四连杆独立悬架性能分析.docx

四连杆式独立悬架1.引言汽车悬架是车轮与车身之间一切装置的总称，其功用在于： 在垂直方向减振和起悬挂作用； 在侧向可防止侧倾与左右车轮载荷转移； 在行驶方向上保证驱动与制动的实现并保持方向稳定性。 所以，汽车悬架系统对汽车的操纵稳定性、乘坐舒适性都有很大的影响。 悬架形式也在不断发展， 从非独立悬架到独立悬架， 从被动悬架到半主动悬架、主动悬架， 其中四连杆式悬架就是一种比较新型的独立悬架形式。 在 HI 世纪 LI 年代初， 四连杆式悬架率先应用于奥迪 AD 平台， 并逐渐成为德国大众旗下中高档轿车的标准配置。2 .悬架运动学与车辆行驶性能 悬架运动学特性在使用中首先反映在车轮定位参数的变化趋势上，实际的独立悬架在行驶弯路时， 车轮会同车身一起侧倾。 如果考察轮胎的侧偏角度， 若承载较高的外侧车轮相对地面趋向于正的外倾方向， 会导致该侧轮胎的侧偏性能降低。 比较理想的补偿方式是将悬架设计成上跳时外倾角向负值方向变化的形式， 而在下落时则向正方向变化。为了使轮胎磨损不因侧偏而加剧,同时不增加滚动阻力和不影响直线行驶能力，车轮前束在跳动过程中应尽可能保持不变。特别对于前独立悬架，通过此种设计可减小前轮侧偏角，使之保持不足转向性能。在经典的汽车理论中，车辆的侧倾被定义为车身绕前后悬架侧倾瞬心连轴线的旋转。在车辆载荷、侧向加速度、车辆重心高度和整车侧倾刚度均一定时，用来表征车辆侧倾程度的车身侧倾角的大小取决于前后悬架侧倾中心的高度。但是，侧倾中心的高度并不是越大越好，除会影响驾驶员行车的路感之外，侧倾角度的减小同轮胎磨损之间存在不可调和的矛盾 。式中，p 为侧倾中心高度；l 为悬架轮距；s 为轮跳。由式 （ 1）可见， 轮距轮跳变动率 dl/ds 增加会引起滚动轮胎侧偏加剧， 增大滚动阻力， 加剧车辆侧偏和轮胎磨损， 尤其在转向独立悬架上的表现更为明显。 因而， 现代悬架在设计中必须采用优化方案， 在兼顾减小轮距变化的同时通过横向稳定杆增加侧倾刚度以减小侧倾角。从车辆行驶的基本原理出发， 车辆的方向稳定性取决于转向悬架杆系在各种外力作用下呈现的转向回正趋势。具体由制动回正力臂、驱动回正力臂、侧向力回正力臂和垂直回正力臂等参数予以描述。参照图2所示的悬架一般结构受力分析， 上述各项的作用力臂可用公式表述：式中，为主销内倾角；为轮胎动态半径; 为轮胎外倾角；为车轮后拖距；为主销后倾角。由上述公式可知，悬架转向回正力矩最终只与后倾拖距 和主销偏移距这两个几何量有关。从保证车辆直线行驶性能出发，兼顾杆系连带车辆外倾变动侧偏磨损等因素，对于主销轴线的设计应满足：车辆左右两侧回正力臂尽可能对称，避免由于结构几何不对称造成车辆侧偏干扰力矩；应尽可能减小乃至负值，从而减小正常情况下的转向回正力矩。对降低纵向力、转向敏感性以及反转向效应而言，上述的取值是比较理想的，而对于 和主销内倾角，由于考虑侧风敏感性（侧风作用中心于车辆重心之前，主销后倾加剧侧风转向）的影响，则不宜取得过大。对前轮驱动的主销后倾角一般要求为.3 .四连杆式悬架多刚体运动学模型的建立四连杆式悬架与传统类型悬架的最大不同之处在于主销形式。 如麦弗逊式悬架，主销轴线决定于减振器活塞杆顶端球铰和下摆臂外球铰的相对位置，而在四连杆悬架上不存在用来定义主销轴线的铰点位置，但是主销轴线又是确确实实存在的。于是便从中提出类似于平面杆系瞬心的“虚拟主销”概念，即4个连杆延伸线所确定的转向节瞬时螺旋轴线。为了解析四连杆悬架设计的独到之处， 在多刚体机构仿真软件ADAMS平台上建立了它的多刚体运动学模型。从刚体系统的角度出发，只考虑直线行驶状况，四连杆式悬架可以抽象成由8个独立刚体和车体基组成的系统 （ 图 3、图 4）。其中，四根摇臂、转向横拉杆同车体固定基之间用十字万向节连接，同转向节之间的运动副用的是球铰。 因为需要测量轮胎定位参数的一部分数据， 在本模型中增添了代表轮胎的刚体，固定铰接于转向节上（考虑轮胎的转动在我们的分析中没有意义）。最后需要指出的是，减振器在系统分析中属于力元， 将其简化为刚体、运动副对我们的分析不具有实际意义， 故在此略去。综上所述可得各构件的自由度如表1所示。4.运动学仿真计算和设计分析为了使仿真结果客观真实和具有可信度， 选取标准的悬架轮跳典型工况，令轮胎中心在z轴上下跳动范围为-50mm~+75mm， 计算可得轮胎定位参数（前束、外倾）、主销内倾、主销后倾、轮距、侧倾中心高度、 后倾拖距和主销偏移距等的轮跳特性（ 图 5~图12）。 为了方便说明，利用仿真结果同现有的另一麦弗逊悬架经验证的相应特性数据进行比较。从上面的结构分析可以发现， 四连杆式悬架乃至其他多杆式悬架设计都是一种双横臂式悬架的变型， 而与双横臂悬架所具有的承载与导向作用不同的是：在四杆式悬架中，