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1、10申请公布号CN104200043A43申请公布日20141210CN104200043A21申请号201410476381022申请日20140918G06F17/50200601B60G21/05520060171申请人山东理工大学地址255086山东省淄博市高新技术产业开发区高创园D座1012室72发明人周长城提艳张云山宋群潘礼军程正午54发明名称悬架稳定杆橡胶衬套长度的设计方法57摘要本发明涉及悬架稳定杆橡胶衬套长度的设计方法，属于车辆悬架技术领域。先前国内、外对橡胶衬套长度一直未能给出可靠的解析设计方法。本发明其特征在于根据车辆的轮距，稳定杆系统的侧倾角刚度设计要求值，稳定杆端部变。
2、形系数GW，橡胶衬套的径向刚度表达式KX，建立了悬架稳定杆橡胶衬套长度的优化设计数学模型，利用MATLAB程序便可得到橡胶衬套长度的优化设计值。利用该方法可得到准确、可靠的橡胶衬套长度优化设计值，即在不增加设计及生产成本的前提下，仅通过对橡胶衬套长度的优化设计，便可使稳定杆系统达到侧倾角刚度的设计要求；同时，利用该方法可降低设计及试验费用，提高车辆悬架设计水平，提高车辆行驶平顺性和操纵安全性。51INTCL权利要求书2页说明书7页附图2页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书7页附图2页10申请公布号CN104200043ACN104200043A1/2页21悬架。
3、稳定杆橡胶衬套长度的设计方法，其具体步骤如下1计算稳定杆端部的垂向位移变形系数GW根据横向稳定杆的总长度LC，臂长L1，过渡圆弧半径R，过渡圆弧的圆心角，材料弹性模量E和泊松比，及两橡胶衬套之间的安装距离L0，对稳定杆端部的垂向位移变形系数GW进行计算，即式中，G6321RCOS1L1SIN22L1COSLCF2RFSINF；2建立橡胶衬套径向线刚度KX的表达式以橡胶衬套长度L作为待设计参变量，根据稳定杆的直径D，橡胶衬套的内圆半径RA，外圆半径RB，弹性模量EX，泊松比X，建立橡胶衬套径向线刚度KX的计算表达式，即其中，KXL是关于橡胶衬套长度L的表达式；BRB,ARA，BESSEL修正函数。
4、I0,B，K0,B；I1,B，K1,B；权利要求书CN104200043A2/2页3I1,A，K1,A；I0,A，K0,A；3橡胶衬套长度L设计数学模型的建立及设计计算根据车辆前桥或后桥的轮距B，稳定杆的直径D，总长度LC，两橡胶衬套之间的安装距离L0，稳定杆系统侧倾角刚度的设计要求值步骤1中计算所得到的稳定杆端部的垂向位移变形系数GW，及步骤2中所建立的橡胶衬套径向线刚度的表达式KXL，建立橡胶衬套长度L的优化设计数学模型，即利用MATLAB计算程序，求解上述数学模型，便可得到在稳定杆的结构、橡胶衬套的内圆半径RA、外圆半径RB及安装位置都不变的情况下，满足稳定杆系统侧倾角刚度设计要求的橡胶。
5、衬套长度L的优化设计值。权利要求书CN104200043A1/7页4悬架稳定杆橡胶衬套长度的设计方法技术领域0001本发明涉及车辆悬架稳定杆，特别是悬架稳定杆橡胶衬套长度的设计方法。背景技术0002横向稳定杆是车辆悬架系统的重要组成部件之一，在车辆转向行驶时以防止车身发生过大的侧倾及侧倾角振动。在车辆悬架系统中加设横向稳定杆可以减少这种横向侧倾，若车辆前、后悬架侧倾角刚度分配设计不当，将会影响车辆的转向特性，一般前悬架系统的侧倾角刚度大于后悬架系统的侧倾角刚度。悬架系统的侧倾角刚度不仅受稳定杆的结构、直径大小的影响，同时还受橡胶衬套的长度、内圆半径、外圆半径、材料特性及安装位移等因素的影响。然。
