车辆悬架KC特性对比分析

江汇洋,刘艳华,张枭鹏,晋清海

(华晨汽车工程研究院 底盘集成工程室, 辽宁沈阳 11041)

车辆悬架KC特性对比分析

江汇洋,刘艳华,张枭鹏,晋清海

(华晨汽车工程研究院 底盘集成工程室, 辽宁沈阳 11041)

以4台SUV车为例，对汽车悬架运动学与弹性运动学试验方法作了简单的介绍与分析，通过试验获得了试验车的试验数据及相关特性。

悬架；K & C特性；运动学；弹性运动学

Abstract:Taking 4 SUVs as example, K&C performances test methods were introduced. The test data and correlative performance of the test cars were gotten.

Keywords: Suspension system; K&C performances; Kinematics; Compliance

0 前言

悬架系统是底盘的核心，其K&C特性(悬架运动学特性与弹性运动学特性的总称，简称K&C)与底盘性能直接相关，在底盘开发阶段具有重要的作用。悬架运动学特性描述的是不考虑悬架质量和受力情况下的刚性结构变形，当车轮上下跳动时，车轮定位参数、悬架刚度等参数相应的变化关系。而弹性运动学特性则是在考虑力和力矩引起的弹簧、衬套、稳定杆受力变形的情况下，车轮定位参数、悬架刚度等参数的变化关系[1-3]。国外学者在这方面展开了较多的研究，国内相对较晚。国内关于悬架的研究非常多，从非独立悬架到独立悬架，从主动悬架到被动悬架。但对如何评价不同悬架的特性、悬架评价指标的实际工程开发数值范围，没有明确地进行论述。以K&C试验结果为基础，对这一问题进行详细对比分析。

1 悬架系统K&C试验

1.1 K&C试验台坐标系

1.2 KC试验内容

K&C试验包括5种工况：纵向力、侧向力、回正力矩、轮跳及转向。同向轮跳工况试验是从指定的车辆载荷状态下，通过车轮垂直载荷使车轮上下跳动，测试车轮定位参数变化量、悬架轮心刚度和轮胎接地点刚度等；反向轮跳工况只是左右车轮加载垂直载荷与同向轮跳动作相反，模拟汽车侧倾运动工况。纵向力工况模拟汽车制动，测试车轮定位参数的变化量以及轮胎纵向柔度等。侧向力工况试验是加载同向或反向侧向力，测试车轮定位参数的变化量、轮胎的侧向柔度以及侧倾力矩中心位置等。回正力矩工况加载试验是通过试验台对车轮加载同向或反向回正力矩，测试车轮前束角与外倾角的变化量。悬架K&C特性试验台亦可进行转向系统特性试验，在不考虑地面摩擦力的情况下，测出转向系统自身的转向干摩擦，包括阿克曼特性、转向传动比特性、瞬时转向传动比特性、车轮转角随方向盘转角变化关系以及外倾角随车轮转角变化关系等。根据试验结果可以得悬架K&C评价指标曲线，然后可以根据这些曲线调校整车的操控性[6-8]。

2 KC试验结果对比

使用国内主流的4台SUV进行KC试验，试验车辆均加载到设计载荷。同时将车辆固定在铁地板上，限制车身的任何运动。通过车轮6自由度测量系统的6个编码器测量车轮轮心3个方向位移以及前束角的变化量、车轮外倾角及主销后倾角的变化量。图中不同颜色的4条曲线分别代表4台SUV，前悬架全部采用麦弗逊式独立悬架，可以得出这类车型的前悬架实际工程开发数值范围，后悬架分别为：红线代表双叉杆独立悬架，蓝线代表扭力梁非独立悬架，绿线代表双连杆独立悬架，黑线代表多连杆独立悬架，可以评价不同悬架的特性。

2.1 轮跳工况试验结果对比

轮跳工况试验结果见图2—6。

2.2 纵向力工况试验结果对比

纵向力工况试验结果见图7—9。

2.3 侧向力工况试验结果对比

如果这种“流水线”教育模式普遍存在的话，对我们的民族何其戕害。老杆从最基本的识字开始教起，然而字典连县城都没有。不认字又能怎么办呢？抄字典。这是识字最好的办法，连这个最好的办法也是抄，独立思考的前提根本不存在。抄好了，带回去，以后还有更大的字典，还要抄。对文化的极端渴望反映出文化知识的极端贫穷。当老杆在讲解如何写作时，画面上只有上学两个字，强烈的画面对比不禁让人发问，上学到底要学什么？老杆被辞退离开时，把字典送给了王福，却告诫他，不要抄，连字典也不要抄。

侧向力工况试验结果见图10—13。

2.4 回正力矩工况试验结果对比

回正力矩工况试验结果见图14—17。

3 试验结果分析

3.1 前束角试验结果分析

前束过大或为零前束和负前束都会使车轮在地面上出现边滚边滑的现象，从而增加汽车的行驶阻力及轮胎的磨损，造成汽车操纵稳定性变差。设计上希望前轮上跳时车轮呈弱负前束变化。在汽车的前轴，如果上跳的车轮产生后束角，下落的车轮产生前束角，则在车身侧倾时，转向轮转角会发生轻微回转，从而使汽车具有不足转向特性。由图2可以看出：同向轮跳工况时，4台SUV车轮前束角斜率如表1所示。

