汽車底盤懸架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

李奕華

摘要：近年來，中國(guó)對(duì)汽車的需求不斷增加，汽車制造業(yè)也增加發(fā)展起來。在汽車制造中，底盤懸架系統(tǒng)主要作用是傳遞車身和車輪直接的力矩，例如驅(qū)動(dòng)力，制動(dòng)力和軸承力。本文將分析汽車底盤懸架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，結(jié)合汽車底盤懸架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展現(xiàn)狀，從汽車底盤懸架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)重要性，汽車底盤懸架結(jié)構(gòu)和汽車底盤懸架零件等方面進(jìn)行深入研究。探索的主要目的是想要更有效地促進(jìn)汽車底盤懸架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展和進(jìn)步。

關(guān)鍵詞：汽車底盤懸架;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);要點(diǎn)分析

中圖分類號(hào)：U463.33? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-957X（2020）20-0010-02

0? 引言

中國(guó)工業(yè)發(fā)展迅猛，汽車工業(yè)發(fā)展也緊跟其后。汽車工業(yè)中的底盤懸架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)備受矚目。汽車懸架是車輪（或車軸）與負(fù)載支撐件（或車架）之間所有力傳遞連接的總稱，是確保行駛舒適性和行駛安全性的重要組成部分，并具有緩沖和吸收由于道路不平坦而產(chǎn)生的傳遞力的能力。通過對(duì)框架或車身施加沖擊和振動(dòng)，它可以在兩輛汽車之間傳遞所有力和扭矩，從而使汽車平穩(wěn)行駛。在底盤懸架結(jié)構(gòu)中，現(xiàn)在的雙縱向臂獨(dú)立懸架結(jié)構(gòu)將上下縱向臂的長(zhǎng)度都進(jìn)行了改進(jìn)，能夠合理的去配合車輪和車架與縱向臂的連接。這樣就使車輪在運(yùn)動(dòng)的過程中，能夠使軸距和前輪的定位參數(shù)一直保持在公差范圍內(nèi)，這樣能夠保證汽車在行駛的過程中的安全性和穩(wěn)定性。

1? 汽車底盤的重要性

最靠近地面的汽車零件輪胎除外，最近的就是汽車底盤。如果路面很差，可能會(huì)刮傷底盤。地板上的水太多會(huì)使機(jī)箱長(zhǎng)時(shí)間處于潮濕環(huán)境中造成破壞。另外，腐蝕性化學(xué)物質(zhì)粘附在底盤上，會(huì)導(dǎo)致生銹，直接影響汽車的正常運(yùn)行，并間接威脅其他汽車零部件的運(yùn)行。這就是為什么汽車底盤的設(shè)計(jì)如此重要，以至于它與汽車能源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)密不可分，并且在某種程度上也會(huì)影響設(shè)計(jì)和內(nèi)部空間。

2? 汽車底盤結(jié)構(gòu)的發(fā)展

2.1 輕量化開發(fā)

輕量化是盡可能的去減輕不必要的浪費(fèi)，現(xiàn)在的技術(shù)可以減輕底盤結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。底盤結(jié)構(gòu)重量減輕，可以減少燃油的消耗，也能夠使汽車在運(yùn)行中更安全，排放的尾氣減少，使汽車更加節(jié)能環(huán)保。在汽車的生產(chǎn)中可以使用鋁合金材料來生產(chǎn)汽車的底盤，這些類型的材料不僅耐腐蝕性強(qiáng)，而且密度低且易于成型，從而使底盤結(jié)構(gòu)更輕。同時(shí)，輕質(zhì)材料（例如鎂合金）也經(jīng)過了實(shí)驗(yàn)室研究，并逐漸進(jìn)入了可用于生產(chǎn)汽車底盤結(jié)構(gòu)的定量生產(chǎn)階段。對(duì)于輕量化技術(shù)的應(yīng)用，提出了一種W型沖壓梁，高強(qiáng)度沖壓成形可以在提高底盤結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的同時(shí)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計(jì)。使用W型沖壓梁可以減少大橫截面跨度的出現(xiàn)，也能夠提高底盤懸架結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，所以W型沖壓梁也逐漸推廣?，F(xiàn)在許多的汽車工業(yè)都已經(jīng)在應(yīng)用W梁的底盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造。朝著輕量化方向的發(fā)展，未來汽車行業(yè)的發(fā)展也將實(shí)現(xiàn)輕型發(fā)展。

