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导向机构对四连杆空气悬架侧倾特性影响

2019-09-10 14:03:33·  来源：NGA集团  作者：范小亮  
　
引言对空气悬架，由于采用较低刚度的空气弹簧来改善平顺性，同时空气弹簧直径较大使在车架上布置时左右跨距较小，致使空气弹簧产生的侧倾角刚度较小，所以空气悬
引言

对空气悬架，由于采用较低刚度的空气弹簧来改善平顺性，同时空气弹簧直径较大使在车架上布置时左右跨距较 小，致使空气弹簧产生的侧倾角刚度较 小，所以空气悬架的抗侧倾能力校核显 得尤为重要。 典型的四连杆空气悬架 见图1，导向机构为V 型杆和2根下推 力杆，配有横向稳定杆。从提高抗侧倾 能力和轻量化方面考虑，悬架工程师开 发了新的空气悬架系统，见图2，将V 型杆与驱动桥的单点连接，更改为X 型杆与驱动桥的双点连接，并取消了横 向稳定杆，其余基本相同。本文从理论 分析、仿真试验两方面，建立两种空气 悬架模型，分析其侧倾中心、侧倾角刚度。

图1  V型杆空气悬架
 

图2  X型杆空气悬架

一、理论计算
 
车辆侧向运动时，作用在质心的离心力使簧上质量沿该力的方向倾斜，称为车身的侧倾运动。四连杆空气悬架的侧倾示意见图3，假设侧倾时簧载质量绕侧倾中心W转动。

图3  悬架侧倾示意

1.1 侧倾中心
V型杆空气悬架的V型杆，把纵向力、侧向力传递给车身，侧倾中心则是其在车桥上的固定点W，加载状态下点W的离地高度hw不变，见图4。X型杆将V型杆的单点连接，更改为双点连接，侧倾中心为双点连线的中心，见图5。
 
 

图4  V型杆空气悬架侧倾中心

图5  X型杆空气悬架侧倾中心

1.2 侧倾角刚度

悬架侧倾角刚度是指汽车簧上质量产生单位侧倾角时悬架给簧上质量的单位侧倾力矩。 四连杆空气悬架的侧倾角刚度可计算为：

Kφ=KφA+KφL+KφW （1)
式中KφA——弹性元件的侧倾角刚度；
KφL——导向杆系的侧倾角刚度；
KφW——横向稳定杆的侧倾角刚度。
KφA = 2CSq2 (2)
式中CS——单侧弹性空气弹簧刚度；
q——气囊跨距的1/2。

V型杆与驱动桥在中心单点连接，不产生侧倾角刚度，而X型杆由于双点连接，且X 型杆设计强度较高，几乎没有变形，只能依靠连接点处橡胶衬套的变形，所以X型杆的侧倾角刚度也可按式(2)计算，此时计算参数分别为橡胶衬套刚度、X型杆与驱动桥连接点跨距。稳定杆的计算在各种文献中已有详细介绍，在此不再详细计算，根据悬架的参数给出了稳定杆侧倾角刚度的值，见表1。

表1 空气悬架参数
根据以上参数，得出两种悬架的侧倾角刚度，见表2， X型杆空气悬架的侧倾角刚度较大。

表2 空气悬架侧倾角刚度
表2

二、仿真试验
 
按悬架的设计参数，运用Adams/car建立空气悬架模型，分别为V型杆空气悬架、V型杆空气悬架+稳定杆和X型杆空气悬架，见图6、图7和图8。导向机构与车架、驱动桥的连接点有橡胶衬套，X型杆与驱动桥连接的橡胶衬套刚度，设置为V型杆与驱动桥连接橡胶衬套刚度的1/2，其余连接点位及橡胶衬套参数相同，稳定杆与悬架、车架的连接也有橡胶衬套。

图6  V型杆空气悬架

图7  V型杆空气悬架+稳定杆

图8  X型杆空气悬架

悬架仿真试验台上设置相同的轮胎参数、簧上质量、质心高度、轮距，进行弹性运动学的车轮同向跳动仿真试验，试验结果见图9、图10。
 
图9
图9  空气悬架侧倾中心高度

图10 空气悬架侧倾角刚度

图9可以看出三种悬架侧倾中心高度逐渐降低，但变化量非常小，X型臂空气悬架的侧倾中心高度略低，是由于与驱动桥的两点连接不在桥包中心，连接点高度可以适当降低。图10可以看出V型杆空气悬架由空气弹簧产生的侧倾角刚度很小，侧倾角刚度主要由稳定杆提供，X型杆空气悬架的侧倾角刚度非常大，远远超过前者，仿真试验侧倾角刚度值见表3。侧倾角刚度的理论计算和仿真试验存在一定误差，主要是由于橡胶衬套影响。

表3 仿真试验结果与理论计算分析

三、结论
 
通过理论分析及仿真试验，分析了两种导向机构对四连杆空气悬架侧倾特性的影响。V型杆、X型杆空气悬架的侧倾中心高度差别很小，但X型杆空气悬架在无稳定杆情况下的侧倾角刚度远远大于V型杆空气悬架。可以利用这一特性，根据不同的工况选择合适的空气悬架类型，以提高行驶稳定性。为降低分析难度，本文对理论计算、仿真分析的模型进行了一定的简化，对四连杆空气悬架侧倾特性的分析，需进一步细化模型并通过大量的台架试验、整车试验来验证。
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