车辆悬架横向稳定杆刚度匹配及直径的设计方法
【专利摘要】本发明涉及车辆悬架横向稳定杆刚度匹配及直径的设计方法，属于车辆悬架【技术领域】。由于受稳定杆和橡胶衬套径向变形解析计算及相互耦合问题的制约，一直未能给出可靠的稳定杆直径的优化设计方法。该发明其特征在于：首先根据车辆参数及侧倾模型，对前、后悬架稳定杆系统侧倾角刚度进行匹配设计；然后，根据侧倾角刚度匹配设计值，橡胶衬套的径向刚度系数Kx和稳定杆端部的变形系数表达式Gw，建立稳定杆直径d的优化设计数学模型，利用Matlab程序得到准确、可靠的稳定杆直径d的优化设计值。利用该发明可提高悬架及稳定杆的设计水平和性能，提高车辆的行驶平顺性和安全性；同时，还可加快产品开发设计速度，降低设计及试验费用。
【专利说明】车辆悬架横向稳定杆刚度匹配及直径的设计方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及车辆悬架，特别是车辆悬架横向稳定杆刚度匹配及直径的设计方法。
【背景技术】
[0002]横向稳定杆系统是车辆悬架系统的重要组成部件之一，在车辆转向行驶时以防止车身发生过大的侧倾和侧倾角振动。在车辆悬架系统中加设侧倾刚度相匹配的横向稳定杆系统，可以减少这种横向侧倾，若车辆前、后悬架侧倾角刚度匹配及直径设计不当，将会影响车辆的转向特性。同时，由于稳定杆系统的侧倾角刚度，不仅受车辆参数和稳定杆结构及材料特性参数的影响，同时，还受橡胶衬套的结构和材料特性参数及安装位置的影响。因此，如何根据车辆参数和悬架弹簧刚度，对稳定杆进行刚度匹配及直径设计，是车辆悬架系统设计的关键问题。然而由于受稳定杆端部变形和橡胶衬套径向变形解析计算及相互耦合等关键问题的制约，对于悬架横向稳定杆刚度匹配及直径设计，目前国内、外尚未给出可靠的解析设计方法，大都是利用ANSYS仿真软件建立模型，通过仿真对横向稳定杆系统进行变形及刚度分析，尽管可得到比较可靠的分析数值，但是该方法只能对给定结构和载荷情况下的稳定杆系统的变形及刚度进行验证，不能提供解析计算式，因此，不能满足悬架稳定杆解析设计及CAD软件开发的要求。随着车辆行业及行驶速度的不断提高，对悬架稳定杆刚度匹配设计提出了更高的要求，因此，必须建立一种精确、可靠的车辆悬架横向稳定杆刚度匹配及直径的优化设计方法，提高车辆悬架及稳定杆系统的设计水平和性能，提高车辆行驶平顺性；同时，降低设计及试验费用，加快产品开发速度。
【发明内容】
[0003]针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种简便、可靠的车辆悬架横向稳定杆刚度匹配及直径的设计方法，其设计流程图如图1所示，车辆侧倾运动模型图如图2所示,稳定杆的结构示意图如图3所示。
[0004]为解决上述技术问题，本发明所提供的车辆悬架横向稳定杆刚度匹配及直径的设计方法，其特征在于采用以下步骤。
[0005](I)车辆悬架所需要的总侧倾角刚度&的计算:
[0006]根据车辆车身质量ms，车身质心与侧倾轴间的距离hs，车轮半径r，侧向加速度ay，及车辆设计所要求的车身最大侧倾角fP，在忽略簧下质量Hlu情况下，对车辆悬架所需要的总侧倾角刚度进行计算，即:
【权利要求】
1.车辆悬架横向稳定杆刚度匹配及直径的设计方法，其具体步骤如下: (1)车辆悬架所需要的总侧倾角刚度&的计算: 根据车辆车身质量ms，车身质心与侧倾轴间的距离hs，车轮半径r，侧向加速度ay，及车辆设计所要求的车身最大侧倾角Ψ，在忽略簧下质量mu情况下，对车辆悬架所需要的总侧倾角刚度进行计算，即:
其中，g为重力加速度； (2)车辆前、后悬架弹簧的侧倾角刚度^sf和夂-的计算: 根据车辆的前轮距Bf和后轮距前摆臂长度Tlf，后摆臂长度Ty前、后悬架弹簧安装位置到摆臂铰链点之间的距离T2f和T&，及前、后悬架弹簧的线刚度和kOT，对前、后悬架弹簧的侧倾角刚度分别进行计算，即:
