淺析汽車懸掛系統(tǒng)中彈性元件的研究與應(yīng)用

吳波 鄧?yán)蚓?/p>

摘 要:本文針對汽車懸掛系統(tǒng)中的彈性元件的研究和應(yīng)用進(jìn)行了概述,詳細(xì)闡述了橡膠襯套和液壓襯套的的技術(shù)特點(diǎn),并介紹了其在懸掛系統(tǒng)上的應(yīng)用狀況和發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞:懸掛襯套汽車

中圖分類號(hào):U463 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-098X(2012)05(b)-0060-01

1 前言

隨著汽車工業(yè)迅猛發(fā)展以及人們生活水平的提高,汽車的使用變得越來越普及,人們對汽車的要求變得越來越高,對汽車的評價(jià)也變得越來越專業(yè)。在這個(gè)過程中,車輛的乘坐舒適性和操作穩(wěn)定性被提升到很高的位置,成為汽車研究發(fā)展中的一個(gè)重點(diǎn)。懸掛作為現(xiàn)代汽車上的重要系統(tǒng)之一,把車架(或車身)與車軸(或車輪)彈性地連接起來,傳遞作用在車輪和車架(或車身)之間的一切力和力矩,并且緩和由不平路面?zhèn)鹘o車架(或車身)的沖擊載荷,衰減由此引起的承載,系統(tǒng)的振動(dòng),以保證汽車平順地行駛,其性能直接影響到車輛的乘坐舒適性和操作穩(wěn)定性。

汽車懸掛系統(tǒng)中重要的力元件除了使用彈簧和減震器之外,在其結(jié)構(gòu)件的連接大量使用彈性元件,包括橡膠襯套、橡膠緩沖塊、液壓襯套等彈性元件。本文主要介紹彈性元件的研究和應(yīng)用。

2 橡膠襯套技術(shù)特點(diǎn)

為了使車輛獲得良好的乘坐舒適性和操縱穩(wěn)定性,在懸掛系統(tǒng)的各連接部位大量使用了彈性件柔性連接,例如減震器和車身的連接,控制臂和副車架的連接,懸掛桿件和轉(zhuǎn)向節(jié)的連接,懸掛縱臂和車身的連接等等。在目前情況下,這些柔性連接多數(shù)是通過橡膠元件實(shí)現(xiàn)的。人們使用橡膠元件連接的原因主要技術(shù)特點(diǎn)是:(1)與金屬相比,橡膠的彈性模量非常小,能有效地隔離振動(dòng);且橡膠具有不可壓縮性,橡膠的粘彈性能在應(yīng)力和變形之間產(chǎn)生時(shí)間延遲 ,表現(xiàn)出一定的阻尼特性;(2)由于橡膠材料特有的粘彈性,可以用于車輛的降噪;(3)硫化后容易和金屬粘結(jié)在一起,使得橡膠襯套的體積小,重量輕,生產(chǎn)工藝成熟;(4)滿足彈性運(yùn)動(dòng)學(xué)的需要。

這些柔性的彈性聯(lián)接允許懸掛部件在外力的作用下產(chǎn)生微小的變形,從而達(dá)到改善懸掛性能的目的。盡管這些橡膠連接件的結(jié)果簡單,但它們對車輛減振、降噪和懸掛的性能都有很大的影響,但常見的橡膠元件很難提供在低頻振動(dòng)控制時(shí)所需要的大阻尼。為了能夠在一個(gè)較大的頻率范圍內(nèi)提供大阻尼和大剛度的振動(dòng)控制元件,液壓襯套逐漸被運(yùn)用到懸掛系統(tǒng)零部件連接中。

3 液壓襯套技術(shù)特點(diǎn)

液壓襯套是彈性體和液體結(jié)合的系統(tǒng),由天然橡膠和充滿液體（乙二醇）的腔穴組成。液體能通過流道在液體腔內(nèi)流動(dòng);如圖1所示。液體的出現(xiàn)使得最大阻尼力超出普通橡膠襯套約10倍。液壓襯套可以達(dá)到普通橡膠襯套不能達(dá)到的剛度和阻尼特性。

動(dòng)力學(xué)行為的特點(diǎn)是特定的頻率下可以達(dá)到很高的阻尼力,在該頻率下,液體共振。因?yàn)橐簤阂r套的阻尼特性,最大阻尼力生成在液體的共振頻率處,液壓襯套的設(shè)計(jì)可以滿足特定的要求。通過液體腔或者流道的輕微變動(dòng)、或者改變灌入的液體量,都可以改變共振頻率。由于液體的灌入量,液壓襯套的動(dòng)態(tài)特性對頻率有很強(qiáng)的依附性。頻率和振幅是液壓襯套的兩個(gè)依附特性。