表1 K特性前束角变化率(°)/cm

红线蓝线绿线黑线左前束值-0.06925-0.03385-0.04123-0.0562右前束值-0.0455-0.03528-0.009054-0.05601

侧向力工况时，左后车轮前束角变化趋势有明显不同。蓝色曲线为扭力梁非独立悬架，该车后轴车轮前束角在转弯过程中抵抗轮胎自身运动趋势的能力较弱，这加剧了汽车过多转向趋势[9-10]，如表2所示。

表2 C特性前束角变化率(°)/kN

红线蓝线绿线黑线左后前束值0.18220.078880.17940.1911右后前束值0.17770.041430.15030.2304

3.2 外倾角试验结果分析

为了使汽车具有较好的操纵稳定性，应尽量减少车轮相对车身跳动时的外倾角变化。由图 3 可以看出：同向轮跳工况时，4台SUV车轮外倾角斜率如表3所示。

表3 K特性外倾角变化率(°)/cm

红线蓝线绿线黑线左前外倾值-0.0462-0.1305-0.08454-0.1086右前外倾值-0.06199-0.1276-0.08629-0.1298左后外倾值-0.1744-0.0565-0.09782-0.2952右后外倾值-0.1929-0.04878-0.09245-0.2903

C特性分析时，各车型外倾角变化趋势很小，纵向力与回正力矩工况下外倾角变化基本为0，同向侧向力工况时车轮外倾角斜率如表4所示。

表4 C特性外倾角变化率(°)/kN

红线蓝线绿线黑线左前外倾值0.15590.19220.19540.1732右前外倾值0.15250.20470.1710.1423左后外倾值0.14050.20040.17860.2346右后外倾值0.13020.22160.16750.2473

3.3 主销后倾角试验结果分析

主销后倾角的主要作用是当汽车行驶时转向轮产生回正力矩，使汽车保持直线行驶，主销后倾角太小造成不稳定，转向后缺乏方向盘自动回正能力，车速高时容易发飘。由图 4 可以看出：车轮上跳时一般要求后倾角有增加的趋势，这样可以抵消制动点头时后倾角减小的趋势。主销后倾角不对称就会造成跑偏，跑偏方向主销后倾角较小的一侧。同向轮跳工况时主销后倾角如表5所示。

表5 K特性主销后倾角变化率(°)/cm

红线蓝线绿线黑线左前后倾角0.15080.13120.078450.1145右前后倾角0.15010.1450.084350.1077左后后倾角-1.055-1.354-0.03285-0.9564右后后倾角-1.036-1.352-0.04216-0.9379

纵向力后倾工况时，主销后倾角如表6所示。

表6 C特性主销后倾角变化率(°)/kN

红线蓝线绿线黑线左前后倾角0.93481.0640.64270.9097右前后倾角0.96091.0920.61720.9134左后后倾角-0.8141-0.6646-0.8544-0.6452右后后倾角-0.6755-0.6504-0.7834-0.6227

4 结论

由图2—17可看出：相同的前悬麦弗逊悬架型式在K & C各工况下，四轮定位参数区别不大，但后悬四轮定位参数在轮跳和侧向力工况下有明显的区别。这是由于悬架的结构型式和运动原理不同：独立悬架左右车轮单独跳动，互不相干。半独立扭力梁悬架通过一根扭力梁来平衡左右车轮的上下跳动，虽然在上下跳过程中扭力梁会发生变形，但是左右轮在弹跳时还是会相互牵连，设计自由度小。

对影响整车操纵稳定性的悬架K&C特性进行了论述，阐述了K&C试验方法及所测参数，以4款SUV为例，为K&C特性参数的评价和整车操纵稳定性的设计提供了依据。

【1】米奇克M.汽车动力学C卷[M]．陈荫三，译.2版.北京：人民交通出版社，1997．

【2】郭孔辉．汽车操纵动力学[M]．长春：吉林科学技术出版社，1991．

【3】喻凡，林逸．汽车系统动力学[M]．北京：机械工业出版社，2005．

【4】廖抒华，段守焱，成传胜.悬架K&C试验台在底盘开发中的技术应用[J].汽车科技，2010(5):67-72.

【5】王蠡.K&C 悬架试验台设计及操纵稳定性分析[D].长春：吉林大学，2007.

【6】王爽.某微车悬架 K&C 特性研究及其对整车操纵稳定性的影响[D].长春：吉林大学，2008.

【7】段守焱.某乘用车悬架 K&C 特性分析及匹配研究[D].柳州:广西工学院,2011.

【8】柳杨.悬架的K&C特性对整车操纵稳定性影响的初步研究[J].机械设计与制造，2010(9):118-119.

【9】曾迥立，赵宁，张晶峰.扭力梁式后悬架对不足转向性的影响分析[J].汽车科技，2009(4)：34-36.

【10】陈栋华,斳晓雄,黄海波，等.轿车扭杆梁式半独立后悬架动力学仿真分析和试验研究[J].汽车工程,2007,29(2):149-152.

AnalysisonK&CPerformancesofVehicleSuspensionSystem

JIANG Huiyang, LIU Yanhua, ZHANG Xiaopeng, JIN Qinghai

(Brilliance Automotive Engineering Research Institute, Shenyang Liaoning 11041,China)

2014-02-18

江汇洋(1986—)，男，硕士，工程师，研究方向为汽车系统动力学。E-mail：651459607@qq.com。