車(chē)輛懸架KC特性對(duì)比分析

江匯洋,劉艷華,張梟鵬,晉清海

(華晨汽車(chē)工程研究院 底盤(pán)集成工程室, 遼寧沈陽(yáng) 11041)

車(chē)輛懸架KC特性對(duì)比分析

江匯洋,劉艷華,張梟鵬,晉清海

(華晨汽車(chē)工程研究院 底盤(pán)集成工程室, 遼寧沈陽(yáng) 11041)

以4臺(tái)SUV車(chē)為例，對(duì)汽車(chē)懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)與彈性運(yùn)動(dòng)學(xué)試驗(yàn)方法作了簡(jiǎn)單的介紹與分析，通過(guò)試驗(yàn)獲得了試驗(yàn)車(chē)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)及相關(guān)特性。

懸架；K & C特性；運(yùn)動(dòng)學(xué)；彈性運(yùn)動(dòng)學(xué)

Abstract:Taking 4 SUVs as example, K&C performances test methods were introduced. The test data and correlative performance of the test cars were gotten.

Keywords: Suspension system; K&C performances; Kinematics; Compliance

0 前言

懸架系統(tǒng)是底盤(pán)的核心，其K&C特性(懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)特性與彈性運(yùn)動(dòng)學(xué)特性的總稱(chēng)，簡(jiǎn)稱(chēng)K&C)與底盤(pán)性能直接相關(guān)，在底盤(pán)開(kāi)發(fā)階段具有重要的作用。懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)特性描述的是不考慮懸架質(zhì)量和受力情況下的剛性結(jié)構(gòu)變形，當(dāng)車(chē)輪上下跳動(dòng)時(shí)，車(chē)輪定位參數(shù)、懸架剛度等參數(shù)相應(yīng)的變化關(guān)系。而彈性運(yùn)動(dòng)學(xué)特性則是在考慮力和力矩引起的彈簧、襯套、穩(wěn)定桿受力變形的情況下，車(chē)輪定位參數(shù)、懸架剛度等參數(shù)的變化關(guān)系[1-3]。國(guó)外學(xué)者在這方面展開(kāi)了較多的研究，國(guó)內(nèi)相對(duì)較晚。國(guó)內(nèi)關(guān)于懸架的研究非常多，從非獨(dú)立懸架到獨(dú)立懸架，從主動(dòng)懸架到被動(dòng)懸架。但對(duì)如何評(píng)價(jià)不同懸架的特性、懸架評(píng)價(jià)指標(biāo)的實(shí)際工程開(kāi)發(fā)數(shù)值范圍，沒(méi)有明確地進(jìn)行論述。以K&C試驗(yàn)結(jié)果為基礎(chǔ)，對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)對(duì)比分析。

1 懸架系統(tǒng)K&C試驗(yàn)

1.1 K&C試驗(yàn)臺(tái)坐標(biāo)系

1.2 KC試驗(yàn)內(nèi)容

K&C試驗(yàn)包括5種工況：縱向力、側(cè)向力、回正力矩、輪跳及轉(zhuǎn)向。同向輪跳工況試驗(yàn)是從指定的車(chē)輛載荷狀態(tài)下，通過(guò)車(chē)輪垂直載荷使車(chē)輪上下跳動(dòng)，測(cè)試車(chē)輪定位參數(shù)變化量、懸架輪心剛度和輪胎接地點(diǎn)剛度等；反向輪跳工況只是左右車(chē)輪加載垂直載荷與同向輪跳動(dòng)作相反，模擬汽車(chē)側(cè)傾運(yùn)動(dòng)工況。縱向力工況模擬汽車(chē)制動(dòng)，測(cè)試車(chē)輪定位參數(shù)的變化量以及輪胎縱向柔度等。側(cè)向力工況試驗(yàn)是加載同向或反向側(cè)向力，測(cè)試車(chē)輪定位參數(shù)的變化量、輪胎的側(cè)向柔度以及側(cè)傾力矩中心位置等。回正力矩工況加載試驗(yàn)是通過(guò)試驗(yàn)臺(tái)對(duì)車(chē)輪加載同向或反向回正力矩，測(cè)試車(chē)輪前束角與外傾角的變化量。懸架K&C特性試驗(yàn)臺(tái)亦可進(jìn)行轉(zhuǎn)向系統(tǒng)特性試驗(yàn)，在不考慮地面摩擦力的情況下，測(cè)出轉(zhuǎn)向系統(tǒng)自身的轉(zhuǎn)向干摩擦，包括阿克曼特性、轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比特性、瞬時(shí)轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比特性、車(chē)輪轉(zhuǎn)角隨方向盤(pán)轉(zhuǎn)角變化關(guān)系以及外傾角隨車(chē)輪轉(zhuǎn)角變化關(guān)系等。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可以得懸架K&C評(píng)價(jià)指標(biāo)曲線，然后可以根據(jù)這些曲線調(diào)校整車(chē)的操控性[6-8]。

