(shù)具有合理的變化特性;3)車輛轉(zhuǎn)彎時,成使車身側(cè)傾角度小;4)在車輛制動或加速時,具對抗前俯和抗后仰作用。(2)不同載荷的懸架運動特性上下擺臂的長度對前輪的定位參數(shù)影響很大,一般設(shè)計時上擺臂比下擺臂要短,既保證發(fā)動機布置方便,又能夠得到理想的懸架運動特性。上擺臂R1與下擺臂R2之比在0.6-1.0時,能夠減少輪胎磨損同時兼顧良好的操縱穩(wěn)定性。一般轎車在設(shè)計初選尺寸時,R1/R2取0.65。通過上述公式計算得出不同載荷下懸架的運動軌跡,確定前輪定位參數(shù)(主銷內(nèi)傾角、外傾角、輪距)的變化。針對結(jié)果,對懸架的結(jié)構(gòu)參數(shù)進行優(yōu)化,使懸架具有良好的運動特性。(3)仿真結(jié)果與試驗結(jié)果對比分析借助ADAMS仿真軟件,根據(jù)整車正被狀態(tài)下數(shù)據(jù),仿真懸架各定位參數(shù)及其變化,并與樣車模擬的結(jié)果以及試驗數(shù)據(jù)進行對比分析,以確認開發(fā)車型前輪定位參數(shù)是否合理。3.2線性螺旋彈彈簧剛度、應(yīng)力的確定在滿載狀態(tài)下,根據(jù)滿載前軸荷以及確定的偏頻值,就可以確定懸架系統(tǒng)的剛度,通過杠桿比推算螺旋彈簧的剛度。圖(5)為雙橫臂懸架示意圖,懸架剛度C與螺旋彈簧剛度Cs關(guān)系:根據(jù)確定的剛度數(shù)值、上跳極限位置(需大于螺旋彈簧的壓并高度,并考慮預(yù)緊量),通過多組數(shù)值驗算比較,以確定螺旋彈簧的圈數(shù)和直徑。線性螺旋彈簧剛度、應(yīng)力計算:剛度:k=Gd4/(8nD3)剪切應(yīng)力:τ=K×8PD/(πd3)D:螺旋彈簧直徑K:應(yīng)力修正系數(shù)=(4c-1)/(4c-4)+0.615/c在承受沖擊載荷時(根據(jù)經(jīng)驗一般取滿載的2.5倍),剪切應(yīng)力τ與彈簧材料的抗拉強度σb作比較,確保螺旋彈簧滿足強度指標。一般等螺距螺旋彈簧設(shè)計時,考慮兩點:1)性能穩(wěn)定,在螺旋彈簧在載荷較小情況下性能不穩(wěn)定;2)防止并圈現(xiàn)象,影響整車的舒適性及產(chǎn)生噪聲,導(dǎo)致動行程過小。3.3減速器設(shè)計(1)生的振動減振器豎直布置在螺旋彈簧的后方,連接在副車架與下擺臂之間,吸收螺旋彈簧產(chǎn)生的振動,以得到良好的汽車平順性。根據(jù)懸架布置的上下極限位置(緩沖塊壓縮2/3),確定懸架的極限動行程,以此來確定減振器的行程,當然減振器的最大、最小行程要比懸架最大、最小行程預(yù)留15mm的余量,避免減振器受沖擊失效。(2)阻尼力的布置減振器相對阻尼系數(shù)的確定主要常用載荷、懸架系統(tǒng)的剛度及減振器的阻尼系數(shù)相關(guān)。減振器阻尼系數(shù)的選用匹配直接關(guān)系到整個懸架系統(tǒng)的平順性。根據(jù)選取樣件的阻尼力大小及減振器的布置定位形式,按照圖(8)所示:杠桿原理,將所有阻尼力換算成輪邊,輪邊的速度變大但阻尼力減小。根據(jù)換算后的阻尼力大小及速度計算相對阻尼系數(shù)根據(jù)設(shè)計車型的懸架布置杠桿比數(shù)據(jù)、載荷和懸架剛度等數(shù)值結(jié)合求得的相對阻尼系數(shù),即可得到減振器不同速度下的拉伸阻尼和壓縮阻尼。由此方法確定的減振器阻尼值可較大程度實現(xiàn)與懸架剛度的匹配,實現(xiàn)較優(yōu)的衰減性能。4、獨立懸架的設(shè)計原則(1)在設(shè)計匹配懸架系統(tǒng)時,要綜合考慮整車操控穩(wěn)定性、平順性及承載性指標,同時應(yīng)同步考慮后懸架設(shè)計的協(xié)調(diào)性;(2)在獨立懸架設(shè)計時需借助CAE整車