汽車懸架系統與操縱穩定性的關系探討

摘 要：本文主要先從懸架的作用、分類和組成，闡述懸架的基本知識點；后從懸架系統與操縱穩定性的關系這兩方面說明了懸架系統相關參數的重要性；懸架系統與操縱穩定性的關系說明了懸架系統的參數對操縱穩定性的影響，為后續設計分析奠定了基礎。

關鍵詞：汽車；前輪；定位參數

汽車的懸架是汽車總體布局設計和底盤校核的重要內容之一，是對整車的操縱穩定性和行駛平順性等都有非常重要的影響。懸架系統又是汽車主要包含的車身、底盤和發動機三塊之一的底盤當中的重要組成部分。

為了提高自主品牌增強研發的能力，使用多體運動學理論和軟件對汽車的懸架系統進行運動學仿真，可以優化和創新設計的產品，明顯提高產品質量，大大減少產品開發費用和成本，提高了產品的系統性能和縮短產品開發周期等都有著舉足輕重的作用。

懸架是車橋或車輪與車架（活承載式車身）彼此間的穿力相接配置，同時減弱了因道路過陡帶給車架（活承重式車身）的沖力載重，減緩了因此造成的承重體系的震動，確保車輛可以穩定運行。車輛運行時，因為道路的不明確性或其車輪的垂直載重的持續變動，作為汽車發動機前置前驅車輛中常采用的懸架結構形式之一的麥弗遜式獨立懸架導向系統的變形車輪定位參數及運動參數隨之發生變化。

1 懸架的作用和構成

1.1 懸架的作用

作為車輛的關鍵構成要素，汽車懸架是聯接車輪和車架的彈性傳力配置，既承載著出現在車身與車輪之間的力，也能吸納與減緩車輛在陡峭道路運行中所形成的震動與沖擊，進而增強乘車的舒服度，增加機件使用周期。

1.2 懸架的構成

雖然現代汽車懸架的結構模式多種多樣，但大都通過彈性要件、減震器與導向機構構成。彈性元件發揮著緩沖作用，而導向機構則負責傳遞力，如果為小型轎車，一般選擇使用螺旋彈簧來作為彈性元件，這類部件只承受垂直位移狀態下的負荷，并有效減輕路面對于車身的沖擊，質量較輕、不占用過大的空間、也不需要使用潤滑油，但是并不具備減振功能。而減震器的主要功能就是吸收振動，在短暫時間內控制車身的振幅，并讓車體保持在一個相對穩定的狀態，一般選擇使用液力減震器，該類減震器是在懸架機構中最為復雜的元部件。對輕型車輛而言，導向機構同樣是聯接車身與車輪的要件，除去傳輸作用力，也能令車身隨著車輪遵照特定的軌道運行。車架的上下擺臂、轉向節等配件為車輛的傳力配置，承擔著傳輸側向力、力矩等任務，同時保障車輪對應于車架（或車身）均具備明確的對應的運動規則。

2 懸架系統與操縱穩定性的關系

汽車車輪的定位參數包括車輪前束角、輪距、主銷后傾拖距、主銷后傾角、主銷內傾角與車輪外傾角等。在懸架系統的眾多立體幾何參數之中，車輪定位參數是所有參數的重中之重。汽車操控平穩性的很多評估標準都和車輪定位參數息息相關，車輪定位參數將直接或間接的影響懸架系統的工作性能。匹配的車輪定位參數，能夠保障所希望的駕駛性能與直線駕駛能力并且減少輪胎的過度損耗。

汽車在保持較快的速度下轉彎時，車輪外傾角會對汽車的穩定性產生一定的影響，根據雙軌數學模型可以知道，車輪外傾角的存在，會造成汽車轉向的趨勢過多或不足，當向心加速度較小時，前后輪的外傾正向不會產生變動，如果是前后輪外傾負向產生了變動，均可導致汽車轉向不足勢頭的加大。在側向加速度維持在相對較快的水平時，前輪負外傾不出現變化，可能會造成轉向增多的情況發生。

車輪的外傾角對于直線駕駛平穩性與轉向有著簡便性的作用：外傾角設計最重要的目的便是將輪胎的接地點偏里縮小主銷偏移距，進而改良制動時，縱向力影響下的方向平穩性，這對改良汽車的直線駕駛性能有很大益處，并且對轉向操控力的減小也是有益的，令汽車轉向操控簡便。前束角對于汽車的直線平穩性與轉向性能有很大作用。前束角太大，會加大輪胎的滑動磨損，汽車在駕駛過程中會出現時而偏左，時而偏右的現象，呈現不平穩狀態。然而太小，又根除不了車輪外傾帶來的不利影響，不但加大了車胎的外側偏移磨損，還會造成駕駛過程的不平穩。

主銷后傾角對于汽車操控平穩性的作用主要體現在：利用后傾拖距令地面側向力給輪胎帶來一個回正力距，此力距形成一個和輪胎側偏角類似的附加轉向角，其和側向力呈正比例關系，令汽車趨向加大不足轉向，有益于改良汽車的穩固轉向性能。主銷后傾拖距和汽車的回正性能、轉向性能以及“路感”等操控穩定性標準相關。方向盤上的回正力矩是通過轉向輪的主銷后傾拖距而產生的，它主要利用輪胎側向力針對主銷產生的力距而完成的。通常為了獲取相對較大的回正力距，保障汽車的回正性能，便要設定相對較大的主銷后傾拖距。

主銷后傾拖距對于轉向性能的作用：因為汽車具有主銷后傾拖距，因此可帶來回正力矩，回正力矩會為汽車提供一定的不足轉向量，轉向系本身是存在有一定彈性的，受到回正力距的作用，轉向系統可帶來適當的彈性轉向角，利用彈性轉向角，可以加大汽車前輪的側偏角，此外還可給汽車帶來比較明顯的不足轉向。換而言之，主銷后傾拖距的存在，會有效的增強汽車不足轉向的傾向，因此，要想提高汽車的操作穩定性，就必須要設置一定的不足轉向特性。

主銷內傾角對于汽車回正性的作用：設定汽車前輪主銷內傾，在汽車前輪滾動時車身可帶來升高的趨向，令汽車的勢能提升，如此汽車的自身重量便有令轉向輪回歸到此前中間位置的能力，進而形成將前輪回正的力距。通常對于車輪定位參數的研發包括車輪定位參數和懸架彈性變形（或車輪跳動量）的聯系，也就是懸架運動學。它是懸架系統設定的主要憑據與評價標準，領會懸架運動學的性能對于掌控與改良提升汽車的操控平穩特性相當重要。

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作者簡介：母春花（1975-），女，四川劍閣人，工程師，研究方向為機械設計。