بررسی به‌کارگیری فنر بادی در سیستم تعلیق دو جناغی بر رفتار سینماتیکی، پایداری و فرمان‌پذیری خودروهای سنگین

اخترشناس قدیم, امید; حسینی, هادی; جودکی, جلال

doi:10.22060/mej.2025.23981.7830

بررسی به‌کارگیری فنر بادی در سیستم تعلیق دو جناغی بر رفتار سینماتیکی، پایداری و فرمان‌پذیری خودروهای سنگین

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

امید اخترشناس قدیم ¹

هادی حسینی ²

جلال جودکی ³

¹ دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران

² دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران

³ مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اراک، اراک، ایران

10.22060/mej.2025.23981.7830

چکیده

سیستم تعلیق یکی از مهم‌ترین اجزای خودروها است که در کنترل، پایداری و فرمان‌پذیری، قابلیت تغییر ضریب فنریت با تغییر وزن خودرو تأثیر به سزایی دارد. در این مقاله، اثر اضافه نمودن فنر بادی به سیستم تعلیق دو جناغی که خود مجهز به کمک‌فنر و میله پیچش است، بررسی خواهد شد. برای این منظور ابتدا، معادلات دیفرانسیل سیستم تعلیق بادی که از پارامترهای غیرخطی تشکیل شده است، ساده‌سازی شده و ضریب فنریت فنربادی محاسبه می‌شود و سپس با مدل‌سازی سیستم تعلیق دو جناغی مجهز به دو کمک‌فنر هیدرولیکی، میله پیچش و فنربادی در نرم‌افزارهای آدامزکار و تراک‌سیم و واردکردن رابطه نیرو-جابه‌جایی فنربادی و سایر داده‌های ورودی اعم از ضریب سختی میله پیچش، رابطه نیرو_سرعت کمک‌فنرها، جرم معلق، جرم غیر معلق، ضریب سختی تایر و..... به تحلیل سیستم تعلیق مذکور پرداخته خواهد شد و عملکرد آن در دو حالت مجهز به فنربادی و فاقد فنربادی مورد بررسی قرار خواهد گرفت. تست‌های سینماتیک و سفتی با نرم‌افزار آدامزکار و تست‌های فرمان‌پذیری، پایداری و راحتی با نرم‌افزار تراک‌سیم انجام خواهد شد. نتایج نشان داده است که عملکرد این سیستم تعلیق از نظر پایداری و فرمان‌پذیری نسبت به سیستم تعلیق فاقد فنربادی بهبودیافته و منجر به شتاب عمودی کمتر خودرو و حرکت نرم‌تر در حین حرکت در پیچ‌ها و جاده‌های با موج سینوسی می‌شود.

کلیدواژه‌ها

سیستم تعلیق دو جناغی

فنر بادی

فرمان‌پذیری

پایداری

آدامزکار

موضوعات

سیستم های تعلیق، ترمز و فرمان

عنوان مقاله English

Studying the Implementation of Air Springs within Double Wishbone Suspension Systems on Kinematic Behavior, Stability and Handling of Heavy Vehicles

نویسندگان English

Omid Akhtarshenas Ghadim ¹

Hadi Hosseini ²

Jalal Joudaki ³

¹ Malek Ashtar University, Tehran, Iran

² Department of Mechanical Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran

³ Arak University of Technology

چکیده English

The suspension system plays a critical role in off-road vehicles, exerting a considerable influence on control, stability, handling, and the ability to adjust the spring response with variations of the vehicle weight. This study investigates the effect of adding an air spring into a double wishbone suspension system, which is further augmented by a shock absorber and a torsion bar. Initially, the differential equations governing the air suspension system—characterized by nonlinear parameters—are simplified to calculate the air spring's coefficient. Subsequently, a model of the double wishbone suspension system, including two hydraulic shock absorbers, a torsion bar, and an air spring, is modeled in Adams Car and TruckSim software. The model analyzes the force-displacement relationship of the air spring based on the main input data such as the stiffness coefficient of the torsion bar, the force-velocity characteristics of the shock absorbers, the suspended and unsuspended masses, and the tire stiffness coefficient. The performance of the vehicle is studied for the suspension system with and without an air spring. The kinematic and Compliance tests are conducted utilizing Adams Car while handling, stability, and comfortability evaluations are performed employing TrackSim software. The results show that the suspension system's performance is enhanced regarding stability and handling when utilizing air springs, resulting in reduced vertical acceleration of the vehicle and a more seamless driving experience on curved and sine-wave roads.

