懸架對汽車行駛平順性的影響

摘 要: 懸架系統是現代汽車上的重要組成之一。為了實現載貨汽車懸架系統的優化設計，提高載貨汽車懸架系統開發的可靠性、可預見性、縮短開發周期，本文針對載貨汽車的實際特點，分析了懸架對汽車行駛平順性的影響。

關鍵詞: 懸架 汽車行駛平順性 影響

汽車在行駛中對路面不平的降震程度，稱為汽車的行駛平順性。

從《汽車理論》得知，汽車行駛平順性的評價方法，通常是根據人體對振動的生理反應，以及保持貨物完整性的影響來制定的，并用表征振動的物理量，如頻率、振幅、加速度、加速度變化率等作為行駛平順性的評價指標。

目前常用汽車車身振動的固有頻率(低頻)和振動加速度來評價汽車的行駛平順性。試驗得知，為了保持汽車具有良好的行駛平順性，車身振動的固有頻率應為人體所習慣的步行時身體上下運動的頻率，約為60—851/min(1Hz—1.6Hz)，振動加速度的極限容許值為3—4m/s。

從保持所運貨物完整性的觀點出發，車身振動加速度也不能過大;如果車身加速度達到1g(g:重力加速度)，則未經固定的貨物可能離開貨廂底版。所以，為保證所運貨物完整無損，應取車身振動加速度的極限值為0.6—0.7g。

因此，在設計汽車或進行試驗分析時，除車身振動固有頻率外，還應以車身振動加速度作為行駛平順性的評價指標。

汽車在路面上行駛時，乘員所承受的振動是隨機性質的，且人體器官產生疲勞感覺與乘坐時間的長短有很大關系。因此，國際標準協會(ISO)在進行了大量調查研究的基礎上，提出了人體感受振動極限的國際標準(ISO/TC108/DIS2631)。它把乘員承受振動的疲勞界限表示為加速度均方根值的頻率函數，并與承受振動的時間有關。

這種評價振動的國際標準，目前正在試行之中，尚未在工程計算中得到推廣。故在懸架設計時，初選懸架參數所用的平順性指標仍以振動固有頻率為主。

1.懸架彈性特性對汽車行駛平順性的影響

汽車是一個多質量的復雜的振動系統，為簡化計算，可將汽車身看成一個在彈性懸架上作單自由度振動的質量，其固有頻率n可由下式確定:

c——懸架剛度，N/mm;

G——簧載質量，N。

因為G/C=f(f——重量G作用下的懸架的靜撓度，mm)，則

從上面可看出，車身振動的固有頻率n，由簧載重量G、懸架剛度C或懸架靜撓度f決定。而這種力而后變形(G=C·f)的關系曲線稱為懸架的彈性特性。

線性彈性特性，即懸架變形與所受載荷成比例地變化，所以其剛度C是常數。由上面公式可知車身振動頻率將隨載荷而變。一般鋼板彈簧懸架即屬此類。具有線性彈性特性的汽車，在使用中其車身振動的固有頻率將隨裝載的多少而改變，尤其是后懸架載荷變化很大的貨車和大客車。這種變化將使汽車前后懸架的頻率相差過大，結果導致汽車車身的猛烈顛簸(縱向角振動)，因而使汽車行駛平順性變壞。為此，可采用具有非線性彈性特性的懸架，即懸架的剛度可隨載荷的改變而變化，也稱為變剛度懸架。

變剛度懸架的非線性彈性特性，由于剛度C隨載荷而改變，可以使得在載荷變化時，保持車身振動的固有頻率不變，從而獲得良好的汽車行駛平順性。

然而，這種較為理想的彈性特性的懸架是難于實現的。在懸架設計中，力求減小固有頻率隨載荷而變化的幅度(或范圍)，從而不同程度地改善汽車行駛平順性。

非線性的懸架彈性特性可以采用適當的懸架結構(導向機構)或彈性元件(如加輔助彈簧、調節彈簧、空氣彈簧等)來實現。

2.懸架系統中的阻尼對汽車行駛平順性的影響

為了衰減車身的自由振動和抑制車身、車輪的共振，以減小車身的垂直振動加速度和車輪的振幅(減小車輪對地面壓力的變化，防止車輪跳離地面)，懸架系統中應具有適當的阻尼。

在懸架系統中，引起振動衰減的阻尼來源很多。例如，在有相對運動的摩擦副中，輪胎變形時橡膠分子間的摩擦，或在系統中裝置減振器，等等。對于各種懸架結構，以鋼板彈簧懸架系統中的干摩擦最大，鋼板彈簧葉片數目越多，摩擦越大。所以，有的汽車采用鋼板彈簧懸架時，可以不裝減振器。而采用其他內摩擦很小的彈性元件(如螺旋彈簧、扭桿彈簧等)的懸架，則需用減振器使自由振動衰減，以提高汽車行駛平順性。

雖然在懸架系統中存在干摩擦能衰減振動，但其阻尼力不穩定，不易控制，而且干摩擦的存在又使懸架在承受路面沖擊時，將部分沖擊傳給車身，損害了行駛平順性。故目前在多數汽車的懸架系統中盡量減少干摩擦而裝有液力減振器，促使振動迅速衰減以提高汽車行駛平順性。

鋼板彈簧懸架系統中，可采用減少葉片數目，在葉片間加潤滑脂或減摩襯墊等方法減少干摩擦。

3.非簧載質量對汽車行駛平順性的影響

由懸架支承的部件、總成等稱為簧載質量(或懸掛質量)，不是由懸架支承的部分稱為非簧載質量(或非懸掛質量)。減小非簧載質量，使簧載質量與非簧載質量的比值較大，可以減小高頻共振區車身振動加速度和減少車輪離開地面的機率。因此，在汽車設計中，為提高汽車行駛平順性，采用非簧載質量較小的獨立懸架更為有利。

綜上，優化設計性能良好的懸架，可以有效改善汽車的平順性，保證乘客的舒適與所運貨物的完整，提高汽車的運輸生產率，降低燃料消耗，延長零件使用壽命和提高零件的工作可靠性等。

參考文獻:

[1]余志生.汽車理論.機械工業出版社，1995.

[2]張洪欣.汽車設計.機械工業出版社，1995.

[3]羅禹共等.輕型車懸架動態優化設計及其應用.汽車研究與開發，1997.3.