CN110472328B - 一种麦弗逊悬架刚度确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种麦弗逊悬架刚度确定方法，通过建立零载时悬架原理二维模型、及满载静力平衡二维模型，确定悬架受力与弹簧受力的数学关系及悬架刚度和弹簧刚度之间的数学关系。本发明采用数学建模和二维建模方法相结合，可以快速低成本的建立刚度和悬架结构形状和位置参数之间的定量关系，提高悬架设计的科学性和效率。

Description

一种麦弗逊悬架刚度确定方法

技术领域

本发明公开一种麦弗逊悬架刚度确定方法，按国际专利分类表(IPC)划分属于车辆悬架结构设计技术领域。

背景技术

经验法。设计时根据设计理论和经验选定弹簧刚度。不能确定弹簧刚度与悬架刚度之间数学关系，也不能确定悬架刚度与悬架结构参数之间的联系，不能预测车身高度变化。

CAE仿真方法。采用CAE软件建立主要结构尺寸参数和性能参数和悬架刚度之间的关系，能够预测悬架刚度和车身位置变化，但是软件使用难，并且悬架结构形状参数对悬架刚度的影响未考虑，导致悬架刚度预测可行性差。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种麦弗逊悬架刚度确定方法。

为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种麦弗逊悬架刚度确定方法，包括如下步骤：

S1、制定悬架结构二维模型

根据汽车设计理论，绘制悬架结构二维模型，模型中车轮、轮毂座与减振系统连接，减振系统通过上球头销与车架连接，轮毂座一支点连接下球头销并连接在下导向臂，下导向臂铰接在车架的一支点；

S2、在S1模型基础上，对悬架结构简化，在CAD软件YZ坐标系中简化悬架原理二维模型，模型中下导向臂连接的右连接点、下球头销中心及上球头销中心形成悬架三角结构的三个端点A、B、C；

S3、建立零载位移二维模型

在悬架原理二维模型基础上，模拟零载时悬架的运动，建立零载位移二维模型，悬架三角结构的零载端点A0,B0,C0为A,B,C三点在零载时的位置，利用CAD软件标注命令测量上下球头销中心线零载时倾斜角和弹簧压缩位移；

S4、建立悬架位移数学模型

根据零载位移二维模型，建立悬架位移Xz与减振系统的弹簧压缩位移Xs之间数学关系如下：

X_z＝X_sCOSα₁ (3)

其中，Xz是悬架位移即CC0距离，Xs是弹簧压缩位移即MC0距离，α₁是由CAD软件测量的上下球头销中心线零载时倾斜角；

S5、建立满载静力平衡二维模型

根据S3步骤中模型和力学理论，绘制悬架上球头销中心点C的静力平衡模型，Fz为弹簧力z向分量(N)就是悬架受力，悬架受力公式如下：

F_z＝F_s×COSα₂ (4)

其中，α₂为满载时上下球头销中心线BC与z轴夹角(°)，Fs为弹簧力(N)；

S6、建立悬架刚度数学模型

根据公式(4)和力学理论，建立悬架力和弹簧力的计算公式(5)和公式(6)如下：

F_z＝K_zX_z (5)

式中Kz为悬架刚度(N/mm)，Xz为悬架位移(mm)；

F_s＝K_sX_s (6)

式中Ks为弹簧刚度(N/mm)，Xs为弹簧压缩位移(mm)；

联立公式(3)到公式(6)，解方程可得公式(7)如下：

式中变量同前。

S2步骤中，利用CAD软件的标注命令，测量A,B,C三个点的y和z坐标。

S3步骤中，AA0等于CC0为悬架位移(mm)，MC0为弹簧压缩位移(mm)，AB等于A0B0为下导向臂长度(mm)，BC等于B0M为满载时上下球头销中心距(mm)，B0C0等于B0M与MC0之和，为零载时上下球头销中心距(mm)，

零载位移二维模型的建立方法如下：

1)绘制悬架原理二维模型；

2)根据零载到满载的车架位移量，在z轴方向上将C和A点移动确定C0点和A0点。

3)根据悬架位移时的几何条件确定B0点，几何条件如公式(1)和公式(2)所示；

公式(1)为下导向臂长度不变条件，如下：

AB＝A0B0 (1)

公式(2)为上下球头销中心距变化规律，如下：

B0C0＝B0M+MC0＝BC+MC0 (2)

