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悬架设计中纵向特性的简单分析（前束和柔性）

2020-07-13 21:25:26·  来源：底盘架构CHAARCHI设计开发Dev  
　
悬架设计在越来越多的对标工程中渐渐失去它应有的复杂程度， 大部分汽车的底盘开发中，对标是最简洁也是最容易实现的事情，但往往容易实现的事情就会带来很多隐
悬架设计在越来越多的对标工程中渐渐失去它应有的复杂程度， 大部分汽车的底盘开发中，对标是最简洁也是最容易实现的事情，但往往容易实现的事情就会带来很多隐藏的问题。
目前国内外对于底盘悬架的开发还处于对标KC特性， 甚至对标硬点的阶段，项目初期，测定一款或者几款车型的KC数据， 并用于车型开发的KC目标值带宽设定， 这个是最常见的做法，有时候一些国际知名的设计公司也会以这样的方式进行开发工作，背后的原因，个人觉得有两种可能，要么这家公司真的不行， 要么这家公司只是懒得去和客户解释那么多KC背后隐藏的原理。
由于水平有限， 也仅从KC特性中的某一特性-前悬架的纵向特性（前束和柔性）出发，阐述悬架开发的部分思路，希望可以抛砖引玉。
前悬架在汽车开发中衍生出很多中形式，如麦弗逊， 双叉臂，麦弗逊又分为虚拟双叉臂和普通麦弗逊， 双叉臂又分为奔驰宝马阵营和奥迪阵营，其中奔驰阵营的双叉臂，纵向推杆前置， 奥迪阵营的纵向推杆后置。好坏很难去简单评判，有句话说的很好， 没有最好的悬架，撇开底盘布置谈悬架性能都是耍流氓的行为。
在双叉臂前悬架中，熟悉奔驰和奥迪的KC报告可以看出，他们的纵向前束变化趋势在1kN以内是相反的，推杆前置的双横臂悬架纵向前束1kN以内为 toe-in趋势， 在超过3kN时为toe-out趋势，甚至逐渐接近与0°。如下图：
 
而推杆后置的双横臂前悬架正好和前置的相反， 1kN以内为toe-out， 3kN以外为toe-in，直至趋于0°。
两种悬架形式唯一相似的地方是力值越大，前束角越趋向于0，整个运动过程可通过下图推杆前置的插图说明：
 
其中杆1为纵向推杆， 杆2为转向拉杆，杆3为横拉杆。
在1kN以为，纵向推杆内衬套由于需要提供纵向柔性的需求，拉力很小，悬架系统内力很小， 杆系运动可以看作为纯机械运动， 衬套不变形，横拉杆3外端后移，会给车轮一个toe-in的趋势，纵向位移逐渐增大，当纵向推杆衬套硬接触时（衬套内外套管基本无相对运动），在提供足够大的纵向力Fx时， 也会给横向连杆3内衬套一个向内侧的力Fy， Fy使横向杆3内衬套变形，横向杆3整体内移，给与整个悬架一个toe-out的趋势。达到3kN时， 前束变化趋于稳定，但接近于0°，对于一个中级车或者大型车而言，单侧车轮3kN制动力基本为中等偏于激烈制动的范围，此时前轮前束需要保持为0°附近。这个应该是纵向前束设定的共性理解。
不管是双叉臂还是麦弗逊， 不管总向推杆是否前置，麦弗逊是否是虚拟双球销， 设定前轮中等偏重制动的工况中， 前轮前束的变化必须趋近于0°。基于这个思想，就很好的理解为什么普通麦弗逊悬架的转向拉杆总是与转向机轴向成一定夹角，并且拉杆外球头相对于内球头靠前。如下图：
 
 普通的麦弗逊悬架和双叉臂中的纵向推杆后置的特性很像，在较大制动力时， 普通麦弗逊悬架趋于toe-out趋势，为了达到激烈制动工况中前束变化为0的目的， 起始制动时，前束变化必须为toe-in趋势才能相互抵消。
如果需要精确控制这个相互抵消的效果，就需要考虑如下问题。比如，达到3kN纵向力之前，推力杆的衬套位移会提供轮胎的纵向位移，轮胎的纵向位移会通过悬架的几何关系产生一定的前束变化 a，而在车辆激烈制动的工况中，纵向力的大小会引起不同横向拉杆衬套刚度的不同位移，此位移量会产生一定的前束变化 b，
a和b的大小是相互抵消还是轻微toe-out，如何和别的参数进行耦合 这都需要主机厂根据自己的整车性能进行选择。并不能保证每个主机厂对纵向特性的设定都如上面的一样。
只是说明，纵向柔性和纵向前束一样， 并不是简单的对标过程， 其中会有很多的参数和性能相互制约，除了上面提到的整车性能， 零部件性能的设定也会其中的一个决定性因素。 
本文通过对悬架开发中纵向柔性和前束变化的分析思路进行简单介绍，阐述整个悬架的开发复杂程度，对于深入了解汽车底盘的设计希望会有所帮助。
 
 
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