匹配前独立悬架的轻卡技术研究

匹配前独立悬架的轻卡技术研究

车载单车阶段,提高汽车的可操纵性,在保障汽车驾驶悬臂是车辆的主要承载系统之一，在车辆之间的车辆力和厚度之间传递力和厚度，缓解道路对车辆车道的不利影响，衰减由此产生的承载系统的振动，确保车辆以稳定的速度行驶，控制轮胎的运动轨迹，提高汽车的可垂直性能。载货卡车的特点轴荷变化大,乘员的驾驶舒适性受地面影响大,随着人民生活水平不断提高,城市道路建设飞速发展,对高速轻载的中小吨位的高档轻卡,越来越强调整车行驶舒适性。传统的板簧悬架在长途驾驶很容易让人身心疲惫,已经难以满足部分“挑剔”客户的要求,因此匹配前独立悬架的轻卡越来越受到客户的青睐。相对板簧悬架,独立悬架具有簧下质量轻、能提高平顺性和方向稳定性等方面的优势,极大地能提高高端轻卡的品质。从目前的情况来看,匹配前独立悬架的轻卡在逐年增多,国外市场,前独立悬架已是标准配置,国内市场,已经有不少轻卡生产企业开发出匹配前独立悬架的轻卡。1、悬架结构比较目前汽车上应用较多的前独立悬架的类型主要有麦弗逊式独立悬架、双摆臂式独立悬架两种结构。其主要优点:结构简单、占用空间小、响应较快、制造成本低。其主要缺点:横向刚度小,稳定性不佳,转弯侧倾较大,承载性能差,减振器本体承受侧向力。麦弗逊式独立悬架适用于中小车型、中低端SUV,如图(1)所示。(2)匹配带螺旋弹响的双摆臂式独立悬架其主要优点:横向刚度大,可以承受较大侧向力,能精确的设定定位参数且大多数的定位参数是可调的(外倾角、内倾角、前束),通过布置上摆臂的安装角度,可实现冲击或抗制动特性,抓地性能好,路感清晰。其主要缺点:制造成本高,定位参数设定复杂。双摆臂式独立悬架主要适用于运动型轿车、超级跑车、载重商用车以及高档SUV,如图(2)所示。鉴于分析两种悬架结构的优缺点,国内外匹配前独立悬架的轻卡(东风、IVECO、五十铃、三菱、丰田)均为双摆臂独立悬架的结构,可见双横臂的导向机构型式是主流发展趋势,其中上、下摆臂为A字臂式最新结构型式,弹性元件选用螺旋弹簧占用空间小,较容易实现改善平顺性,降低偏频值,是未来弹性元件选用的趋势。在现有某高端轻卡上匹配双摆臂独立悬架,分析该高端轻卡整车结构参数,匹配带螺旋弹簧的双摆臂式独立悬架结构形式,如图(3)所示:该双摆臂独立悬架包括:副车架总成、上摆臂总成、下摆臂、转向节、螺旋弹簧、减震器等零部件。上下摆臂为A字臂,弹性元件为螺旋弹簧,选用筒式减震器,该悬架结构形式具有先进性和代表性。其突出优点在于设计的灵活性,可以通过合理选择空间导向杆系的铰接点位置及导向臂的长度,使得悬架具有合适的运动特性,并且行程恰当的侧倾中心和纵倾中心。双横臂上臂比下臂短,当汽车车轮上下运动时,上臂比下臂运动弧度小。这将使轮胎上部轻微地内外移动,而底部影响很小。这种结构有利于减少轮胎磨损,提高汽车行驶平顺性和方向稳定性。2、设计车辆指标的分析和确定2.1设计车辆指标的分析悬架系统主要影响整车的操稳性、平顺性和承载性,因此确定设计指标应从影响以上三个重要性能的因素考虑。2.2偏频、受拉压、受振器的相对阻尼系数(1)影响操稳性能主要考虑悬架的导向机构,期望相关指标能够达到先进车型的标准,具体见“3.1导向机构设计”。(2)偏频是频是在影响平顺性的重要指标之一,分析国内外车型的重要偏频数值,确定设计车型的偏频大小。根据车型定位要求,性能方面以平顺性为主,承载性次之。