汽車車身懸置系統(tǒng)研究綜述

朱強(qiáng)+雷盼飛+周良生

摘要：車身懸置是汽車減振降噪的一種非常有效的方法。特別是對(duì)運(yùn)輸車輛而言，車身懸置在汽車的行駛平順性和減振降噪上起到了非常大的改善作用。本文總結(jié)了車身懸置系統(tǒng)的種類及其特點(diǎn)，分析了國(guó)內(nèi)外在車身懸置理論研究、工程應(yīng)用和方法創(chuàng)新上的研究現(xiàn)狀。同時(shí)還列舉了一些先進(jìn)的研究成果，提出了懸置系統(tǒng)發(fā)展的方向，對(duì)懸置系統(tǒng)的今后的發(fā)展有一定的參考價(jià)值。

Abstract： Body suspension is a very effective method for vibration and noise reduction of automobiles. Especially for transport vehicles， the body suspension has played a very important role in improving the ride comfort and vibration reduction and noise reduction of the car. This paper summarizes the types and features of the body suspension system， and analyzes the research status of the body suspension theory， engineering application and method innovation at home and abroad. At the same time， some advanced research results are also listed， and the direction of the development of suspension system is put forward. It has certain reference value for the future development of suspension system.

關(guān)鍵詞：車身懸置；隔振；技術(shù)研究

Key words： body suspension；vibration isolation；technical research

中圖分類號(hào)：U463.33 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）04-0127-02

1 汽車懸置系統(tǒng)研究的目的和意義

懸置系統(tǒng)是連接車身與車架的機(jī)構(gòu)總成，其主要作用有固定作用、限位作用、隔振作用和保護(hù)作用這四個(gè)方面。車輛在行駛的過(guò)程中其受到的激勵(lì)主要包括路面激勵(lì)和發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)激勵(lì)。當(dāng)該激勵(lì)與車輛的固有頻率達(dá)到一致時(shí)，乘員舒適性以及車身對(duì)運(yùn)載裝備的完好率都會(huì)大大降低，因此從懸置連接結(jié)構(gòu)匹配方法出發(fā)，提高車輛的平順性、安全性、可靠性以及結(jié)構(gòu)的通用化水平是行之有效的方式。

2 懸置系統(tǒng)

2.1 懸置系統(tǒng)的種類

汽車懸置發(fā)展到現(xiàn)在種類豐富，也各有優(yōu)缺點(diǎn)。按控制方式懸置可分為主動(dòng)控制懸置、被動(dòng)控制懸置和半主動(dòng)控制懸置。而主動(dòng)控制懸置和半主動(dòng)控制懸置需要在汽車設(shè)計(jì)之初進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且成本高，工藝復(fù)雜，所以現(xiàn)在車輛上基本上都是使用被動(dòng)懸置。主要有多點(diǎn)支撐式、普通副車架式、管梁固定式、管梁、彈性支承復(fù)合固定式這幾種。

多點(diǎn)支撐式是在車架的主要載荷承受部位點(diǎn)處安裝橡膠塊作為減振支撐點(diǎn)，也就是在整車模態(tài)節(jié)點(diǎn)處，即振動(dòng)最小區(qū)域安裝。該懸置方式易于操作，但是連接處承載過(guò)于集中，對(duì)懸置的性能要求比較高，所以該方式一般用于輕型廂式貨車上。

普通副車架式，就是在車架的上方增加一個(gè)副車架，與車架剛性連接，上部與上裝結(jié)構(gòu)用螺栓緊固。其最大的優(yōu)勢(shì)在于能夠由副車架在車輛行駛過(guò)程中承擔(dān)部分扭矩。但是其對(duì)上裝部分的減振效果并不好，劣勢(shì)逐漸顯現(xiàn)，因此它的使用也越來(lái)越少。

管梁固定式，主要基于圓管扭轉(zhuǎn)承載能力，由等半徑的管梁和橫向翼梁組成。翼梁均勻分布在管梁上與管梁剛性連接。管梁與車架使用三點(diǎn)支撐法用附梁與之進(jìn)行連接。以車架在各種工況綜合最小變形的點(diǎn)為管梁的中性面支撐點(diǎn)，其中在中性面的支撐點(diǎn)使管梁和車架剛性連接，中性支撐點(diǎn)前后的兩個(gè)支撐點(diǎn)連接要限制管梁的軸向位移和垂直位移，使其只能發(fā)生軸向轉(zhuǎn)動(dòng)。研究表明，改變管梁的壁厚對(duì)廂體固有頻率的影響較大。

管梁、彈性支承復(fù)合固定式，是將管梁和副車架結(jié)合使用，將管梁的減小扭轉(zhuǎn)力矩和副車架能使上裝離地高度不至于過(guò)高的優(yōu)勢(shì)均凸顯。但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工藝要求高。

2.2 懸置系統(tǒng)的失效形式

一般情況下懸置系統(tǒng)在長(zhǎng)期使用后會(huì)出現(xiàn)的失效形式主要有：懸置軟墊損壞、懸置支架損壞、懸置梁的扭曲或斷裂。

懸置軟墊的損壞一般都是對(duì)于橡膠塊作為彈性支承而言。車輛在越野路面行使時(shí)，車身上下加速度比較大，懸置元件的壓縮量過(guò)大，長(zhǎng)期以往會(huì)產(chǎn)生損壞。該失效形式多出現(xiàn)在多點(diǎn)支撐式和管梁、彈性支承復(fù)合固定式懸置上。

懸置支架損壞主要是因?yàn)槠浣邮軕抑密泬|的上下軟墊的壓縮回彈的反作用力，支架的疲勞強(qiáng)度不夠?qū)е碌膿p壞。這種失效形式多出現(xiàn)在剪切式橡膠塊懸置形式中。

