CN101811527B - 一种汽车螺旋弹簧刚度的正向设计方法 - Google Patents

一种汽车螺旋弹簧刚度的正向设计方法 Download PDF

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本发明涉及一种汽车螺旋弹簧刚度的正向设计方法。首先根据整车设计参数计算出弹簧初始设计刚度，然后分阶段绘制出轮胎受力与跳动行程关系曲线，再校核在整车运行工况、半载工况和满载工况下，轮胎受力在轮胎受力与跳动行程关系曲线图中的位置，设定轮胎跳动至最大极限位置时位移SMax为100％，当S运行为SMax的40～50％，S满载为SMax的65～75％，S半载介于S运行和S满载之间时弹簧刚度设计良好，否则说明弹簧刚度设计不合理，需要重新设计弹簧初始刚度，直至半载工况下轮胎位移S半载介于整车运行工况下轮胎位移S运行和满载工况下轮胎位移S满载之间，即弹簧刚度设计合理为止。本发明为汽车悬架系统的正向设计提供了一种可行方案，也为全新底盘平台的正向开发提供了一种技术支持。

Description

一种汽车螺旋弹簧刚度的正向设计方法
技术领域
本发明涉及一种汽车螺旋弹簧刚度的正向设计方法。
背景技术
目前国内汽车的悬架系统设计多采用逆向工程，即照搬参考标杆车的悬架系统或稍作修改，并无完全正向设计过程，对于没有标杆车的全新底盘平台的开发往往无从下手。而汽车悬架系统的正向设计中最关键的是对螺旋弹簧刚度的确定，因此，建立一种螺旋弹簧刚度的正向设计方法有助于全新底盘平台的开发。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种汽车悬架系统螺旋弹簧刚度的正向设计方法的技术方案。
所述的一种汽车螺旋弹簧刚度的正向设计方法，其特征在于包括如下步骤：
1)根据整车设计参数计算出弹簧初始设计刚度；
2)作出轮胎受力与跳动行程关系曲线，步骤如下：
设定轮胎跳动行程为S，轮胎Z向受力为F，整个跳动过程分为几个阶段：
第一阶段：支起车身，轮胎3悬空处于自由状态，即悬架处于最大拉伸状态，轮胎受力为零，轮胎跳动为零，此时S＝0，F＝0；
第二阶段：轮胎3和定位板接触，定位板上移，轮胎3受力引起轮胎变形，记录多组跳动行程S和轮胎受力F，绘制出曲线，直至轮胎3不能变形，减振器弹簧2开始变形为止，此时S＝S1，F＝F1，运动行程为0-S1；
第三阶段：定位板继续上移，此时减振器弹簧2开始受力压缩，轮胎3的受力为弹簧力在铅垂方向的分力，记录多组跳动行程S和轮胎受力F，绘制出曲线，直至减振器活塞筒碰到橡胶缓冲块1为止，即减振器活塞杆上设置的橡胶缓冲块1开始变形，此时S＝S2，F＝F2，运动行程为S1-S2；
第四阶段：定位板继续上移，减振器弹簧2压缩至上极限，橡胶缓冲块1开始起作用，此时轮胎的受力为弹簧力和橡胶缓冲块1的合力在铅垂方向上的分力，记录多组跳动行程S和轮胎受力F，绘制出曲线，直至橡胶缓冲块1不能压缩为止，此时S＝Smax，F＝Fmax，运动行程为S2-Smax；
通过上述四个阶段，可以作出轮胎受力与跳动行程的关系曲线；
3)校核在整车运行工况、半载工况和满载工况下，轮胎受力在轮胎受力与跳动行程关系曲线图中的位置，步骤如下：
第一步：整车运行工况下，根据轴荷分配计算得到轮胎上受力F运行，根据轮胎受力与跳动行程关系曲线反求出在整车运行工况载荷下相对轮胎位移S运行；
第二步：半载工况，根据轴荷分配计算得到轮胎上受力F半载，根据轮胎受力与跳动行程关系曲线反求出在整车运行工况载荷下相对轮胎位移S半载；
第三步：满载工况，根据轴荷分配计算得到轮胎上受力F满载，根据轮胎受力与跳动行程关系曲线反求出在整车运行工况载荷下相对轮胎位移S满载；
结果校核，设定轮胎跳动至最大极限位置时位移SMax为100％，当S运行为SMax的40～50％，S满载为SMax的65～75％，S半载介于S运行和S满载之间时弹簧刚度设计良好，否则说明弹簧刚度设计不合理，返回步骤1)。
所述的一种汽车螺旋弹簧刚度的正向设计方法，其特征在于步骤2)中轮胎在整个跳动过程中会引起轮胎3定位角度的变化，受力分析时需考虑各定位角度变化，角度变化值在机械系统动力学分析软件ADAMS中求出。
上述一种汽车螺旋弹簧刚度的正向设计方法，首先根据整车设计参数计算出弹簧初始设计刚度，然后分阶段绘制出轮胎受力与跳动行程关系曲线，再校核在整车运行工况、半载工况和满载工况下，轮胎受力在轮胎受力与跳动行程关系曲线图中的位置，设定轮胎跳动至最大极限位置时位移SMax为100％，当S运行为SMax的40～50％，S满载为SMax的65～75％，S半载介于S运行和S满载之间时弹簧刚度设计良好，否则说明弹簧刚度设计不合理，需要重新设计弹簧初始刚度，经多次试验，直至半载工况下轮胎位移S半载介于整车运行工况下轮胎位移S运行和满载工况下轮胎位移S满载之间，即弹簧刚度设计合理为止。本发明提供了一种判断汽车悬架螺旋弹簧刚度值的一种方法，为汽车悬架系统的正向设计提供了一种可行方案，也为全新底盘平台的正向开发提供了一种技术支持。