کلیدواژه‌ها English

Double Wishbone Suspension System

Air Spring

Handling

Stability

Adams Car

[1] T. Engin, V. Parlaktaş, On the analysis of double wishbone suspension, Journal of Advanced Mechanical Design, Systems, and Manufacturing, 9(3) (2015) 1–10, doi: 10.1299/jamdsm.2015jamdsm0037.

[2] J. Zhao, P. K. Wong, T. Xu, R. Deng, C. Y. Wei, Z. C. Xie, Global optimal design and dynamic validation of an independent double wishbone air suspension using genetic algorithm, Applied Mechanics and Materials, 543 (2014) 374–378, doi: 10.4028/www.scientific.net/amm.543-547.374.

[3] A. Tandel, A. Deshpande, S. Deshmukh, K. Jagtap, Modeling, analysis and PID controller implementation on double wishbone suspension using simmechanics and Simulink, Procedia Engineering, 97 (2014) 1274-1281, doi: 10.1016/j.proeng.2014.12.406.

[4] K. Toyofuku, C. Yamada, T. Kagawa, T. Fujita, Study on dynamic characteristic analysis of air spring with auxiliary chamber, JSAE Review, 20(3) (1999) 349-355, doi: 10.1016/S0389-4304(99)00032-6.

[5] G. Quaglia, M. Sorli, Air suspension dimensionless analysis and design procedure, Vehicle System Dynamics, 35(6) (2001) 443–475, doi: 10.1076/vesd.35.6.443.2040.

[6] S. H. Ha, M. S. Seong, S. B. Choi, Design and vibration control of military vehicle suspension system using magnetorheological damper and disc spring, Smart Materials and Structures, 22(6) (2013) 065006, doi: 10.1088/0964-1726/22/6/065006.

[7] J. Xiao, B. T. Kulakowski, M. Cao, Active air-suspension design for transit buses, International Journal of Heavy Vehicle Systems, 14(4) (2007), 421-440, doi: 10.1504/IJHVS.2007.015710.

[8] C. Kavitha, S. A. Shankar, B. Ashok, S. D. Ashok, H. Ahmed, M. U. Kaisan, Adaptive suspension strategy for a double wishbone suspension through camber and toe optimization, Engineering Science and Technology, an International Journal, 21(1) (2018) 149-158, doi: 10.1016/j.jestch.2018.02.003.

[9] B. Zhang, Z. Li, Mathematical modeling and nonlinear analysis of stiffness of double wishbone independent suspension, Journal of Mechanical Science and Technology, 35 (2021) 5351–5357, doi: 10.1007/s12206-021-1107-x.

[10] M. Yu, S. A. Evangelou, D. Dini, Advances in active suspension systems for road vehicles, Engineering, 33 (2024) 160-177, doi: 10.1016/j.eng.2023.06.014.

[11] W. Prastiyo, W. Fiebig, Multibody simulation and statistical comparison of the linear and progressive rate double wishbone suspension dynamical behavior, Simulation Modelling Practice and Theory, 108 (2021) 102273, doi: 10.1016/j.simpat.2021.102273.

[12] J. Zhao, X. Ren, Z. Dong, T. Liu, Optimization design of double wishbone front suspension parameters for large mining dump truck and analysis of ride comfort, Applied Sciences, 14(5) (2024) 1812, doi: 10.3390/app14051812.

[13] P. Tapia, E. Tramacere, D. Sebastian, R. Galluzzi, V. Danilo, J. Carlos, E. Antonio, Comparative analysis of MacPherson and double wishbone suspensions for an electric off-road vehicle retrofit, World Electric Vehicle Journal, 16(4) (2025) 228, doi: 10.3390/wevj16040228.

[14] M. Presthus, Derivation of air spring model parameters for train simulation, Master's Thesis, Department of applied physics and mechanical engineering, Division of fluid mechanics, LULEA University (2002).

[15] B. Zargar, A. Fahim, A. Jnifene, Development, validation, and parameter sensitivity analyses of a nonlinear mathematical model of air springs, Journal of Vibration and Control, 18(12) (2012) 1777–1787, doi: 10.1177/1077546311426250.

[16] Y. Li, S. Xiao, J. Xie, T. Zhu, J. Zhang, Nonlinear dynamic mechanical characteristics of air springs based on a fluid–solid coupling simulation method, Applied Sciences, 13(23) (2023) 12677, doi: 10.3390/app132312677.

[17] J. P. Whitehead, D. Bastow, G. Howard, Car suspension and handling, Fourth Edition, SAE International, 2004.