汽車液壓懸架的研究與設計

陳紅達

摘 要： 懸架是汽車的車架與車橋或車輪之間一切傳力連接裝置的總稱，其作用是傳遞作用在車輪和車架之間的力和力扭，并且緩沖由不平路面?zhèn)鹘o車架或車身的沖擊力，衰減由此引起的震動，以保證汽車能平順地行駛。本文的研究涉及汽車懸架，尤其涉及一種汽車液壓懸架裝置。

關鍵詞： 穩(wěn)定 懸架 液壓 汽車 可靠性

一、引言

懸架裝置是評價汽車性能的一個重要標志，是汽車中的一個重要組成部分，它把車架與車輪彈性地聯(lián)系起來，影響到汽車的多種使用性能[1]。各大廠家為了提高汽車產(chǎn)品的舒適度與可靠性，增強汽車產(chǎn)品在市場上的競爭力，紛紛加大在懸架設計上的投入。現(xiàn)有的單囊式空氣懸架裝置，結構復雜、功能單一，難以保障汽車行駛的舒適性和安全性，不能滿足現(xiàn)代汽車技術發(fā)展的需要。通過對懸架系統(tǒng)中關鍵部件的研究，側重于容易故障部件的分析再設計，可以減少懸架系統(tǒng)的失效概率與性能，在設計中降低投入成本，提高用戶的滿意度[2]，[3]。

二、汽車懸架的發(fā)展

舒適的生活是人類永遠的追求，所以，早在人類使用馬車的時候，懸架系統(tǒng)就已經(jīng)出現(xiàn)了。在當時，人們?yōu)榱顺俗邮孢m，開始了最初的對懸架的探索。最先被使用在馬車上的就是葉片彈簧，通過多葉片彈簧孜孜不倦的探索，在1776年，馬車用的葉片彈簧取得了專利，并且一直使用到20世紀30年代，甚至直到現(xiàn)在，相當一部分簡易的小貨車所使用的彈簧依然是葉片彈簧，由此可見葉片彈簧的成功之處。當汽車出現(xiàn)之后，對于乘坐的舒適性有了更高要求，慢慢地就出現(xiàn)了螺旋彈簧，隨著需求的提高，人們懸架探索的深入，相繼出現(xiàn)了扭桿彈簧、氣體彈簧、橡膠彈簧、鋼板彈簧等彈性件，1934年世界上出現(xiàn)了第一個由螺旋彈簧組成的被動懸架[4]，被動懸架的模型如圖1（a）所示。

隨著人們生活水平的提高，人們對于乘車舒適度的要求也開始提高，設計者們開始通過改變懸架的阻尼提高懸架的性能，一般很少有設計者改變懸架的剛度，半主動懸架的設計由此開始興起。半主動懸架的模型如圖1（b）所示，工作原理是：根據(jù)彈簧反饋的質量和對于汽車速度與加速的對比，利用控制系統(tǒng)對懸架的阻尼做出改變以適應路況車況的改變，半主動懸架產(chǎn)生力的方式與被動懸架相似，但其阻尼或剛度系數(shù)可根據(jù)運行狀態(tài)調節(jié)，這和主動懸架極為相似。無級式半主動懸架根據(jù)汽車行駛的路面條件和行駛狀態(tài)，對懸架的阻尼在幾毫秒內(nèi)由最小到最大進行無級調節(jié)，由于半主動懸架結構簡單，工作時不需要消耗車輛的動力，而且可取得與主動懸架相近的性能，具有很好的發(fā)展前景[5]。

隨著科技水平的發(fā)展，汽車車速有了很大提高，為此，人們開發(fā)了能兼顧舒適和操縱穩(wěn)定的主動懸架。主動懸架的模型如圖1（c）所示。它在被動懸架的基礎上，增加可調節(jié)剛度和阻尼的控制裝置，使汽車懸架在任何路面上保持最佳運行狀態(tài)。控制裝置通常由測量系統(tǒng)、反饋控制系統(tǒng)、能源系統(tǒng)等組成。裝置主動懸架的汽車，即使在不良路面高速行駛時，車身非常平穩(wěn)，輪胎的噪音小，轉向和制動時車身保持水平。特點是乘坐非常舒服，但結構復雜、能耗高，成本昂貴，可靠性存在問題[6]。

三、懸架性能評價指標

懸架性能是影響汽車行駛平穩(wěn)性、穩(wěn)定性與安全性的重要因素，在設計懸架的時候，對各個方面都有嚴格的要求。懸架系統(tǒng)主要有彈性元件、阻尼元件、導向元件三個部分組成，對于懸架的研究主要集中于懸架系統(tǒng)動力學和懸架系統(tǒng)運動學與彈性運動學上，對于懸架性能指標的評價也主要集中于這幾個方面。

