汽車懸架緩沖塊的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)策略

趙軍峰，陳慶豐

(上海汽車集團(tuán)股份有限公司商用車技術(shù)中心，上海 200438)

汽車懸架緩沖塊的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)策略

趙軍峰，陳慶豐

(上海汽車集團(tuán)股份有限公司商用車技術(shù)中心，上海 200438)

緩沖塊也稱行程限位器，主要功能為限制車輪上跳行程，防止懸架主彈性件超載失效，對(duì)于壓縮行程較大的緩沖塊，同時(shí)也兼起副簧作用。通過(guò)具有遞增特性的緩沖塊和主彈性件組合，可以獲得所需的彈性特性曲線，滿足懸架彈性特性需求。

汽車懸架；緩沖塊；設(shè)計(jì)計(jì)算；開(kāi)發(fā)策略

緩沖塊在懸架設(shè)計(jì)中，主要考慮如下因素，車輪上跳至最大動(dòng)行程時(shí),需滿足以下條件: A.彈簧不出現(xiàn)“并圈”導(dǎo)致異響。B.減振器活塞不撞底(油缸底部)。C.變形過(guò)程中無(wú)明顯的“撞擊感”。D.變形到懸架上極限位置高度時(shí)，彈性元件強(qiáng)度和疲勞壽命滿足設(shè)計(jì)要求。

依照試驗(yàn)行程對(duì)緩沖塊預(yù)壓縮2次測(cè)量剛度特性，由自由高度起至最大試驗(yàn)行程止繪制靜剛度曲線，在試驗(yàn)過(guò)程中觀察試驗(yàn)曲線變化，在曲線經(jīng)過(guò)斜率變化較大的一段到顯著變化的一段時(shí)停止(一般是緩沖塊壓縮1/2～2/3 H處)，重復(fù)兩次，兩次試驗(yàn)的曲線必須較好地重合在一起，誤差不大于2%，改變加載速度，重復(fù)一次上述試驗(yàn)。

1 緩沖塊結(jié)構(gòu)分析

1.1 結(jié)構(gòu)特性分類

橡膠緩沖塊：通過(guò)橡膠硫化作用，固定在金屬底板上。聚氨酯緩沖塊：用托盤將聚氨酯緩沖塊卡緊，設(shè)計(jì)時(shí)需考慮拔脫力的設(shè)計(jì)要求，通過(guò)測(cè)力機(jī)沿緩沖塊軸向測(cè)量，測(cè)得的最小脫離力值需滿足臺(tái)架疲勞、整車常規(guī)耐久路試要求。

1.2 緩沖塊的功能作用

A.在車輛遇到極限工況時(shí)，緩沖塊撞擊后橋面起到限位作用，防止金屬和金屬碰撞。B.在限位位置時(shí)，保護(hù)其他零部件不受損壞(如：保護(hù)減震器免遭損壞)。C.決定后懸架的動(dòng)撓度，使懸架正常工作時(shí)，避免擊穿緩沖塊。D.對(duì)車輛的平順性和操穩(wěn)性有一定的影響。

1.3 材料特性分析

緩沖塊常用材料包含：橡膠、聚氨酯材料，目前用在汽車緩沖塊上的聚氨酯材料主要是NDI和MDI。NDI的優(yōu)點(diǎn)(與MDI比較)主要有：A.在靜態(tài)和長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)負(fù)荷下較小的永久壓縮形變。B.更好的抗低溫和耐濕熱老化性能，更長(zhǎng)的使用壽命。

緩沖塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，需滿足幾點(diǎn)要求：A.首先滿足剛度曲線。B.保證均勻的壓縮形變，更長(zhǎng)的使用壽命。C.防止變形不均引起緩沖塊被切割損壞的風(fēng)險(xiǎn)，使緩沖塊具有良好的耐久性。D.唇口結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，滿足柔軟接觸。接觸剛度盡可能小，使車輛具有良好的平順性。E.底座拔脫力，根據(jù)試驗(yàn)工況確定最小拔脫力，緩沖塊不從底座脫出。