2 KC試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

使用國(guó)內(nèi)主流的4臺(tái)SUV進(jìn)行KC試驗(yàn)，試驗(yàn)車(chē)輛均加載到設(shè)計(jì)載荷。同時(shí)將車(chē)輛固定在鐵地板上，限制車(chē)身的任何運(yùn)動(dòng)。通過(guò)車(chē)輪6自由度測(cè)量系統(tǒng)的6個(gè)編碼器測(cè)量車(chē)輪輪心3個(gè)方向位移以及前束角的變化量、車(chē)輪外傾角及主銷(xiāo)后傾角的變化量。圖中不同顏色的4條曲線分別代表4臺(tái)SUV，前懸架全部采用麥弗遜式獨(dú)立懸架，可以得出這類(lèi)車(chē)型的前懸架實(shí)際工程開(kāi)發(fā)數(shù)值范圍，后懸架分別為：紅線代表雙叉桿獨(dú)立懸架，藍(lán)線代表扭力梁非獨(dú)立懸架，綠線代表雙連桿獨(dú)立懸架，黑線代表多連桿獨(dú)立懸架，可以評(píng)價(jià)不同懸架的特性。

2.1 輪跳工況試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

輪跳工況試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2—6。

2.2 縱向力工況試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

縱向力工況試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖7—9。

2.3 側(cè)向力工況試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

如果這種“流水線”教育模式普遍存在的話，對(duì)我們的民族何其戕害。老桿從最基本的識(shí)字開(kāi)始教起，然而字典連縣城都沒(méi)有。不認(rèn)字又能怎么辦呢？抄字典。這是識(shí)字最好的辦法，連這個(gè)最好的辦法也是抄，獨(dú)立思考的前提根本不存在。抄好了，帶回去，以后還有更大的字典，還要抄。對(duì)文化的極端渴望反映出文化知識(shí)的極端貧窮。當(dāng)老桿在講解如何寫(xiě)作時(shí)，畫(huà)面上只有上學(xué)兩個(gè)字，強(qiáng)烈的畫(huà)面對(duì)比不禁讓人發(fā)問(wèn)，上學(xué)到底要學(xué)什么？老桿被辭退離開(kāi)時(shí)，把字典送給了王福，卻告誡他，不要抄，連字典也不要抄。

側(cè)向力工況試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖10—13。

2.4 回正力矩工況試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

回正力矩工況試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖14—17。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 前束角試驗(yàn)結(jié)果分析

前束過(guò)大或?yàn)榱闱笆拓?fù)前束都會(huì)使車(chē)輪在地面上出現(xiàn)邊滾邊滑的現(xiàn)象，從而增加汽車(chē)的行駛阻力及輪胎的磨損，造成汽車(chē)操縱穩(wěn)定性變差。設(shè)計(jì)上希望前輪上跳時(shí)車(chē)輪呈弱負(fù)前束變化。在汽車(chē)的前軸，如果上跳的車(chē)輪產(chǎn)生后束角，下落的車(chē)輪產(chǎn)生前束角，則在車(chē)身側(cè)傾時(shí)，轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角會(huì)發(fā)生輕微回轉(zhuǎn)，從而使汽車(chē)具有不足轉(zhuǎn)向特性。由圖2可以看出：同向輪跳工況時(shí)，4臺(tái)SUV車(chē)輪前束角斜率如表1所示。

表1 K特性前束角變化率(°)/cm

紅線藍(lán)線綠線黑線左前束值-0.06925-0.03385-0.04123-0.0562右前束值-0.0455-0.03528-0.009054-0.05601

側(cè)向力工況時(shí)，左后車(chē)輪前束角變化趨勢(shì)有明顯不同。藍(lán)色曲線為扭力梁非獨(dú)立懸架，該車(chē)后軸車(chē)輪前束角在轉(zhuǎn)彎過(guò)程中抵抗輪胎自身運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的能力較弱，這加劇了汽車(chē)過(guò)多轉(zhuǎn)向趨勢(shì)[9-10]，如表2所示。