6、而，由于受橡胶衬套径向变形和稳定杆端部垂向位移变形解析计算理论及相互耦合影响等关键问题的制约，对于稳定杆直径及橡胶衬套长度的设计，目前国内、外一直未能给出可靠的解析设计方法。目前国内、外学者大都是利用仿真分析软件，对横向稳定杆系统变形及刚度进行数值仿真分析，但是，利用仿真分析软件，只能对给定结构和载荷情况下的稳定杆系统变形及刚度进行仿真验证，无解析计算式，不能满足稳定杆系统解析设计及现代化CAD设计的要求。0003随着车辆行业的快速发展及行驶速度的提高，对悬架稳定杆系统的设计提出了更高的设计要求。如何在给定稳定杆的结构、直径和材料特性，及橡胶衬套的材料特性、内圆半径、外圆半径和两橡胶衬套安装位。
7、置不变的情况下，即在不增加设计及生产成本的前提下，仅通过对橡胶衬套长度的优化设计，便可使稳定杆系统达到侧倾角刚度的设计要求，是目前企业迫切需要解决的技术问题。因此，必须建立一种精确、可靠的悬架稳定杆橡胶衬套长度的设计方法，提高车辆悬架设计水平，在不增加生产成本的前提下，通过稳定杆橡胶衬套长度的优化设计，使得稳定杆系统达到侧倾角刚度的设计要求，提高车辆行驶平顺性和安全性。发明内容0004针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种简便、可靠的车辆悬架横向稳定杆刚度的设计方法，其设计流程图如图1所示，悬架稳定杆系统的结构示意图，如图2所示。0005为解决上述技术问题，本发明所提。
8、供的悬架稳定杆橡胶衬套长度的设计方法，其特征在于采用以下步骤00061计算稳定杆端部的垂向位移变形系数GW0007根据横向稳定杆的总长度LC，臂长L1，过渡圆弧半径R，过渡圆弧的圆心角，材料弹性模量E和泊松比，及两橡胶衬套之间的安装距离L0，对稳定杆端部的垂向位移变形系数GW进行计算，即0008说明书CN104200043A2/7页50009式中，001000110012G6321RCOS1L1SIN22L1COSLCF2RFSINF；00132建立橡胶衬套径向线刚度KX的表达式0014以橡胶衬套长度L作为待设计参变量，根据稳定杆的直径D，橡胶衬套的内圆半径RA，外圆半径RB，弹性模量EX，泊。
9、松比X，建立橡胶衬套径向线刚度KX的计算表达式，即00150016其中，KXL是关于橡胶衬套长度L的表达式；001700180019BRB,ARA，0020002100220023002400250026BESSEL修正函数I0,B，K0,B；I1,B，K1,B；0027I1,A，K1,A；I0,A，K0,A；00283橡胶衬套长度L设计数学模型的建立及设计计算0029根据车辆前桥或后桥的轮距B，稳定杆的直径D，总长度LC，两橡胶衬套之间的安装距离L0，稳定杆系统侧倾角刚度的设计要求值步骤1中计算所得到的稳定杆端部的垂向位移变形系数GW，及步骤2中所建立的橡胶衬套径向线刚度的表达式KXL，建立。
10、橡胶衬套长度L的优化设计数学模型，即0030说明书CN104200043A3/7页60031利用MATLAB计算程序，求解上述数学模型，便可得到在稳定杆的结构、橡胶衬套的内圆半径RA、外圆半径RB及安装位置都不变的情况下，满足稳定杆系统侧倾角刚度设计要求的橡胶衬套长度L的优化设计值。0032本发明比现有技术具有的优点0033由于受橡胶衬套径向变形和稳定杆端部垂向位移变形解析计算理论及相互耦合影响等关键问题的制约，目前国内、外对于稳定杆橡胶衬套长度的设计，一直未能给出可靠的解析设计方法。目前国内、外学者大都是利用仿真分析软件，对横向稳定杆系统变形及刚度进行数值仿真分析，但是，利用仿真分析软件，只。
11、能对给定结构和载荷情况下的稳定杆系统变形及刚度进行仿真验证，无解析计算式，不能满足稳定杆系统解析设计及现代化CAD设计的要求。本发明根据车辆的轮距，稳定杆系统的侧倾角刚度设计要求值，稳定杆端部的变形系数，以橡胶衬套长度作为待设计的参变量，建立了悬架稳定杆橡胶衬套长度的优化设计数学模型，利用MATLAB程序便可得到橡胶衬套长度的优化设计值。该方法可对稳定杆在给定结构、直径和材料特性，及橡胶衬套的材料特性、内圆半径、外圆半径和两橡胶衬套安装位置不变的情况下，即在不增加设计及生产成本的前提下，仅通过对橡胶衬套长度的优化设计，便可使稳定杆系统达到侧倾角刚度的设计要求。因此，利用该方法可得到准确可靠的橡。
