汽车悬架轴套性能与整车的关系及其测试方法研究

董慧，黄欢，王忠海(长城汽车股份有限公司技术中心，河北省汽车工程技术研究中心，河北保定 071000)

汽车悬架轴套性能与整车的关系及其测试方法研究

董慧，黄欢，王忠海
(长城汽车股份有限公司技术中心，河北省汽车工程技术研究中心，河北保定 071000)

轴套作为汽车悬架的重要组成零件，对底盘的各项性能均有影响，如：制动性、平顺性、操纵稳定性。结合工作中的实例，分析轴套刚度对整车性能的影响，介绍在产品开发Benchmark阶段，轴套各项性能的测试方法，为后期的产品开发提供数据支持。

轴套;刚度;底盘

0 引言

橡胶轴套(以下简称轴套)作为汽车悬架的重要组成零件，其主要性能如静刚度、动刚度以及轴套的脱出力等对底盘性能有重要影响[1]。为研究轴套的各项性能与整车的关系，在轴套设计阶段应注意的事项，本文作者结合实例进行了简要的分析。

1 轴套性能及对整车的影响

1.1 副车架轴套

悬架的一些散件装配到副车架上组成总成部件再与车身等连接，给装配带来了便利。副车架总成一般通过轴套与车身连接，而副车架轴套各项刚度特性的设定也存在着像悬挂调校一样的矛盾。如果副车架轴套设计刚度较小，则能很好地隔绝汽车行驶时产生的振动，但刚度过小的副车架轴套会在高速转弯时存在较大的运动变形，导致轮胎定位不准确，从而降低了汽车的操纵稳定性。刚度较大的副车架轴套能够带来很高的连接刚度，但会影响汽车乘坐舒适性，以及对振动噪声的隔绝也十分有限[2]。图1所示为某车型副车架轴套，轴套Z轴方向与车辆的高度方向一致(整车坐标系：车辆前进方向为X，高度方向为Z，宽度方向为Y)，路面传给底盘的冲击及车体的质量均会通过轴套来承受和传递，轴套在X、Y、Z方向均受力，其静刚度特性和动刚度特性在各方向也有所差异，如表1所示。在Z方向的静刚度一般比X、Y方向的小，Z方向是轴套的主载荷方向，也是汽车在不平路面行驶时振动传递最直接的方向，Z方向静刚度小对于吸收悬架传来的低频大振幅振动有良好的效果，可提高汽车的平顺性和舒适性。在Y方向即汽车宽度方向上的静刚度最大，这样可提高汽车的横向刚度，使其抗侧倾性好，从而提高汽车的操纵稳定性。X方向上的刚度一般比Y方向的低，比Z方向刚度高。

以上副车架轴套都是与套管过盈压入的，对轴套的脱出力有一定的要求。如果汽车在行驶过程中轴套与安装套管的过盈量小，即轴套的脱出力不足，且承受大的冲击力时， 轴套就会与副车架套管有相对的位移，而副车架轴套在装配时有一定的预压缩量，所以就会影响到轴套的特性及疲劳寿命，从而影响汽车的舒适性和操纵稳定性。副车架轴套承受车身的质量和来自底盘的冲击力，其脱出力是根据在恶劣条件下所承受的最大力乘以安全系数计算得到。该车前副车架轴套的脱出力应在6 000 N以上，后副车架轴套脱出力应在4 500 N以上。

表1 某车型前、后副车架安装轴套特性参数

1.2 摆臂轴套

图2所示为某车型前、后悬架摆臂轴套，其中图(a)属于复合型轴套，其余属剪切型轴套,它不仅可缓解冲击，还兼有弹簧和悬架摆臂轴承的作用，一些受扭转的轴套还起到万向铰链的作用。表2给出了摆臂轴套各向特性参数。可知，摆臂轴套a～e(见图2)在X方向的刚度比其他方向的大，X方向静刚度大，即车辆横向刚度大，可提高汽车的抗侧倾能力，也可保证悬架的定位参数准确和悬架运动特性良好。轴套a在Z方向为车辆行驶方向，Z方向静刚度大可提高摆臂的刚度，保证车轮定位参数变动较小。摆臂轴套对于轴套的扭转方向(TZ向)或摆动方向(TX、TY向)有刚度的要求，这与副车架轴套有所不同，因为在车轮跳动时摆臂相对副车架有摆动或扭转，摆臂轴套会受到扭转剪切作用。轴套在TZ向的扭转刚度具有扭转弹簧的作用，可以缓解摆臂受到的冲击，吸收扭转等方向的振动，配合汽车的弹性元件选择合适的轴套扭转刚度值可优化汽车的操纵稳定性。

