汽车悬架主要性能参数的匹配研究概要.docx
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汽车悬架主要性能参数的匹配研究概要
汽车悬架主要性能参数的匹配研究
王宇,秦峰,高连兴
(沈阳农业大学工程学院,沈阳110161
摘要:
通过对汽车悬架结构的比较,对悬架静挠度和动挠度的匹配和车身侧倾中心高度与悬架侧倾角刚度在车轮的分配问题进行分析,利用生产试验的方法,总结了车辆运动特性要求下的悬架设计规则,为确定汽车悬架系统主要性能参数的设计和初始值提供了依据,进而合理地匹配确定其主要性能指标。
关键词:
汽车;悬架系统;设计规则;性能匹配
中图分类号:
U461.4文献标识码:
B文章编号:
1006-0006(200602-0083-02
StudyonMainParametersMatchingofVehicleSuspensionSystem
WANGYu,QINFeng,GAOLian-xing
(CollegeofEngineering,ShengyangAgriculturalUniversity,Shenyang110161,China
Abstrac:
tBycomparisonamongdifferentsuspensionstructuresandanalysesonthematchingbetweenthestatic
flexibilityandmoveflexibilityofsuspensionaswellasthedistributionofthebodywork.slistcenterheightandthesuspension.slistanglerigidityamongwheels,thepapersummarizedthesuspensiondesignrulesundertherequirementsofmovementcharacteristicsaccordingtothemanufacturingtestmethod.Theoptmialparametersofvehiclesuspensionsystemcanbedeterminedbythemodelandthemethodpresentedinthispaper,soastherationalmatchingandthemainperformancetargetbereached.
Keywords:
Automobile;Suspension;Designingrules;Performancematching
汽车悬架是车架或承载式车身与车桥(或车轮之间的一切传力连接装置的总称,是汽车的一个重要组成部分,它的作用是把路面作用于车轮上的支承力、牵引力、制动力和侧向反力以及这些反力所造成的力矩传递到车架或承载式车身,是影响汽车行驶平顺性、制动性和操纵稳定性的重要因素[1]。
1前后悬架静挠度和动挠度的匹配
经过理论研究和使用经验证明,汽车前、后悬架与其簧载质量组成的振动系统频率是影响汽车行驶平顺性的主要
参数之一。
现代汽车的质量分配系数E=Q2
/ab=0.8~1.2,
可以近似地认为E=1[2]。
因此,前后轴上方车身两点的振动不存在联系,其前后部分车身的振动频率(亦称偏频可由下式表示
n1=
1
2P
11n2=12P22
式中c1,c2前后悬架的刚度,N/mm
m1,m2前后悬架的簧载质量,kg
而悬架的静挠度与簧载质量和悬架刚度的关系(当采用线性悬架时为:
fc1=m1g/c1,fc2=m2g/c2,代入上式(取g=9810mm/s2可得
n1U
5
c1
n2U5c2
式中n1,n2前后悬架的偏频,Hz
fc1,fc2前后悬架在簧载质量m1和m2作用下的静
挠度,mm
悬架设计中,因为车身振动偏频与悬架的静挠度有关,应先根据行驶平顺性来确定n1和n2,然后再由上式来确定前后静挠度fc1和fc2。
现代各种车辆的偏频和静挠度如表1所示。