在振動(dòng)系統(tǒng)中,液壓襯套特別適用于低頻作用引起的激發(fā)振頻。液壓襯套能在系統(tǒng)固有頻率范圍內(nèi)獲得較高的阻尼,同時(shí),內(nèi)部阻尼的頻率特性高于這些范圍;振動(dòng)系統(tǒng)有聲音傳遞和擴(kuò)散的特點(diǎn),在可聽到的頻率范圍內(nèi),主要通過激蕩動(dòng)態(tài)載荷產(chǎn)生,并且逐漸降低;襯套中完整的液壓裝置所提供的頻率和振幅取決于阻尼特性,它根據(jù)徑向的效果來設(shè)計(jì);液壓襯套最大的匹配阻尼可以達(dá)到彈簧支撐塊的臨界頻率即共振頻率。

4 彈性元件整車性能的影響

目前國內(nèi)對于懸掛系統(tǒng)的研究主要集中在從整車角度出發(fā)的動(dòng)力學(xué)分析、前后懸掛系統(tǒng)參數(shù)的匹配分析、振動(dòng)分析、操縱穩(wěn)定性分析、轉(zhuǎn)向分析等工作。橡膠和液壓元件的特殊力學(xué)特性,為懸掛性能的匹配提供了較大的調(diào)試空間。這些柔性連接能顯著地影響懸掛系統(tǒng)綜合力學(xué)特性,從而影響車輛的乘坐舒適性和操縱穩(wěn)定性。在整車的動(dòng)力學(xué)仿真、振動(dòng)和噪音分析中,橡膠襯套的剛度和阻尼是必不可少的參數(shù),對汽車研究工作有很大的意義。

汽車懸掛上的橡膠襯套一般在不同方向上具有相應(yīng)的動(dòng)靜剛度及阻尼特性,車輪受力時(shí),襯套撓曲變形引起的車輪六自由度變化被稱為順從性;懸掛彈性運(yùn)動(dòng)學(xué)指考慮襯套的彈性作用,研究車輪定位參數(shù)與車輪跳動(dòng)量之間關(guān)系的影響。懸掛彈性運(yùn)動(dòng)學(xué)特性直接影響到汽車的操縱穩(wěn)定性,二者為耦合運(yùn)動(dòng)。為了得到最佳的多項(xiàng)運(yùn)動(dòng)特性,應(yīng)在設(shè)計(jì)操縱穩(wěn)定性時(shí)充分考慮順從特性。由于襯套具有顯著的非線性粘彈性特征,其剛度和阻尼性能不僅與頻率相關(guān),而且振幅也對橡膠襯套的剛度和阻尼特性有影響。

5 研究與應(yīng)用狀況

我國目前汽車工業(yè)的發(fā)展已經(jīng)是有一定的規(guī)模,大量的自主研發(fā)產(chǎn)品和自主改進(jìn)汽車的性能已不在是夢想,而且需要提升汽車性能,所以懸掛系統(tǒng)的襯套發(fā)展越來越受到重視,橡膠襯套技術(shù)已然成熟,而且應(yīng)用廣泛,主要問題集中在使用壽命和疲勞壽命問題上。液壓襯套的研發(fā)也越來越受到各大汽車公司的關(guān)注,我國主要是通過引進(jìn)國外產(chǎn)品,使用尚未成規(guī)模,華南理工大學(xué)和?寧波拓普集團(tuán)股份有限公司對這方面研究處于領(lǐng)先地位。液壓襯套技術(shù)是一個(gè)懸掛系統(tǒng)中彈性元件發(fā)展的趨勢。

6 結(jié)論

通過分析了懸掛系統(tǒng)中得彈性元件,即橡膠襯套和液壓襯套的技術(shù)特點(diǎn),同時(shí)介紹了彈性元件對于汽車性能的影響。概述了目前彈性元件的應(yīng)用現(xiàn)狀,基于液壓襯套的技術(shù)特點(diǎn),指出了液壓襯套是發(fā)展趨勢。

參考文獻(xiàn)

[1] 上官文斌,徐馳.汽車懸掛控制臂液壓襯套動(dòng)態(tài)特性實(shí)測與計(jì)算分析[J].振動(dòng)與沖擊,2007(9).

[2] 趙振東,雷雨成.橡膠元件在汽車懸架中的應(yīng)用分析[J].汽車技術(shù),2006,(1).