公式(2)中BC＝B0M为上下球头销中心距中不变部分，不随悬架位移改变，MC0为可变部分，等于弹簧压缩位移；

4)利用CAD软件标注命令测量α₁和弹簧压缩位移MC0。

本发明采用数学建模和二维建模方法相结合确定麦弗逊悬架刚度，可以快速低成本的建立刚度和悬架结构现状和位置参数之间的定量关系，提高悬架设计的科学性，准确性和效率。

附图说明

图1是本发明实施例技术路线图。

图2是本发明悬架结构二维模型图。

图3是本发明悬架原理二维模型图。

图4是本发明零载位移二维模型图。

图5是本发明满载静力平衡二维模型图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

实施例：一种麦弗逊悬架刚度确定采用数学建模和二维建模的方法，技术路线如图1，悬架结构二维建模指建立满载工况时结构模型；悬架原理二维建模也是建立满载工况悬架原理模型；零载位移二维建模指建立零载时悬架原理二维模型；悬架位移数学建模指建立零载到满载工况，悬架位移与弹簧位移之间的几何关系；静力平衡二维建模指建立悬架C点受力模型，悬架受力数学建模指建立悬架受力与弹簧受力的数学关系；悬架刚度数学建模指建立悬架刚度和弹簧刚度之间的数学关系。

一种麦弗逊悬架刚度确定方法，包括如下步骤：

1、绘制悬架结构二维模型

根据汽车设计理论，绘制悬架结构二维模型如图2所示。模型中车轮、轮毂座与减振系统连接，减振系统通过上球头销与车架连接，轮毂座一支点连接下球头销并连接在下导向臂，下导向臂铰接在车架的一支点。图2中，yz为坐标系，件号1表示车轮，件号2表示轮毂座，件号3表示减振系统，即弹簧，件号4表示上球头销，件号5表示上球头销支座，件号6表示车架，件号7表示圆柱销支座，件号8表示圆柱销，件号9表示下导向臂，件号10表示下球头销。

2、绘制悬架原理二维模型

在图2的基础上，对悬架结构进行简化，用简化线代替具体结构获得图3。图3为悬架原理二维模型。

图3中，yz为坐标系，件号同前，A为圆柱销8中心，B为下球头销10的球心，C为上球头销4的球心。

从图3中可以利用CAD软件的标注命令，测量A,B,C三个点的y和z坐标，如表1。

3、建立零载位移二维模型

在图3基础上，模拟零载时悬架的运动，建立零载位移二维模型如图4所示。

图4中，yz为坐标系，件号同前，A,B,C同前。A0,B0,C0为A,B,C三点在零载时的位置。AA0等于CC0为悬架位移(mm)，MC0为弹簧压缩位移(mm)，AB等于A0B0为下导向臂长度(mm)，BC等于B0M为满载时上下球头销中心距(mm)。B0C0等于B0M与MC0之和，为零载时上下球头销中心距(mm)。

零载位移二维模型的建立方法如下：

1)绘制图3悬架原理二维模型；

2)根据零载到满载的车架位移量，在z轴方向上将C和A点移动确定C0点和A0点。

3)根据悬架位移时的几何条件确定B0点。几何条件如公式(1)和公式(2)所示。

公式(1)为下导向臂长度不变条件。公式(1)如下：

AB＝A0B0 (1)

公式(2)为上下球头销中心距变化规律。公式(2)如下：

B0C0＝B0M+MC0＝BC+MC0 (2)

公式(2)中BC＝B0M为上下球头销中心距中不变部分，不随悬架位移改变。MC0为可变部分，等于弹簧压缩位移。

4)利用CAD软件标注命令测量α1和弹簧压缩位移MC0。

4、建立悬架位移数学模型

根据零载位移二维模型图4，建立悬架位移Xz(CC0)与弹簧压缩位移Xs(MC0)之间数学关系如公式(3)。公式(3)如下：

X_z＝X_sCOSα₁ (3)

5、建立满载静力平衡二维模型

根据图3和力学理论，绘制悬架上球头销中心点静力平衡模型如图5。

图5中，yz为坐标系，件号同前，A,B,C同前，α2为满载时上下球头销中心线BC与z轴夹角(°)。Fs为弹簧力(N)，Fz为弹簧力z向分量(N)，Fy为弹簧力y向分量(N)。

6、建立悬架受力数学模型

Fz为弹簧力z向分量(N)就是悬架受力。悬架受力按公式(4)确定。公式(4)如下：

F_z＝F_s×COSα₂ (4)

7、建立悬架刚度数学模型

根据公式(4)和力学理论，可以建立悬架力和弹簧力的计算公式(5)和公式(6)如下：

F_z＝K_zX_z (5)