目前,有些汽车的偏频下降至0.8~1.3Hz的趋势,主要目的是为了减小振动加速度和改善车轮的路面附着性能。
表1典型汽车的偏频与挠度
Tab.1FrequencyandDeflectionofTypicalVehicle车型偏频n/Hz静挠度fc/cm
动挠度fd/cm
货车1.5~2.25~116~9轿车0.9~1.610~307~9大客车1.3~1.87~155~8越野车
1.4~2.0
6~13
7~13
可知前后悬架系统的偏频及静挠度的匹配,对汽车行驶平顺性也有很大的影响,应使前后悬架的静挠度值及偏频值接近些,以免造成较大的车身纵向角振动。
理论分析表明,当车辆以较高车速驶过单个路障时,n1/n2<1时的车身角振动比n1/n2>1时要小,因此推荐取fc2/fc1=0.8~0.9。
悬架的静挠度与弹性元件的静挠度可能是一样的(如板簧非独立悬架,也可能是不一样的(如螺簧独立悬架,后者应先按已选定的悬架系统的振动偏频值,去求悬架系统静挠度fc,然后再根据导向机构的型式决定其几何关系,由fc推出弹簧静挠度fcs,例如在双横臂式独立悬架中,fc和fcs的
收稿日期:
2005-08-24;收修改稿日期:
2005-10-20
第33卷第2期拖拉机与农用运输车Vo.l33No.22006年4月Tractor&FarmTransporterApr.,2006
比值,就近似等于下横臂球销中心至下横臂摆轴的距离与螺旋弹簧中心至下横臂摆轴的距离的比值。
为了防止在不平路面上行驶时经常冲击缓冲块,悬架要具备足够的动挠度f
d
。
悬架动挠度指由满载位置开始,压缩到结构允许的最大变形(通常指缓冲块压到其自由高度的1/2或2/3时,车轮中心相对车架(或车身的垂直位移。
前后悬架的动挠度常按其相应的静挠度来求取,它与车型和经常使用的路况也有密切关系,如对于行驶在好路面上的车辆
的fd/f
c
的值就要略小一些为佳,而对于货车,亦可按fd
/fc=
0.7~1.0的关系来选取。
2车身侧倾中心高度与悬架侧倾角刚度及其在前后轮的分配
随着人们对汽车使用性能的要求日益提高,悬架的设计还应保证汽车有良好的操纵稳定性。
在悬架性能参数中,以前后悬架侧倾角刚度及其分配和车身侧倾中心高度对操纵稳定性影响较为重要,所以在悬架设计中应优先考虑。
侧倾中心的高度随导向机构的形式而改变,可用图解法求得。
侧倾中心高度离车身的质心近,可使侧倾力臂及侧倾力矩小一些,会使车身侧倾角也减小;当侧倾中心过高会使车身侧倾时轮距变大,轮胎磨损就会加剧[3],因此要选择合适的数值,同时不使侧倾中心高度在车轮跳动时变化过大,一般汽车的侧倾中心距地面高度推荐为38~90mm,这样车轮相对车身的摆动瞬心距车轮中心的水平距离为5.1~7.6m,此布置对轮距和车轮定位角的改变都能获得满意的效果。
悬架的侧倾角刚度,指簧载质量产生单位侧倾角时悬架给车身的弹性恢复力矩,其大小对车身侧倾角有很大影响。
在汽车的总体设计中要求在侧倾惯性力等于0.4倍车重时,货车车身侧倾角在6b~-7b之间,而轿车车身侧倾角在2.5b~4b之间,这就要求悬架有足够的侧倾角刚度,而刚度过大会减弱驾驶员的路感,妨碍正确掌握车速,同时使轮胎的侧偏角变大;如果发生在后轮,将使整车增加了过度转向的可能性,所以选择时要全面考虑。
为了保持良好的操纵稳定性,汽车在转弯时应具有一定的不足转向性,即在0.4g侧向加速度作用时,前后轮侧偏角
之差a1-a
2
应为1b~3b;而前后悬架的侧倾角刚度的分配
会影响前后轮的侧偏角大小,从而影响转向特性,因此设计时还应考虑侧倾角刚度在前后轴上的分配情况[4]。
侧倾角刚度与悬架的结构形式、布置尺寸和弹性元件的刚度有密切关系,下面给出两种状态供在设计中参考。
首先,考虑到一般情况,双横臂独立悬架的侧倾角刚度C<可由下式来确定
C<=1
2s
(
mlBcosHpn2
式中B轮距
C
s
钢板弹簧垂直刚度
H弹簧中心线与下横臂垂线间夹角