懸置梁的扭曲或斷裂主要是管梁式懸置和普通副車架式懸置可能導(dǎo)致的損壞。副車架和管梁式懸置在工作中，承擔(dān)了車架的一部分扭轉(zhuǎn)力，時(shí)間長(zhǎng)后會(huì)導(dǎo)致扭曲變形超過(guò)其彎曲強(qiáng)度而變形或者斷裂。

2.3 懸置的改進(jìn)方案

在對(duì)懸置系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)的過(guò)程中，應(yīng)將理論知識(shí)與計(jì)算機(jī)軟件結(jié)合，應(yīng)用有限元分析，對(duì)改進(jìn)懸置系統(tǒng)后的整車進(jìn)行模型建立、模態(tài)分析和系統(tǒng)耦合分析，然后進(jìn)行可靠性試驗(yàn)，可大大提高優(yōu)化效率。

3 懸置系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

懸置系統(tǒng)的研究在國(guó)外已經(jīng)有了很長(zhǎng)一段時(shí)間，早在上個(gè)世紀(jì)三四十年代就已經(jīng)有了懸置的研究。發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)逐步形成了成熟的懸置振動(dòng)理論體系，并且有很多研究成果已經(jīng)實(shí)驗(yàn)和工程研制生產(chǎn)出來(lái)，擁有比較完善的系統(tǒng)。而國(guó)內(nèi)在懸置系統(tǒng)的研究上起步比較晚，但是這些年來(lái)也取得了非常大的進(jìn)步。已經(jīng)逐步形成了“設(shè)計(jì)-開發(fā)-試驗(yàn)”一體化的懸置研究技術(shù)。在理論、試驗(yàn)以及實(shí)際應(yīng)用中也取得了顯著成就。endprint

在理論研究上，1939年C.E.Iliffe就已經(jīng)提出了懸置設(shè)計(jì)基本準(zhǔn)則；五十年代H.C.Harrison和M.Horovitz用六自由度解耦理論來(lái)對(duì)懸置系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算；2000年，Seonho.Cho.以能量法解耦理論對(duì)動(dòng)力總成懸置進(jìn)行解耦優(yōu)化設(shè)計(jì)等等。這些理論的出現(xiàn)，對(duì)國(guó)內(nèi)外懸置的發(fā)展具有奠基石的意義。國(guó)內(nèi)東森汽車有限公司唐建華對(duì)越野車懸置元件進(jìn)行了三向剛度計(jì)算，并進(jìn)行有限元仿真分析和剛度實(shí)際測(cè)試證明了其剛度的可靠性。

工程應(yīng)用和產(chǎn)品使用上，國(guó)內(nèi)長(zhǎng)城SUV、北京切諾基SUV均采用12點(diǎn)懸置支撐方式。EQ2050 4×4型越野汽車的車身與車架采用多點(diǎn)橡膠支撐形式，其橡膠剛度設(shè)計(jì)綜合考慮車架的固有頻率和振動(dòng)節(jié)點(diǎn)的分布，達(dá)到了既保障結(jié)構(gòu)的剛度又優(yōu)化上裝振動(dòng)的目的。東風(fēng)EQ140、北京130和解放CA141等車輛則使用四點(diǎn)支撐懸置結(jié)構(gòu)。馬自達(dá)6轎車副車架懸置襯套為兩體結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)易于保證操縱穩(wěn)定性所需要的剛性，又能達(dá)到舒適性的目的。

在懸置研究創(chuàng)新上，2003年Madjlesi R等基于振動(dòng)傳遞函數(shù)對(duì)車身懸置的隔振進(jìn)行了優(yōu)化分析。上海交通大學(xué)的曾斌通過(guò)對(duì)懸置的失效形式分析并加以自己創(chuàng)新的想法對(duì)懸置進(jìn)行改進(jìn)。最后通過(guò)隔振原理分析了振動(dòng)以及振源，并加以設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了20%隔振率傳遞方案的最優(yōu)化；同濟(jì)大學(xué)的丁玉蘭和軍交運(yùn)輸研究所的岳驚濤從柔性抗扭轉(zhuǎn)梁所受扭轉(zhuǎn)力分析，提出了在承載平臺(tái)上建立支撐元件的兩種懸置方案的柔性車梁，分析計(jì)算得到其固有頻率；2011年吉林大學(xué)郝赫用有限元結(jié)合動(dòng)力學(xué)方法研究，提出了有限元和模態(tài)縮成理論，雖然該方法誤差大，效果并不好，但是在懸置研究創(chuàng)新上也起到了很大的作用。

4 結(jié)論

隨著各大汽車廠商和相關(guān)人員對(duì)懸置發(fā)展的重視程度的提高，懸置的創(chuàng)新及優(yōu)化研究肯定會(huì)發(fā)展的越來(lái)越快。計(jì)算機(jī)和虛擬技術(shù)的使用也會(huì)大大提高懸置改進(jìn)的效率和研究方法的多元化。懸置系統(tǒng)未來(lái)的發(fā)展應(yīng)該會(huì)朝著三個(gè)方面進(jìn)行。第一是動(dòng)力學(xué)模型的建立會(huì)更加復(fù)雜化，考慮的自由度更多，對(duì)子系統(tǒng)的耦合分析更細(xì)致；第二是懸置系統(tǒng)會(huì)多極化發(fā)展，將其減振的優(yōu)勢(shì)發(fā)揮到更好。第三是各懸置形式系列化、標(biāo)準(zhǔn)化，可提供完整而準(zhǔn)確的參數(shù)，以便用戶根據(jù)需要進(jìn)行選擇直接匹配就可以使用。

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