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1、第15卷第2期湖北汽车工业学院学报Vol.15No.22001年6月JournalofHubeiAutomotiveIndustriesInstituteJune2001文章编号:100825483(2001)0220004203轿车随动悬架中橡胶悬置元件特性分析a牟向东(湖北汽车工业学院汽车工程系,湖北十堰442002)摘要:分析了轿车随动悬架中橡胶悬置元件的基本性能,探讨了橡胶悬置元件参数及其刚度特性变化对轿车随动转向效应的影响,着重讨论了用于随动悬架中的橡胶悬置元件对汽车操纵稳定性及平顺性的影响规律。关键词:随动
2、悬架;橡胶悬置元件;随动转向效应;刚度特性中图分类号:U46文献标识码:A1引言几乎所有的轿车在其悬架导向机构的联接部位都安装了各类橡胶件,这种把车轮与车身(车架)之间用橡胶件“隔离”的作法目前十分普遍。广泛采用橡胶件的目的之一是利用橡胶的弹性变形可以大大缓和机构中难以避免的运动干涉现象;而橡胶件的另一个特点,即在不同方向上的力学特性不相同,利用这种各向异性的特点,可以满足汽车不同方向上特性的要求。因此,人们在橡胶件的结构上采取很多措施增强这些特性。从九十年代以来,开始重视从整车侧向力转向、纵向力转向及整车平顺性的角度
3、出发,涉及悬架弹性运动学的研究范畴,目前,对汽车悬架弹性运动学的研究已经广泛用以指导现代悬架的开发设计。近年来,某些轿车为了改善汽车转向性能,采用特种后悬架机构,利用汽车转向时悬架上装置的柔性变形,使后轮相对于车架产生一定偏转,汽车中、低速行驶时仍只用前轮转向,只有当行车速度提高到一定限值后,后悬架机构才投入工作,并且后轮只保持与前轮同向偏转,本文讨论的随动式悬架,即属于这种类型。随动式悬架用于汽车(轿车)后悬架,其后轴与车身上的联接是通过四个缓冲橡胶悬置块(如图1所示),这四个橡胶块是各向异性的,其作用除与车身缓冲连
4、接外,所谓后悬架的“随动转向”效应也主要靠它们完成,特别是前面两个橡胶块其布置方式、方向限位、刚度及其内在结构都很有特点,它以巧妙的方式,借助于后轴产生相应的弹性运动达到一定的稳定作用,低成本实现了四轮转向,对改进汽车的转向响应特性起到了关键作用(为此申请了国际专利),使得汽车低速行驶时具备良好的机动性,高速行驶时具有很好的稳定性并且改善了轿车非稳态行驶时的整车平顺性。2橡胶悬置元件与随动转向效应轿车后轴总成与车身的联接,通过采用四个前、后自偏转的橡胶悬置垫块进行弹性联接(如图1、图2所示)。前面两个控制随动转向的橡胶
5、悬置块与后轴管架成45°角布置,其各向刚度及内在结构进行了特殊设计。图2所示,前橡胶悬置块在一个方向上(B-B方向)近似为刚性,另一个方向上(A-A方向)有弹性,其刚度特性与车速有关,在低速、高速、超高速三个阶段各不相同。如果把低速到高速的转换点车速V0、高速到超高速的转换点车速Vs定义为随动转向效应起作用的两个特征点车速,根据四轮转向系统设计原则,即尽可能保持车辆的重心偏图1随动转向块与后轴的连接离角为零(即B=0),根据这一原则可确定特征点车速V0。高速到超高速a收稿日期:2001204215;修回日期:20012
6、05215作者简介:牟向东(19632),女,1984年大学毕业,华中科技大学硕士,讲师.第15卷第2期牟向东:轿车随动悬架中橡胶悬置元件特性分析—5—转换的特征点车速Vs的确定原则是:Vs定为设计最高车速VH的90à～95à,即:90àVH≤Vs≤95àVH。前橡胶悬置块根据车辆总布置的要求设计完成后,其几何尺寸就确定下来,这意味着它的最大变形量随之确定,而后轴可达到的最大转角(随动转向角)D2因而得以确定;此外,为避免过多不足转向造成车辆不稳定,[3]后轴转向角不能太大,因此,根据这些可以确定随动转向效应起作用时的
7、橡胶悬置块刚度,A-A方向(侧向)刚度曲线设计成图3所示的形状。其中,低速段(对图2随动转向块工作原理示意图应于刚度曲线的OA段)和超高速段(对应于刚度曲线的BC段)要求限制转向运动,刚度必须很大近似于刚性,这是由于橡胶悬置块刚度和它的最大变形量与后轴转向时的侧向力(由整车转弯离心力引起)有关,而后轴转向时的侧向力直接影响后轴随动转向角和后轮当量侧偏角,因而当年车辆低速转弯时,所受到的侧向力较小,橡胶悬置块受力较小,由于内衬架、内骨架的自锁作用位移很小,因而刚度很大,随动转向效应作用不明显,使汽车转向特性与普通前轮转向
8、汽车差别不大,不会降低转弯有效性;当汽车车速增高且转弯时,转向时所受到侧向力增大,橡胶悬置块受力增大自锁作用解除,它对应于刚度曲线的AB段,此时橡胶的弹性受力与位移基本成线性关系,随动转向效应开始起作用,车辆转向特性与四轮转向汽车相当;而当车速高到一定程度达到高速至超高速转换点特征车速Vs时,橡胶悬置块内部钢片筋与限位块或内衬架、