表2 C特性前束角變化率(°)/kN

紅線藍(lán)線綠線黑線左后前束值0.18220.078880.17940.1911右后前束值0.17770.041430.15030.2304

3.2 外傾角試驗(yàn)結(jié)果分析

為了使汽車(chē)具有較好的操縱穩(wěn)定性，應(yīng)盡量減少車(chē)輪相對(duì)車(chē)身跳動(dòng)時(shí)的外傾角變化。由圖 3 可以看出：同向輪跳工況時(shí)，4臺(tái)SUV車(chē)輪外傾角斜率如表3所示。

表3 K特性外傾角變化率(°)/cm

紅線藍(lán)線綠線黑線左前外傾值-0.0462-0.1305-0.08454-0.1086右前外傾值-0.06199-0.1276-0.08629-0.1298左后外傾值-0.1744-0.0565-0.09782-0.2952右后外傾值-0.1929-0.04878-0.09245-0.2903

C特性分析時(shí)，各車(chē)型外傾角變化趨勢(shì)很小，縱向力與回正力矩工況下外傾角變化基本為0，同向側(cè)向力工況時(shí)車(chē)輪外傾角斜率如表4所示。

表4 C特性外傾角變化率(°)/kN

紅線藍(lán)線綠線黑線左前外傾值0.15590.19220.19540.1732右前外傾值0.15250.20470.1710.1423左后外傾值0.14050.20040.17860.2346右后外傾值0.13020.22160.16750.2473

3.3 主銷(xiāo)后傾角試驗(yàn)結(jié)果分析

主銷(xiāo)后傾角的主要作用是當(dāng)汽車(chē)行駛時(shí)轉(zhuǎn)向輪產(chǎn)生回正力矩，使汽車(chē)保持直線行駛，主銷(xiāo)后傾角太小造成不穩(wěn)定，轉(zhuǎn)向后缺乏方向盤(pán)自動(dòng)回正能力，車(chē)速高時(shí)容易發(fā)飄。由圖 4 可以看出：車(chē)輪上跳時(shí)一般要求后傾角有增加的趨勢(shì)，這樣可以抵消制動(dòng)點(diǎn)頭時(shí)后傾角減小的趨勢(shì)。主銷(xiāo)后傾角不對(duì)稱(chēng)就會(huì)造成跑偏，跑偏方向主銷(xiāo)后傾角較小的一側(cè)。同向輪跳工況時(shí)主銷(xiāo)后傾角如表5所示。

表5 K特性主銷(xiāo)后傾角變化率(°)/cm

紅線藍(lán)線綠線黑線左前后傾角0.15080.13120.078450.1145右前后傾角0.15010.1450.084350.1077左后后傾角-1.055-1.354-0.03285-0.9564右后后傾角-1.036-1.352-0.04216-0.9379

縱向力后傾工況時(shí)，主銷(xiāo)后傾角如表6所示。

表6 C特性主銷(xiāo)后傾角變化率(°)/kN

紅線藍(lán)線綠線黑線左前后傾角0.93481.0640.64270.9097右前后傾角0.96091.0920.61720.9134左后后傾角-0.8141-0.6646-0.8544-0.6452右后后傾角-0.6755-0.6504-0.7834-0.6227

4 結(jié)論

由圖2—17可看出：相同的前懸麥弗遜懸架型式在K & C各工況下，四輪定位參數(shù)區(qū)別不大，但后懸四輪定位參數(shù)在輪跳和側(cè)向力工況下有明顯的區(qū)別。這是由于懸架的結(jié)構(gòu)型式和運(yùn)動(dòng)原理不同：獨(dú)立懸架左右車(chē)輪單獨(dú)跳動(dòng)，互不相干。半獨(dú)立扭力梁懸架通過(guò)一根扭力梁來(lái)平衡左右車(chē)輪的上下跳動(dòng)，雖然在上下跳過(guò)程中扭力梁會(huì)發(fā)生變形，但是左右輪在彈跳時(shí)還是會(huì)相互牽連，設(shè)計(jì)自由度小。

對(duì)影響整車(chē)操縱穩(wěn)定性的懸架K&C特性進(jìn)行了論述，闡述了K&C試驗(yàn)方法及所測(cè)參數(shù)，以4款SUV為例，為K&C特性參數(shù)的評(píng)價(jià)和整車(chē)操縱穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。

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AnalysisonK&CPerformancesofVehicleSuspensionSystem

JIANG Huiyang, LIU Yanhua, ZHANG Xiaopeng, JIN Qinghai

(Brilliance Automotive Engineering Research Institute, Shenyang Liaoning 11041,China)

2014-02-18

江匯洋(1986—)，男，碩士，工程師，研究方向?yàn)槠?chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)。E-mail：651459607@qq.com。