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载货汽车橡胶复合悬架设计
吴晓涛张建振李跃伟卜凡龙
中国第一汽车股份有限公司技术中心)
【摘要】为改善载货汽车用户反映的平顺性差问题,在综合考虑空、满载频率的合理性与钢板弹簧、橡胶弹簧设
计寿命的前提下,正确匹配钢板弹簧与橡胶弹簧的刚度特性,利用CAE仿真工具,开发出一种橡胶弹簧和钢板弹簧
组合的复合弹簧。通过正向设计使该复合弹簧比原车的主副钢板弹簧质量轻20%、成本降低5%,舒适性明显提
高。后期试验验证表明,该复合思架设计方法合理有效,解决了整车平顺性差问题,提高了整车竞争力。
主题词:载货汽车复合悬架橡胶平顺性
中图分类号:U463.33文献标识码:A文章编号:1000-3703(2015)02-0001-03
Innovative Design of Rubber Composite Suspension for
Medium-duty Truck
Wu Xiaotao, Zhang Jianzhen, Li Yuewei, Bu Panlong
(China FAW Corporation Limited R&D Center)
[Abstract]To improve the poor ride comfort of medium-duty truck, we develop a composite spring consisted of
rubber spring and leaf spring with CAE simulation tool based on the comprehensive consideration of the rationality of
empty and full load frequency as well as the design life of leaf spring and rubber spring, and also aceurate matching of
stiffness characteristic of leaf spring and rubber spring. Through top-down design, this kind of composite spring is 20
lighter in weight, 5 lower in cost, whereas the ride comfort is improved significantly. Test verification shows that this
composite suspension design method is reasonable and effective, improves the
poor ride comfort and competitiveness of
vehicle
Key words: Truck, Composite suspension, Rubber, Ride comfort
1前言
结合载货汽车用户反映的某款整车平顺性较差
√Fo/C1
问题,从提高整车平顺性和车身轻量化两个方面对载式中,F。为空载时后悬架簧上载荷。
货汽车空、满载变化较大的后悬架系统进行改进,最
汽车满载时,悬架主、副簧共同工作,此时固有
终选定榱胶复合弹簧形式悬架。在综合考虑空、满载。频率为
颍率的合理性与钢板弹簧、橡胶弹簧设计寿命的前提
300
下,正确匹配钢板弹簧与橡胶弹簧的刚度特性,利用
F,/(C1+C2)
(2
CAE仿真工具,开发出满足要求的橡胶复合悬架系式中,F。为满载时主、副簧上总载荷,F。=F+F
统,并通过试验证明了该系统满足整车需求。
Fmn为满载时主簧的赟上载荷,F为满载时副簧的
2悬架型式的选择
簧上载荷。
偲定悬架主、副簧的刚度分别为C1、C2,副簧开
当副簧开始工作时,用线性方法计算悬架固有频
始工作时主簧的静挠度为A,汽车空载时仅主簧エ率。复合前、后的频率值、n为
作,其固有频率为
F
2015年第2期
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设计开发
300
300
CAC1+C)、F./G+C)(4)
式中,F为副簧开始工作时悬架的簧上载荷,F=C1A.。
上述悬架空、满载频率变化较大问题极易造成
图3多种复合的钢板弹簧
整车平顺性变差,因此经常采用两级或多级弹簧悬
d.橡胶复合弹簧
架。按技术发展历程,采用的悬架形式主要有以下
采用橡胶复合弹簧来取代钢板弹簧作为副簧具
几种:
有以下优点:结构紧湊,能有效利用空间:弹性变形大,
级刚度的复式钢板弹簧
易实现理想的非线性特性;形状不受限制,可根据需
解决空、满载轴荷差过大的常用方法是采用要进行设计:内阻较高,对于突然冲击和高频振动的
主、副钢板弹簧(图1),该形式的弹簧弹性特性为吸收效果良好,工作噪声小;相同结构形式和尺寸的
折线,此特性不能做到等频,只能使自振频率在橡胶弹簧,可以通过改变櫲胶硬度来改变刚度;安装
各种载荷下变化较小。通过主、副簧刚度的匹配及和拆卸方便能够有效减轻结构自身质量。此种悬架
副簧接触点的选择,可以保证空、满载时频率变化形式在欧美地区(图4和图5)得到广泛应用,典型汽车
不大。
设计公司为 TIMBREN2、 Allis Chalmers、德国 GUMMI
公司等。
率
图1二级刚度的复式钢板弹簧
b.渐变刚度钢板弹簧
渐变刚度钢板弹簧由主、副钢板弹簧组成(图2)。
图4某橡胶复合弹簧副簧结构
当载荷增大时,主簧曲率半径从根部向外逐渐增大,
使副簧与其接触的区域增多,接触部分副簧共同承
受载荷,弹簧刚度逐渐增大;当副簧未参加工作或副
簧全部接触后,弹簧特性为线性,而中间区段为渐变
的非线性特性。设计时只要选择合适的参数,就可
图5某橡胶复合悬架形式
以获得较好的等频性。一般此种结构承载能力较
为避免产品风险,提高产品一次成功率,中国一
低,多用于轻型车
汽技术中心借鉴欧美成熟的空心橡胶副簧技术进行
橡胶复合悬槊创新设计,并成功应用到载货汽车上。
3橡胶复合悬架参数的匹配
匹配计算橡胶复合悬架参数时,在保证空载时整
图2渐变刚度钢板弹簧
车后悬架具有合适频率的情况下,根据空载时的簧上
多种复合的钢板弹簧
质量确定主簧刚度(公式(5))。与橡胶缓冲块不同,
当汽车空、满载负荷变化很大时,采用单一的结橡胶副簧在满载之前已经接触,一般接触载荷按平均
构措施往往难以达到所期望的弹性特性或应力规负荷法确定比较合适(公式(6)),由于橡胶副簧具有
范,此时可将上述几种措施综合起来,形成多种复合变刚度特性,满载刚度急剧增大,因此接触载荷点较
的钢板弹簧(图3)。该钢板弹簧由两端长滑板、渐公式(6)确定的载荷点还要偏后些。满载频率推荐范
变刚度的副簧以及常规副簧组合而成。选择的参数围如表1所示,同理计算出满载复合刚度,利用橡胶
和接触位置合适,可以获得很好的等频性。此种弹副簧在小变形时刚度为线性特性的特点,在满载点做
簧需要用单独的一根主片(或导向杆)来传递纵向出初始接触时复合刚度线性区,根据极限载荷和动挠
力。20世纪80年代,美国载货汽车后悬架广泛采用度的推荐范围确定最大载荷点;综合考虑橡胶