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目次通過計算,求得反映ma02-me100純電動車懸架系統效能的基本特徵,為零部件開發提供參考。計算內容主要包括懸架剛度、懸架側傾角剛度、剛度匹配、懸架偏頻、靜撓度和阻尼等。
ma02-me100純電動車前懸架採用麥弗遜式獨立懸架帶橫向穩定桿結構,後懸架系統採用拖曳臂式非獨立懸架結構。
前、後懸架系統的結構圖如圖1、圖2:
圖1 前懸架系統
圖2 後懸架系統
懸架系統設計輸入引數如表1:
表1 懸架引數列表
根據kc試驗資料分析,選定彈簧剛度:
前懸架彈簧剛度為: ;
後懸架彈簧剛度為: ;
懸架系統將車身與車輪彈性的連線起來,由此彈性元件與它所支承的質量組成的振動系統決定了車身的固有頻率,這是影響汽車行駛平順性的重要效能指標之一。
圖3 前懸架剛度計算示意圖
圖4 後懸架剛度計算示意圖
前懸架剛度按式(1)計算:
1)式中:
k——懸架剛度,n/mm;
b——前彈簧中心線與轉向瞬時運動中心距離, mm;
p——車輪中心面距轉向節瞬時運動中心距離, mm。
根據圖3得b=2435mm,p=2578mm帶入式(1)得前懸架剛度為:
取襯套的剛度約為懸架剛度的15%,所以前懸架總剛度為:
=17.84×(1+15%)=20.52n/mm
前懸架偏頻按式(2)計算:
2)式中:
——前懸架偏頻,
——前懸架的剛度,n/mm;
——前懸架簧載質量,kg;
——前懸架滿載簧載質量,kg;
——前懸架空載簧載質量,kg。
根據表1得
並把=20.52n/mm帶入式(2)得出:
前懸架滿載偏頻:
前懸架空載偏頻:
3)式中:
——彈簧中心線與後軸垂線間的夾角,=5.3 °(見圖4);
則:考慮在懸架系統中橡膠塊的變形,其剛度約為懸架剛度的15%~20%,此處取15%,
經計算:
後懸架偏頻按式(4)計算:
4)式中:
——後懸架偏頻;
k——後懸架的剛度,n/mm;
——後懸架簧載質量,kg;
——後懸架滿載簧載質量,kg;
——後懸架空載簧載質量,kg。
根據表1得
並把帶入(4)式得出:
後懸架滿載偏頻:
後懸架空載偏頻:
靜撓度也是表徵懸架效能的引數,按式(5)計算:
5)式中:
——靜撓度,mm;
——前懸空載靜撓度,mm;
——前懸滿載靜撓度,mm;
——後懸空載靜撓度,mm;
——後懸滿載靜撓度,mm;
m——簧載質量,kg;
g——重力加速度, ;
k——懸架剛度,n/mm。
所以,按式(5)計算得出:
前懸架空載靜撓度:
前懸架滿載靜撓度:
後懸架空載靜撓度:
後懸架滿載靜撓度:
空載狀態後前懸架偏頻比:nr2/ nf2=1.67/1.37=1.22
滿載狀態後前懸架偏頻比:nr1/ nf1=1.32/1.34=0.98
懸架剛度匹配結論:一般舒適型轎車前懸架偏頻在1~1.45之間,後懸架偏頻在1.
17~1.58之間。開發目標車前後懸架的空、滿載靜撓度和頻率值以及偏頻比較合理,適合舒適型乘用車。
前懸架的側傾角剛度由兩部分共同作用,即螺旋彈簧引起的側傾角剛度與橫向穩定桿引起的側傾角剛度。
1)螺旋彈簧引起的側傾角剛度按式(6)計算:
6) 式中:
——前螺旋彈簧引起的側傾角剛度,n·mm/rad;
b——前彈簧中心線與轉向瞬時運動中心距離, mm;
p——車輪中心面距轉向節瞬時運動中心距離, mm;
b——前輪距, mm;
——前螺旋彈簧剛度,n/mm。
根據圖3得b=2435mm,p=2578mm,根據表1得b=1299 mm,並把=20 n/mm帶入式(6)得出螺旋彈簧的側傾角剛度為:
=1.51×10 n·mm/rad
參考kc試驗資料襯套扭轉時的剛度有約為15%的影響,則前懸架由螺旋彈簧引起的側傾角剛度為:
2)橫向穩定桿引起的角剛度按式(7)計算:
………………(7)
圖5 前橫向穩定桿結構示意圖
式中各引數參見示意圖5:
——橫向穩定桿引起的角剛度,n·mm/rad;
d——穩定桿直徑, mm;
i——穩定桿的截面慣性矩, mm;
e——材料的彈性模量, (n/mm)2
前穩定桿直徑d=19mm,所以
前穩定桿材料為:60si2mna,所以 e=206000 (n/mm)2
前橫向穩定桿引起的角剛度為:
考慮固定方式,新的穩定桿在車輪處的等效側傾角剛度與穩定桿所提供的側傾角剛度比為:i=0.5,穩定桿在車輪處的等效側傾角剛度為:
由於連線件是橡膠元件,故實際剛度值一般比理論值減小15%~30%,取15%。則
所以,前懸架總的側傾角剛度:
8)式中:
α——彈簧中心線與後軸垂線間的夾角 ;
——彈簧剛度;
——彈簧安裝間距 ;
以上資料代入公式(8), 得:
考慮襯套扭轉時的剛度有約為20%的影響:
則:後懸架側傾角剛度為
一般要求前懸架側傾角剛度要稍大於後懸架側傾角剛度,以滿足汽車稍有不足轉向特性的要求,並且前、後懸架側傾角剛度比值一般在1.4~2.6之間。
根據以上計算結果得前、後懸架側傾角剛度比值為2.5,顯然開發目標車型滿足要求。
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