C形弹簧在麦弗逊悬架侧向性能调校的研究

刘丛浩，薛少科，王一臣，王健，孙晓帮，张金峰

C形弹簧在麦弗逊悬架侧向性能调校的研究

刘丛浩1，薛少科1，王一臣2，王健2，孙晓帮1，张金峰1

（1.辽宁工业大学汽车与交通工程学院，辽宁 锦州 121001；2.锦州立德减振器有限公司，辽宁 锦州 121007）

由于麦弗逊悬架本身的结构特点，减振器支柱总成的安装通常不是竖直方向，使得减振器支柱总成不仅要承受垂向力，还要承受侧向力。C形弹簧与普通螺旋弹簧相似，只是中心线是曲线，而不是直线，C形弹簧在非工作状态下是类似于英文字母C的形状。受到垂直载荷时形状变为跟普通螺旋弹簧相似，但是弹簧力的作用线与其中心线仍具有一个夹角，该夹角使得减振器受力后存在平行于轴线的力与垂直于轴线的力，本文用最小二乘法拟合螺旋弹簧的曲率，得到侧载螺旋弹簧的中心曲率的初值，可以有效减小减振器所受的侧向载荷。

麦弗逊悬架；C形弹簧；侧向载荷；悬架调校

前言

麦弗逊悬架的结构具有特殊性[1]，由于主销内倾角的存在，减振器在安装时与竖直方向有一定的角度，当车轮跳动时，减振器支柱总成收到侧向往复力的作用[2-4]，特别是减振器中的活塞杆相对于储油缸的侧向往复力作用，在往复侧向力的作用下，减振器容易发生减振器异响、漏油失效、活塞杆弯曲、导向套磨损等情况，缩短减振器的寿命，降低了悬架的性能[5]。尽管采用斜置弹簧托可使螺旋弹簧偏置[2,3]，从而能在一定程度上减小减振器受到的侧向力，但是由于空间布置的限制，这种方法效果有限。针对麦弗逊悬架优化减振器侧向力，仍是悬架研究热点之一。本文将对某样车麦弗逊前悬架设计C型弹簧并进行验证。

1 C形弹簧设计

本文提出在给定减振器上受到垂向力和侧向力条件下的初步确定侧载螺旋弹簧的非等曲率轴心曲线的方法。该法运用插值法计算出弹簧中心曲线点的位置，根据最小二乘法，并用EXCEL进行求解，作为C形弹簧中心线曲率方程的初值，得到侧载螺旋弹簧中心线方程上的点如表1所示。

表1 弹簧中心曲率点

2 C形弹簧悬架动力学仿真验证

2.1 建模

据上文得到的C形弹簧的基本参数，包括中经、直径、有效圈数、总圈数、自由高度等信息，在CATIA三维设计软件中建立三维模型。ADAMS为广泛使用的车辆动力学仿真软件[6-8]，由于弹簧是大变形的弹性体，设计由悬架下极限位置的弹簧作为柔性体输入，这样通过ADAMS 台架进行上跳对柔性体加载。并提取减振器下跳100mm的状态作为下极限状态，进行替换C型弹簧替换对比计算。如图1所示，为C形弹簧悬架与普通螺旋弹簧悬架模型对比图。

图1 C形弹簧与普通螺旋弹簧悬架对比图

2.2 结果

由减振器侧向力（合力）曲线图2可知，C型弹簧比一般的圆柱弹簧的侧向力要小很多。在限位块未接触的时候，圆柱弹簧侧向力随轮跳增长明显比圆柱弹簧快。在接触限位的时刻，C型弹簧的减振器侧向力为209N，而圆柱弹簧为654N，有明显的改善。

图2 C形弹簧与普通弹簧悬架减振器受侧向力对比图

3 结论

通过优化C型弹簧的中心曲率并与普通螺旋弹簧进行对比，参考变量为减振器上支点受到的侧向力大小，通过对比发现，C形弹簧的悬架减振器受到的侧向力明显小于普通螺旋弹簧悬架减振器上支点受到的侧向力，且C形弹簧整车比普通螺旋弹簧整车仿真减振器侧向力小很多，悬架仿真结果对比中侧向力减小为原来的30%。

虽然这种情况下的多体动力学仿真结果中，减振器侧向力显著减小，但并没有完全消除，还有继续优化的空间，证明C形弹簧可以减小悬架减振器受到的侧向力，同时证明了C形弹簧悬架减振器减小麦弗逊减振器受侧向力大小的可行性、合理性以及麦弗逊悬架还存在着结构优化的空间。

[1] 薛少科,曾庆东,等.基于ADAMS的冲击石路面麦弗逊悬架侧向力受力分析[J].汽车实用技术 2019,(08):201-204.

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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

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1671-7988(2021)04-27-02

刘丛浩，博士，讲师，就职于辽宁工业大学汽车与交通工程学院，研究方向：结构、流体仿真。