2.2 穩(wěn)固化發(fā)展

汽車底盤懸架結(jié)構(gòu)可以提高汽車的穩(wěn)定性，汽車底盤的穩(wěn)定是直接影響到汽車在行駛中的安全，所以在底盤結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和制造終都要朝著穩(wěn)定的方向發(fā)展，進(jìn)行穩(wěn)固化。汽車在高速行駛的過程中是需要許多裝置組成的懸架結(jié)構(gòu)，通過與地面碰撞來引起車內(nèi)鋼板彈簧的緩沖，將所振動(dòng)的能量進(jìn)行衰減。這些裝置通常都是由減震器和導(dǎo)向裝置組成，在現(xiàn)代的汽車工業(yè)中大多數(shù)都是使用液壓減震器，液壓減震器可以將有產(chǎn)生的熱量消耗震動(dòng)產(chǎn)生動(dòng)能。在底盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的另一方面，也要注重底盤材料的研究和開發(fā)，可以使用熱成型高強(qiáng)度的鋼來增加底盤防撞的能力，提高車輛的整體強(qiáng)度和剛度，并可以確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。在設(shè)計(jì)機(jī)箱部件時(shí)，為了確保部件的安全性，還可以采用圓形孔來均勻分布部件的應(yīng)力。

2.3 自動(dòng)化開發(fā)

已開發(fā)出新能源汽車，以滿足節(jié)能和環(huán)保的社會(huì)發(fā)展要求。與傳統(tǒng)汽車不同，新能源汽車的底盤側(cè)重于使用鋁制的滑板，但是其他的核心部件的組成與傳統(tǒng)汽車沒有差別，因?yàn)樗髮?duì)轉(zhuǎn)向、制動(dòng)和其他系統(tǒng)都采用電子的控制方法，只有汽車的底盤結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化。在汽車底盤結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，新能源汽車已經(jīng)將離合器和變速箱之類的組件進(jìn)行了刪除，在底盤中用電氣連接轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，增加底盤內(nèi)的空間。底盤內(nèi)的空間大了，就可以在前后軸的位置完成動(dòng)力馬達(dá)的布置，所以在汽車底盤懸架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，要提高汽車動(dòng)力的傳遞效率，使新能源汽車更加實(shí)用，新能源汽車的底盤上將動(dòng)力電池組來代替?zhèn)鹘y(tǒng)汽車的油箱，是以分布式的方式進(jìn)行放置，為了減少摩擦和碰撞。結(jié)合此功能修改底盤結(jié)構(gòu)，電池組應(yīng)位于底盤質(zhì)量的中心，并靠近主減速器，以減少動(dòng)力傳輸過程中的能量損失，更均勻的功率分配并實(shí)現(xiàn)底盤空間結(jié)構(gòu)。在充分利用這一點(diǎn)的同時(shí)，汽車的制動(dòng)、轉(zhuǎn)向和駕駛功能也得到了改善。

3? 汽車底盤懸架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

3.1 電子化特征

在科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的不斷影響下，工作人員對(duì)汽車底盤基礎(chǔ)系統(tǒng)進(jìn)行了科學(xué)的研制和開發(fā)，制作出了與之相對(duì)應(yīng)的電子控制系統(tǒng)，這種電子控制系統(tǒng)可以根據(jù)汽車運(yùn)動(dòng)的運(yùn)行方向進(jìn)行分類，可以主要分為縱向制動(dòng)與驅(qū)動(dòng)管控、橫向轉(zhuǎn)向與擺動(dòng)力矩控制和垂向懸架控制三類。從現(xiàn)在的發(fā)展形式來看，汽車底盤的各種電子控制系統(tǒng)主要都是以與之相對(duì)應(yīng)的功能為基礎(chǔ)進(jìn)行操作運(yùn)行的，與此同時(shí)，還需要利用輪胎與地面的接觸形成相應(yīng)的其他功能。比如，自動(dòng)抱死裝置，通過對(duì)縱向力進(jìn)行控制，使汽車在制動(dòng)的過程中可以通過輪胎對(duì)地面產(chǎn)生的摩擦力系數(shù)來有效減少汽車制動(dòng)的距離，從而可以進(jìn)一步促進(jìn)汽車在行駛過程過程中安全性的有效提高、主動(dòng)懸架的利用對(duì)垂向力的有效控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車垂向運(yùn)行、車身側(cè)傾以及俯仰運(yùn)行控制，使得汽車能夠具有更強(qiáng)的舒適度和操作性。

