一种抗侧倾汽车油气悬架的刚度分析及设计方法研究

陈冲

摘 要：本文围绕一种基于抗侧倾汽车油气悬架的刚度以及设计方法展开分析，首先给出了基于汽车油气悬架特性提升侧倾角刚度水平的设计方案，并结合该设计方案，对其刚度水平展开验算与分析，对侧倾角刚度特性进行总结，仅供参考。

关键词：汽车;油气悬架;抗侧倾;刚度

1 抗侧倾汽车油气悬架方案

下图（见图1）所示给出了基于油气悬架特性提升汽车侧倾角刚度水平的设计方案。结合图1，于桥悬架中左右两侧分别布置蓄能器装置以及工作油缸装置，左侧油缸下腔直接连通右侧油缸上腔油路，同时蓄能器装置功效一致，共两侧油缸使用，如左侧油缸装置面向左侧油缸提供主腔压力支持，同时面向右侧油缸提供上腔压力支持，形成左右完全对称的结构方案，与汽车质量分布对称性保持一致，即从本质上来说，这种汽车侧倾角刚度方案是由两个一致且带有反压气室油气弹簧共享蓄能器装置所构成的结构。

在承受侧倾力矩作用力的情况下，悬架一侧油气弹簧活塞杆同时承受附加压缩作用力影响，导致相应侧车身呈现出下沉趋势。另一侧活塞杆承受附加拉力作用，导致相应侧车身呈现出上升趋势。对于受压一侧而言，下腔压力呈现出明显的增高趋势，并且受两侧油缸油路连通的因素影响，相对一侧上墙压力增大导致活塞以及车身同步下降。与此同时，对于受拉伸作用力影响一侧而言，由于下腔压力呈下降趋势，在吸入油液的过程当中导致对侧活塞上移，车身呈现出一定程度上的上升趋势，并与该侧车身下降的作用力相互抵抗。基于这种方式，通过两侧弹簧油路的沟通，发挥对車身的抗侧倾功效。相较于常规意义上的汽车油气悬架结构而言，基于抗侧倾的油气悬架结构更为简单，且实现了对蓄能器装置的节约，因而整套设计方案被目前广泛应用于汽车设计制造领域中。

2 刚度特性分析

如图1所示，将油缸装置内活塞有效面积定义为Ac，将活塞杆横截面积定义为Ar，则有杆腔有效面积Ae可以用（Ac-Ar）表示。同时，定义油腔压力为P，定义蓄能器装置内部气体体积为V，油缸装置负荷水平为Q（以QL为左侧油缸负荷，以Qr为右侧油缸负荷，以Qo为静平衡位置）。假定对于抗侧倾汽车油气悬架结构而言，静平衡位置下蓄能器装置状态呈现出一致性的特点，则如下式（1）所示气体状态方程关系成立：

根据式（4）可知，上图1中所列举汽车油气悬架结构刚度并非单纯意义上两个普通油气弹簧装置刚度水平的并联，但在具体形式上可以将其视作两个特殊反压油气弹簧装置的并联。在不纳入对侧倾角因素考量的前提下，式（4）与两个上腔、下腔共用气室油气弹簧装置的并联完全等效，在此过程当中，等效活塞杆截面面积对油气弹簧并联会产生直接影响。

3 结束语

在汽车设计制造过程当中，引入油气悬架结构对提升汽车行驶平稳性，优化燃油应用效益有非常重要的意义与价值。为确保汽车行驶平稳可靠，油气悬架结构弹簧刚度水平应当尽可能低，但受悬架侧倾角刚度较小这一因素的影响，转弯行驶中可能导致车身发生较为明显的倾斜，给驾乘人员带来不良体验。因此，如何基于油气悬架特性对汽车侧倾角刚度水平进行提升，已成为业内人士高度重视的一项课题。本文尝试围绕上述问题展开系统分析，并对抗侧倾的油气悬架结构方案及其刚度水平展开详细研究，仅供参考。

参考文献：

[1]毕翠英.矿用汽车前悬架瞬态和稳态侧倾特性分析[J].机械设计与制造，2016（10）：132-136.

[2]曹东兴，李庆，胡文华等.连通式油气悬架三轴重型车辆模型非线性动力学分析[J].动力学与控制学报，2016，14（04）：337-342.