袁文強(qiáng)，劉 盼，李瀟寧

（陜西重型汽車(chē)有限公司，陜西 西安 710200）

隨著GB 1589新法規(guī)的實(shí)施，商用汽車(chē)輕量 化技術(shù)越來(lái)越得到主機(jī)廠的重視，少片變截面鋼板彈簧作為商用車(chē)輕量化手段之一，在商用汽車(chē)中廣泛使用，其卷耳在車(chē)輛中的應(yīng)用主要有上卷耳和平卷耳兩種結(jié)構(gòu)（如圖1所示），卷耳結(jié)構(gòu)差異影響鋼板彈簧運(yùn)動(dòng)學(xué)特性?；谏鲜鲈?，本文結(jié)合理論分析和仿真模擬方法，重點(diǎn)分析了兩種鋼板彈簧卷耳對(duì)懸架系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)特性的影響，為鋼板彈簧卷耳選型提供設(shè)計(jì)參考。

1 相關(guān)參數(shù)設(shè)計(jì)

某車(chē)型前懸架相關(guān)參數(shù)如表1所示，本文基于表中參數(shù)研究上卷耳和平卷耳板簧兩種卷耳形式對(duì)懸架性能的影響。

2 變截面少片簧懸架運(yùn)動(dòng)軌跡

國(guó)際汽車(chē)工程學(xué)會(huì)（Society of Automotive Engineers, SAE）圓弧理論是20世紀(jì)60年代美國(guó)汽車(chē)工程協(xié)會(huì)推薦的圓弧近似法，即鋼板彈簧主片中心軌跡用3/4（為鋼板彈簧半長(zhǎng)）為半徑，圓心在比主片卷耳中心高/2處（為主片中心到卷耳中心距離）。以某車(chē)型前板簧為研究對(duì)象，按照SAE理論畫(huà)出鋼板彈簧主片中心的SAE圓弧軌跡，再結(jié)合懸架系統(tǒng)上、下跳動(dòng)極限，上卷耳和平卷耳前少片板簧主片中心SAE圓弧跳動(dòng)軌跡如圖2所示，按照SAE圓弧理論采用作圖法，分析懸架跳動(dòng)±100 mm時(shí)，鋼板彈簧主片中心運(yùn)動(dòng)軌跡如圖3所示，結(jié)果顯示下跳極限到上跳極限行程范圍內(nèi)，平卷耳相比上卷耳的板簧向位移變化小。

3 基于Adams前懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)特性分析

3.1 鋼板彈簧建模

在Adams建立鋼板彈簧的模型，進(jìn)一步分析兩種卷耳板簧結(jié)構(gòu)對(duì)懸架系統(tǒng)的影響。鋼板彈簧的建模方法包括有限元法、離散梁法和SAE三連桿法等。本文采用LeafTool鋼板彈簧工具箱建立某前懸架的變截面板簧模型，先用預(yù)先采集的板簧lef數(shù)據(jù)快速生成板簧的輪廓，經(jīng)過(guò)設(shè)置板簧安裝、屬性文件和施加預(yù)載荷生成板簧裝配和建模模板，建立滿載狀態(tài)的板簧模板如圖4所示，對(duì)建立的板簧進(jìn)行加載分析，經(jīng)驗(yàn)證板簧的剛度公差滿足±6%設(shè)計(jì)要求，滿足懸架系統(tǒng)仿真精度。

3.2 前懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)模型建立

根據(jù)搭建的整車(chē)1/2模型，采集前懸架硬點(diǎn)數(shù)據(jù)，在Adams Car/Template 模塊中分別建立前懸架模板、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模板、穩(wěn)定桿模板，建立好模型后在懸架模板中輸入前束角和外傾角設(shè)計(jì)參數(shù)，再利用已生成的板簧模板和Template 模塊中建立的系統(tǒng)模板在Adams Car/Standard標(biāo)準(zhǔn)界面建立各子系統(tǒng)，然后將前懸架、前鋼板彈簧、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、穩(wěn)定桿子系統(tǒng)和懸架試驗(yàn)臺(tái)裝配起來(lái)后即完成前懸架仿真模型建立，如圖5所示。

3.3 平行輪跳工況分析

3.3.1 車(chē)輪外傾角

圖6為車(chē)輪外傾角與車(chē)輪跳動(dòng)行程關(guān)系，車(chē)輪外傾角初始值為0.5°，在輪胎跳動(dòng)行程范圍，平卷耳板簧方案的車(chē)輪外傾角變化范圍為0.45°～0.54°，上卷耳板簧方案的車(chē)輪外傾角變化范圍為0.437°～0.547°，平卷耳板簧的車(chē)輪外傾角比上卷耳車(chē)輪外傾角相對(duì)外傾角初始值的變化量小，平卷耳板簧方案能較好抑制車(chē)輪外傾角的變化，使車(chē)輪能很好與地面接觸，減少輪胎磨損。

