汽車懸架系統(tǒng)與操縱穩(wěn)定性的關(guān)系探討

摘 要：本文主要先從懸架的作用、分類和組成，闡述懸架的基本知識點；后從懸架系統(tǒng)與操縱穩(wěn)定性的關(guān)系這兩方面說明了懸架系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)的重要性；懸架系統(tǒng)與操縱穩(wěn)定性的關(guān)系說明了懸架系統(tǒng)的參數(shù)對操縱穩(wěn)定性的影響，為后續(xù)設(shè)計分析奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：汽車；前輪；定位參數(shù)

汽車的懸架是汽車總體布局設(shè)計和底盤校核的重要內(nèi)容之一，是對整車的操縱穩(wěn)定性和行駛平順性等都有非常重要的影響。懸架系統(tǒng)又是汽車主要包含的車身、底盤和發(fā)動機三塊之一的底盤當(dāng)中的重要組成部分。

為了提高自主品牌增強研發(fā)的能力，使用多體運動學(xué)理論和軟件對汽車的懸架系統(tǒng)進行運動學(xué)仿真，可以優(yōu)化和創(chuàng)新設(shè)計的產(chǎn)品，明顯提高產(chǎn)品質(zhì)量，大大減少產(chǎn)品開發(fā)費用和成本，提高了產(chǎn)品的系統(tǒng)性能和縮短產(chǎn)品開發(fā)周期等都有著舉足輕重的作用。

懸架是車橋或車輪與車架（活承載式車身）彼此間的穿力相接配置，同時減弱了因道路過陡帶給車架（活承重式車身）的沖力載重，減緩了因此造成的承重體系的震動，確保車輛可以穩(wěn)定運行。車輛運行時，因為道路的不明確性或其車輪的垂直載重的持續(xù)變動，作為汽車發(fā)動機前置前驅(qū)車輛中常采用的懸架結(jié)構(gòu)形式之一的麥弗遜式獨立懸架導(dǎo)向系統(tǒng)的變形車輪定位參數(shù)及運動參數(shù)隨之發(fā)生變化。

1 懸架的作用和構(gòu)成

1.1 懸架的作用

作為車輛的關(guān)鍵構(gòu)成要素，汽車懸架是聯(lián)接車輪和車架的彈性傳力配置，既承載著出現(xiàn)在車身與車輪之間的力，也能吸納與減緩車輛在陡峭道路運行中所形成的震動與沖擊，進而增強乘車的舒服度，增加機件使用周期。

1.2 懸架的構(gòu)成

雖然現(xiàn)代汽車懸架的結(jié)構(gòu)模式多種多樣，但大都通過彈性要件、減震器與導(dǎo)向機構(gòu)構(gòu)成。彈性元件發(fā)揮著緩沖作用，而導(dǎo)向機構(gòu)則負(fù)責(zé)傳遞力，如果為小型轎車，一般選擇使用螺旋彈簧來作為彈性元件，這類部件只承受垂直位移狀態(tài)下的負(fù)荷，并有效減輕路面對于車身的沖擊，質(zhì)量較輕、不占用過大的空間、也不需要使用潤滑油，但是并不具備減振功能。而減震器的主要功能就是吸收振動，在短暫時間內(nèi)控制車身的振幅，并讓車體保持在一個相對穩(wěn)定的狀態(tài)，一般選擇使用液力減震器，該類減震器是在懸架機構(gòu)中最為復(fù)雜的元部件。對輕型車輛而言，導(dǎo)向機構(gòu)同樣是聯(lián)接車身與車輪的要件，除去傳輸作用力，也能令車身隨著車輪遵照特定的軌道運行。車架的上下擺臂、轉(zhuǎn)向節(jié)等配件為車輛的傳力配置，承擔(dān)著傳輸側(cè)向力、力矩等任務(wù)，同時保障車輪對應(yīng)于車架（或車身）均具備明確的對應(yīng)的運動規(guī)則。

2 懸架系統(tǒng)與操縱穩(wěn)定性的關(guān)系

汽車車輪的定位參數(shù)包括車輪前束角、輪距、主銷后傾拖距、主銷后傾角、主銷內(nèi)傾角與車輪外傾角等。在懸架系統(tǒng)的眾多立體幾何參數(shù)之中，車輪定位參數(shù)是所有參數(shù)的重中之重。汽車操控平穩(wěn)性的很多評估標(biāo)準(zhǔn)都和車輪定位參數(shù)息息相關(guān)，車輪定位參數(shù)將直接或間接的影響懸架系統(tǒng)的工作性能。匹配的車輪定位參數(shù)，能夠保障所希望的駕駛性能與直線駕駛能力并且減少輪胎的過度損耗。

