浅谈微型载货汽车悬架系统的匹配分析

王志明

（河北长安汽车有限公司 河北 定州 073000）

1 微型载货汽车悬架系统基本介绍

微型载货汽车的前悬架一般采用麦弗逊式独立悬架，由前减震器和螺旋弹簧等零部件组成，后悬架一般采用纵置钢板弹簧式非独立悬架，由钢板弹簧、筒式后减震器、缓冲块等零部件组成。

2 前悬架系统偏频的计算

人体所习惯的垂直振动频率是步行时身体上下运动的频率，约为1～1.6Hz，所以车身固有频率应当尽可能地处于或接近这一频率范围。前后悬架固有频率的匹配应合理，对微型载货汽车要的偏频高些，一般在1.6～2.2Hz。

前悬架偏频计算公式为：

式中，C为悬架刚度（N/cm）；m为前悬架簧上质量。代入空、满载整车的参数后可得出前悬空载和前悬满载的偏频是否符合要求。

3 减振器相对阻尼系数的校核

汽车的悬架中安装减振装置的作用是衰减车身的振动保证整车的行驶平顺性和操纵稳定性。下面仅考虑由减振器引起的振动衰减，不考虑其他方面的影响，以方便对减振器参数的计算。

减振器中的阻尼力F和速度v之间的关系可以用下式表示：

式中：δ为减振器阻尼系数；

i是常数，常用减振器的i值在卸荷阀打开前等于1。

根据汽车理论，带线性阻尼减振器的质量悬架系统作自由衰减振动时，评定振动衰减快慢程度的是一个称为相对阻尼比ψ的数值。表达式为：

式中：C、m、δ分别为悬架系统的刚度、簧载质量和阻尼系数。

根据以上公式，举例输入前减振器的参数如表1进行计算。

表1

根据表1数据可知F与V取线性关系

实验速度V=0.05m/s时：拉伸阻力Fr=245N；

压缩阻力Fp=175N；

实验速度V=1m/s时：拉伸阻力Fr=1670N；

压缩阻力Fp=690N。

减振器阻尼系数δ代表速度（V）—阻力（F）曲线的斜率，因此，拉伸行程时的阻尼系数δR：

式中C值在本次计算中按55N／cm，计算，M值按369.25/ 9800计算。

同样方法可以求的压缩行程时的减振器阻尼系数δp和相对阻尼系数ψp：

满载时，拉伸行程相对阻尼系数：

微型载货汽车的车轮处的阻尼力始终随减震器运动，因此此处不存在杠杆比。只是减震器存在一个安装角度。计算得前悬架的相对阻尼比为

式中：n表示悬架系统的偏频

m表示悬架系统的簧载质量

i为常数，为减振器的杠杆比

α为减振器的空间安装角（本次计算角度按7.5°）

δ为减振器阻尼系数

代入式中，可计算出：

拉伸行程时悬架相对阻尼系数：ψR=δRcos2a/(2)i2=0.38

压缩行程时悬架相对阻尼系数：ψp=δPcos2a/(2)i2=0.13

前减震器总结

减振器的阻尼作用在与不同刚度C和不同簧上质量M的悬架系统匹配时，会产生不同的阻尼效果。通常情况下，将压缩行程时的相对阻尼系数ψp取的小些，伸张行程时的相对阻尼系数ψR取的大些。两者之间保持ψp=（0.25-0.5）ψR的关系。经计算，前悬架减震器的相对阻尼系数在推荐的范围之内。

4 后悬架系统偏频的计算

按偏频计算公式可计算出后悬架空载和后悬架满载的偏频是否符合要求。

前后悬架总结

悬架的偏频直接关系到静挠度，影响着整车的行驶平顺性。前后悬架的偏频应当接近，并且两者之比约为0.85～0.95，这样有利于防止车身产生较大的纵向角振动。根据计算结果可校核空载时前后悬架的偏频比值和满载时前后悬架的偏频比值是否符合要求。

5 后减振器相对阻尼系数校核

根据后减震器的输入参数可分别计算出拉伸行程时悬架相对阻尼系数和压缩行程时悬架相对阻尼系数：

5.1 后减震器总结

压缩行程时的相对阻尼系数ψp与伸张行程时的相对阻尼系数ψR两者之间保持ψp=（0.25-0.5）ψR的关系。通过计算结果可判断后悬架减震器的相对阻尼系数是否在推荐的范围之内。

5.2 缓冲块的校核

5.2.1 最大压缩行程

当汽车在满载状态下行驶在不平的路面上时，通常要满足车轮（或下摆臂球头）上下跳动的动行程.在跳动范围内，弹簧不应出现并圈的状态，否则，汽车在不平道路上行驶时，会造成硬性撞击，导致机件损坏，缓冲块则起着限制最大压缩动行程的作用。

满载时，下摆臂球头处的相应最大压缩动行程

fm为满载时，弹簧压缩至并圈后的最大变形量

β为弹簧中心线与地面垂线的夹角

5.2.2 缓冲块的计算

缓冲块的设计原则是：在汽车满载的工况下，保证车轮最大上跳动行程时螺旋弹簧不会产生并圈而导致撞击（通称悬架击穿）。根据参数计算出缓冲块压缩量不应超过缓冲块的2/3。

例如：满载时，缓冲块上端面与减振器的筒体上端面距离为49.2mm

缓冲块高为41mm

缓冲块下端面与减振器的筒体上端面距离为8.2mm

当缓冲块被压缩2/3（28mm）时，弹簧还将压缩f=8.2+28= 36.2mm

此时弹簧的压缩力为 P=Pm+f×C=3618.7+36.2×55= 5609.7N

这力将反作用在缓冲块上。

现在使用的缓冲块在5609.7N时变形23mm，根据曲线情况，5609.7N时缓冲块被压量是22mm，缓冲块压缩量满足要求。

［1］刘大维，主编.汽车工程概论[M].北京：机械工业出版社，2004.

［2］余志生，主编.汽车理论[M].5版.北京：机械工业出版社，2009.

［3］王望予，主编.汽车设计[M].4版.北京：机械工业出版社，2004.

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