汽車主流懸架系統(tǒng)解析

李澤楠 劉晉宇

摘要：汽車懸架在專用車/乘用車有著非常廣泛的市場前景。就目前而言，汽車懸架的研制及其產(chǎn)業(yè)化已經(jīng)受到社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。磁流變液的成功研發(fā)，實(shí)現(xiàn)了減振器液體粘度的瞬間可調(diào)，磁流變液已成為實(shí)現(xiàn)阻尼可調(diào)減振器的良好液體。目前已經(jīng)進(jìn)入了商品化這一階段，但是在實(shí)際的應(yīng)用過程中還是存在很多的問題，比如說耐久性、溫升以及穩(wěn)定性等這些問題還需要對其進(jìn)行更多的研究。本文對懸架系統(tǒng)進(jìn)行了介紹，闡述了現(xiàn)代汽車主流懸架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用，并進(jìn)行了分析和比較。

關(guān)鍵詞：汽車；懸架系統(tǒng)；操控性

1 汽車懸架系統(tǒng)

作為底盤的“骨骼”結(jié)構(gòu)，懸架系統(tǒng)的主要作用如下。

懸架系統(tǒng)是連接車架（或承載式車身）、車輪、車橋之間所有傳力設(shè)備的統(tǒng)稱[1]，懸架主要由減震器，彈性元件和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)三部分組成，此外部分轎車的懸架系統(tǒng)還增設(shè)有緩沖塊和橫向穩(wěn)定器。懸架系統(tǒng)的用途主要是將路面作用于車輪的垂直反力（支撐力）、縱向反力（制動(dòng)力與驅(qū)動(dòng)力）和側(cè)向反力和因這些力相互作用所產(chǎn)生的力矩傳達(dá)至車架（承載式車身）上，并緩解不平整路面所引發(fā)的沖擊載荷，減弱因此產(chǎn)生的承載系統(tǒng)振動(dòng)，進(jìn)而確保行車的操縱穩(wěn)定性、平順性和舒適性，提高了汽車行駛的平均速度。

懸架系統(tǒng)按導(dǎo)向機(jī)構(gòu)形式不同分為獨(dú)立懸架和非獨(dú)立懸架。獨(dú)立懸掛的車軸分成兩段，車橋選用斷開式車橋，每側(cè)車輪都用彈性懸架單獨(dú)與車架（或車身）相連，每一側(cè)的車輪都可以獨(dú)自作用，相互之間不產(chǎn)生影響。非獨(dú)立懸架與整體式車橋相連，車輪裝于軸兩端，車輪與車橋依靠連接彈性懸架與車架（或車身）連接。當(dāng)其中一側(cè)車輪因路況不平整發(fā)生跳動(dòng)時(shí)，就會(huì)引起一側(cè)車輪在汽車橫向平面內(nèi)發(fā)生擺動(dòng)[2]。

2 典型懸架系統(tǒng)

2.1 麥弗遜式獨(dú)立懸架

麥弗遜（McPhersonType）又稱為支柱式懸架系統(tǒng)，此種懸掛常見于前懸掛，是目前汽車市場上采用最多的懸掛之一。麥弗遜懸架包括減振器、彈簧、穩(wěn)定桿、三角臂及副車架等其結(jié)構(gòu)，主要是用螺旋彈簧套在減震器上組成，減震器能防止螺旋彈簧受力時(shí)出現(xiàn)前、后、左、右偏移的現(xiàn)象，限制彈簧則只能上下方向的振動(dòng)，同時(shí)可以依靠調(diào)整減震器的行程長短與松緊，來設(shè)定調(diào)整懸掛的軟硬及性能。麥弗遜式懸掛系統(tǒng)的車輪是采用沿主銷滑動(dòng)方法的懸掛系統(tǒng)。

