汽車懸架調(diào)教基礎(chǔ)知識介紹

◆文/山東 程增木 劉慶

汽車懸架調(diào)教基礎(chǔ)知識介紹

◆文/山東 程增木 劉慶

一、懸架

汽車懸架由導(dǎo)向機構(gòu)、彈性元件(彈簧)及減振器等組成，個別結(jié)構(gòu)則還有緩沖塊、防傾桿(橫向穩(wěn)定桿)等可以約束車輪不讓其隨意轉(zhuǎn)動的機構(gòu)，如圖1所示。

圖1 多連桿式獨立懸架

二、懸架開發(fā)的一般過程

在汽車懸架開發(fā)的過程中，分為正向開發(fā)和逆向開發(fā)。正向開發(fā)：即一般開發(fā)產(chǎn)品過程，從設(shè)計到產(chǎn)品測試。逆向開發(fā)：根據(jù)他人開發(fā)的產(chǎn)品掃描懸架的硬點和結(jié)構(gòu)以及齒輪，根據(jù)已知因素開發(fā)出產(chǎn)品。硬點：簡單理解為導(dǎo)向機構(gòu)和減振器的連接點，硬點的位置設(shè)計非常重要，因為它直接決定了懸架系統(tǒng)的運動軌跡，決定車輪跳動的方向。圖2為利用德國專業(yè)懸架設(shè)計軟件VI-grade確定硬點的一系列參數(shù)。

三、懸架的一般組成

機械懸架的組成形式主要有彈簧、減振器、防側(cè)傾桿和導(dǎo)向機構(gòu)四部分。

1.彈簧

彈簧是懸架系統(tǒng)中較為重要的一部分，主要作用是存儲車輪傳來的振動和沖擊能量。2.減振器

減振器與彈簧是直接的機械連接，可以將彈簧存儲的能量消化吸收掉。

3.防側(cè)傾桿

抑制車輛的過分側(cè)傾，使系統(tǒng)趨于穩(wěn)定。

4.導(dǎo)向機構(gòu)

主要作用為傳遞加速、制動、轉(zhuǎn)向時的力和力矩。

四、懸架的工作原理

在講解懸架的工作過程時，我們以極限轉(zhuǎn)彎為例：當(dāng)車輛入彎剎車時，后懸架的彈簧需要合理的將載荷從后向前轉(zhuǎn)移，后懸架的彈簧通常較為柔軟，柔性較大，增強后輪的抓地力。

圖2 VI-Grade專業(yè)懸架開發(fā)軟件界面

隨著車輛逐漸駛向彎心，車輛的重量會逐漸向靠近彎道外側(cè)的輪胎轉(zhuǎn)移，減振器中的阻尼開始吸收彈簧因側(cè)向力而變形所產(chǎn)生的能量。在彎心時，防側(cè)傾桿會把一部分載荷轉(zhuǎn)移到內(nèi)側(cè)輪胎，進而抑制車身整體向外部傾斜，可以更好地控制姿態(tài)。過了彎心之后，防側(cè)傾桿開始釋放所吸收的能量，彈簧開始吸收能量。出彎加速時，重量向車尾轉(zhuǎn)移，后懸掛的軟彈簧可以吸收因重量轉(zhuǎn)移而產(chǎn)生的能量，穩(wěn)定車輛的后輪，增大最大牽引力。下面將以麥弗遜式獨立懸架和雙叉臂式獨立懸架兩種懸架為例進行介紹。

1.麥弗遜式獨立懸架

麥弗遜式獨立懸架如圖3所示，麥弗遜式獨立懸架最大的優(yōu)點就是結(jié)構(gòu)簡單、成本低、垂直方向穩(wěn)定性較好。但是缺點也很明顯，因為它是垂向布置，且在側(cè)向支撐結(jié)構(gòu)不足，所以在輪胎跳動的過程中，車輪的外傾角變化較大。這一點在車輪過彎跳動時尤為明顯。

圖3 麥弗遜式獨立懸架結(jié)構(gòu)圖

2.雙叉臂式獨立懸架

雙叉臂式獨立懸架最大的優(yōu)勢在于使用了多連桿結(jié)構(gòu)，但其依然無法避免外傾輪跳動的現(xiàn)象。但由于其側(cè)向連桿數(shù)量較多，可以進行側(cè)向優(yōu)化，在優(yōu)化懸架結(jié)構(gòu)的過程中，硬點位置的優(yōu)化最為重要，硬點優(yōu)化可以使側(cè)傾角在懸架允許跳動的范圍內(nèi)變化。

五、前束角和外傾角的重要作用

車輛前輪前束值與外傾角如圖4所示。

前輪束角分為正前束和負(fù)前束，正前束有利于提高直線行駛的穩(wěn)定性，負(fù)前束則可以改善車輛的轉(zhuǎn)向能力。外傾角則表示車輪偏離法線方向的夾角，主要作用是改善車輪的抓地力。

家用車一般選用：負(fù)的外傾角搭配負(fù)的前束角，目的是在提高車輪轉(zhuǎn)向能力的基礎(chǔ)上最大程度上減小束角帶來的輪胎磨損問題。

圖4 前束角和外傾角示意圖

例如F1賽車、跑車，大部分也是使用負(fù)的外傾角搭配負(fù)的前束角。在車輪高速過彎時，輪胎側(cè)向力較大，重量大部分集中在外輪胎，為了提高外輪胎的抓地力，較小的負(fù)外傾角可以補償輪胎轉(zhuǎn)彎過程中的側(cè)偏角，使輪胎最大程度上垂直于地面，進而保持輪胎的最大抓地力。

上文所述的工況大部分為轉(zhuǎn)彎，轉(zhuǎn)彎最怕遇到的就是過大的側(cè)傾力。那么，如何提高車輛的防側(cè)傾能力呢？在優(yōu)化懸架的過程中，總結(jié)如下。

1.適當(dāng)加大防側(cè)傾桿的扭轉(zhuǎn)剛度。

2.適當(dāng)增大螺旋彈簧的剛度，對減振器阻尼進行適當(dāng)調(diào)整，以提高吸振能力和支撐能力。

3.選用稍微軟一點的彈簧，適當(dāng)?shù)目刂苽?cè)傾角。

以上為理想狀態(tài)下的調(diào)節(jié)方法，調(diào)節(jié)過程中會出現(xiàn)很多矛盾問題，只能犧牲一部分性能來提高另一部分性能。

六、使用VI-grade優(yōu)化和設(shè)計懸架

在本次優(yōu)化案例中，筆者使用VI-grade軟件對一款賽車的雙叉臂懸架進行了設(shè)計和優(yōu)化。圖5所示為選擇該懸架系統(tǒng)的硬點位置，包括前后上懸臂，下懸臂和車輪中心等硬點的絕對坐標(biāo)，來對整個系統(tǒng)進行設(shè)計。圖6所示為確定車輪的輪徑等必要參數(shù)，以及fx，fy等坐標(biāo)參數(shù)，對于這些參數(shù)的確定，是一個較為復(fù)雜的過程，進行計算求取之后要不斷優(yōu)化數(shù)值。懸架設(shè)計結(jié)束后需要進行百公里加速測試(acceleration測試工況)，8字轉(zhuǎn)彎平順性測試(skipped工況)，整體跑道測試工況。進而來測試懸掛優(yōu)化之后的性能。

圖5 VI-Grade中雙叉臂式獨立懸架硬點調(diào)整界面

圖6 VI-Grade中雙叉臂式獨立懸架的坐標(biāo)優(yōu)化界面

（作者程增木、劉慶工作單位：山東交通學(xué)院）