一種抗側(cè)傾汽車油氣懸架的剛度分析及設(shè)計方法研究

陳沖

摘 要：本文圍繞一種基于抗側(cè)傾汽車油氣懸架的剛度以及設(shè)計方法展開分析，首先給出了基于汽車油氣懸架特性提升側(cè)傾角剛度水平的設(shè)計方案，并結(jié)合該設(shè)計方案，對其剛度水平展開驗算與分析，對側(cè)傾角剛度特性進(jìn)行總結(jié)，僅供參考。

關(guān)鍵詞：汽車;油氣懸架;抗側(cè)傾;剛度

1 抗側(cè)傾汽車油氣懸架方案

下圖（見圖1）所示給出了基于油氣懸架特性提升汽車側(cè)傾角剛度水平的設(shè)計方案。結(jié)合圖1，于橋懸架中左右兩側(cè)分別布置蓄能器裝置以及工作油缸裝置，左側(cè)油缸下腔直接連通右側(cè)油缸上腔油路，同時蓄能器裝置功效一致，共兩側(cè)油缸使用，如左側(cè)油缸裝置面向左側(cè)油缸提供主腔壓力支持，同時面向右側(cè)油缸提供上腔壓力支持，形成左右完全對稱的結(jié)構(gòu)方案，與汽車質(zhì)量分布對稱性保持一致，即從本質(zhì)上來說，這種汽車側(cè)傾角剛度方案是由兩個一致且?guī)в蟹磯簹馐矣蜌鈴椈晒蚕硇钅芷餮b置所構(gòu)成的結(jié)構(gòu)。

在承受側(cè)傾力矩作用力的情況下，懸架一側(cè)油氣彈簧活塞桿同時承受附加壓縮作用力影響，導(dǎo)致相應(yīng)側(cè)車身呈現(xiàn)出下沉趨勢。另一側(cè)活塞桿承受附加拉力作用，導(dǎo)致相應(yīng)側(cè)車身呈現(xiàn)出上升趨勢。對于受壓一側(cè)而言，下腔壓力呈現(xiàn)出明顯的增高趨勢，并且受兩側(cè)油缸油路連通的因素影響，相對一側(cè)上墻壓力增大導(dǎo)致活塞以及車身同步下降。與此同時，對于受拉伸作用力影響一側(cè)而言，由于下腔壓力呈下降趨勢，在吸入油液的過程當(dāng)中導(dǎo)致對側(cè)活塞上移，車身呈現(xiàn)出一定程度上的上升趨勢，并與該側(cè)車身下降的作用力相互抵抗。基于這種方式，通過兩側(cè)彈簧油路的溝通，發(fā)揮對車身的抗側(cè)傾功效。相較于常規(guī)意義上的汽車油氣懸架結(jié)構(gòu)而言，基于抗側(cè)傾的油氣懸架結(jié)構(gòu)更為簡單，且實現(xiàn)了對蓄能器裝置的節(jié)約，因而整套設(shè)計方案被目前廣泛應(yīng)用于汽車設(shè)計制造領(lǐng)域中。

2 剛度特性分析

如圖1所示，將油缸裝置內(nèi)活塞有效面積定義為Ac，將活塞桿橫截面積定義為Ar，則有桿腔有效面積Ae可以用（Ac-Ar）表示。同時，定義油腔壓力為P，定義蓄能器裝置內(nèi)部氣體體積為V，油缸裝置負(fù)荷水平為Q（以QL為左側(cè)油缸負(fù)荷，以Qr為右側(cè)油缸負(fù)荷，以Qo為靜平衡位置）。假定對于抗側(cè)傾汽車油氣懸架結(jié)構(gòu)而言，靜平衡位置下蓄能器裝置狀態(tài)呈現(xiàn)出一致性的特點，則如下式（1）所示氣體狀態(tài)方程關(guān)系成立：

根據(jù)式（4）可知，上圖1中所列舉汽車油氣懸架結(jié)構(gòu)剛度并非單純意義上兩個普通油氣彈簧裝置剛度水平的并聯(lián)，但在具體形式上可以將其視作兩個特殊反壓油氣彈簧裝置的并聯(lián)。在不納入對側(cè)傾角因素考量的前提下，式（4）與兩個上腔、下腔共用氣室油氣彈簧裝置的并聯(lián)完全等效，在此過程當(dāng)中，等效活塞桿截面面積對油氣彈簧并聯(lián)會產(chǎn)生直接影響。

3 結(jié)束語

在汽車設(shè)計制造過程當(dāng)中，引入油氣懸架結(jié)構(gòu)對提升汽車行駛平穩(wěn)性，優(yōu)化燃油應(yīng)用效益有非常重要的意義與價值。為確保汽車行駛平穩(wěn)可靠，油氣懸架結(jié)構(gòu)彈簧剛度水平應(yīng)當(dāng)盡可能低，但受懸架側(cè)傾角剛度較小這一因素的影響，轉(zhuǎn)彎行駛中可能導(dǎo)致車身發(fā)生較為明顯的傾斜，給駕乘人員帶來不良體驗。因此，如何基于油氣懸架特性對汽車側(cè)傾角剛度水平進(jìn)行提升，已成為業(yè)內(nèi)人士高度重視的一項課題。本文嘗試圍繞上述問題展開系統(tǒng)分析，并對抗側(cè)傾的油氣懸架結(jié)構(gòu)方案及其剛度水平展開詳細(xì)研究，僅供參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]畢翠英.礦用汽車前懸架瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)側(cè)傾特性分析[J].機(jī)械設(shè)計與制造，2016（10）：132-136.

[2]曹東興，李慶，胡文華等.連通式油氣懸架三軸重型車輛模型非線性動力學(xué)分析[J].動力學(xué)與控制學(xué)報，2016，14（04）：337-342.