此類懸掛優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單緊湊輕量化，制造成本低，占用空間小，能自動(dòng)調(diào)節(jié)車輪外傾角，在車輛過彎時(shí)可以更好的適應(yīng)路面，讓輪胎的對地面作用面積最大化，以達(dá)到最好的操縱穩(wěn)定性，增加兩前輪內(nèi)側(cè)的空間，便于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝。但因其構(gòu)造為直筒式，欠缺對來自于左右方的沖擊的反作用力，懸掛剛度弱，主要表現(xiàn)就是當(dāng)車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)側(cè)傾側(cè)身傾斜角度過大，而且在車輛緊急剎車時(shí)剎車點(diǎn)頭明顯。

2.2 拖拽臂式懸架

拖拽臂式非獨(dú)立懸架系統(tǒng)是當(dāng)下國內(nèi)在麥弗遜式懸架之后被廣泛運(yùn)用的另一種懸掛系統(tǒng)，此種懸架是專為后輪而設(shè)計(jì)的，它的組成較為簡單，用可上下擺動(dòng)的拖臂來對車身和車輪進(jìn)行硬性連接，用螺旋彈簧和液壓減震器組成減震部件，從而起到支撐和車身減震的作用，而方形或圓柱形扭轉(zhuǎn)橫梁連接至左右車輪。某些汽車廠家還稱其為：縱臂扭轉(zhuǎn)梁非獨(dú)立懸掛、H型縱向擺臂懸掛等等都屬于拖曳臂式懸掛，只是對其調(diào)教有所不同[3]。

這種懸架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：左右縱向搖臂被一跟粗大的扭轉(zhuǎn)梁焊接在一起，被焊接成H型的懸架整體安裝在車身上，搖臂與車身只有兩個(gè)連接點(diǎn)，所以裝配起來也很簡單。

這種懸架的最大的特點(diǎn)是兩側(cè)車輪空間大，車輪的外傾角不發(fā)生變化，輪胎磨損率低，避震器不出現(xiàn)彎曲，摩擦小，結(jié)構(gòu)組成成本低簡便。不足之處是操控性和舒適性均有限，承載性能差，抗側(cè)傾能力較弱，剎車時(shí)除了車頭較重會(huì)出現(xiàn)下沉外，同時(shí)拖曳臂懸掛的后輪也會(huì)往下沉平衡車身，無法提供精準(zhǔn)的幾何控制。

2.3 雙橫臂式懸架（雙叉臂式懸掛）

雙橫臂懸架又稱為雙叉（雙A）臂式懸掛，它大多選用兩個(gè)上下不等長的叉臂，橫向作用力用兩個(gè)叉臂同時(shí)吸收，支柱只起到承載汽車車身重量的作用，所以橫向剛度大。雙叉臂式懸掛的上下兩個(gè)A字形叉臂能精確地定位前輪的所有參數(shù)，當(dāng)前輪轉(zhuǎn)彎時(shí)，上下兩個(gè)叉臂能同時(shí)吸收輪胎所受的橫向力，加上兩叉臂的橫向剛度較大，所以轉(zhuǎn)彎的側(cè)傾較小。雙叉臂式懸掛大多選用上下不等長叉臂（上短下長），讓車輪在上下運(yùn)動(dòng)時(shí)可以自行改變外傾角同時(shí)減小輪距變化達(dá)到減小輪胎磨損的目的，并且能自動(dòng)適應(yīng)路面，使得輪胎接地面積增大，貼地性好。

雙橫臂懸架具有抗側(cè)傾強(qiáng)，橫向剛度大，輪胎與路面的貼合性好、可調(diào)區(qū)間大、抓地優(yōu)越特點(diǎn)。所以純正血統(tǒng)的跑車的前懸掛大多采用雙叉臂式懸掛。但是受結(jié)構(gòu)限制反應(yīng)速度緩慢，橫向安裝空間增大，所以雙叉臂一般都用在體形寬大的轎車或越野車上。