m,n分别为弹簧中心线与下横臂交点和转向节球销中心到横臂摆轴轴线的距离
l,p分别为转向节下球销中心和轮胎接地中心到导向杆系摆动中心的距离
若上下横臂不平行,弹簧中心线垂直于下横臂,则上式可表示为
C<=
1
2
C
s
(
mlB
pn
2
其次,对纵置钢板弹簧非独立悬架,侧倾角刚度C<可表示为
C<=M/<=2C
s
q2
式中M悬架抵抗侧倾的弹性恢复力矩,它与车身所受侧倾力矩等值异号
<车身的侧倾角
C
s
钢板弹簧垂直刚度
q弹簧中心距的一半
由公式可知,q值增加可使C<增大。
前后悬架的侧倾角刚度的匹配对转向特性有一定影响,当汽车转弯时,整车所受侧向惯性力作用在汽车质心上,会
造成使车身产生侧倾角<的侧倾力矩M
<
此侧倾力矩可分解为前后轴上方的侧倾力矩M<1和M<2,三者关系为M<=M<1+M<2;但前后轴所分配到的侧倾力矩与前后轴的侧倾角刚度成正比,因此可认为车身的侧倾角是前后一样的,即
<=M
<
/C<=M<1/C<1=M<2/C<2
式中C<,C<1,C<2分别为整车侧倾角刚度和前后悬架侧倾角刚度。
如果哪根轴上悬架的侧倾角刚度大,哪根轴上的侧倾力矩及其造成的左右轮的负荷转移也就大,这种负荷转移又会影响到轮胎的侧偏角。
根据试验,轮胎侧偏刚度与它所承受的垂直载荷有关,一般常在轮胎额定载荷或其附近处达到最大值,此时侧偏角为最小。
图1给出了轮胎侧偏角不同时轮
胎所受侧向力F
y
与其垂直载荷G之间的关系曲线,它可以说明上述的关系。
例如,在侧偏角D=4b的曲线上,轮胎上额
定负荷为G
其对应的轮胎侧向力F
y
达到了最大值。
增大或减小轮胎上的负荷都会使其侧偏角变得大于4b,在同样的
侧向力F
y
作用下,当载荷从额定值增加或减少$G时,其对应的侧偏角为4.4b或5.3b(如图虚线所示
。
图1侧偏角不同时侧向力F
y
与垂直载荷G的关系
Fig.1SideForceFy&VerticalLoadGinDifferentListAngles由此可见,当左右轮胎由于侧向力的影响,使其承受的载荷偏离额定载荷时,将会导致其侧偏角增大,整轴平均侧偏角也将增大,上例整轴平均侧偏角为(5.3+4.4/2=4.85b,而且悬架的侧倾角刚度越大,车轮负荷转移值越大,(下转第87页
84拖拉机与农用运输车第2期2006年4月
复配对油品抗磨性能的影响,方案设计及试验结果见表5。
表5T202与T203比例对油品抗磨性能的影响
Tab.5InfluenceofRatiosofT202&T203onAnt-iWearProperty
项目编号T202/
T203
磨斑直径(392N/60min,
75e,1200r/min/mm
PB/N成焦板沉积物/mg
11/10.48784.558.421/20.46755.136.131/40.52686.532.04只加入T2030.53637.023.2CC级油-0.48735.024.7
由表5可见,随着T202加量的增加,油品的抗磨性能变好,但成焦板沉积物量变大。
另外,由于柴油机机油的使用温度较高,而T202的热稳定性相对较差,综合油品性能要求,选定T202与T203的比例为1/2,此时油品的抗磨性能略好于CC级油参比油,同时油品也具有良好的抑制沉积物生成能力。
2.2.3中型农用车柴油机机油配方确定
根据以上添加剂之间复合规律的考察,确定中档农用柴油机机油复合剂配方。
利用中档农用柴油机机油复合剂调制的油品配方见表6,中档农用柴油机机油标准、油品理化分析及台架评定结果见表7。
表6中档农用柴油机机油配方组成
Tab.6FormationofSAE30OilforMediumDieselEngine
MVI600/%97.5
T803/%0.3
中型农用柴油机机油复合剂/%2.2
T901/(Lg#g-110
由表7可见,以2.2%复合剂调制的中档农用柴油机机油通过了柴油机机油高温清净性评定法(1135C2法、高温氧化与轴瓦腐蚀试验(L-38柴油机台架试验,具有良好的高温清净性和抗腐抗磨性能,同时中档农用柴油机机油的成本较CC级油相比,每吨可降低成本60~80元。
