懸架K&C特性中各參數(shù)的分析

段勖超 楊鈞浩

摘 要：文章對(duì)懸架K&C特性中各工況的評(píng)價(jià)參數(shù)進(jìn)行闡述，列舉出各參數(shù)的影響因素，并提出該參數(shù)對(duì)整車的影響，可為設(shè)計(jì)人員提供參考。

關(guān)鍵詞：K&C特性;懸架運(yùn)動(dòng)學(xué);彈性運(yùn)動(dòng)學(xué)

Abstract： In this paper， the evaluation parameters of various working conditions in the K&C characteristics of the suspension are described， the influencing factors of each parameter are listed， and the influence of the parameter on the entire vehicle is proposed， which can provide a reference for designers.

前言

懸架K&C特性是懸架的幾何運(yùn)動(dòng)學(xué)（Kinematics）特性和懸架的彈性運(yùn)動(dòng)學(xué)（Compliance）特性的總稱，懸架K&C特性理論體系已經(jīng)趨于完善，目前主要工作集中在應(yīng)用方面[1]，本文將K&C特性中各參數(shù)的影響因素以及各參數(shù)對(duì)整車性能的影響進(jìn)行闡述。

1 K特性

K&C特性中的運(yùn)動(dòng)學(xué)工況包括平行輪跳、側(cè)傾工況、轉(zhuǎn)向工況。

1.1 平行輪跳工況

平行輪跳工況評(píng)價(jià)的參數(shù)有懸架剛度、跳動(dòng)轉(zhuǎn)向、跳動(dòng)外傾、跳動(dòng)后傾、軸距變化、輪距變化、運(yùn)動(dòng)學(xué)側(cè)傾中心高度[2]。

懸架剛度的影響因素有彈簧剛度、彈簧安裝杠桿比、副簧剛度、襯套剛度。如果懸架剛度過大，懸架較硬，有利于操縱、穩(wěn)定性，不利于平順性;如果懸架剛度過小，懸架較軟，不利于操縱、穩(wěn)定性，有利于平順性。懸架剛度決定偏頻，而前后懸架的偏頻匹配，影響車輛在行駛過程中的前后俯仰感。

跳動(dòng)轉(zhuǎn)向的影響因素有橫拉桿的角度、橫拉桿的長度。隨著車輪的上跳，希望前輪前束角有減小的趨勢(shì)，后輪前束角有增大的趨勢(shì)，這樣有利于車輛不足轉(zhuǎn)向。不同類型的車跳動(dòng)轉(zhuǎn)向的值大小不同，主要在不足轉(zhuǎn)向、直線、行駛穩(wěn)定性、輪胎磨損之間平衡，太大不利于直線行駛穩(wěn)定性和輪胎磨損。

對(duì)于雙橫臂懸架，跳動(dòng)外傾的影響因素取決于上下臂的長短及上下臂內(nèi)外點(diǎn)的相對(duì)高度;對(duì)于麥弗遜懸架，取決于下臂的長短，滑柱的角度;對(duì)于多連桿后懸架，取決外傾桿的長度及內(nèi)外點(diǎn)的相對(duì)高度。隨著車輪的上跳，希望前后輪外傾角有減小的趨勢(shì)，保證車輛在轉(zhuǎn)彎的時(shí)候車輪最大程度上的與地面保持垂直，保證輪胎的側(cè)偏性能。

跳動(dòng)后傾的影響因素有初始后傾角的大小、下臂前后點(diǎn)的相對(duì)高度、縱傾中心與下球頭的相對(duì)高度。隨著車輪的上跳，希望前輪后傾角有增大的趨勢(shì)，保證車輛在制動(dòng)過程中抗點(diǎn)頭能力。但不能太大，避免載荷變化時(shí)出現(xiàn)回正力矩過大或過小，影響轉(zhuǎn)向手感。

軸距變化的影響因素有初始后傾角的大小、下臂前后點(diǎn)的相對(duì)高度、縱傾中心與輪心的相對(duì)高度。隨著車輪的上跳，希望前后輪輪心有向后移動(dòng)的趨勢(shì)，即前懸架有利于軸距減小，后懸架有利于軸距增大，這樣有助于降低沖擊粗躁度，提高平順性。該性能需要與抗點(diǎn)頭角、跳動(dòng)后傾進(jìn)行平衡。

