双横臂悬架侧倾中心研究

双横臂独立悬架动态侧倾中心的研究 0 引言 车辆在行驶的过程中，由于路况较为复杂，当车辆路过崎岖路面或进行转向时，车轮与路面间的相对位置关系发生改变，进而将会导致车辆侧倾中心位置的变化。 在悬架运动过程中，侧倾中心的位置是瞬时变动的。悬架的侧倾中心高度决定了整车侧倾轴线的位置。侧倾中心位置高，它到簧载质量质心的距离就会相应缩短，在相同的侧向力作用下，则侧倾力臂与侧倾力矩均会较小，有利于车辆的稳定性。然而，侧倾中心也不能过高，否则会使得车身侧倾时轮距变化过大，进而加剧轮胎的磨损[1]。 在确定侧倾中心的高度时，应该综合考虑各类因素的影响。常用的轿车前独立悬架侧倾中心高度为0~120 mm，后独立悬架（不包括纵臂式）侧倾中心高度为80~150 mm[2]。 上、下横臂轴轴线皆与车辆纵向轴线平行的双横臂独立悬架是此类悬架中结构最简单的一种[3]。 1 车辆动态侧倾中心的坐标示 1.1 车身坐标系的建立 建立一固连在车身上的坐标系，如图1所示。此车身坐标系建立原则如下：以车辆静止停靠在水平路面上时的轮胎接地点G1、G2点所在直线与车辆左右中心轴线的交点为坐标系原点O；y轴沿车辆左右中心轴线，由O点指向车厢顶部方向为y轴正方向；x轴垂直于y轴，并定义由O点指向车辆右侧方向为x轴正方向。汽车车身相对于车身坐标系静止。 图1 双横臂独立悬架车辆示意图 我们作出如下假设： （1）车辆左、右侧悬架以及车辆结构、形式相同，簧载质量质心位于车辆左右中心轴线、即y轴上； （2）将双横臂悬架的横臂以及转向节、车身等均视为刚体，忽略一切弹性变形效应； （3）将轮胎简化成一条直线，不考虑其断面宽度，并认为在与地面接触过程中，车轮不发生变形以及相对滑动。 1.2 内转向定点A1、A2、D1、D2在坐标系中的位置 双横臂悬架内转向点A1、A2、D1、D2在车身坐标系xoy中为4个定点，即它们在车身坐标系中的坐标表示不会随车轮的跳动而发生变化。因此，我们可以选取“当车辆静止停靠在水平路面上时”这一特殊工况，以进行定点坐标的确定。此时，各个点以及相关系统的位置如图1所示。 以右侧悬架以及车辆为研究对象。根据轮距B0，可以得到车轮接地点G1的坐标： 在车辆的设计中，一般要保证主销轴线与路面交点到车轮接地点的距离，即图中H1、G1两点间的距离在一个合理的范围内。将此距离用符号c来表示，称作转向主销偏置量。当H1点位于G1内侧时，车辆具有正的转向主销偏置量；当H1点位于G1外侧时，车辆具有负的转向主销偏置量；当H1点与G1重合时，车辆的转向主销偏置量为0。 根据设计得到的可以得到转向主销偏置量c，可以得到主销轴线与路面交点H1的坐标： 根据初始主销内倾角σ0、H1点坐标，可以得到主销轴线B1C1所在的直线方程： 根据车轮半径R、初始车轮外倾角γ0、G1点坐标，可以得到车轮中点F1的坐标： 进而可以得到转向节等效假想杆E1F1所在的直线方程： 联立直线B1C1所在方程（）与直线E1F1所在方程（公式），可以得到E1点的坐标： E1、F1两点间距离，即转向节等效假想杆E1F1的长度l4可以表示为： 夹角∠F1E1C1为： 设下横臂外转向点C1距离点E1的距离为lx。则根据B1C1所在直线方程（公式）、E1点坐标（公式），可以得到C1点的坐标： 设上横臂外转向点B1距离点E1的距离为ls。则根据B1C1所在直线方程（公式）、E1点坐标（公式），可以得到B1点的坐标： 设上横臂A1B1在横向平面内的初始角度为α0（图中所示设为正方向），上横臂A1B1长度为l2。借助于B1点坐标，可以得到定点A1点的坐标： 其中： 设下横臂D1C1在横向平面内的初始角度为β0（图中所示设为正方向），下横臂D1C1长度为l1。借助于C1点坐标，可以得到定点D1点的坐标： 其中： 由于A1点与A2点、D1点与D2点分别关于y轴轴对称，因此A2、D2点的坐标可以根据A1、D1点的坐标得到，其关系为： 至此，车身坐标系中定点A1、A2、D1、D2的坐标均已得到。 通过这种解析几何的方法，我们根据车辆的一些设计参数，如：轮距、转向主销偏置量、初始车轮外倾角、初始主销内倾角、上横臂长度及与水平面的初始夹角、下横臂长度及与水平面的初始夹角，等，即可求得双横臂独立悬架内转向点在车身中的位置。 1.3 车辆动态侧倾中心在车身坐标系中位置的确定 当右侧上横臂独立悬架的上横臂A1B1绕其内转向点A1沿逆时针方向转过角度α1时，此时，上横臂A1B1所在的直线方程可以表示为： 则B1点的坐标表示为： 此时，下横臂D1C1将会绕其内转向点D1沿逆时针方向随之转过角度β1。下横臂D1C1所在的直线方程进而可以表示为： 则C1点的坐标表示为： 根据上横臂外转向点B1与下横臂外转向点C1之间的距离为 ，B1点与C1点坐标应满足如下几何关系： 其中： 对公式进行化简，并反解出关于β1的表达式（舍去一不合理解）：