C形彈簧在麥弗遜懸架側向性能調校的研究

劉叢浩，薛少科，王一臣，王健，孫曉幫，張金峰

C形彈簧在麥弗遜懸架側向性能調校的研究

劉叢浩1，薛少科1，王一臣2，王健2，孫曉幫1，張金峰1

（1.遼寧工業大學汽車與交通工程學院，遼寧 錦州 121001；2.錦州立德減振器有限公司，遼寧 錦州 121007）

由于麥弗遜懸架本身的結構特點，減振器支柱總成的安裝通常不是豎直方向，使得減振器支柱總成不僅要承受垂向力，還要承受側向力。C形彈簧與普通螺旋彈簧相似，只是中心線是曲線，而不是直線，C形彈簧在非工作狀態下是類似于英文字母C的形狀。受到垂直載荷時形狀變為跟普通螺旋彈簧相似，但是彈簧力的作用線與其中心線仍具有一個夾角，該夾角使得減振器受力后存在平行于軸線的力與垂直于軸線的力，本文用最小二乘法擬合螺旋彈簧的曲率，得到側載螺旋彈簧的中心曲率的初值，可以有效減小減振器所受的側向載荷。

麥弗遜懸架；C形彈簧；側向載荷；懸架調校

前言

麥弗遜懸架的結構具有特殊性[1]，由于主銷內傾角的存在，減振器在安裝時與豎直方向有一定的角度，當車輪跳動時，減振器支柱總成收到側向往復力的作用[2-4]，特別是減振器中的活塞桿相對于儲油缸的側向往復力作用，在往復側向力的作用下，減振器容易發生減振器異響、漏油失效、活塞桿彎曲、導向套磨損等情況，縮短減振器的壽命，降低了懸架的性能[5]。盡管采用斜置彈簧托可使螺旋彈簧偏置[2,3]，從而能在一定程度上減小減振器受到的側向力，但是由于空間布置的限制，這種方法效果有限。針對麥弗遜懸架優化減振器側向力，仍是懸架研究熱點之一。本文將對某樣車麥弗遜前懸架設計C型彈簧并進行驗證。

1 C形彈簧設計

本文提出在給定減振器上受到垂向力和側向力條件下的初步確定側載螺旋彈簧的非等曲率軸心曲線的方法。該法運用插值法計算出彈簧中心曲線點的位置，根據最小二乘法，并用EXCEL進行求解，作為C形彈簧中心線曲率方程的初值，得到側載螺旋彈簧中心線方程上的點如表1所示。

表1 彈簧中心曲率點

2 C形彈簧懸架動力學仿真驗證

2.1 建模

據上文得到的C形彈簧的基本參數，包括中經、直徑、有效圈數、總圈數、自由高度等信息，在CATIA三維設計軟件中建立三維模型。ADAMS為廣泛使用的車輛動力學仿真軟件[6-8]，由于彈簧是大變形的彈性體，設計由懸架下極限位置的彈簧作為柔性體輸入，這樣通過ADAMS 臺架進行上跳對柔性體加載。并提取減振器下跳100mm的狀態作為下極限狀態，進行替換C型彈簧替換對比計算。如圖1所示，為C形彈簧懸架與普通螺旋彈簧懸架模型對比圖。

圖1 C形彈簧與普通螺旋彈簧懸架對比圖

2.2 結果

由減振器側向力（合力）曲線圖2可知，C型彈簧比一般的圓柱彈簧的側向力要小很多。在限位塊未接觸的時候，圓柱彈簧側向力隨輪跳增長明顯比圓柱彈簧快。在接觸限位的時刻，C型彈簧的減振器側向力為209N，而圓柱彈簧為654N，有明顯的改善。

圖2 C形彈簧與普通彈簧懸架減振器受側向力對比圖

3 結論

通過優化C型彈簧的中心曲率并與普通螺旋彈簧進行對比，參考變量為減振器上支點受到的側向力大小，通過對比發現，C形彈簧的懸架減振器受到的側向力明顯小于普通螺旋彈簧懸架減振器上支點受到的側向力，且C形彈簧整車比普通螺旋彈簧整車仿真減振器側向力小很多，懸架仿真結果對比中側向力減小為原來的30%。

雖然這種情況下的多體動力學仿真結果中，減振器側向力顯著減小，但并沒有完全消除，還有繼續優化的空間，證明C形彈簧可以減小懸架減振器受到的側向力，同時證明了C形彈簧懸架減振器減小麥弗遜減振器受側向力大小的可行性、合理性以及麥弗遜懸架還存在著結構優化的空間。

[1] 薛少科,曾慶東,等.基于ADAMS的沖擊石路面麥弗遜懸架側向力受力分析[J].汽車實用技術 2019,(08):201-204.

[2] 劉守銀,周忍.麥弗遜懸架減振器側向力分析綜述[J].汽車實用技術,2014(10).

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[4] 景立新,郭孔輝,蘆蕩.麥弗遜懸架減振器側向力優化[J].科學技術與工程, 2011(01).

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[7] 余東滿,王笛,李曉靜.基于ADAMS/Car的麥弗遜前懸架仿真分析及優化[J].制造業自動化,2015,37(04):70-73.

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Application Of C-spring In lateral Performance Adjustment Of McPherson Suspension

Liu Conghao1, Xue Shaoke1, Wang Yichen2, Wang Jian2, Sun Xiaobang1, Zhang Jinfeng1

( 1.College of Automobile and Transportation Engineering, Liaoning University of Technology, Liaoning Jinzhou 121001;2. Jinzhou Leader Shock Absorber Co, Ltd, Liaoning Jinzhou 121007 )

Due to the structural characteristics of McPherson suspension, the installation of shock absorber strut assembly is usually not vertical.The shock absorber strut assembly should not only bear the vertical force, but also the lateral force.C-shaped spring is similar to ordinary coil spring, but the center line is a curve, not a straight line.The C-shaped spring is similar to the shape of the letter C in the non working state.When subjected to vertical load, the shape becomes similar to that of ordinary coil spring.But there is still an angle between the acting line of spring force and its center line,The angle makes the force parallel to the axis and the force perpendicular to the axis.In this paper, the least square method is used to fit the curvature of spiral spring,The initial value of the central curvature of the side loaded helical spring is obtained,It can effectively reduce the lateral load on the shock absorber.

Macpherson suspension; C-spring; Lateral load; Suspension alignment

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.04.009

U463.33+5.1

A

1671-7988(2021)04-27-02

U463.33+5.1

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1671-7988(2021)04-27-02

劉叢浩，博士，講師，就職于遼寧工業大學汽車與交通工程學院，研究方向：結構、流體仿真。