汽車懸架布置淺析

卿兵、李紅

（湖南湖大艾盛汽車技術開發有限公司 410000)

汽車懸架是連接車架與車橋之間傳力裝置的總稱。它一般由導向機構、彈性元件及減振器3部分組成，導向機構的作用是傳遞力和力矩，同時起導向作用，在汽車行駛過程中,能夠控制車輪的運動軌跡。彈性元件支撐垂直載荷，緩和與抑止不平路面引起的振動和沖擊，彈性元件一般由鋼板彈簧、螺旋彈簧及扭桿彈簧等組成。減振器是產生阻尼力的主要元件，其作用是迅速衰減汽車的振動，提升汽車行駛平順性，增強車輪和地面的附著力。常見的汽車懸架主要有麥弗遜式獨立懸架、多連桿式獨立懸架、鋼板彈簧非獨立懸架和扭轉梁非獨立懸架等[1]。

1 汽車懸架布置的常規方法

汽車懸架布置涉及多種學科，是多種學科優化的產物。國內目前的汽車懸架布置設計一般都是在某成熟車型基礎上進行更改，以適應新車型的開發需求，常用的懸架更改布置主要有X（汽車軸距變化）、Y（汽車輪距變化）、Z三個方向的更改。

1.1 X方向的更改

X方向的更改一般是由于汽車軸距的變化，在成熟車型的基礎上增加或減少軸距。長軸距能增加汽車的平順性,而短軸距則能減少汽車的轉彎直徑，使轉向趨于輕便。一般汽車軸距的選擇可以參照以下公式中的Kl值，汽車愈小，Kl值應愈大。

汽車軸距變化后一般要與對標車型對比，對比軸距變化前后的最小轉彎直徑大小、阿克曼變化率以及內外轉角大小，對于前置后驅的車輛，則還需要考慮傳動軸的布置角度。

1.2 Y方向變動

車輛Y方向的變動即為汽車輪距的變化，輪距對汽車的曲線行駛性能和側傾具有決定性的影響。輪距應盡可能大，但與汽車寬度的比值不能超過一個規定值，目前轎車的輪距在1 205.0～1 550.0 mm之間。比值Kb可作為衡量寬度利用率的參數，它應盡可能大，具體公式如下。

汽車輪距的變化可以分為2種情況進行分析：一種是不涉及汽車K&C（Kinematic & Compliance，汽車懸架操作穩定性評價指標）特性的變化；另外一種是涉及汽車K&C特性的變化。

1.2.1 不涉及汽車K&C特性曲線的輪距變化

單側懸架硬點整體Y向移動，此種變動能最大程度保證零件的平臺化，減少開發費用和周期。一般只涉及副車架和轉向器零件的更改及前置前驅車型的驅動軸更改。同時懸架的K&C特性也與對標車型基本一致，也是最常用的布置方法。

更改車輪偏矩或者輪轂軸承安裝面。這2種修改能在小范圍內變化汽車輪距，具有一定的局限性。通過修改車輪偏矩來實現輪距變化，此種方法一般通過修改輪輞來實現。在布置過程中需考慮車輪中心面與輪轂軸承中心面之間的距離，一般要求不超過15.0 mm，超過這個數值則需校核輪轂軸承壽命。通過修改輪轂軸承安裝面來實現汽車輪距變化時，需修改汽車轉向節零件結構，開發周期較長，但不會改變車輪中心面與輪轂軸承中性面之間的距離。

1.2.2 涉及汽車K&C特性曲線的輪距變化

通過修改輪邊與副車架之間連接桿系的長度來改變汽車輪距，此種方法修改輪距會改變車輪的K&C特性，常用于汽車縱梁共用不變，汽車整車加寬、使用大輪胎和減少最少轉彎直徑等情況。

1.3 Z方向變動

懸架硬點Z向變化一般有2種實現方法：第一種是整體上下移動，改變副車架及懸架上點與車身之間的相對安裝關系，此種方法車身修改量較大，相對應用較少；另一種方法就是修改輪心設計位置，此種方法能保證懸架的K&C特性與對標車型一致，同時零件也一致，但車輛使用的K&C特性曲線區間是不同的，這種方法可以用于改變車輛的整車離地間隙。

2 懸架硬點變化及其優化方法

懸架硬點是懸架的靈魂，決定懸架的K&C特性，同時影響整車的側傾及縱傾性能。在很多情況下，由于整車配置的變化，整車軸荷分配也隨之變更，原有的零件強度已經不能滿足現有的零件設計要求。在此情況下，不得不更改懸架零件硬點，從而造成懸架K&C特性的變化。那么變化后的硬點,對懸架的K&C特性具體有哪些影響，應該通過哪些方向來優化硬點變化帶來的不利因素呢？這就需要對懸架的K&C特性進行進一步研究。下面就以常用的麥弗遜前懸為例，以小見大，來總結一下麥弗遜懸架各硬點都對應影響懸架的哪些K&C特性曲線[2]。

某車型新增柴油發動機，造成前軸軸荷增加150 kg。經過CAE分析計算，現有的下擺臂外點球銷已不能滿足零件強度要求，要求加大球銷尺寸，變化后下擺臂球銷外點相對于原懸架硬點（X：+0.3 mm，Y：+3.0 mm，Z：-8.4 mm）。一般查看車輛的K&C特性，需查看前束角隨輪跳變化梯度（圖1）、外傾角隨輪跳變化梯度、后傾角隨輪跳變化梯度、側傾中心高度隨輪跳變化量（圖2）、側傾剛度隨輪跳變化梯度、轉向阿克曼變化率、內外輪最大轉角變化量及最小轉彎直徑變化等指標。

圖1 前束角隨輪跳變化

圖2 側傾中心高度隨輪跳變化

通過以上圖片可以看出，下擺臂外點的變化，會使懸架的前束角變化梯度明顯變大，側傾中心高度增加20.0 mm左右，其他影響相對較小。但變化后的空載側傾中心高度為130.0 mm，仍在要求不超過140.0 mm的最優區域內，考慮到零件的共用性，可以不進行優化。而前束角的變化梯度增大，會造成懸架在跳動過程中，輪距變化增加，從而造成車輛輪胎磨損加劇，甚至出現偏磨、早期磨損及爆胎等現象，因此必須對懸架的前束變化進行優化。

通過以往經驗，轉向拉桿外點的Z值對懸架的前束變化影響較大，對其他特性影響較小，可以同過調整轉向拉桿外點來優化前束角的變化梯度。把轉向拉桿外點Z向變化(-6.0 mm)，得到優化的結果如圖3所示。

圖3 優化后的前束角隨輪跳變化

通過上述優化可以看出，前束變化梯度明顯變小，符合設計目標。以下是筆者總結的麥弗遜懸架硬點變化對懸架K&C特性的具體影響范圍，大家可進行參考（圖4）。

圖4 麥弗遜懸架各硬點影響的K&C參數

3 結束語

汽車懸架布置是一個集性能和空間布置于一體的技術活，懸架的硬點決定了懸架的性能，后期的調試匹配只能起到局部懸架性能提升。因此掌握基本的布置方法，了解每個硬點變化所影響的懸架性能，明確具體的懸架優化方向，是每一個懸架布置工程師努力的方向。本文拋磚引玉，對懸架的布置及性能優化進行了一定總結，希望對各位同行有一定幫助，歡迎各位同行批評指正[3]。