(3)确定前悬架稳定杆系统侧倾角刚度Kpwsf的设计许可值及范围: 根据步骤(1)中所得到的总侧倾角刚度&>，及步骤(2)中所确定的悬架弹簧的侧倾角刚度1#和1-，确定前悬架稳定杆系统侧倾角刚度值的最大许可和最小许可值[^wrfJmin，分别为:
因此，前悬架稳定杆系统侧倾角刚度设计许可值的范围为:
(4)前、后悬架稳定杆系统侧倾角刚度Ipwsf和夂,的匹配设计: 若则车辆前、后悬架稳定杆系统侧倾角刚度的设计值都等于零，即 =0，K— =0,也就是该车辆前、后悬架均不需要加设横向稳定杆； 若>0，则对前、后悬架稳定杆系统侧倾角刚度进行匹配设计，即: A:根据步骤(3)中所确定的前悬架稳定杆系统侧倾角刚度设计许可值的范围 _,<[&、、、「]，选取一侧倾角刚度值作为前悬架稳定杆侧倾角刚度的理论设计值fpmf ; B:根据A步骤中所确定的前悬架稳定杆系统侧倾角刚度的理论设计值夂-sf，及步骤(3)中的值，对后悬架稳定杆系统侧倾角刚度的理论设计值进行计算，即:
C:根据A步骤中的和B步骤中的夂f，计算^wsr/^wsf比值的大小，并根据比值大小决定是否安装后悬架稳定杆: 如果比值I_sr/I_sf >0.2,则A步骤中所确定的理论设计值，即为前悬架稳定杆系统侧倾角刚度实际设计值；而B步骤中所确定的理论设计值，即为后悬架稳定杆系统侧倾角刚度实际设计值； 如果比值I_sr/I_sf<0.2，则取后悬架稳定杆系统侧倾角刚度设计值~_.=0，即后悬架不设置稳定杆；前悬架稳定杆侧倾角刚度的实际设计值夂-sf=[夂^sfLax，即前悬架稳定杆的侧倾角刚度，等于前悬架稳定杆侧倾角刚度值的最大许可值[夂PWSf In? ; (5)前、后悬架稳定杆端部垂向位移的变形系数的计算: 根据前、后悬架稳定杆的总长度IjP 1?，中间两个橡胶衬套的安装距离Itlf和Ite，前、后横向稳定杆的臂长Ilf和I11?，前、后横向稳定杆的过渡圆弧半径Rf和艮，过渡圆弧的圆心角9{和Θ P及材料弹性模型E和泊松比μ，对前、后悬架稳定杆端部垂向位移的变形系数Gwf和G?进行计算,分别为:
(6)建立前、后稳定杆橡胶衬套径向线刚度Kxf和Kjff的表达式: 根据前、后橡胶衬套的轴向长度Lf和Lp厚度hf和心弹性模量Ex，泊松比μ χ，橡胶衬套内圆套筒壁厚八込和Λ?ρ设前、后稳定杆直径的待设计值分别为七和4，因此，前、后橡胶衬套的内圆半径和外圆半径，可分别表示为:
所以，前、后橡胶衬套径向线刚度的表达式，可分别表示为:
式中，Kxf (df)和Km (4)分别为前、后悬架稳定杆直径df和4的表达式；
Bessel 修正函数:I (O, a bf)，K (O, α bf), I (I, α bf)，Κ(1, α bf) ；Ι (I, α af)，Κ(1, α af)，
(7)前、后悬架稳定杆直径df和4优化设计数学模型的建立及设计:根据车辆前、后桥的轮距Bf和前、后横向稳定杆的总长度Ici和1?，前、后稳定杆中间两个橡胶衬套的安装距离‘和Ito，步骤⑷中设计所得到的前、后悬架稳定杆系统的侧倾角刚度设计值和夂^，步骤(5)中计算得到的前后稳定杆在端部垂向位移的变形系数Gwf和6?，及步骤(6)中所得到的前、后橡胶衬套径向线刚度的表达式Kxf (df)和Kxr (dr)，建立前、后悬架稳定杆直径df和火的优化设计数学模型，分别为:
利用Matlab计算程序，求解上述优化设计数学模型，便可得到前、后悬架稳定杆直径df和火的优化设计值。
【文档编号】G06F19/00GK104200040SQ201410475786
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年9月18日 优先权日:2014年9月18日
【发明者】周长城, 提艳, 张云山, 宋群, 潘礼军, 程正午 申请人:山东理工大学