12、胶衬套长度的优化设计值，提高车辆悬架设计水平，在不增加生产成本的前提下，仅通过稳定杆橡胶衬套长度的优化设计，便可使稳定杆系统达到侧倾角刚度的设计要求；同时，可提高车辆行驶平顺性和操纵安全性。因此，本发明为悬架稳定杆系统的优化匹配设计，提供了可靠的设计方法和技术。0034为了更好地理解发明下面结合附图做进一步的说明0035图1是悬架稳定杆橡胶衬套长度的设计流程图；0036图2是横向稳定杆系统的结构示意图；0037图3是橡胶衬套的结构示意图；0038图4是实施例一的稳定杆系统侧倾角刚度随橡胶衬套长度的变化曲线；0039图5是实施例三的稳定杆系统侧倾角刚度随橡胶衬套长度的变化曲线。具体实施方案004。
13、0下面通过实施例对本发明作进一步详细说明。0041实施例一某车辆前桥的轮距B1600MM，所采用稳定杆的结构，如图2所示，其中，LC为稳定杆的总长度，LC800MM；L1为臂长，L1150MM；L0为橡胶衬套之间的安装距离，L0400MM；R为过渡圆弧半径，R50MM；为过渡圆弧圆心角，60；稳定杆材料的弹性模量E210GPA，泊松比03。橡胶衬套的结构如图3所示，其中，稳定杆1，内圆套筒筒2，橡胶衬套3，外圆套筒4，稳定杆1的直径D20MM，橡胶衬套3的内圆半径RA13MM，外圆半径RB30MM，弹性模量EX784MPA，泊松比X047，橡胶衬套的长度L为待设计参变量。该车辆前悬架稳定杆系统。
14、的侧倾角刚度的设计要求值在稳定杆的结构、橡胶衬套的内圆半径RA、外圆半径RB及安装位置不变的情况下，对橡胶衬套的长度L进行优化设计。说明书CN104200043A4/7页70042本发明实例所提供的悬架稳定杆橡胶衬套长度的设计方法，其设计流程如图1所示，具体步骤如下00431计算稳定杆端部的垂向位移变形系数GW0044根据横向稳定杆的总长度LC800MM，臂长L1150MM，过渡圆弧半径R50MM，过渡圆弧的圆心角60；弹性模量E210GPA，泊松比03；及两个橡胶衬套之间的安装距离L0400MM，对稳定杆端部的垂向位移变形系数GW进行计算，即00450046式中，00470048004900。
15、50G6321RCOS1L1SIN22L1COSLCF2RFSINF05624；00512建立橡胶衬套径向线刚度KX的表达式0052以橡胶衬套长度L作为待设计参变量，根据稳定杆的直径D20MM，橡胶衬套的内圆半径RA13MM，外圆半径RB30MM，弹性模量EX784MPA，泊松比X047，建立橡胶衬套径向线刚度KX的计算表达式，即00530054其中，KXL是关于橡胶衬套长度L的表达式；005500560057BRB,ARA，0058005900600061说明书CN104200043A5/7页8006200630064BESSEL修正函数I0,B，K0,B；I1,B，K1,B；0065I1,。
16、A，K1,A；I0,A，K0,A；00663橡胶衬套长度设计数学模型的建立及设计计算0067根据该车辆前桥的轮距B1600MM，稳定杆的直径D20MM，总长度LC800MM，两橡胶衬套之间的安装距离L0400MM，稳定杆系统侧倾角刚度的设计要求值步骤1中计算所得到的稳定杆端部的垂向位移变形系数GW159351012M5/N，及步骤2中所建立的橡胶衬套径向线刚度的表达式KXL，建立橡胶衬套长度L的优化设计数学模型，即00680069利用MATLAB计算程序，求解上述数学模型，便可得到在稳定杆的结构、橡胶衬套的内圆半径RA、外圆半径RB及安装位置不变的情况下，满足稳定杆系统侧倾角刚度设计要求的橡胶。
