独立悬架运动学分析：空气悬架系统的研究

为保证汽车稳定的直线行驶，应使转向轮具有自动回正作用，这种自动回正作用是由转向轮定位参数来保证实现的。这些定位参数有：主销后倾角、主销内倾角、前轮外倾角和前轮前束。使用GCD-1型光束水准车轮定位仪，如图3-7所示，对SWB6125型城市客车前轮定位参数进行测量，测量结果见表3-4。

表3-4 低地板城市客车前轮定位参数数据

图3-7 GCD-1型光束水准车轮定位仪

利用所建立的前悬架多刚体模型和刚弹耦合模型，进行了车轮上下跳动50 mm 时，前轮定位参数的变化规律分析。在不同的载荷下，前轮定位参数变化的值是不同的，但其随车轮跳动的变化规律是基本相同的。

从图3-8中可以看出，车轮外倾角在车轮相对车身上跳时减小，下落时增加，减少量最大不超过1°。这种运动趋势，被许多现代车辆所采用。一般认为车轮在汽车行驶时垂直于路面为最佳，这样轮胎的磨损比较均匀，既能充分发挥车轮的附着性能又能获得良好的轮胎转弯特性。对于独立悬架来说，完全作到这点是很困难的，所以考虑到车轮支承刚度、转向节间隙的补偿以及路面的拱形等因素，一般取正值外倾角。在转弯情况下，外侧车轮载荷急剧增加，为主要矛盾，在采用如图3-8所示的趋势后，由于车身向外的侧倾方向恰好与车轮外倾变化方向相反，真正的车轮相对地面的外倾角变化不大，也就是说内外车轮仍近似垂直于地面。悬架衬套弹性使车轮外倾角减小，变化量降低，变化趋势也符合预定的要求，更加有利于汽车的操纵稳定性。

图3-8 车辆上下跳动车轮外倾角的变化

主销后倾的变化较小，悬架衬套的弹性降低了其变化幅值，如图3-9所示。一般认为主销后倾所产生的后倾拖距可增加汽车直线行驶稳定性。当主销具有后倾角时，主销轴线与路面交点将位于车轮与路面接触点的前面。汽车直线行驶时，若转向轮偶然受到外力作用而稍有偏转，由于汽车本身离心力的作用，在车轮与路面接触点处，路面对车轮作用着一个侧向反作用力。反作用力对车轮形成绕主销轴线作用的反力矩，其方向正好与车轮偏转方向相反。在此力矩作用下，将使车轮回复到原来中间的位置，从而保证了汽车稳定的直线行驶。主销后倾角的设计应保证车轮具有合适的回正力矩，当车轮随载荷变化而发生跳动时，如果后倾角出现大的变化，则回正力矩将出现过大或过小的现象，使汽车的操纵稳定性恶化。(www.xing528.com)

图3-9 车辆上下跳动时主销后倾角的变化

主销内倾角的主要作用是获得一定的主销偏移距，从而产生回正作用。但是主销内倾角不宜过大，否则在转向时，车轮绕主销偏转的过程中，轮胎与路面间将产生较大的滑动，增加轮胎与路面间的摩擦，故内倾角一般不大于8°。如图3-10所示，主销内倾角在车轮上跳时有所增加，下落时减小，变化幅值不超过1°，橡胶弹性元件对其变化的影响较小。

初始前束值的确定主要考虑纵向力引起的车轮偏转。车轮有了外倾角后，在滚动时类似于滚锥，导致两侧车轮有向外滚开的趋势。由于转向横拉杆和车桥的约束，车轮不可能向外滚开，车轮将在路面上出现边滚边滑的现象，从而增加了轮胎的磨损。车轮前束可以有效消除这种由于车轮外倾引起的不良后果。现在汽车由于车轮的外倾一般较小，前束值0°左右较多。如图3-11所示，该低地板城市客车的前束值为零，变化也在2°之内。

图3-10 车辆上下跳动时主销内倾角的变化

图3-11 车辆上下跳动时车轮前束角的变化

橡胶弹性元件的使用，不仅起到减振的作用，而且对操纵稳定性产生重大的影响。通过对双横臂独立悬架转向轮定位参数变化趋势的分析，可以看出橡胶弹性件的使用使得定位参数向有利于操纵稳定性的趋势发展。因此在悬架控制臂铰链中采用橡胶衬套，可以同时改善汽车的行驶安全性和乘坐舒适性。