附图说明
图1为本发明轮胎悬架的结构示意图；
图2为本发明轮胎受力与跳动行程的关系曲线；
图3为本发明轮胎在整车运行工况、半载工况和满载工况下的校核位置曲线图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明做进一步说明：
本发明的工作原理：当汽车悬架处于反跳状态，即整车被架起，悬架由于轮胎3重力作用处于最大拉伸极限，此时，假设车身是固定不动的，用轮胎3相对于车身向上的位移来模拟车辆在运行过程中轮胎向上跳动的情况；考虑轮胎3从最大拉伸行程到最大压缩行程的整个过程，计算轮胎3铅垂方向上的受力和轮胎3上跳过程中的力与位移关系，得出轮胎受力与跳动行程关系曲线图；然后校核各种工况，即整车运行工况、半载工况和满载工况下轮胎3上的受力在曲线图的位置，从而判断弹簧刚度的设计是否合理。
具体地，一种汽车螺旋弹簧刚度的正向设计方法，包括如下步骤：
1)根据整车设计参数计算出弹簧初始设计刚度；
2)作出轮胎受力与跳动行程关系曲线，如图1、2所示，步骤如下：
设定轮胎跳动行程为S，轮胎Z向受力为F，整个跳动过程分为几个阶段：
第一阶段：支起车身，轮胎3悬空处于自由状态，即悬架处于最大拉伸状态，轮胎受力为零，轮胎跳动为零，此时S＝0，F＝0；
第二阶段：轮胎3和定位板接触，定位板上移，轮胎3受力引起轮胎变形，记录多组跳动行程S和轮胎受力F，绘制出曲线，直至轮胎3不能变形，减振器弹簧2开始变形为止，此时S＝S1，F＝F1，运动行程为0-S1；
第三阶段：定位板继续上移，此时减振器弹簧2开始受力压缩，轮胎3的受力为弹簧力在铅垂方向的分力，记录多组跳动行程S和轮胎受力F，绘制出曲线，直至减振器活塞筒碰到橡胶缓冲块1为止，即减振器活塞杆上设置的橡胶缓冲块1开始变形，此时S＝S2，F＝F2，运动行程为S1-S2；
第四阶段：定位板继续上移，减震器弹簧压缩至上极限，橡胶缓冲块1开始起作用，此时轮胎的受力为弹簧力和缓冲块的合力在铅垂方向上的分力，记录多组跳动行程S和轮胎受力F，绘制出曲线，直至橡胶缓冲块1不能压缩为止，此时S＝Smax，F＝Fmax，运动行程为S2-Smax；
通过上述四个阶段，可以作出轮胎受力与跳动行程的关系曲线，即图2所示；轮胎在整个跳动过程中会引起轮胎3定位角度的变化，受力分析时需考虑各定位角度变化，角度变化值在机械系统动力学分析软件ADAMS中求出；
3)校核在整车运行工况、半载工况和满载工况下，轮胎受力在轮胎受力与跳动行程关系曲线图中的位置，以四座车为例，整车运行工况是指整车整备质量加上一个人的质量，半载工况是指整车整备加上三个人的质量，满载工况是指整车整备加满载人员和行李的质量，步骤如下：
第一步：整车运行工况下，根据轴荷分配计算得到轮胎上受力F运行，根据轮胎受力与跳动行程关系曲线反求出在整车运行工况载荷下相对轮胎位移S运行；
第二步：半载工况，根据轴荷分配计算得到轮胎上受力F半载，根据轮胎受力与跳动行程关系曲线反求出在整车运行工况载荷下相对轮胎位移S半载；
第三步：满载工况，根据轴荷分配计算得到轮胎上受力F满载，根据轮胎受力与跳动行程关系曲线反求出在整车运行工况载荷下相对轮胎位移S满载；
结果校核，如图3所示，设定轮胎跳动至最大极限位置时位移SMax为100％，当S运行为SMax的40～50％，S满载为SMax的65～75％，S半载介于S运行和S满载之间时弹簧刚度设计良好，否则说明弹簧刚度设计不合理，返回步骤1)。
本发明首先根据整车设计参数计算出弹簧初始设计刚度，然后分阶段绘制出轮胎受力与跳动行程关系曲线，再校核在整车运行工况、半载工况和满载工况下，轮胎受力在轮胎受力与跳动行程关系曲线图中的位置，设定轮胎跳动至最大极限位置时位移SMax为100％，当S运行为SMax的40～50％，S满载为SMax的65～75％，S半载介于S运行和S满载之间时弹簧刚度设计良好，否则说明弹簧刚度设计不合理，需要重新设计弹簧初始刚度，经多次试验，直至半载工况下轮胎位移S半载介于整车运行工况下轮胎位移S运行和满载工况下轮胎位移S满载之间，即弹簧刚度设计合理为止。
本发明提供了一种判断汽车悬架螺旋弹簧刚度值的一种方法，为汽车悬架系统的正向设计提供了一种可行方案，也为全新底盘平台的正向开发提供了一种技术支持。

