单纵臂悬架的导向机构最为简单,但也最为典型。因为汽车悬架无论是相关的还是独立的,也不管是什么弹性元件的,只要存在传力和导向机构,都可以通过找悬架中心的方法简化为一个单纵臂悬架。同时,无论什么悬架,车身侧倾时都必然带来车轮偏离转向,影响转向特性。单纵臂悬架对于说明车轴转向是一个最好的例子,如图3-29所示。
图3-29 单纵臂悬架的轴转向
在图3-29中,在满载状态下,悬架上两根纵向推杆一端P′连到车身上,另一端M′连到车轴上。当汽车向左转弯、车身向右侧倾时,右外侧推杆在车身上的点下移至点P右′,迫使车轴上杆端点后移;然而,左内侧推杆在车身上的点上移至点P左′,带动车轴上的杆端点前移。这就使前轴顺时针地转过了一个角度δ1。同理,后轴逆时针地转过了一个角度——δ2。前、后轴偏离角差Δ=δ1-(-δ2)=δ1+δ2,显然这是增强了不足转向趋势。
纵向推杆在车身上的点,无论是在轴前还是在轴后,是高还是低,都将影响转向的性质和程度。
下面来介绍轴偏角的计算方法。
假设车身侧倾角为θ,由图3-29的关系可得
进而得
由图3-29的关系还可得到
当dx、dy较小时,有
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而
所以有
由此便可得到轴偏角δ与车身侧倾角θ和悬架推杆角φ三者之间的关系式为
为便于记忆,把式(3-76)称为三正切公式。由于车轴偏离角和车身侧倾角一般都不大于5°,故在工程上,式(3-76)可简化为
式中 δ——车轴偏离角(rad);
θ——车身侧倾角(rad);
φ——悬架推杆角(°)。
式(3-77)是具有普遍意义的,它可以适用于各种悬架。问题就在于如何定义推杆角和如何确定各种悬架的推杆角。所谓悬架推杆角,一般是指过车轮着地中心(或者是车桥中心)点的约束反力合力作用线与地平面的夹角,也就是车轮着地点M与悬架中心P(C)的连线与地平面的夹角。所谓“推杆”就是指P(P′)、M(M′)两点之间的连线。
悬架推杆角可出现在不同的象限,前后悬架不同象限的悬架推杆角将匹配出不同的转向特性趋势。
悬架推杆角不仅影响车辆的转向特性,而且还影响纵倾力矩臂的大小,影响车身稳定性。此外,推杆角的大小和相位,还关系着传递地面冲击的程度,关系着方向盘的摆振和行驶方向的安定,关系着前轮定位参数和传动角度,关系着制动时车桥和弹簧受力的大小等。正因如此,设计悬架时,推杆角的确定应综合考虑各种因素。
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