汽車懸架緩沖塊的設計開發策略

趙軍峰，陳慶豐

(上海汽車集團股份有限公司商用車技術中心，上海 200438)

汽車懸架緩沖塊的設計開發策略

趙軍峰，陳慶豐

(上海汽車集團股份有限公司商用車技術中心，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，對于壓縮行程較大的緩沖塊，同時也兼起副簧作用。通過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；設計計算；開發策略

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

依照試驗行程對緩沖塊預壓縮2次測量剛度特性，由自由高度起至最大試驗行程止繪制靜剛度曲線，在試驗過程中觀察試驗曲線變化，在曲線經過斜率變化較大的一段到顯著變化的一段時停止(一般是緩沖塊壓縮1/2～2/3 H處)，重復兩次，兩次試驗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，重復一次上述試驗。

1 緩沖塊結構分析

1.1 結構特性分類

橡膠緩沖塊：通過橡膠硫化作用，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，設計時需考慮拔脫力的設計要求，通過測力機沿緩沖塊軸向測量，測得的最小脫離力值需滿足臺架疲勞、整車常規耐久路試要求。

1.2 緩沖塊的功能作用

A.在車輛遇到極限工況時，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，保護其他零部件不受損壞(如：保護減震器免遭損壞)。C.決定后懸架的動撓度，使懸架正常工作時，避免擊穿緩沖塊。D.對車輛的平順性和操穩性有一定的影響。

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的優點(與MDI比較)主要有：A.在靜態和長期動態負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，更長的使用壽命。

緩沖塊的結構設計，需滿足幾點要求：A.首先滿足剛度曲線。B.保證均勻的壓縮形變，更長的使用壽命。C.防止變形不均引起緩沖塊被切割損壞的風險，使緩沖塊具有良好的耐久性。D.唇口結構設計，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，根據試驗工況確定最小拔脫力，緩沖塊不從底座脫出。

1.4 緩沖塊尺寸設計校核

A.根據懸架動行程確定緩沖塊最大壓縮量。B.根據懸架滿載簧載質量以及緩沖塊被壓縮到極限位置時，最大沖擊加速度取3g計算確定。C.滿足柔性接觸，使車輛具有良好的平順性，可通過緩沖塊唇口結構設計保證，開始接觸剛度盡可能小。D.緩沖塊調校：一般緩沖塊調校，主要是調起始端(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，因此在設計開發過程中，要充分考慮影響緩沖塊工作壽命的因素。a.懸架動行程：懸架動行程不足會使緩沖塊持續受沖擊載荷，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滿足最小設計要求。c.緩沖塊安裝位置。如：分析后橋中心的運動軌跡，根據后橋接觸面中心的運動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.緩沖塊的設計結構。

2 緩沖塊設計高度計算

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，與主彈性元件(如：螺旋彈簧、鋼板彈簧)并一個非線性程度很強的彈性元件組合，對車輛的平順性、操穩性有一定影響。

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

2.2 緩沖塊剛度曲線確定方法(結合Adams多體運動學分析軟件計算)

Ride-舒適性階段(近似線性)：從緩沖塊開始接觸為起始點，壓縮位移約20～30 mm，緩沖塊處于線性工作階段。設計注意事項：緩沖塊初始接觸，剛度變化應盡量不明顯，接近于線性曲線，乘員感覺到緩沖塊剛度變化和地面對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生的力值，較均勻地傳遞過渡力。緩沖塊在懸架滿載位置應與接觸面保留10～15 mm間隙，避免緩沖塊在車輛滿載狀態頻繁接觸產生交變力，提高乘員舒適性和緩沖塊的疲勞壽命。

Handling-操穩性階段(非線性)：緩沖塊處于剛度曲線的迅速變化區域，緩沖塊約占總壓縮行程的20%～30%，需滿足質心處橫向加速度0.4～0.5 g的抗側傾性能要求，設計時應充分考慮緩沖塊對側傾角剛度影響，此時緩沖塊曲線的變化率較明顯，可以降低單邊輪心上跳值，減少車輛側傾角，提升車輛的操穩性能。

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，根據其材質進行分類：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量的3～4 g，此時緩沖塊上極限位置負荷的設計值需達到3 g。

圖1 位移-載荷曲線(剛度曲線區域分布設計案例)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-操穩性階段處于剛度曲線迅速過渡階段，接近于曲線拐角部位，應達到車輛抗側傾性能要求，在單邊輪心上跳時能夠起到單邊限位作用，降低車輛側傾角，保證車輛操穩性能。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，能夠起到運動限位作用，防止懸架擊穿，保護主彈性元件作用，提高懸架安全系數值。

3 結語

緩沖塊在懸架上跳行程中能起到限位作用，保護彈性件，防止懸架被“擊穿”所造成的撞擊，當車輪上跳到一定行程時，與主彈性元件(如：螺旋彈簧、鋼板彈簧)并聯一個非線性程度很強的彈性元件-緩沖塊組件，用以限制懸架的上跳動行程，以吸收從車輪傳遞到車身(或車架)上的沖擊載荷，當懸架運動到上跳極限，緩沖塊應停止變形，以充分保護主彈性元件，在彈性件許用設計應力內，滿足懸架疲勞強度的設計要求。

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[3] 成大先.機械設計手冊(單行本· 彈簧·起重運輸件·五金件)[K].北京：化學工業出版社，2010.

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

[5] 汽車工程手冊編輯委員會. 汽車工程手冊[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，學士，中級工程師。