Claims (2)

1.一种汽车螺旋弹簧刚度的正向设计方法，其特征在于包括如下步骤：
1)根据整车设计参数计算出弹簧初始设计刚度；
2)作出轮胎受力与跳动行程关系曲线，步骤如下：
设定轮胎跳动行程为S，轮胎Z向受力为F，整个跳动过程分为几个阶段：
第一阶段：支起车身，轮胎(3)悬空处于自由状态，即悬架处于最大拉伸状态，轮胎受力为零，轮胎跳动为零，此时S＝0，F＝0；
第二阶段：轮胎(3)和定位板接触，定位板上移，轮胎(3)受力引起轮胎变形，记录多组跳动行程S和轮胎受力F，绘制出曲线，直至轮胎(3)不能变形，减振器弹簧(2)开始变形为止，此时S＝S1，F＝F1，运动行程为0-S1；
第三阶段：定位板继续上移，此时减振器弹簧(2)开始受力压缩，轮胎(3)的受力为弹簧力在铅垂方向的分力，记录多组跳动行程S和轮胎受力F，绘制出曲线，直至减振器活塞筒碰到橡胶缓冲块(1)为止，即减振器活塞杆上设置的橡胶缓冲块(1)开始变形，此时S＝S2，F＝F2，运动行程为S1-S2；
第四阶段：定位板继续上移，减振器弹簧(2)压缩至上极限，橡胶缓冲块
(1)开始起作用，此时轮胎的受力为弹簧力和橡胶缓冲块(1)的合力在铅垂方向上的分力，记录多组跳动行程S和轮胎受力F，绘制出曲线，直至橡胶缓冲块(1)不能压缩为止，此时S＝Smax，F＝Fmax，运动行程为S2-Smax；
通过上述四个阶段，可以作出轮胎受力与跳动行程的关系曲线；
3)校核在整车运行工况、半载工况和满载工况下，轮胎受力在轮胎受力与跳动行程关系曲线图中的位置，步骤如下：
第一步：整车运行工况下，根据轴荷分配计算得到轮胎上受力F运行，根据轮胎受力与跳动行程关系曲线反求出在整车运行工况载荷下相对轮胎位移S运行；
第二步：半载工况，根据轴荷分配计算得到轮胎上受力F半载，根据轮胎受力与跳动行程关系曲线反求出在整车运行工况载荷下相对轮胎位移S半载；
第三步：满载工况，根据轴荷分配计算得到轮胎上受力F满载，根据轮胎受力与跳动行程关系曲线反求出在整车运行工况载荷下相对轮胎位移S满载；
结果校核，设定轮胎跳动至最大极限位置时位移SMax为100％，当S运行为SMax的40～50％，S满载为SMax的65～75％，S半载介于S运行和S满载之间时弹簧刚度设计良好，否则说明弹簧刚度设计不合理，返回步骤1)。
2.根据权利要求1所述的一种汽车螺旋弹簧刚度的正向设计方法，其特征在于步骤2)中轮胎在整个跳动过程中会引起轮胎(3)定位角度的变化，受力分析时需考虑各定位角度变化，角度变化值在机械系统动力学分析软件ADAMS中求出。
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