汽車懸架調教基礎知識介紹

◆文/山東 程增木 劉慶

汽車懸架調教基礎知識介紹

◆文/山東 程增木 劉慶

一、懸架

汽車懸架由導向機構、彈性元件(彈簧)及減振器等組成，個別結構則還有緩沖塊、防傾桿(橫向穩定桿)等可以約束車輪不讓其隨意轉動的機構，如圖1所示。

圖1 多連桿式獨立懸架

二、懸架開發的一般過程

在汽車懸架開發的過程中，分為正向開發和逆向開發。正向開發：即一般開發產品過程，從設計到產品測試。逆向開發：根據他人開發的產品掃描懸架的硬點和結構以及齒輪，根據已知因素開發出產品。硬點：簡單理解為導向機構和減振器的連接點，硬點的位置設計非常重要，因為它直接決定了懸架系統的運動軌跡，決定車輪跳動的方向。圖2為利用德國專業懸架設計軟件VI-grade確定硬點的一系列參數。

三、懸架的一般組成

機械懸架的組成形式主要有彈簧、減振器、防側傾桿和導向機構四部分。

1.彈簧

彈簧是懸架系統中較為重要的一部分，主要作用是存儲車輪傳來的振動和沖擊能量。2.減振器

減振器與彈簧是直接的機械連接，可以將彈簧存儲的能量消化吸收掉。

3.防側傾桿

抑制車輛的過分側傾，使系統趨于穩定。

4.導向機構

主要作用為傳遞加速、制動、轉向時的力和力矩。

四、懸架的工作原理

在講解懸架的工作過程時，我們以極限轉彎為例：當車輛入彎剎車時，后懸架的彈簧需要合理的將載荷從后向前轉移，后懸架的彈簧通常較為柔軟，柔性較大，增強后輪的抓地力。

圖2 VI-Grade專業懸架開發軟件界面

隨著車輛逐漸駛向彎心，車輛的重量會逐漸向靠近彎道外側的輪胎轉移，減振器中的阻尼開始吸收彈簧因側向力而變形所產生的能量。在彎心時，防側傾桿會把一部分載荷轉移到內側輪胎，進而抑制車身整體向外部傾斜，可以更好地控制姿態。過了彎心之后，防側傾桿開始釋放所吸收的能量，彈簧開始吸收能量。出彎加速時，重量向車尾轉移，后懸掛的軟彈簧可以吸收因重量轉移而產生的能量，穩定車輛的后輪，增大最大牽引力。下面將以麥弗遜式獨立懸架和雙叉臂式獨立懸架兩種懸架為例進行介紹。

1.麥弗遜式獨立懸架

麥弗遜式獨立懸架如圖3所示，麥弗遜式獨立懸架最大的優點就是結構簡單、成本低、垂直方向穩定性較好。但是缺點也很明顯，因為它是垂向布置，且在側向支撐結構不足，所以在輪胎跳動的過程中，車輪的外傾角變化較大。這一點在車輪過彎跳動時尤為明顯。

圖3 麥弗遜式獨立懸架結構圖

2.雙叉臂式獨立懸架

雙叉臂式獨立懸架最大的優勢在于使用了多連桿結構，但其依然無法避免外傾輪跳動的現象。但由于其側向連桿數量較多，可以進行側向優化，在優化懸架結構的過程中，硬點位置的優化最為重要，硬點優化可以使側傾角在懸架允許跳動的范圍內變化。

五、前束角和外傾角的重要作用

車輛前輪前束值與外傾角如圖4所示。

前輪束角分為正前束和負前束，正前束有利于提高直線行駛的穩定性，負前束則可以改善車輛的轉向能力。外傾角則表示車輪偏離法線方向的夾角，主要作用是改善車輪的抓地力。

家用車一般選用：負的外傾角搭配負的前束角，目的是在提高車輪轉向能力的基礎上最大程度上減小束角帶來的輪胎磨損問題。

圖4 前束角和外傾角示意圖

例如F1賽車、跑車，大部分也是使用負的外傾角搭配負的前束角。在車輪高速過彎時，輪胎側向力較大，重量大部分集中在外輪胎，為了提高外輪胎的抓地力，較小的負外傾角可以補償輪胎轉彎過程中的側偏角，使輪胎最大程度上垂直于地面，進而保持輪胎的最大抓地力。

上文所述的工況大部分為轉彎，轉彎最怕遇到的就是過大的側傾力。那么，如何提高車輛的防側傾能力呢？在優化懸架的過程中，總結如下。

1.適當加大防側傾桿的扭轉剛度。

2.適當增大螺旋彈簧的剛度，對減振器阻尼進行適當調整，以提高吸振能力和支撐能力。

3.選用稍微軟一點的彈簧，適當的控制側傾角。

以上為理想狀態下的調節方法，調節過程中會出現很多矛盾問題，只能犧牲一部分性能來提高另一部分性能。

六、使用VI-grade優化和設計懸架

在本次優化案例中，筆者使用VI-grade軟件對一款賽車的雙叉臂懸架進行了設計和優化。圖5所示為選擇該懸架系統的硬點位置，包括前后上懸臂，下懸臂和車輪中心等硬點的絕對坐標，來對整個系統進行設計。圖6所示為確定車輪的輪徑等必要參數，以及fx，fy等坐標參數，對于這些參數的確定，是一個較為復雜的過程，進行計算求取之后要不斷優化數值。懸架設計結束后需要進行百公里加速測試(acceleration測試工況)，8字轉彎平順性測試(skipped工況)，整體跑道測試工況。進而來測試懸掛優化之后的性能。

圖5 VI-Grade中雙叉臂式獨立懸架硬點調整界面

圖6 VI-Grade中雙叉臂式獨立懸架的坐標優化界面

（作者程增木、劉慶工作單位：山東交通學院）