3.2 集成化特征

從目前來看，汽車總線技術(shù)和電設(shè)備的運(yùn)用是比較廣泛的，而且進(jìn)一步促進(jìn)了汽車底盤集成化的快速發(fā)展，首期在汽車企業(yè)中便得到了民眾較為廣泛的關(guān)注。舉個(gè)例子，德爾福派克電氣公司進(jìn)行不斷科學(xué)研究開發(fā)的汽車底盤控制系統(tǒng)UCC，它與多個(gè)系統(tǒng)有著較為直接的密切聯(lián)系，具體有驅(qū)動(dòng)輪防滑系統(tǒng)、電子穩(wěn)定程序系統(tǒng)以及防抱死制動(dòng)系統(tǒng)等等，可以利用傳感設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)底盤更好的監(jiān)控處理，特別是在行駛的路況中，這樣以來可以有效避免汽車在駕駛過程中出現(xiàn)交通事故，在一定程度上促進(jìn)汽車主動(dòng)安全性的進(jìn)一步提高。這種集成化的有效實(shí)現(xiàn)，通常使用的是較為獨(dú)立的電子控制系統(tǒng)傳感器、控制單元以及執(zhí)行單元，特別是在懸架、驅(qū)動(dòng)、制動(dòng)以及轉(zhuǎn)向方面，利用總線傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)汽車上所有電控單元、傳感器等的科學(xué)連接。雖然其運(yùn)行原理之間有著很大的差距，但是其使用的傳感器、傳輸數(shù)據(jù)以及執(zhí)行單元等之間具有很強(qiáng)的共享性。

4? 汽車懸架上的零部件

4.1 螺旋彈簧

在汽車的方案設(shè)計(jì)過程中，彈簧的用量是很大的，因?yàn)樗哂泻芎玫奈展袅Φ哪芰?，而且具有合適的舒適度。但缺點(diǎn)是它的長(zhǎng)度一般較長(zhǎng)，所以占有的空間以及在安裝位置接觸到的面積比較大，在系統(tǒng)的合理布置中，緊湊性很難實(shí)現(xiàn)。螺旋彈簧本身是不能承受橫向力的，這是由它本身的性質(zhì)決定的，所以在使用的過程中需要選用四連桿螺旋彈簧，將它應(yīng)用在獨(dú)立的懸架中。為了兼顧到螺旋彈簧具有的很強(qiáng)的舒適度，我們?cè)诟哳l率、小振幅的地面沖擊當(dāng)中，以設(shè)置柔軟的彈簧為主。如果受到的沖擊力和剛性較強(qiáng)，就需要對(duì)沖擊的行程進(jìn)行適合的縮短，彈簧就需要選取具有多種剛度的。負(fù)載越大，需要彈簧的剛度就越大。

4.2 鋼板彈簧

鋼板彈簧多使用在廂式車和卡車當(dāng)中，因?yàn)閺椈善瞧浣Y(jié)構(gòu)的主要構(gòu)件，而且它們的長(zhǎng)度都不相等。比螺旋彈簧結(jié)構(gòu)相比，鋼板彈簧更加簡(jiǎn)單，成本比較低，主要在車身底部進(jìn)行裝配。在實(shí)際的操作過程中，因?yàn)槊恳黄紩?huì)受到不同程度的摩擦，所以具備一定的衰減性。如果干摩擦太過嚴(yán)重的話，會(huì)嚴(yán)重影響對(duì)沖擊力的有效吸收。

4.3 扭桿彈簧

扭桿彈簧是由彈簧鋼制作而成的，實(shí)際上是一種長(zhǎng)桿。在車身上應(yīng)用時(shí)，一端用來固定，另一端用來連接懸架上臂。當(dāng)車輪處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，扭桿會(huì)出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)變形，因而具有彈簧性能。

5? 汽車底盤懸架設(shè)計(jì)要求

①經(jīng)彈性特征和阻尼特征設(shè)計(jì)，使汽車行駛過程更加平順，振動(dòng)頻率和振動(dòng)加速度值低，減振性能適宜，以免懸架壓縮伸張行程極限點(diǎn)部位出現(xiàn)硬沖擊情況，并兼顧輪胎接地性。