1.4 緩沖塊尺寸設(shè)計(jì)校核

A.根據(jù)懸架動(dòng)行程確定緩沖塊最大壓縮量。B.根據(jù)懸架滿載簧載質(zhì)量以及緩沖塊被壓縮到極限位置時(shí)，最大沖擊加速度取3g計(jì)算確定。C.滿足柔性接觸，使車輛具有良好的平順性，可通過(guò)緩沖塊唇口結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)保證，開(kāi)始接觸剛度盡可能小。D.緩沖塊調(diào)校：一般緩沖塊調(diào)校，主要是調(diào)起始端(Ride)的剛度和限位行程。E.疲勞壽命性能影響因素：緩沖塊要承受較大的沖擊載荷，容易疲勞損壞，喪失功能，因此在設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，要充分考慮影響緩沖塊工作壽命的因素。a.懸架動(dòng)行程：懸架動(dòng)行程不足會(huì)使緩沖塊持續(xù)受沖擊載荷，容易疲勞損壞。b.緩沖塊接觸面的面積：考慮到緩沖塊壓縮膨脹直徑變大(緩沖塊極限膨脹量20%考慮)，后橋接觸面的直徑應(yīng)滿足最小設(shè)計(jì)要求。c.緩沖塊安裝位置。如：分析后橋中心的運(yùn)動(dòng)軌跡，根據(jù)后橋接觸面中心的運(yùn)動(dòng)軌跡確定緩沖塊的安裝位置，盡量保證緩沖塊接觸在后橋面中心位置。d. SVSA(side view swing arm angle)緩沖塊安裝角度校核。e.緩沖塊材料選擇。f.緩沖塊的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。

2 緩沖塊設(shè)計(jì)高度計(jì)算

2.1 緩沖塊尺寸確定方法

自由高度I0：車輪上跳至緩沖塊的初始接觸點(diǎn)，與主彈性元件(如：螺旋彈簧、鋼板彈簧)并一個(gè)非線性程度很強(qiáng)的彈性元件組合，對(duì)車輛的平順性、操穩(wěn)性有一定影響。

上極限截止壓縮高度IB：懸架上跳到極限位置起限位作用，保護(hù)主彈性件，防止懸架被“擊穿”，用以限制懸架的上跳動(dòng)行程，以吸收從車輪傳遞到車身(或車架)上的沖擊載荷，充分保護(hù)主彈性元件，在彈性件許用設(shè)計(jì)應(yīng)力內(nèi)，滿足懸架疲勞強(qiáng)度的設(shè)計(jì)要求。

2.2 緩沖塊剛度曲線確定方法(結(jié)合Adams多體運(yùn)動(dòng)學(xué)分析軟件計(jì)算)

Ride-舒適性階段(近似線性)：從緩沖塊開(kāi)始接觸為起始點(diǎn)，壓縮位移約20～30 mm，緩沖塊處于線性工作階段。設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)：緩沖塊初始接觸，剛度變化應(yīng)盡量不明顯，接近于線性曲線，乘員感覺(jué)到緩沖塊剛度變化和地面對(duì)車輛沖擊的敏感程度較低，緩沖塊端頭接觸面積較小，減少緩沖塊受力變形產(chǎn)生的力值，較均勻地傳遞過(guò)渡力。緩沖塊在懸架滿載位置應(yīng)與接觸面保留10～15 mm間隙，避免緩沖塊在車輛滿載狀態(tài)頻繁接觸產(chǎn)生交變力，提高乘員舒適性和緩沖塊的疲勞壽命。

Handling-操穩(wěn)性階段(非線性)：緩沖塊處于剛度曲線的迅速變化區(qū)域，緩沖塊約占總壓縮行程的20%～30%，需滿足質(zhì)心處橫向加速度0.4～0.5 g的抗側(cè)傾性能要求，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮緩沖塊對(duì)側(cè)傾角剛度影響，此時(shí)緩沖塊曲線的變化率較明顯，可以降低單邊輪心上跳值，減少車輛側(cè)傾角，提升車輛的操穩(wěn)性能。