3.3.2 車(chē)輪前束角

輪胎的偏磨與前束角大小有關(guān)，前束角過(guò)大或過(guò)小都會(huì)加劇輪胎的偏磨程度，也使輪胎的滾動(dòng)阻力增加，降低車(chē)輛的直線行駛能力。車(chē)輪前束角初始值為0.13°，圖7為車(chē)輪前束角與車(chē)輪跳動(dòng)行程關(guān)系，平卷耳板簧方案在輪胎跳動(dòng)行程范圍內(nèi)的車(chē)輪前束角變化范圍為-0.826°～1.11°，上卷耳板簧方案在輪胎跳動(dòng)行程范圍內(nèi)的車(chē)輪前束角變化范圍為-0.99°～1.4°，結(jié)合圖7可知，平卷耳板簧方案的前束角變化量小于1°，相對(duì)于上卷耳板簧能更好地保證車(chē)輛行駛性能。

3.3.3 主銷(xiāo)后傾角

主銷(xiāo)后傾角是主銷(xiāo)軸線在汽車(chē)縱向平面內(nèi)向后傾斜產(chǎn)生的角度，主銷(xiāo)軸線在地面的交點(diǎn)，使輪胎產(chǎn)生主銷(xiāo)拖距，該拖距的大小影響車(chē)輛回正性能和轉(zhuǎn)向輕便性，從圖8分析可知，上卷耳板簧方案在輪胎跳動(dòng)行程范圍內(nèi)的主后傾角變化范圍為2.76°～3.22°，平卷耳板簧方案在輪胎跳動(dòng)行程范圍內(nèi)的主銷(xiāo)后傾角變化范圍為2.85°～3.23°，輪胎跳動(dòng)行程范圍內(nèi)主銷(xiāo)后傾角變化量均小于0.5°，對(duì)于車(chē)輛轉(zhuǎn)向回正波動(dòng)小，說(shuō)明板簧卷耳形式對(duì)主銷(xiāo)后傾角無(wú)影響。

3.3.4 車(chē)輪縱向位移

輪胎縱向位移大小影響輪胎磨損和轉(zhuǎn)向懸架干涉量大小，從圖9可知，上卷耳板簧方案在輪胎跳動(dòng)行程范圍內(nèi)的車(chē)輪縱向位移變化范圍為-12.4 mm～10.58 mm，平卷耳板簧方案在輪胎跳動(dòng)行程范圍內(nèi)的車(chē)輪縱向位移變化范圍為-10.2 mm～8.97 mm，在車(chē)輪跳動(dòng)行程范圍內(nèi)，平卷耳比上卷耳板簧方案車(chē)輪縱向位移小2 mm，因此平卷耳板簧有利于減少輪胎磨損和轉(zhuǎn)向懸架干涉量。

3.4 雙輪反向輪跳工況分析

3.4.1 側(cè)傾中心高度

側(cè)傾中心高度是影響轉(zhuǎn)向時(shí)側(cè)傾角大小的主要因素，側(cè)傾中心越大，其越趨近于簧上質(zhì)量質(zhì)心，有利于減小轉(zhuǎn)向時(shí)的側(cè)傾力矩和側(cè)傾角，從而增加車(chē)輛舒適性和操穩(wěn)性能，且增加前懸架側(cè)傾中心高度時(shí)，使前懸架趨于不足轉(zhuǎn)向特性。圖10為側(cè)傾中心高度與車(chē)輪跳動(dòng)行程關(guān)系，分析結(jié)果顯示在設(shè)計(jì)狀態(tài)時(shí)平卷耳板簧方案相比上卷耳板簧方案?jìng)?cè)傾中心高10 mm左右，平卷耳板簧方案利于改善車(chē)輛操穩(wěn)性能。

3.4.2 車(chē)輪輪距變化量

車(chē)輛轉(zhuǎn)向側(cè)傾時(shí)，輪距隨著懸架的壓縮和伸張發(fā)生變化，會(huì)引起輪胎的側(cè)偏角和側(cè)向力變化，可能會(huì)進(jìn)一步影響汽車(chē)直線行駛穩(wěn)定性，增加輪胎阻力和輪胎磨損風(fēng)險(xiǎn)。圖11為車(chē)輪輪距變化量與車(chē)輪跳動(dòng)行程關(guān)系，分析結(jié)果表明，平卷耳板簧方案相比上卷耳板簧方案的車(chē)輪輪距變化量稍大，不利于減小輪胎磨損。

4 結(jié)論

（1）本文基于SAE近似圓弧理論，先通過(guò)作圖解析方法，得出平卷耳板簧對(duì)懸架運(yùn)動(dòng)性能影響較小，為進(jìn)一步驗(yàn)證分析結(jié)論，在Adams中建立車(chē)輛1/2前懸架仿真模型詳細(xì)分析兩種板簧卷耳形式對(duì)懸架運(yùn)動(dòng)特性的影響，模擬平行輪跳和雙輪反向跳動(dòng)兩種工況，綜合對(duì)比結(jié)果表明平卷耳板簧方案有利于改善車(chē)輪定位參數(shù)，可提高車(chē)輛操穩(wěn)性能。

（2）本文得出的結(jié)論可為工程實(shí)踐提供較好理論支撐，為板簧方案設(shè)計(jì)選型提供理論依據(jù)，在設(shè)計(jì)初期就確定板簧卷耳方案，避免設(shè)計(jì)方案的反復(fù)，提高設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)效率。