17、衬套长度的优化设计值L27MM。0070其中，在稳定杆的结构、橡胶衬套的内圆半径RA、外圆半径RB及安装位置不变的条件下，该车辆前悬架稳定杆系统的侧倾角刚度设计要求值，随橡胶衬套长度L的变化曲线，如图4所示。0071实施例二某车辆前悬架的结构参数、稳定杆的结构参数、橡胶衬套内圆半径、外圆半径和材料特性参数，都与实施例一的完全相同，只是该车辆前悬架稳定杆系统的侧倾角刚度的设计要求值，与施实例一的不同，其中，在其它结构参数不变的情况下，对橡胶衬套长度L进行优化设计，以满足稳定杆系统侧倾角刚度的设计要求。0072采用实施例一的设计步骤，对该车前悬架稳定杆橡胶衬套的长度L进行设计。由于该车辆前悬架的结。
18、构参数、稳定杆的结构参数及橡胶衬套的内圆半径、外圆半径和材料特性参数，都与实施例一的完全相同，只是稳定杆系统的侧倾角刚度设计要求值与施实例一的不相同。因此，在侧倾角刚度设计要求值情况下，设计所得到的该车辆前悬架橡胶衬套的长度L42MM。0073与实施例一比较可知，由于侧倾角刚度设计要求值增加了10KNM/RAD，则只要将橡胶衬套的长度由先前的27MM增加到42MM，即可在不改变其他结构参数的情况下，得到满足该侧倾角刚度设计要求的稳定杆系统。0074实施例三某车辆前桥的轮距B1600MM，所采用稳定杆除了直径D21MM之外，其它结构参数及安装结构参数和材料特性参数，都与实施例一的完全相同；橡胶衬。
19、套的内圆半径RA135MM，外圆半径RB30MM；橡胶衬套的弹性模量EX784MPA，泊松比X047；长度L为待设计量。该车辆前悬架稳定杆系统的侧倾角刚度的设计要求值在给定稳定杆的结构、橡胶衬套的内圆半径、外圆半径及安装位置的条说明书CN104200043A6/7页9件下，对橡胶衬套的长度L进行设计。0075采用实施例一的设计步骤，对该车辆前悬架稳定杆橡胶衬套的长度L进行设计00761计算稳定杆端部的垂向位移变形系数GW0077由于横向稳定杆结构参数、材料特性参数及两个橡胶衬套之间的安装距离L0，都与施实例一的完全相同，因此，稳定杆端部的垂向位移变形系数GW也与施实例一的相同，即0078007。
20、92建立橡胶衬套径向线刚度KX的表达式0080以橡胶衬套长度L作为待设计参变量，根据稳定杆的直径D21MM，橡胶衬套的内圆半径RA135MM，外圆半径RB30MM，弹性模量EX784MPA，泊松比X047，建立橡胶衬套径向线刚度KX的计算表达式，即00810082其中，KXL是关于橡胶衬套长度L的表达式；008300840085BRB,ARA，0086008700880089009000910092BESSEL修正函数I0,B，K0,B；I1,B，K1,B；0093I1,A，K1,A；I0,A，K0,A；00943橡胶衬套长度设计数学模型的建立及设计计算0095根据前桥的轮距B1600MM，稳。
21、定杆的直径D21MM，总长度LC800MM，两橡胶衬套之间的安装距离L0400MM，稳定杆系统侧倾角刚度的设计要求值步骤1中计算所得到的稳定杆端部的垂向位移变形系数GW159351012M5/N，及步骤说明书CN104200043A7/7页102中所建立的橡胶衬套径向线刚度表达式KXL，建立橡胶衬套长度L的设计数学模型，即00960097利用MATLAB计算程序，求解上述数学模型，便可得到在稳定杆的结构、橡胶衬套的内圆半径RA、外圆半径RB及安装位置都不变的情况下，满足稳定杆系统侧倾角刚度设计要求的橡胶衬套长度的优化设计值L25MM。0098其中，在稳定杆的结构、橡胶衬套的内圆半径RA、外圆半径RB及安装位置不变的条件下，该车辆前悬架稳定杆系统的侧倾角刚度设计要求值，随橡胶衬套长度L的变化曲线，如图5所示。说明书CN104200043A101/2页11图1图2图3说明书附图CN104200043A112/2页12图4图5说明书附图CN104200043A12。