刘冬冬：某型轻型卡车悬架系统设计
四、横向平面内上、下横臂的布置方案
比较图2-10中的 a、b、c三图可以清楚地看到，上、下横臂布置不同，所得侧倾中心位置也不同，这样就可根据对侧倾中心位置的要求来设计上、下横臂在横向平面内的布置方案。
a) b) c)
图2-10 上、下横臂在横向平面内的布置方案
本设计按照图a）进行设计。
五、上下横臂长度的确定
双横臂式独立悬架的上、下臂长度对车轮上、下跳动时前轮的定位参数影响很大。现代所用的双横臂式前悬架，一般设计成上横臂短、下横臂长。这一方面考虑到布置发动机方便，另一方面也是为了得到理想的悬架特性。现代轿车设计时，l2/l1取为0.6～1.0之间。美国克莱斯勒和通用汽车公司分别认为，上下横臂长度之比取0.7和0.66为最佳。根据我国汽车设计经验，在初选尺寸时，l2/l1取0.65为宜。
下表是国外一些轿车的上下臂长及球销距的尺寸：
表2-4 国外轿车独立悬架的一些参数
车牌名 奔驰600(西德) 伏尔加(苏) 雷诺(法) 王子(日) 伏克斯豪尔(英) 雪佛兰(美) 上臂长 A，mm 330 200 215 245 250 190 下臂长 C，mm 479 445 350 305 380 330 球销距 B，mm 256 250 200 200 200 215 A CA B0.702 0.45 0.61 0.80 0.66 0.60 1.29 0.8 1.07 1.22 1.25 0.89
所以我们取l1=320mm，l2=208mm。上下横臂铰点间距离为200mm。
2.4 悬架其他附件的设计
2.4.1 接头
控制臂或推力杆常通过位于它们端部的接头与其他部件实现连接。这些接头应满足下述要求：应有较小的摩擦；在使用期间不需要进行保养，以减少使用成本和降低劳动强度；接头应有一定的弹性；具有隔声性能。目前，在接头内设计有橡胶衬套或者塑料衬套，橡胶衬套使接头有弹性变形，并有隔声性能；塑料衬套应该用聚氨脂、聚酰胺脂、
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或四氟乙烯材料制造。
根据结构不同，接头有轴销式和球销式接头两种。接头所连接的两部分之间的相对运动形式和传力特点，将影响接头形式的选择。位于转向轮内侧的双横臂独立悬架上的接头，由于转向时车轮绕主销轴线回转，同时车轮在垂直面内有位移，因此要求横臂与转向节连接处接头能够完成空间运动，故在此处选择球销式接头。
图2-11 球销式接头
图2-11所示球销式接头的特点是，用塑料制成整体式球碗，利用塑料的弹性将球头销压入球头碗后再装到球座上，工作时球头销的球面部分在球头碗内滑动。这种球头能承受各个方向的作用力，在使用中又不需要保养。
2.4.2 横向稳定杆的作用
现代汽车大多都装有横向稳定杆来加大悬架的侧倾角刚度以改善汽车的行驶稳定性。横向稳定杆在独立悬架中的典型安装方式如图2-12所示。当左右车轮同向等幅跳动时，横向稳定杆不起作用；当左右车轮有垂向的相对位移时，稳定杆受扭，发挥弹性元件的作用。通常，在汽车的前、后悬架中都装有横向稳定杆，或者只在前悬架中安装。若只在后悬架中安装，则会使汽车趋于过多转向。横向稳定杆带来的不利因素有：当汽车在坑洼不平的路面行驶时，左右轮之间有垂向相对位移，由于横向稳定杆的作用，增加了车轮处的垂向刚度，会影响汽车的行驶平顺性【3】。
在有些悬架中，横向稳定杆还兼起部分导向杆系的作用，其余情况下则在设计时应当注意避免与悬架的导向杆系发生运动干涉。为了缓冲隔振和降低噪声，横向稳定杆与车轮及车架的连接处均有橡胶支承。
图2-12 横向稳定杆的安装示意图 图2-13 卷耳
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2.4.3 卷耳形式的选择
钢板弹簧端部做成卷耳状，再通过钢板弹簧销固定在车架的托架或吊耳的孔中。卷耳有多种形式，卷耳主要对制造工艺性，叶片的应力情况，主片的工作条件等产生影响。一般选择卷耳上卷式结构，其特点是制造工艺性良好，但因卷耳中心线与主片断面中心线之间存在一定距离，所以工作时叶片内应力较大。因此应使弹簧第二片端部也要向上卷起，包在第一片卷耳上，使主片工作条件改善，工作可靠性提高。由于所悬架的
使用范围是轻型货车，一般采用1/4包耳形式，卷耳销采用不可拆式，如图2-13。
2.4.4 钢板弹簧衬套的分析和选型
衬套一般以金属，橡胶或塑料三种材料制造。金属裤套可以承受较大的挤压应 力（平均可达到10N/mm2），弹簧销和卷耳也径尺寸小，结构紧凑，可降低卷耳根部应力。但金属衬套需要有良好的润滑，这种衬套大多用于载货汽车上。
塑料衬套一般采用尼龙或聚甲醛材料制成。由于塑料衬套本身有润滑性质，因此对润滑要求较低。塑料的热膨胀系数比金属大，而且吸水后膨胀，因此衬套壁厚不家过厚。确定衬套与卷耳孔径时，最好根据不同塑料的性能，经试验后给出合理的过盈量，并选择合适的弹簧销配合间隙。
