双横臂空气悬架动刚度计算及其研究

按照汽车理论的定义，悬架的刚度是指车轮保持在地面上而车厢作垂直运动时，单位车厢位移下，悬架系统给车厢的总弹性恢复力。实际上，常设车厢不动，在轮胎上施加微元垂直反力ΔFz，求出轮胎路面的微元垂直位移Δst，进而求得一侧悬架的线刚度。

空气悬架的动刚度特性由其导向机构与空气弹簧的刚度特性共同决定，一般情况下，不希望悬架的刚度特性变化太大，因为过大的悬架刚度变化会导致车辆的行驶性能呈现出不同的特性，不利于设计者对车辆行驶性能的总体把握，增加了车辆设计的复杂程度。但是在多种因素的影响下，悬架的刚度也不可能是一个固定值，只有对各种因素的影响有了详细的了解，才能对悬架系统进行合理的设计和布置。

利用前文所建立的前悬架多体动力学模型，在车轮垂直方向上运动时，应用多体动力学理论分析轮胎与地面间作用力，进而计算出系统刚度随车轮跳动行程的变化关系。为了分析悬架刚度在不同车轮跳动行程下的变化规律，采用以下方法，给若干个离散的车轮的位移值，将它们作为求解动力学方程的初始条件，对应每一个位移，车轮有一个新的位置，在每一个位置，对车轮施加一个向上的微元力，计算此时车轮在垂直方向的微元位移，从而计算出对应于此车轮行程的悬架系统刚度。

计算得到的空气悬架动态刚度如图3-14所示，为方便看出悬架导向机构对悬架刚度的影响，首先将空气弹簧的刚度设定为一定值，观察悬架刚度的变化规律，如图中实线曲线所示。由于双横臂独立悬架导向机构的复杂的空间变化，即使在固定主弹簧刚度下，悬架的动态刚度也不是一个定值，而呈非线性的变化趋势。当考虑空气弹簧的非线性刚度特性时，悬架动刚度的变化在轮胎向上抬起时有所增加，轮胎下降时有所降低，这种变化趋势与空气弹簧的刚度变化特性有关。如前一节所示，空气弹簧的刚度在压缩时增加，伸张时降低，且在一定的变形范围内刚度的变化量不大，反映到空气悬架的动刚度特性上则如图3-14中虚曲线所示。(www.xing528.com)

图3-14 独立空气悬架刚度特性曲线