平顺性及承载性均接近五十铃水平。减振器相对阻尼系数是评价减振器衰减振动的重要指标,具体设计见“3.3减振器设计”。(3)承载性指标关注螺旋弹簧满载、超载及极限状态下的强度指标,具体见“3.2弹性元件设计”。3、独立悬臂的匹配设计3.1主机构设计(1)车轮早期磨损1)当载荷变化时,轮距变化不超过±4mm,轮距变化过大会造成轮胎早期磨损;2)载荷变化,前轮定位参数具有合理的变化特性;3)车辆转弯时,成使车身侧倾角度小;4)在车辆制动或加速时,具对抗前俯和抗后仰作用。(2)不同载荷的悬架运动特性上下摆臂的长度对前轮的定位参数影响很大,一般设计时上摆臂比下摆臂要短,既保证发动机布置方便,又能够得到理想的悬架运动特性。上摆臂R1与下摆臂R2之比在0.6-1.0时,能够减少轮胎磨损同时兼顾良好的操纵稳定性。一般轿车在设计初选尺寸时,R1/R2取0.65。通过上述公式计算得出不同载荷下悬架的运动轨迹,确定前轮定位参数(主销内倾角、外倾角、轮距)的变化。针对结果,对悬架的结构参数进行优化,使悬架具有良好的运动特性。(3)仿真结果与试验结果对比分析借助ADAMS仿真软件,根据整车正被状态下数据,仿真悬架各定位参数及其变化,并与样车模拟的结果以及试验数据进行对比分析,以确认开发车型前轮定位参数是否合理。3.2线性螺旋弹弹簧刚度、应力的确定在满载状态下,根据满载前轴荷以及确定的偏频值,就可以确定悬架系统的刚度,通过杠杆比推算螺旋弹簧的刚度。图(5)为双横臂悬架示意图,悬架刚度C与螺旋弹簧刚度Cs关系:根据确定的刚度数值、上跳极限位置(需大于螺旋弹簧的压并高度,并考虑预紧量),通过多组数值验算比较,以确定螺旋弹簧的圈数和直径。线性螺旋弹簧刚度、应力计算:刚度:k=Gd4/(8nD3)剪切应力:τ=K×8PD/(πd3)D:螺旋弹簧直径K:应力修正系数=(4c-1)/(4c-4)+0.615/c在承受冲击载荷时(根据经验一般取满载的2.5倍),剪切应力τ与弹簧材料的抗拉强度σb作比较,确保螺旋弹簧满足强度指标。一般等螺距螺旋弹簧设计时,考虑两点:1)性能稳定,在螺旋弹簧在载荷较小情况下性能不稳定;2)防止并圈现象,影响整车的舒适性及产生噪声,导致动行程过小。3.3减速器设计(1)生的振动减振器竖直布置在螺旋弹簧的后方,连接在副车架与下摆臂之间,吸收螺旋弹簧产生的振动,以得到良好的汽车平顺性。根据悬架布置的上下极限位置(缓冲块压缩2/3),确定悬架的极限动行程,以此来确定减振器的行程,当然减振器的最大、最小行程要比悬架最大、最小行程预留15mm的余量,避免减振器受冲击失效。(2)阻尼力的布置减振器相对阻尼系数的确定主要常用载荷、悬架系统的刚度及减振器的阻尼系数相关。减振器阻尼系数的选用匹配直接关系到整个悬架系统的平顺性。根据选取样件的阻尼力大小及减振器的布置定位形式,按照图(8)所示:杠杆原理,将所有阻尼力换算成轮边,轮边的速度变大但阻尼力减小。根据换算后的阻尼力大小及速度计算相对阻尼系数根据设计车型的悬架布置杠杆比数据、载荷和悬架刚度等数值结合求得的相对阻尼系数,即可得到减振器不同速度下的拉伸阻尼和压缩阻尼。由此方法确定的减振器阻尼值可较大程度实现与悬架刚度的匹配,实现较优的衰减性能。4、独立悬架的设计原则(1)在设计匹配悬架系统时,要综合考虑整车操控稳定性、平顺性及承载性指标,同时应同步考虑后悬架设计的协调性;(2)在独立悬架设计时需借助CAE整车