對(duì)于雙橫臂懸架，輪距變化取決于上下臂的長短及上下臂內(nèi)外點(diǎn)的相對(duì)高度[3]，對(duì)于麥弗遜懸架，輪距變化取決于下臂的長短、滑柱的角度。隨著車輪的上跳，希望前后輪輪距有增加的趨勢(shì)，保證車輛在轉(zhuǎn)彎的時(shí)候行駛穩(wěn)定性。但也不能太大，影響直線行駛穩(wěn)定性和輪胎磨損。

對(duì)于雙橫臂懸架，側(cè)傾中心高度取決于上下臂的長短及上下臂內(nèi)外點(diǎn)的相對(duì)高度，對(duì)于麥弗遜懸架，取決于下臂的長短、滑柱的角度。理論上要求側(cè)傾軸線盡量高并且和地面平行，以減弱車身的側(cè)傾趨勢(shì)，并且盡量使側(cè)傾時(shí)前后輪荷轉(zhuǎn)移相近，以保證汽車的乘坐舒適性和操縱穩(wěn)定性。也不能太大，會(huì)影響直線行駛穩(wěn)定性和輪胎磨損，以及直線行駛穩(wěn)定性，并且容易在轉(zhuǎn)彎時(shí)出現(xiàn)轉(zhuǎn)向反沖現(xiàn)象。

1.2 側(cè)傾工況

側(cè)傾工況評(píng)價(jià)的參數(shù)有側(cè)傾剛度、前后側(cè)傾剛度分配、側(cè)傾轉(zhuǎn)向、側(cè)傾外傾。

側(cè)傾剛度的影響因素有懸架剛度、橫向穩(wěn)定桿直徑、橫向穩(wěn)定桿運(yùn)動(dòng)杠桿比。整車側(cè)傾剛度增加，有利于操縱穩(wěn)定性以及控制整車側(cè)傾角的大小，但是不利于過單側(cè)凸起時(shí)頭部的橫向移動(dòng)[4]。

前后側(cè)傾剛度分配的影響因素有前后質(zhì)量分配、前后側(cè)傾控制、不足轉(zhuǎn)向度的大小。一般前后側(cè)傾剛度的分配與前后質(zhì)量分配接近，并且需要一定的不足轉(zhuǎn)向度。前軸側(cè)傾剛度分配越大，越有利于不足轉(zhuǎn)向。

側(cè)傾轉(zhuǎn)向的影響因素有橫拉桿的角度、橫拉桿的長度、橫向穩(wěn)定桿連桿的角度布置、后傾角的大小。隨著車輪上跳，希望前輪前束角有減小的趨勢(shì)，后輪前束角有增大的趨勢(shì)，這樣有利于車輛的不足轉(zhuǎn)向。不同類型的車跳動(dòng)轉(zhuǎn)向的值大小不同，主要在不足轉(zhuǎn)向、直線行駛穩(wěn)定性、輪胎磨損之間平衡。

側(cè)傾外傾的影響因素有跳動(dòng)外傾的大小、橫向穩(wěn)定桿連桿布置。隨著車輪上跳，希望前后輪外傾角有減小的趨勢(shì)，保證車輛在轉(zhuǎn)彎的時(shí)候車輪最大程度上與地面保持垂直，保證輪胎的側(cè)偏性能，此外前后側(cè)傾外傾系數(shù)應(yīng)盡量匹配。

1.3 轉(zhuǎn)向工況

轉(zhuǎn)向工況評(píng)價(jià)的參數(shù)有阿克曼、力矩波動(dòng)。

阿克曼的影響因素是轉(zhuǎn)向梯形的布置。一般將阿克曼百分比控制在40%～80%。

力矩波動(dòng)的影響因素有轉(zhuǎn)向輸入軸、中間軸、輸出軸的軸線布置，以及中間軸兩端十字軸萬向節(jié)的相位角。一般希望轉(zhuǎn)速波動(dòng)小于7%。

2 C特性

K&C特性中的彈性運(yùn)動(dòng)學(xué)工況包括側(cè)向力、縱向力、回正力矩工況。

2.1 側(cè)向力工況

側(cè)向力同向加載工況評(píng)價(jià)的參數(shù)有側(cè)向柔度、側(cè)向力轉(zhuǎn)向、側(cè)向力外傾。

側(cè)向力柔度的影響因素是控制側(cè)向柔度的襯套剛度的大小。設(shè)計(jì)時(shí)希望側(cè)向柔度盡可能的小，提高側(cè)向剛度，有利于直線行駛的穩(wěn)定性，同時(shí)注意對(duì)轉(zhuǎn)向反沖的影響。

