载货汽车非对称少片变截面钢板弹簧前悬架系统分析与硬点匹配

摘要

载货汽车钢板弹簧前悬架系统的性能直接关系到车辆的行驶平顺性以及操纵稳定性。载货汽车前悬架采用少片变截面钢板弹簧，不仅可以降低悬架系统的质量，而且能够在保证悬架系统的承载能力的前提下，提高整车的行驶平顺性。在不改变钢板弹簧结构的前提下，簧片间的摩擦力直接影响钢板弹簧前悬架系统的刚度特性。此外，钢板弹簧前悬架系统的布置对前轮定位参数的变化特性有较大影响，从而影响着整车的操纵稳定性。 从近年来国外载货汽车的发展方向可以看出，非对称少片变截面钢板弹簧的应用越来越普遍，而我国对这种非对称的钢板弹簧尚未有深入研究。研究表明，相较于普通的少片变截面钢板弹簧，这种几何非对称的钢板弹簧的重量更轻，从而降低了前悬架系统的总重量，且提高了材料的利用率。将这种钢板弹簧应用于国内载货汽车是很有意义的。 针对非对称少片变截面钢板弹簧与国内载货汽车的匹配性，本文以山西省高新技术产业化项目——“工程专用自卸车开发”为依托，在保证操纵稳定性的前提下，以提高整车的行驶平顺性为目标，利用有限元法对非对称少片变截面钢板弹簧的刚度特性进行了仿真分析；采用多体动力学法，将这种钢板弹簧前悬架与现有钢板弹簧前悬架进行平顺性的分析对比，并对新钢板弹簧前悬架系统的硬点参数进行优化匹配。 本文建立了非对称少片变截面钢板弹簧的有限元模型，并对模型进行刚度可信性验证。利用ABAQUS对非对称少片变截面钢板弹簧进行了不同摩擦系数下的刚度特性分析。 本文通过间接离散梁法建立了非对称少片变截面钢板弹簧的离散梁多体动力学模型，并建立了包含钢板弹簧前悬架、柔性体车架等各子系统在内的刚柔耦合整车多体动力学模型。分别对安装原钢板弹簧和非对称少片变截面钢板弹簧的整车模型进行了平顺性仿真对比分析，通过对比车架上前悬架位置的垂向加速度的功率谱密度曲线的振幅，表明新钢板弹簧在提高了整车平顺性方面的优势。 本文利用ADAMS/Car的悬架测试台架模块，对非对称少片变截面钢板弹簧前悬架的运动特性进行了双轮平行跳动仿真分析。主要分析了前轮跳动时，钢板弹簧前悬架对前轮定位参数变化特性的影响，并根据结果确定前轮前束角和主销后倾角为优化目标。对前悬架硬点进行了初步选择，并对其进行了灵敏度分析。利用ADAMS/Insight模块对影响因子最大的5个硬点坐标进行了优化，从操纵稳定性方面提高了钢板弹簧与前悬架的匹配性。

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