Energy Management-上極限位置限位功能階段(非線性)：緩沖塊上極限位置確認(rèn)，根據(jù)其材質(zhì)進(jìn)行分類：橡膠緩沖塊壓縮行程約占總高度的50%，聚氨酯緩沖塊壓縮行程約占總高度的68%～78%。緩沖塊上極限位置，緩沖塊和主彈性元件的承載力需滿足滿載簧載質(zhì)量的3～4 g，此時(shí)緩沖塊上極限位置負(fù)荷的設(shè)計(jì)值需達(dá)到3 g。

圖1 位移-載荷曲線(剛度曲線區(qū)域分布設(shè)計(jì)案例)Fig.1 Displacement-load curve (stiffness curve area distribution design case)

從圖1可知：Ride-舒適性階段剛度曲線變化率較小。Handling-操穩(wěn)性階段處于剛度曲線迅速過(guò)渡階段，接近于曲線拐角部位，應(yīng)達(dá)到車輛抗側(cè)傾性能要求，在單邊輪心上跳時(shí)能夠起到單邊限位作用，降低車輛側(cè)傾角，保證車輛操穩(wěn)性能。Energy Management-上極限位置限位階段，緩沖塊剛度曲線變化率較大，隨著位移值增加，緩沖塊力值陡增，能夠起到運(yùn)動(dòng)限位作用，防止懸架擊穿，保護(hù)主彈性元件作用，提高懸架安全系數(shù)值。

3 結(jié)語(yǔ)

緩沖塊在懸架上跳行程中能起到限位作用，保護(hù)彈性件，防止懸架被“擊穿”所造成的撞擊，當(dāng)車輪上跳到一定行程時(shí)，與主彈性元件(如：螺旋彈簧、鋼板彈簧)并聯(lián)一個(gè)非線性程度很強(qiáng)的彈性元件-緩沖塊組件，用以限制懸架的上跳動(dòng)行程，以吸收從車輪傳遞到車身(或車架)上的沖擊載荷，當(dāng)懸架運(yùn)動(dòng)到上跳極限，緩沖塊應(yīng)停止變形，以充分保護(hù)主彈性元件，在彈性件許用設(shè)計(jì)應(yīng)力內(nèi)，滿足懸架疲勞強(qiáng)度的設(shè)計(jì)要求。

[1] 王見(jiàn).聚氨酯減振緩沖塊靜態(tài)特性有限元分析及對(duì)比實(shí)驗(yàn)[J].科協(xié)論壇，2009，(03):91-92.

[2] 王望予.汽車設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社(第四版)，2004.

[3] 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)(單行本· 彈簧·起重運(yùn)輸件·五金件)[K].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

[4] 李建星，王家銀，楊穎韜. 緩沖限位塊的性能及應(yīng)用[J].汽車與配件，1999，(36):9.

[5] 汽車工程手冊(cè)編輯委員會(huì). 汽車工程手冊(cè)[K].北京：人民交通出版社，2001.

Design and development strategy of buffer stopper for automobile suspension

ZHAO Jun-feng, CHEN Qing-feng

(SAIC Motor Co., Ltd., Commercial Vehicle Technical Center, Shanghai 200438, China)

Buffer stopper is also called a distance limiter, the main function of which is to limit wheel jump and prevent suspension overloading failure, and it also acts as a secondary spring according to the buffer stopper with large compression travel. The desired elastic characteristic curve can be obtained to meet the requirements of elastic characteristics of suspension by integrating the buffer stopper and main elastic parts.

Automobile suspension; Buffer stopper; Design calculation; Development strategy

U463

： B

： 1674-8646(2017)16-0026-02

2017-05-23

趙軍峰(1983-)，男，學(xué)士，中級(jí)工程師。