側(cè)向力轉(zhuǎn)向的影響因素有控制側(cè)向柔度的襯套剛度的大小，控制前束的襯套剛度的大小，以及二者的相對(duì)距離。設(shè)計(jì)時(shí)希望側(cè)向力轉(zhuǎn)向是有利于不足轉(zhuǎn)向，如果太大，將影響轉(zhuǎn)向的響應(yīng)的快慢。

側(cè)向力外傾的影響因素有控制側(cè)向柔度的襯套剛度的大小，控制外傾的襯套剛度的大小，以及二者的相對(duì)距離?；旧蠈?duì)于前懸架側(cè)向力外傾是有利于不足轉(zhuǎn)向，后懸架的側(cè)向力外傾是有利于過度轉(zhuǎn)向，且不能太大[5]。

側(cè)向力反向加載相比于側(cè)向力同向加載有以下不同：對(duì)于前懸架，不考慮轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及副車架引入的柔性;對(duì)于后懸架，不考慮副車架引入的柔性;對(duì)于后獨(dú)立懸架，如果副車架與車身剛性連接，反向加載與同向加載的特性是一致的;對(duì)于扭轉(zhuǎn)梁后懸架，由于扭轉(zhuǎn)梁本身結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變形，反向與同向的特性略有不同。

2.2 縱向力工況

縱向力加載工況評(píng)價(jià)的參數(shù)有縱向柔度、縱向力轉(zhuǎn)向。

縱向柔度的影響因素是控制縱向柔度的襯套剛度的大小。設(shè)計(jì)時(shí)希望有一定的縱向柔度，以降低沖擊時(shí)的粗糙度，提高平順性能。

縱向力轉(zhuǎn)向的影響因素有控制縱向柔度的襯套剛度的大小，控制前束的襯套剛度的大小，以及二者的相對(duì)距離。設(shè)計(jì)時(shí)希望縱向力轉(zhuǎn)向是有利于不足轉(zhuǎn)向，如果太大，將影響直線制動(dòng)的穩(wěn)定性，在ABS/ESP標(biāo)定時(shí)，需關(guān)注這個(gè)特性，保證不同路面下的穩(wěn)定性。

2.3 縱向力工況

回正力矩加載工況評(píng)價(jià)的參數(shù)是回正力矩轉(zhuǎn)向?；卣剞D(zhuǎn)向影響因素有控制側(cè)向、縱向柔度的襯套剛度的大小，控制前束的襯套剛度的大小，扭桿剛度。對(duì)于前軸，回正力矩轉(zhuǎn)向基本上都是有利于不足轉(zhuǎn)向的，因?yàn)橹苯臃磻?yīng)了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的逆向剛度，所以不能太大，以免造成轉(zhuǎn)向反沖。

3 結(jié)論

懸架K&C特性的各參數(shù)可以通過仿真或者試驗(yàn)的方法獲取，在需要優(yōu)化某項(xiàng)參數(shù)時(shí)，設(shè)計(jì)人員可以通過修改本文所列該項(xiàng)參數(shù)對(duì)應(yīng)的影響因素而達(dá)到優(yōu)化K&C特性的目的。

參考文獻(xiàn)

[1] 李寧.乘用車懸架K&C特性試驗(yàn)技術(shù)及裝備研究[D].吉林大學(xué)汽車工程學(xué)院，2013.

[2] 管欣，逄淑一，詹軍.懸架K&C特性在底盤性能分析中的研究[J].汽車技術(shù).2010（02）.

[3] Hazem Ali Attia. Dynamic modelling of the double wishbone motor- vehicle suspension system[J]2002，European Journal of Mechanics /A Solids（1）：167-174.

[4] 劉勇.基于操縱穩(wěn)定性的N2車型底盤結(jié)構(gòu)改進(jìn)與優(yōu)化[D].天津大學(xué)車輛工程，2014.

[5] 王杰，騰騰，郇彥，張明遠(yuǎn)，周宇飛，楊小牛.轎車用高性能聚氨酯緩沖塊[A].中國聚氨酯工業(yè)協(xié)會(huì)第十七次年會(huì)論文集[C].2014（8）.