式中Kz为悬架刚度(N/mm)，Xz为悬架位移(mm)。

F_s＝K_sX_s (6)

式中Ks为弹簧刚度(N/mm)，Xs为弹簧压缩位移(mm)。

联立公式(3)到公式(6)，解方程可得公式(7)如下：

公式中变量同前。

本发明各种模型建立均是在CAD软件实现，也可以采用其他同等功能的制图软件，采用CAD软件时使用的是AUTOCAD2000以上的版本。

本发明应用在汽车设计制造领域，应用案例如表1。表1中，各参数定义同前。1-7为设计参数，由设计给出。8-17为本发明的结果。

表1麦弗逊悬架轮距变化确定方案与结果

本发明采用数学建模和二维建模方法相结合确定麦弗逊悬架刚度，可以快速低成本的建立刚度和悬架结构形状和位置参数之间的定量关系，提高悬架设计的科学性，准确性和效率。

以上所记载，仅为利用本创作技术内容的实施例，任何熟悉本项技艺者运用本创作所做的修饰、变化，皆属本创作主张的专利范围，而不限于实施例所揭示者。

Claims (3)

1.一种麦弗逊悬架刚度确定方法，其特征在于包括如下步骤：

S1、制定悬架结构二维模型

根据汽车设计理论，绘制悬架结构二维模型，模型中车轮、轮毂座与减振系统连接，减振系统通过上球头销与车架连接，轮毂座一支点连接下球头销并连接在下导向臂，下导向臂铰接在车架的一支点；

S2、在S1中模型基础上，对悬架结构简化，在CAD软件YZ坐标系中简化悬架原理二维模型，模型中下导向臂连接的右连接点、下球头销中心及上球头销中心形成悬架三角结构的三个端点A、B、C；

S3、建立零载位移二维模型

在悬架原理二维模型基础上，模拟零载时悬架的运动，建立零载位移二维模型，悬架三角结构的零载端点A0,B0,C0为A,B,C三点在零载时的位置，利用CAD软件标注命令测量上下球头销中心线零载时倾斜角和弹簧压缩位移；

S4、建立悬架位移数学模型

根据零载位移二维模型，建立悬架位移X_z与减振系统的弹簧压缩位移X_s之间数学关系如下：

X_z＝X_sCOSα₁ (3)

其中，X_z是悬架位移即CC0距离，X_s是弹簧压缩位移即MC0距离，α₁是由CAD软件测量的上下球头销中心线零载时倾斜角；

S5、建立满载静力平衡二维模型

根据S3步骤中模型和力学理论，绘制悬架上球头销中心点C的静力平衡模型，F_z为弹簧力z向分量悬架受力，悬架受力公式如下：

F_z＝F_s×COSα₂ (4)

其中，α₂为满载时上下球头销中心线BC与z轴夹角，F_s为弹簧力；

S6、建立悬架刚度数学模型

根据公式(4)和力学理论，建立悬架力和弹簧力的计算公式(5)和公式(6)如下：

F_z＝K_zX_z (5)

式中K_z为悬架刚度，X_z为悬架位移；

F_s＝K_sX_s (6)

式中K_s为弹簧刚度，X_s为弹簧压缩位移；

联立公式(3)到公式(6)，解方程得公式(7)如下：

式中变量同前。

2.根据权利要求1所述的一种麦弗逊悬架刚度确定方法，其特征在于：S2步骤中，利用CAD软件的标注命令，测量A,B,C三个点的y和z坐标。

3.根据权利要求1所述的一种麦弗逊悬架刚度确定方法，其特征在于：S3步骤中，AA0等于CC0为悬架位移，MC0为弹簧压缩位移，AB等于A0B0为下导向臂长度，BC等于B0M为满载时上下球头销中心距，B0C0等于B0M与MC0之和，为零载时上下球头销中心距，

零载位移二维模型的建立方法如下：

1)绘制悬架原理二维模型；

2)根据零载到满载的车架位移量，在z轴方向上分别将C和A点移动确定C0点和A0点；

3)根据悬架位移时的几何条件确定B0点，几何条件如公式(1)和公式(2)所示；

公式(1)为下导向臂长度不变条件，如下：

AB＝A0B0 (1)

公式(2)为上下球头销中心距变化规律，如下：

B0C0＝B0M+MC0＝BC+MC0 (2)

公式(2)中BC＝B0M为上下球头销中心距中不变部分，不随悬架位移改变，MC0为可变部分，等于弹簧压缩位移；

4)利用CAD软件标注命令测量α₁和弹簧压缩位移MC0。

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