因此研制的中档农用柴油机机油具有良好的价格性能比,在保证中档农用柴油机使用要求的同时,有效的降低了产品的成本。
3结论
1小型农用车主要采用18kW以下柴油机设计而成,根据小型农用车柴油机的参数、使用工况及特点,研制的小型农用柴油机机油在满足农用柴油机机油标准GB11122.2-200X(报批稿的基础上,通过了1105单缸柴油机及L-38柴油机台架试验。
表7中型农用柴油机机油技术要求及实测值
Tab.7TestResultofSAE30OilforMediumDieselEngine项目SARE30中档农用
柴油机机油标准
实测值试验方法运动粘度(100e时/
(mm2#s-1
10.0~12.511.58GB/T265粘度指数不小于7582GB/T1995闪点(开口/e不低于215252GB/T3536倾点/e不高于-15-20GB/T3536沉淀物/%不大于0.010.003GB/T6531水分/%不大于0.01痕迹GB/T260起泡性/(mL#mL-1GB/T1257924?
0.5e时不大于25/00/0
93?
0.5e时不大于150/050/0
后24?
0.5e时不大于25/00/0
硫酸盐灰分/%报告0.43GB/T2433硫含量/%报告0.21GB/T0303磷含量/%报告0.04SH/T0296氮含量/%报告281GB/T17674钙含量/%报告0.14Q/SH018.0073锌含量/%报告0.042Q/SH018.0073L-38试验SH/T0265轴瓦失重/mg不大于5016.3
活塞裙部漆膜评分不小于9.09.6
1135C2评定法SH/T0260清净性评分不大于200143.2
顶环槽充炭不大于4520
2中型农用车的功率通常在18~35kW之间、目前市场上对中型农用车用油没有明确的界定,按照中型农用车的车况、行驶工况及特点,其所有油品清净性应略低于CC级油,但其抗磨损性能应不低于CC级油。
3根据中型农用车用油的要求,研制的中档农用柴油机机油通过了1135C2法及L-238台架试验,与CC级油相比,其抗磨性与CC级油相当,但比CC级油具有更好的经济性,既保证了中型农用车的用油,同时也减轻了农民负担。
参考文献:
[1]GB11122.2-200X.农用柴油机机油(报批稿[S].
[2]关子杰.我国农用运输车柴油机润滑油现状[J].润滑油.2000,15(6:
12~15.
(编辑郭聚臣作者简介:
汤仲平(1973-,男,甘肃临洮人,1997年毕业于四川大学化学系,现为中国科学院化学物理研究所硕士在读,主要从事内燃机机油的研究与开发,已取得多项成果,发表论文数篇。
(上接第84页
整轴平均侧倾角增长得越多。
由这一规律,可以找到前后悬架侧倾角刚度匹配的正确方案,即要使汽车稍有不足的转向特性,就要求前轴轮胎侧偏角略大于后轴轮胎侧偏角。
要做到这一点,就应该把前悬架的侧倾角刚度选得比后悬架的侧倾角刚度略大一些,这与所选的前后悬架的结构形式、弹性元件的刚度等有关,在实际中要全面地加以考虑。
参考文献:
[1]余志生.汽车理论[M].北京:
机械工业出版社,1990.[2]刘惟信.汽车设计[M].北京:
清华大学出版社,2001.
[3]李静,李幼德,赵健,等.四轮驱动汽车牵引力控制系统研究[J].吉林大学学报(工学版,2003,33(4:
1~6.
[4]喻凡,郭孔辉.车辆主动悬架的最优自适应与自校正控制[J].汽车工程,1998,20(4:
67~69.
(编辑姜洪君
作者简介:
王宇(1979-,硕士研究生,主要从事农业装备工程技术方向的研究;秦峰,高级工程师;高连兴,教授,博士生导师。
87
汤仲平等:
中小型农用柴油机专用油的研制
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