橡胶衬套主要是靠橡胶扭转变形使卷耳相对弹簧销产生转动，由于橡胶和金属表面没有相对移动，因此衬套不存在磨损问题。为减少衬套在扭转变形时产生过大剪应力，衬套一般做的比较大，所以衬套设计应考虑卷耳强度。橡胶衬套的主要优点是无需润滑维护，并能吸收汽车高频振动，因此橡胶衬套在轿车以及轻型货车上得到广泛应用。橡胶衬套结构可分为硫化压结式和压装式两种，后者又有轴向压装和径向压装两种。
根据车型和润滑的难易程度，选择尼龙衬套。
2.5 新型气压作动器主动悬架的设计
2.5.1 悬架目前存在的缺点
传统悬架也即被动悬架，它是由外力驱动而起作用的，所以也被称为从动悬架。它的主要参数是根据经验或优化设计的方法来确定的，并且在行驶过程中保持不变。它是一系列路况的折中，很难适应各种复杂路况。由于被动悬架设计的出发点是在满足汽车平顺性和操纵稳定性之间进行折中，对于不同的使用要求，只能是在满足主要性能要求的基础上牺牲次要性能。被动悬架虽然成本低、可靠性较高，但是它无法解决同时满足平顺性和操纵稳定性之间相矛盾的要求。当我们采用刚性较大的螺旋弹簧来使车轮保持着与路面接触的倾向，提高轮胎的抓地能力。但是这样的弊端是乘坐汽车时有较强烈的颠簸感觉。又当我们采用较软的螺旋弹簧来使汽车适应崎岖不平的路面时，它提高乘坐汽车时的平稳性以及舒适性。但是这样的汽车操纵稳定性较差。
为此，人们提出一种主动悬架，这种悬架是在被动悬架系统的基础上附加一个可控制作用力装置。它通常由执行机构、测量系统、反馈控制系统和能源系统四部分组成。执行机构的作用是执行控制系统的指令，一般为力发生器或转矩发生器（液压缸、气缸伺服电机、电磁铁等等）；测量系统用来测量系统各状态，为控制系统提供依据，包括各种传感器；控制系统的作用是处理数据和发送各种指令，其核心部件是电子计算机；能源系统的作用是为以上各部分提供能量。这种主动悬架能够根据汽车的运动和路面状况，适时地调节悬架的刚度和阻尼，使其处于最佳减振状态。
力发生器或转矩发生器如传统的液压作动器、机电作动器以及电磁作动器都有各种
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各样的缺点，制约着悬架以及汽车的性能。如传统的液压作动器，它要用到很多种不同的阀体，这样汽车悬架结构就变得相对复杂，同时可靠性也会下降，此外这种悬架作动器成本较高、易污染，重量大、并且维护不方便，不利于普及。机电式作动器的效率相对而言就比较低、传动不精确、耗能大，工作的可靠性也不高。电磁作动器要同时利用到电子和机械部件，结构比较复杂，耗能也比较大。
2.5.2 新型作动器
在此，对于本设计我提出一种新型的气压作动器主动悬架，来提高轻卡在行驶中的各种性能。我设计这种悬架主要基于气压作动器功率大、响应快、基本无污染、重量轻、效率高等优点。
空气压缩机、储气罐和空气过滤器之间用气体管道连接；储气罐、左、右悬进气控制阀、气缸和左、右悬排气控制阀之间用气体管道连接；水平传感器和控制单元ECU之间用线路连接；控制单元和空气压缩机、左、右悬进气控制阀以及左、右悬排气控制阀之间用线路连接；控制单元和高度传感器之间用线路连接。气缸固定在车桥上。
图2-14 气压作动器主动悬架示意图
1-车架 2-减振器3-弹性元件 4-左悬排气控制阀 5-左悬气缸 6-左悬进气控制阀
7-储气罐 8-空气过滤器 9-空气压缩机 10-右悬进气控制阀 11-右悬气缸 12-右悬排气控制阀 13-车桥 14-车轮 15-水平传感器 16、17-高度传感器
工作过程：当车身向右倾斜时，水平传感器15将产生一种信号，将车身的倾斜情况将传给控制单元ECU，控制单元ECU会产生三个信号：信号①会传给空气压缩机9，让其工作压缩空气；信号②和③控制右悬进气控制阀10、右悬排气控制阀12，向气缸中进气，使气缸活塞上升，抬升右边车身，抵消车身的倾斜。同时位于气缸中的高度传感器16测出气缸活塞的位移，反馈给控制单元ECU来控制空气压缩机和进、排气控制阀的工作时间，以达到精确控制的目的。在此工作过程中左边气缸并不工作。同理当车身向左边倾斜时，此系统同样按相反的方式工作。在此过程中执行机构是气缸，这种气缸我们采用的是单活塞干双作用缓冲气缸（图2-15）；测量系统是水平传感器和高度传感器；控制系统是控制单元ECU；能源系统是空气压缩机、储气罐和空气过滤器。
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图2-15 单活塞干双作用缓冲气缸
A-压盖 B、I-进气阀 C-前缸盖D-缸体 E-活塞杆 F、H-缓冲活塞
G-活塞 J-后缸盖 K、L-排气阀
利用这种气压式作动器主动悬架可以很好地解决汽车在行驶过程中的平顺性问题，让我们乘坐更舒适、行驶更平稳。
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