五连杆整体桥的轴转向特性动力学分析

五连杆整体桥的轴转向特性动力学分析
作者：王贺丰李中好
来源：《计算机辅助工程》2013年第03期
摘要：系统分析五连杆整体桥轴转向的原理及其特点.介绍五连杆整体桥的基本结构，将轴转向分为单纯的因受力产生的弹性变形轴转向和受力后由杆件运动产生的几何轨迹轴转向分别进行详细阐述.
关键词：悬架；整体桥；转向特性
中图分类号：U461.1文献标志码：B
0引言
众所周知，车桥的轴转向是汽车不足转向量的重要组成部分，其大小和方向对汽车的操纵稳定性起着非常重要的作用.因此，认知、解读五连杆整体桥的特点，量化其轴转向值的大小和方向对于汽车研发工作显得尤为迫切.目前，比较系统介绍这方面的资料文献较少，弹性变形轴转向有一些理论性研究，但几何轨迹轴转向特性研究方面，因杆系长短、位置和杆件变形的不同，还很难得出准确的结论指导实践.
本文利用Adams软件对该悬架系统进行全方位的转向特性分析，量化设计中的轴转向特性，对产品设计的性能开发起到很大的作用.
1五连杆整体桥的基本结构
3几何轨迹轴转向特性
悬架在受到轮胎传递的地面作用力时，不仅发生由于橡胶衬套的塑性变形引起的弹性轴转向，同时伴随着悬架杆系相对位置的变动，引起车桥空间运动轨迹的变化，也实现车桥绕垂直于地面的z轴旋转，称该转向为几何轨迹轴转向.它与弹性变形轴转向的转角方向同时存在，可正可负，可顺可逆；其不同的转角方向分别对应整车趋向于稳态的不足转向和非稳态的过度转向.
当汽车向左转向，整车向右倾斜时，对于前桥，轴转向角向右旋转（顺时针）；对于后桥，轴转向角则向左旋转（逆时针）.这都使整车趋向于不足转向，反之亦然.
过去，设计人员常用1∶1的作图描点法来求解其运动轨迹，但由于计算机技术的迅猛发展，繁琐、复杂的纯理论计算可以交给计算机.本文采用Adams 2010可以比较快捷、方便地得出结果.如图6和7所示，车桥中心的运动轨迹与纵拉杆的长度和硬点位置有关.
图8和9的横轴为左侧车轮跳动变化量大小，单位为mm；纵轴为轮胎接地点轴距方向变化量的大小单位为mm；实线为左侧轮胎接地点轴距方向变化量与左侧轮胎跳动的关系；虚线为右侧轮胎接地点轴距方向变化量与左侧轮胎跳动的关系.图8和9均为左右车轮反向跳动时，车轮接地点轴距方向变化的位移量（这种跳动相当于汽车转弯侧倾时的状态）.轴距方向的变化量反映轴转向大小和方向.因此，轴转向是逆时针的，应用于后桥时其处于一种趋于不足转向的稳定状态；应用在前桥时其处于过度转向的非稳定状态.与图7相比，图8中的转向量就更大一些，这是在图8对应的悬架硬点参数的基础上，用Adams 2010通过优化、调整硬点坐标位置实现的，目的是增大轴转向量.目前开发的某款车的后悬架采用的就是这种结构.图8悬架硬点优化前反向跳动对应的轴距变化量图 9悬架硬点优化后反向跳动对应的轴距变化量
因为单侧悬架四连杆（由同侧的上下两个纵拉杆，车桥本体和车身构成）的运动关系唯一性，调整四连杆的长度和位置可以比较精确地控制单侧车轮中心的运动轨迹，进而能够精确控制这种几何轴转向的大小和方向.换言之，调整四连杆的长度和位置能够比较精确地控制汽车转弯时由侧倾引起的几何轴转向的大小和方向.
由单侧悬架四连杆运动关系可知：伴随着车轮的跳动、悬架四连杆的转动，车桥桥壳也会旋转一个角度，并且其转角方向会随着左右轮上下跳动而发生变化.左右车轮反向跳动相当于汽车转弯工况，车桥桥壳本身承受扭矩（其左右部分旋转的角度方向不同所致），其作用相当于稳定杆，阻止汽车转弯时整车侧倾.由于车桥壳抗扭刚度很大，导致几何轴转向的量不可能太大.
车轮反向跳动时车桥桥壳旋转角度与车轮跳动的关系见图10，横轴为车轮跳动变化量大小，单位为mm；纵轴为车桥壳转角变化量的大小，单位为（°）.图 10车轮反向跳动时车桥桥壳旋转角度与车轮跳动的关系
4结束语
对于整体桥五连杆悬架来说，单独调整结构参数，获得比较大的弹性变形轴转向和几何轨迹轴转向是不现实的.如果刻意实现，它会带来悬架的模态和振型的变化，在中低频带（常用的路况激励输入）共振频率点增多、振型复杂及振幅增大，最后会影响整车的性能.可见，五连杆整体桥的结构决定它是轴转向变化量较小的悬架，称之为悬架轴转向的中性特征.因此，不能单纯只利用调整该五连杆悬架的轴转向来增大不足转向量、解决整车不足转向量较小的问题.可以调整前后轴载荷分配比例、质心位置、悬架刚度匹配、轮胎侧偏刚度、侧倾中心高度、悬架硬点位置以及整轴距长短等解决该问题，但这不是本文讨论的主要内容.（本文涉及企业尚未公开的技术资料，故隐去悬架硬点参数和衬套刚度，只做定性分析，供读者参考.）（编辑于杰）。