汽車在保持較快的速度下轉(zhuǎn)彎時，車輪外傾角會對汽車的穩(wěn)定性產(chǎn)生一定的影響，根據(jù)雙軌數(shù)學(xué)模型可以知道，車輪外傾角的存在，會造成汽車轉(zhuǎn)向的趨勢過多或不足，當(dāng)向心加速度較小時，前后輪的外傾正向不會產(chǎn)生變動，如果是前后輪外傾負(fù)向產(chǎn)生了變動，均可導(dǎo)致汽車轉(zhuǎn)向不足勢頭的加大。在側(cè)向加速度維持在相對較快的水平時，前輪負(fù)外傾不出現(xiàn)變化，可能會造成轉(zhuǎn)向增多的情況發(fā)生。

車輪的外傾角對于直線駕駛平穩(wěn)性與轉(zhuǎn)向有著簡便性的作用：外傾角設(shè)計最重要的目的便是將輪胎的接地點偏里縮小主銷偏移距，進而改良制動時，縱向力影響下的方向平穩(wěn)性，這對改良汽車的直線駕駛性能有很大益處，并且對轉(zhuǎn)向操控力的減小也是有益的，令汽車轉(zhuǎn)向操控簡便。前束角對于汽車的直線平穩(wěn)性與轉(zhuǎn)向性能有很大作用。前束角太大，會加大輪胎的滑動磨損，汽車在駕駛過程中會出現(xiàn)時而偏左，時而偏右的現(xiàn)象，呈現(xiàn)不平穩(wěn)狀態(tài)。然而太小，又根除不了車輪外傾帶來的不利影響，不但加大了車胎的外側(cè)偏移磨損，還會造成駕駛過程的不平穩(wěn)。

主銷后傾角對于汽車操控平穩(wěn)性的作用主要體現(xiàn)在：利用后傾拖距令地面?zhèn)认蛄o輪胎帶來一個回正力距，此力距形成一個和輪胎側(cè)偏角類似的附加轉(zhuǎn)向角，其和側(cè)向力呈正比例關(guān)系，令汽車趨向加大不足轉(zhuǎn)向，有益于改良汽車的穩(wěn)固轉(zhuǎn)向性能。主銷后傾拖距和汽車的回正性能、轉(zhuǎn)向性能以及“路感”等操控穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)。方向盤上的回正力矩是通過轉(zhuǎn)向輪的主銷后傾拖距而產(chǎn)生的，它主要利用輪胎側(cè)向力針對主銷產(chǎn)生的力距而完成的。通常為了獲取相對較大的回正力距，保障汽車的回正性能，便要設(shè)定相對較大的主銷后傾拖距。

主銷后傾拖距對于轉(zhuǎn)向性能的作用：因為汽車具有主銷后傾拖距，因此可帶來回正力矩，回正力矩會為汽車提供一定的不足轉(zhuǎn)向量，轉(zhuǎn)向系本身是存在有一定彈性的，受到回正力距的作用，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可帶來適當(dāng)?shù)膹椥赞D(zhuǎn)向角，利用彈性轉(zhuǎn)向角，可以加大汽車前輪的側(cè)偏角，此外還可給汽車帶來比較明顯的不足轉(zhuǎn)向。換而言之，主銷后傾拖距的存在，會有效的增強汽車不足轉(zhuǎn)向的傾向，因此，要想提高汽車的操作穩(wěn)定性，就必須要設(shè)置一定的不足轉(zhuǎn)向特性。

主銷內(nèi)傾角對于汽車回正性的作用：設(shè)定汽車前輪主銷內(nèi)傾，在汽車前輪滾動時車身可帶來升高的趨向，令汽車的勢能提升，如此汽車的自身重量便有令轉(zhuǎn)向輪回歸到此前中間位置的能力，進而形成將前輪回正的力距。通常對于車輪定位參數(shù)的研發(fā)包括車輪定位參數(shù)和懸架彈性變形（或車輪跳動量）的聯(lián)系，也就是懸架運動學(xué)。它是懸架系統(tǒng)設(shè)定的主要憑據(jù)與評價標(biāo)準(zhǔn)，領(lǐng)會懸架運動學(xué)的性能對于掌控與改良提升汽車的操控平穩(wěn)特性相當(dāng)重要。

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作者簡介：母春花（1975-），女，四川劍閣人，工程師，研究方向為機械設(shè)計。