3汽車半主動(dòng)懸架系統(tǒng)的發(fā)展趨向

3.1集成化

集成化是車輛懸架系統(tǒng)值得研究的一個(gè)方向。將對側(cè)傾、垂直、俯仰等三維方向的控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)集成化。另外就是充分結(jié)合主動(dòng)控制、被動(dòng)控制、半主動(dòng)控制，使得它們的優(yōu)點(diǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)互補(bǔ)，根據(jù)頻段不同應(yīng)用對應(yīng)的控制方法。想要做更高層次的改造就是集成化ABSCS和先進(jìn)的懸架系統(tǒng)。對振動(dòng)控制的發(fā)展，也進(jìn)一步促進(jìn)了器件和材料的迅速進(jìn)展。而另一方面，新器件和新材料的發(fā)展反過來促進(jìn)了振動(dòng)控制的更廣泛應(yīng)用。將傳感器、阻尼材料以及作動(dòng)器做成統(tǒng)一的智能結(jié)構(gòu)，這樣有機(jī)結(jié)合了振動(dòng)控制系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)，這也是未來懸架系統(tǒng)智能化未來新的研究方向。

3.2磁流變液阻尼器

可控制阻尼器的研究是半主動(dòng)懸架系統(tǒng)研究中最為核心的?，F(xiàn)階段改變阻尼器系數(shù)的手段有兩種，其一就是改變節(jié)流口大小，其二就是改變液體的粘度。對第一種方法的研究已經(jīng)較為廣泛，各種各樣的專利和結(jié)構(gòu)不斷涌現(xiàn)。因?yàn)檎{(diào)節(jié)節(jié)流口是一種機(jī)械運(yùn)動(dòng)，其響應(yīng)可靠性較低，并且具有一定的滯后性，另外可以調(diào)節(jié)的范圍還很小等很多無法解決的問題。而第二種調(diào)節(jié)方法是利用磁場或者電場來改變阻尼，這種方式不僅簡單，響應(yīng)滯后性比較小，同時(shí)可靠性先對較高、可以調(diào)節(jié)的范圍也很大，調(diào)節(jié)所需要消耗的功率較小等諸多優(yōu)點(diǎn)，目前越來越受到人們的關(guān)注。但是，在懸架系統(tǒng)中應(yīng)用該系統(tǒng)尚有很多問題需要解決。

隨著各種功能材料的不斷出現(xiàn)，比如形狀記憶合金、磁（電）伸縮材料、磁流變液、電流變液等，已經(jīng)有人在研究如何將這些功能材料應(yīng)用到半主動(dòng)控制裝置當(dāng)中去。已經(jīng)有研究表明，使用磁、電流變體可以使得半主動(dòng)懸架的阻尼特性得到一定的改變。美國Lord公司已經(jīng)成功研究出用在結(jié)構(gòu)抗震以及車輛座椅中的磁流變阻尼器。Spencer等人在試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)之上構(gòu)建了磁流變液阻尼器有關(guān)的Bouce-Wen滯回模型?？偠灾?，近年來，工業(yè)界以及很多不同學(xué)科領(lǐng)域的研究者已經(jīng)充分意識(shí)到磁流變液的理論價(jià)值和應(yīng)用前景。

4結(jié)語

舒適性是轎車最重要的使用性能之一。舒適性與車身的固有振動(dòng)特性有關(guān)，而車身的固有振動(dòng)特性又與懸架的特性相關(guān)。所以，汽車懸架是保證乘坐舒適性的重要部件。同時(shí)，汽車懸架做為車架（或車身）與車軸（或車輪）之間作連接的傳力機(jī)件，又是保證汽車行駛安全的重要部件。因此，汽車懸架往往列為重要部件編入轎車的技術(shù)規(guī)格表，作為衡量轎車質(zhì)量的指標(biāo)之一。

參考文獻(xiàn)

[1]苗慶貴.汽車底盤構(gòu)造與維修[M].北京：人民交通出版社，2001.

[2]孫培峰.汽車底盤構(gòu)造與檢修[M].杭州：浙江大學(xué)出版社，2007.

[3]秦民，萬剛.轎車懸架技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].汽車研究與開發(fā)，2004（7）：27-29，45.

[4]高國生，楊紹普，郭京波.汽車懸架控制系統(tǒng)研究動(dòng)態(tài)與展望[J].機(jī)械強(qiáng)度，2003，25（3）：279-284.

（作者單位：華晨汽車工程研究院）