就懸架動力學而言，它主要研究的內(nèi)容是懸架彈性元件和阻尼元件將車輪與路面振動向車身傳遞的特性，因此對懸架運動學特性的評價指標，就是對將震動傳遞給車身的性能指標，總的來講，要包括反映彈性元件剛度特性的參數(shù)、反映阻尼元件阻尼特性的參數(shù)[7]。

就懸架運動學或彈性運動學而言，它主要研究在車輪與車身發(fā)生相對運動時，懸架的導向機構對這種相對運動的引導和約束作用及其對汽車操縱穩(wěn)定性的影響，因此對懸架運動學的評價指標也應該是以此為出發(fā)點進行的。這些指標主要是指反映車輪定位的參數(shù)、影響懸架產(chǎn)生順從轉向的參數(shù)、反映車身產(chǎn)生縱傾和側傾的參數(shù)、反映輪胎回正性和轉向輕便性的參數(shù)、影響輪胎磨損的輪距和軸距變化等參數(shù)[8]。

四、懸架的設計

液壓懸架的設計主要是為了技提供一種結構簡單的方法，制造舒適性和安全可靠性滿足社會需求的汽車液壓懸架裝置。

為了達到這一目的，本文中對懸架的設計當中采用的技術方案是，一種汽車液壓懸架裝置，包括減震器和液壓缸，液壓缸包括缸體、活塞桿、液壓缸缸體固定裝置、液壓缸活塞桿固定裝置，減震器包括支撐桿、固定支撐臺、上方滑動支撐臺、下方滑動支撐臺、硬質彈簧、軟質彈簧、滑塊、橡膠墊片、橡膠減震環(huán)，固定支撐臺上安放硬質彈簧，硬質彈簧與上面的滑塊連接，下方滑動支撐臺安放在滑塊上方的橡膠減震環(huán)上并且通過液壓缸缸體固定裝置與液壓缸體連接，下方滑動支撐臺上面安放軟質彈簧，軟質彈簧上面安放橡膠墊片并且與上方滑動支撐臺連接，上方滑動支撐臺通過液壓缸活塞桿固定裝置與液壓缸的活塞桿連接，支撐桿依次穿過固定支撐臺、硬質彈簧、滑塊、橡膠減震環(huán)、下方滑動支撐臺、軟質彈簧、橡膠墊片、上方滑動支撐臺。

汽車液壓懸架裝置，固定支撐臺焊接固定在支撐桿上。滑塊的內(nèi)徑大于支撐桿直徑以便于支撐桿穿過，最大外徑大于硬質彈簧的最大直徑以便于承受彈簧的力。下方滑動支撐臺中間有一圓形孔，孔的直徑小于滑塊的最大外徑并且大于滑塊的最小外徑，以便于下方滑動支撐臺在滑塊上滑動。上方滑動支撐臺中間有一圓形孔，孔的直徑大于支撐桿直徑以便于在支撐桿上滑動。硬質彈簧的選用長度為軟質彈簧選用長度的1.5倍。橡膠減震環(huán)固定在滑塊上。

本文中設計的新型汽車液壓懸架裝置結構簡單，與路況檢測系統(tǒng)結合可以有效地提高汽車行駛的舒適性和安全性。結構簡潔，可以調整汽車的舒適度，可以在平穩(wěn)路面上將液壓缸的活塞桿伸出，此時使用硬質彈簧受力，保證了汽車強勁的穩(wěn)定性能，在顛簸路況將活塞桿收回，則軟質彈簧和硬質彈簧共同受力，軟質彈簧受力時，保證了汽車足夠的舒適性能，滿足了不同情況下的不同需求。

五、結語

隨著電動器件、大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，懸架的發(fā)展將逐漸向著半主動、主動的方向發(fā)展，使懸架變得更加智能，智能懸架以其超強的平穩(wěn)性和可靠性更能適應汽車高速行駛對穩(wěn)定性的要求及人們對車輛乘坐舒適性的要求。在車輛高速行駛的時候，智能懸架具有平緩柔軟的乘坐平順性，能夠大幅度減少加速和轉向操縱時車輛姿態(tài)的變化，并且維持平緩的姿態(tài)，可對相應路面和車速進行最佳車高控制，隨著工況的變化自行調節(jié)懸架參數(shù)，使車輛的減振緩沖達到最優(yōu)或次優(yōu)[9]。總之，良好的乘坐舒適性和操縱穩(wěn)定性成為當前車輛懸架系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，但是液壓懸架作為現(xiàn)在汽車市場的主流，以其便宜的價格及成熟的設計在懸架市場上面依然有其不可動搖的地位。

參考文獻：

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