由表2可知，轴套b的脱出力很大，这是因为在汽车制动或加速时车轮受到的纵向力会传给摆臂，而轴套b的脱出力方向与车轮受到的纵向力是大体平行的，所以对此脱出力的要求很大。因轴套a的特殊设计结构，从而使其实际脱出力很大，表中所列值为试验时处理后的测试值。而后下横臂轴套d在车辆使用中受力较大，且车轮跳动会使其经常受到扭转交变载荷，脱出力大除使横向定位准确外,也可保证轴套外管与纵臂不会发生相对转动。其他轴套的脱出力相对轴套b、e都较小，因为它们所承受力的方向与脱出力方向呈很大角度，在脱出力方向上的分力就相对较小。

2 轴套性能测试方法

通过上面的分析，了解了轴套各项性能与整车的关系。那么，如何在整车开发中Benchmark阶段，正确测量出标杆车轴套的各项参数[3]，为后续产品开发提供借鉴和参考，需进一步探究。

首先明确一下试验条件，为避免单个样品的性能不确定性因素，试验样品数量应至少三件，若因为标杆件数量上不能满足，那么在样品试验前要充分识别样品特征，然后选择最佳试验方案。

在进行脱出力试验时，支撑工装必须保证样件的稳定性，样品与工装的组合要有足够的刚性，样品与工装组合后放置时间不少于3 h，以使试样与环境温湿度相平衡；若试样与工装组合时使用了润滑介质，试验时需考虑润滑介质对试验结果可能造成的影响。

推荐压出/拉出速度为10～15 mm/min，扭转速度为5～9°/min。试验时可根据试验目的分析推荐值的适用性。

如无特殊要求，试验一般在温度为(22±2)℃，相对湿度为(50±10)%的环境下进行；当不需要控制温度和湿度时，应使用经常出现的温度和湿度，此规定对特殊性质试验尤为重要。

在做扭转刚度试验时，试验机应能对试样连续施加扭矩，无冲击和震动；具有良好的读数稳定性，在30 s内保持扭矩恒定。

其实，轴套的试验条件固然重要，其中最重要的作者认为应该是加载方向，因为加载方向确定会影响试验结果，会影响对整车性能的分析，下面简要介绍两种确定轴线的方法。

2.1 整车定位法

样品试验时，首先应确定样品在整车中的安装姿态，做好标记，然后根据样品在整车上的安装姿态确定扭转参考线，当样品为竖直或水平安装时，即其外管轴线与整车坐标系的一个坐标轴平行时，该样品的旋转轴线的确定即可考虑与整车坐标系的方向一致，即将整车的坐标系平移至该样品的几何中心点。如图3所示的整车坐标系，图4所示的确定样品旋转轴线。

2.2 几何形状法

按照几何特性确定：三维笛卡儿坐标系的零点与样品的几何中心相重合，并使每个坐标轴通过该样品的假想对称平面，见图5。

3 结束语

轴套的各项性能影响着整车底盘的性能，测试出其各项性能，反过来可验证标杆车底盘的性能，同时在产品开发阶段，为设计提供依据，为变更提供参考。两种确定轴线的方法，各有其优点，对于用CAE软件来分析整车的底盘性能来说，会优先选用第一种方法。对于单独开发某一型号轴套来说，只要性能与标杆一致，选用第二种方法即可。

【1】 余振龙，具龙锡.轿车悬架橡胶衬套结构特点分析[J].汽车技术，2009(8):34-38.

【2】 林逸，陈欣，王望予,等.独立悬架中橡胶减振元件对汽车性能的影响[J].吉林工业大学学报，1993，23(3)：18-26.

【3】 温强，余卓平，张立军，等.悬架中的橡胶支承及其静、动刚度特性试验研究[J].上海汽车，1999(8)：7-9.

Study on the Effect of Suspension Bushings Performance on Vehicles Performance and Its Test Methods

DONG Hui,HUANG Huan,WANG Zhonghai
(R&D Center of Great Wall Motor Company，Automotive Engineering Technical Center of Hebei，Baoding Hebei 071000,China)

Axle sleeve，as an important part of automobile suspended frame,has influence on performances of the chassis,such as braking,ride comfort and handling stability.Combined with practical work,the influence of the bushing stiffness on vehicle performance was analyzed,the test methods to the various properties of shaft sleeve during the Benchmark stage in product development were introduced,which provides data support for product development later.

Axle sleeve;Stiffness;Chassis

2013-10-28

董慧(1986—)，学士，助理工程师，研究方向为汽车底盘系统中悬架、制动系统的匹配。E-mail：dh-hx@163.com。