汽车悬架缓冲块的设计开发策略

赵军峰，陈庆丰

(上海汽车集团股份有限公司商用车技术中心，上海 200438)

汽车悬架缓冲块的设计开发策略

赵军峰，陈庆丰

(上海汽车集团股份有限公司商用车技术中心，上海 200438)

缓冲块也称行程限位器，主要功能为限制车轮上跳行程，防止悬架主弹性件超载失效，对于压缩行程较大的缓冲块，同时也兼起副簧作用。通过具有递增特性的缓冲块和主弹性件组合，可以获得所需的弹性特性曲线，满足悬架弹性特性需求。

汽车悬架；缓冲块；设计计算；开发策略

缓冲块在悬架设计中，主要考虑如下因素，车轮上跳至最大动行程时,需满足以下条件: A.弹簧不出现“并圈”导致异响。B.减振器活塞不撞底(油缸底部)。C.变形过程中无明显的“撞击感”。D.变形到悬架上极限位置高度时，弹性元件强度和疲劳寿命满足设计要求。

依照试验行程对缓冲块预压缩2次测量刚度特性，由自由高度起至最大试验行程止绘制静刚度曲线，在试验过程中观察试验曲线变化，在曲线经过斜率变化较大的一段到显著变化的一段时停止(一般是缓冲块压缩1/2～2/3 H处)，重复两次，两次试验的曲线必须较好地重合在一起，误差不大于2%，改变加载速度，重复一次上述试验。

1 缓冲块结构分析

1.1 结构特性分类

橡胶缓冲块：通过橡胶硫化作用，固定在金属底板上。聚氨酯缓冲块：用托盘将聚氨酯缓冲块卡紧，设计时需考虑拔脱力的设计要求，通过测力机沿缓冲块轴向测量，测得的最小脱离力值需满足台架疲劳、整车常规耐久路试要求。

1.2 缓冲块的功能作用

A.在车辆遇到极限工况时，缓冲块撞击后桥面起到限位作用，防止金属和金属碰撞。B.在限位位置时，保护其他零部件不受损坏(如：保护减震器免遭损坏)。C.决定后悬架的动挠度，使悬架正常工作时，避免击穿缓冲块。D.对车辆的平顺性和操稳性有一定的影响。

1.3 材料特性分析

缓冲块常用材料包含：橡胶、聚氨酯材料，目前用在汽车缓冲块上的聚氨酯材料主要是NDI和MDI。NDI的优点(与MDI比较)主要有：A.在静态和长期动态负荷下较小的永久压缩形变。B.更好的抗低温和耐湿热老化性能，更长的使用寿命。

缓冲块的结构设计，需满足几点要求：A.首先满足刚度曲线。B.保证均匀的压缩形变，更长的使用寿命。C.防止变形不均引起缓冲块被切割损坏的风险，使缓冲块具有良好的耐久性。D.唇口结构设计，满足柔软接触。接触刚度尽可能小，使车辆具有良好的平顺性。E.底座拔脱力，根据试验工况确定最小拔脱力，缓冲块不从底座脱出。

1.4 缓冲块尺寸设计校核

A.根据悬架动行程确定缓冲块最大压缩量。B.根据悬架满载簧载质量以及缓冲块被压缩到极限位置时，最大冲击加速度取3g计算确定。C.满足柔性接触，使车辆具有良好的平顺性，可通过缓冲块唇口结构设计保证，开始接触刚度尽可能小。D.缓冲块调校：一般缓冲块调校，主要是调起始端(Ride)的刚度和限位行程。E.疲劳寿命性能影响因素：缓冲块要承受较大的冲击载荷，容易疲劳损坏，丧失功能，因此在设计开发过程中，要充分考虑影响缓冲块工作寿命的因素。a.悬架动行程：悬架动行程不足会使缓冲块持续受冲击载荷，容易疲劳损坏。b.缓冲块接触面的面积：考虑到缓冲块压缩膨胀直径变大(缓冲块极限膨胀量20%考虑)，后桥接触面的直径应满足最小设计要求。c.缓冲块安装位置。如：分析后桥中心的运动轨迹，根据后桥接触面中心的运动轨迹确定缓冲块的安装位置，尽量保证缓冲块接触在后桥面中心位置。d. SVSA(side view swing arm angle)缓冲块安装角度校核。e.缓冲块材料选择。f.缓冲块的设计结构。