②經(jīng)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，使車輪、車架、車身間力和力矩傳遞更加可靠，確保車輪定位參數(shù)及變化規(guī)律符合相關(guān)要求。各鉸鏈點(diǎn)部位受力小，使橡膠元件彈性變形減小，確保導(dǎo)向精確性。同時(shí)，汽車轉(zhuǎn)向過程中，應(yīng)具備一定的抗側(cè)傾性。汽車制動(dòng)和加速度過程中，車身處于穩(wěn)定狀態(tài)，以免發(fā)生縱傾情況。

③提高零部件強(qiáng)度和使用壽命，注重成本控制，將后期維護(hù)保養(yǎng)工作落實(shí)到位

6? 汽車底盤懸架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)

在對(duì)汽車的底盤懸架結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要相關(guān)技術(shù)人員對(duì)結(jié)構(gòu)模型和標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行科學(xué)而合理的正確選擇和明確，并對(duì)設(shè)計(jì)的流程進(jìn)行嚴(yán)格的落實(shí)。

6.1 底盤懸掛和設(shè)置

在預(yù)設(shè)車輛的底盤懸架時(shí)，通常應(yīng)強(qiáng)調(diào)以下幾點(diǎn)：要清楚汽車的整體形狀以及底盤懸架設(shè)計(jì)的實(shí)際需求和條件。當(dāng)汽車的整體形狀確定后，想要改正和調(diào)整是十分困難的，在汽車底盤懸架的預(yù)調(diào)過程中，應(yīng)闡明車輪向上/向下移動(dòng)10cm的跳動(dòng)。進(jìn)行后續(xù)的調(diào)整過程中，后軸的負(fù)載發(fā)生了明顯的變化，所以紅后懸架要充分發(fā)揮它的科學(xué)價(jià)值。在調(diào)整的過程中，還要考慮是否增加輪胎的防滑鏈。就四輪驅(qū)動(dòng)保護(hù)而言，懸架通常會(huì)受到驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的影響。如果汽車根據(jù)扭力梁結(jié)構(gòu)設(shè)置后懸架，則工作難度就很大。水平導(dǎo)桿用于設(shè)計(jì)垂直導(dǎo)桿，從而可以更科學(xué)地控制車輪跳動(dòng)和回彈輪座的變化。

6.2 前懸架設(shè)計(jì)

汽車底盤的懸架設(shè)計(jì)中，前懸架是主要采用獨(dú)立的懸架設(shè)計(jì)。首先，在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，就要弄清楚轉(zhuǎn)向梯形，要保證車輪在轉(zhuǎn)向的過程中，每個(gè)轉(zhuǎn)向出的圓圈都不打滑和滾動(dòng)，在設(shè)計(jì)汽車底盤懸架中;其次，定義主銷的大小。這項(xiàng)工作通常包括主銷傾角，腳輪傾角等內(nèi)容。其中，對(duì)于主銷的腳輪傾角和相對(duì)車輪中心的偏移，使車輪的側(cè)向力返回到力矩以使汽車能夠保持直線是更合理的。相關(guān)設(shè)計(jì)人員可以通過對(duì)參考樣本進(jìn)行測(cè)量的方法來獲得與主銷有關(guān)的數(shù)據(jù);第三，進(jìn)行減震器的設(shè)計(jì)時(shí)，減震器主要是雙向和單向模式，當(dāng)車輪進(jìn)行減振狀態(tài)時(shí)，減震器中的液體會(huì)通過阻尼孔的摩擦來達(dá)到減震的目的。

7? 結(jié)語

汽車底盤懸架結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)期間是高度專業(yè)且復(fù)雜的，并且總體設(shè)計(jì)任務(wù)需要分析和考慮各種專業(yè)元素。懸架系統(tǒng)中彈簧的剛度起著重要作用，并直接影響汽車的舒適性?？諝鈶壹艿膹椈蓮椥詤?shù)，結(jié)合汽車底盤懸架的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，使汽車在行駛的過程中，能夠科學(xué)合理地控制自身的振動(dòng)，提高對(duì)道路的適應(yīng)性，也提高行駛中的安全性和穩(wěn)定性。

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