2 缓冲块设计高度计算

2.1 缓冲块尺寸确定方法

自由高度I0：车轮上跳至缓冲块的初始接触点，与主弹性元件(如：螺旋弹簧、钢板弹簧)并一个非线性程度很强的弹性元件组合，对车辆的平顺性、操稳性有一定影响。

上极限截止压缩高度IB：悬架上跳到极限位置起限位作用，保护主弹性件，防止悬架被“击穿”，用以限制悬架的上跳动行程，以吸收从车轮传递到车身(或车架)上的冲击载荷，充分保护主弹性元件，在弹性件许用设计应力内，满足悬架疲劳强度的设计要求。

2.2 缓冲块刚度曲线确定方法(结合Adams多体运动学分析软件计算)

Ride-舒适性阶段(近似线性)：从缓冲块开始接触为起始点，压缩位移约20～30 mm，缓冲块处于线性工作阶段。设计注意事项：缓冲块初始接触，刚度变化应尽量不明显，接近于线性曲线，乘员感觉到缓冲块刚度变化和地面对车辆冲击的敏感程度较低，缓冲块端头接触面积较小，减少缓冲块受力变形产生的力值，较均匀地传递过渡力。缓冲块在悬架满载位置应与接触面保留10～15 mm间隙，避免缓冲块在车辆满载状态频繁接触产生交变力，提高乘员舒适性和缓冲块的疲劳寿命。

Handling-操稳性阶段(非线性)：缓冲块处于刚度曲线的迅速变化区域，缓冲块约占总压缩行程的20%～30%，需满足质心处横向加速度0.4～0.5 g的抗侧倾性能要求，设计时应充分考虑缓冲块对侧倾角刚度影响，此时缓冲块曲线的变化率较明显，可以降低单边轮心上跳值，减少车辆侧倾角，提升车辆的操稳性能。

Energy Management-上极限位置限位功能阶段(非线性)：缓冲块上极限位置确认，根据其材质进行分类：橡胶缓冲块压缩行程约占总高度的50%，聚氨酯缓冲块压缩行程约占总高度的68%～78%。缓冲块上极限位置，缓冲块和主弹性元件的承载力需满足满载簧载质量的3～4 g，此时缓冲块上极限位置负荷的设计值需达到3 g。

图1 位移-载荷曲线(刚度曲线区域分布设计案例)Fig.1 Displacement-load curve (stiffness curve area distribution design case)

从图1可知：Ride-舒适性阶段刚度曲线变化率较小。Handling-操稳性阶段处于刚度曲线迅速过渡阶段，接近于曲线拐角部位，应达到车辆抗侧倾性能要求，在单边轮心上跳时能够起到单边限位作用，降低车辆侧倾角，保证车辆操稳性能。Energy Management-上极限位置限位阶段，缓冲块刚度曲线变化率较大，随着位移值增加，缓冲块力值陡增，能够起到运动限位作用，防止悬架击穿，保护主弹性元件作用，提高悬架安全系数值。

3 结语

缓冲块在悬架上跳行程中能起到限位作用，保护弹性件，防止悬架被“击穿”所造成的撞击，当车轮上跳到一定行程时，与主弹性元件(如：螺旋弹簧、钢板弹簧)并联一个非线性程度很强的弹性元件-缓冲块组件，用以限制悬架的上跳动行程，以吸收从车轮传递到车身(或车架)上的冲击载荷，当悬架运动到上跳极限，缓冲块应停止变形，以充分保护主弹性元件，在弹性件许用设计应力内，满足悬架疲劳强度的设计要求。

[1] 王见.聚氨酯减振缓冲块静态特性有限元分析及对比实验[J].科协论坛，2009，(03):91-92.

[2] 王望予.汽车设计[M].北京：机械工业出版社(第四版)，2004.

[3] 成大先.机械设计手册(单行本· 弹簧·起重运输件·五金件)[K].北京：化学工业出版社，2010.

[4] 李建星，王家银，杨颖韬. 缓冲限位块的性能及应用[J].汽车与配件，1999，(36):9.

[5] 汽车工程手册编辑委员会. 汽车工程手册[K].北京：人民交通出版社，2001.

Design and development strategy of buffer stopper for automobile suspension

ZHAO Jun-feng, CHEN Qing-feng

(SAIC Motor Co., Ltd., Commercial Vehicle Technical Center, Shanghai 200438, China)

Buffer stopper is also called a distance limiter, the main function of which is to limit wheel jump and prevent suspension overloading failure, and it also acts as a secondary spring according to the buffer stopper with large compression travel. The desired elastic characteristic curve can be obtained to meet the requirements of elastic characteristics of suspension by integrating the buffer stopper and main elastic parts.

Automobile suspension; Buffer stopper; Design calculation; Development strategy

U463

： B

： 1674-8646(2017)16-0026-02

2017-05-23

赵军峰(1983-)，男，学士，中级工程师。