淺析汽車懸架技術(shù)發(fā)展

陳振強(qiáng) 梁爍

【摘 要】闡述了汽車懸架的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀，著重分析了懸架的原理，給出了衡量懸架的性能指標(biāo)，討論了各種懸架的優(yōu)缺點(diǎn)，并對(duì)未來(lái)懸架的發(fā)展做出了預(yù)測(cè)。

【關(guān)鍵詞】汽車懸架；形式；特點(diǎn)；

概述

汽車懸架一般是由三部分組成：彈性元件、減振器、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。其中彈性元件起緩沖作用，減振器具有消振功能，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)導(dǎo)向，它們一起負(fù)責(zé)力的傳導(dǎo)。汽車懸架的功能概括的說(shuō)有以下四個(gè)方面：①對(duì)車身的支撐作用；②吸收來(lái)自地面的沖擊，保護(hù)車架和車身；③減少汽車的跳動(dòng)；④使轉(zhuǎn)向穩(wěn)定，乘坐舒適。汽車懸架系統(tǒng)的性能是影響汽車行駛平順性、操縱穩(wěn)定性和安全性的重要因素。

1 懸架介紹

1.1汽車底盤由傳動(dòng)系、行駛系、轉(zhuǎn)向系和制動(dòng)系四部分組成。底盤作用是支承、安裝汽車發(fā)動(dòng)機(jī)及其各部件、總成，成形汽車的整體造型，并接受發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力，使汽車產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，保證正常行駛。

1.2懸架系統(tǒng)定義

懸架系統(tǒng)就是指由車身與輪胎間的彈簧和避震器組成整個(gè)支持系統(tǒng)。

1.3汽車懸架形式

①根據(jù)懸架結(jié)構(gòu)不同，可分為非獨(dú)立懸架和獨(dú)立懸架。

②根據(jù)懸架控制力，可分為被動(dòng)懸架、半主動(dòng)懸架和主動(dòng)懸架。

③根據(jù)懸架控制方式，可分為機(jī)械控制懸架系統(tǒng)、電子控制懸架。

④根據(jù)對(duì)操控性、舒適性及成本不同的傾向策略，又可分為麥弗遜式獨(dú)立懸掛、雙叉臂式獨(dú)立懸掛、單縱臂扭桿梁式半獨(dú)立懸掛、連桿支柱式獨(dú)立懸掛、多連桿式獨(dú)立懸掛等國(guó)內(nèi)常見的五種懸架。

2 常見懸架的分析

2.1麥弗遜式獨(dú)立懸掛

麥弗遜式懸掛是當(dāng)今世界用的最廣泛的轎車前懸掛之一。麥弗遜式懸掛由螺旋彈簧、減震器、三角形下擺臂組成，絕大部分車型還會(huì)加上橫向穩(wěn)定桿。

2.1.1優(yōu)勢(shì)：

結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單的一種，布置緊湊，節(jié)省空間，前輪定位變化小，具有良好的行駛穩(wěn)定性，還能兼顧設(shè)計(jì)成本。所以，大部分的轎車前懸均采用這種結(jié)構(gòu)，差別主要在選材和減震器、彈簧的調(diào)校上面。

2.1.2劣勢(shì)：

行駛在不平路面時(shí)，車輪容易自動(dòng)轉(zhuǎn)向，故駕駛者必須用力保持方向盤的方向，當(dāng)受到劇烈沖擊時(shí)，減震器易造成彎曲，因而影響轉(zhuǎn)向性能。

2.2雙叉臂獨(dú)立懸架

雙叉臂式懸掛又稱雙A臂式獨(dú)立懸掛，雙叉臂懸掛擁有上下兩個(gè)叉臂，橫向力由兩個(gè)叉臂同時(shí)吸收，支柱只承載車身重量，因此橫向剛度大。雙叉臂式懸掛的上下兩個(gè)A字形叉臂可以精確的定位前輪的各種參數(shù)，前輪轉(zhuǎn)彎時(shí)，上下兩個(gè)叉臂能同時(shí)吸收輪胎所受的橫向力，加上兩叉臂的橫向剛度較大，所以轉(zhuǎn)彎的側(cè)傾較小。

2.2.1優(yōu)勢(shì)：

橫向剛度大；自動(dòng)改變外傾角并且減小輪距變化減小輪胎磨損；自適應(yīng)路面，輪胎接地面積大，貼地性好。

2.2.2劣勢(shì)：

占用空間大，一般小型車無(wú)法布置

2.3多連桿懸掛

通過(guò)各種連桿配置（通常有三連桿，四連桿，五連桿），首先能實(shí)現(xiàn)雙叉臂懸掛的所有性能，然后在雙叉臂的基礎(chǔ)上通過(guò)連桿連接軸的約束作用使得輪胎在上下運(yùn)動(dòng)時(shí)前束角也能相應(yīng)改變，這就意味著彎道適應(yīng)性更好，如果用在前驅(qū)車的前懸掛，可以在一定程度上緩解轉(zhuǎn)向不足，給人帶來(lái)精確轉(zhuǎn)向的感覺(jué)；如果用在后懸掛上，能在轉(zhuǎn)向側(cè)傾的作用下改變后輪的前束角，這就意味著后輪可以一定程度的隨前輪一同轉(zhuǎn)向，達(dá)到舒適操控兩不誤的目的。跟雙叉臂一樣，多連桿懸掛同樣需要占用較多的空間，而且多連桿懸掛無(wú)論是制造成本還是研發(fā)成本都是最高的所以常用在中高級(jí)車的后橋上。

2.3.1優(yōu)勢(shì)：

實(shí)現(xiàn)主銷后傾角的最佳位置；改善加速和制動(dòng)時(shí)的平順性和舒適性；保證了直線行駛的穩(wěn)定性；在車輛轉(zhuǎn)彎或制動(dòng)時(shí)，使后輪形成正前束，提高了車輛的控制性能，減少轉(zhuǎn)向不足的情況。

2.3.2劣勢(shì)：

調(diào)校比較困難，占用空間和成本上沒(méi)有優(yōu)勢(shì)。

3 汽車懸架技術(shù)發(fā)展

隨著生活水平的不斷提高，用戶對(duì)汽車舒適性的要求也越來(lái)越高，傳統(tǒng)的汽車懸架系統(tǒng)已不能滿足人們的要求。人們希望汽車車身的高度、懸架的剛度、減振器的阻尼大小能隨汽車行駛速度以及路面狀況等行駛條件的變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)，從而達(dá)到乘坐舒適性的提高。故各汽車及配件廠家對(duì)懸架技術(shù)不斷的探索，產(chǎn)生了以下懸架技術(shù)及產(chǎn)品。

3.1半主動(dòng)懸架

3.1.1磁流變液阻尼器

在半主動(dòng)懸架系統(tǒng)研究中最關(guān)鍵的是可控制阻尼器的研究。目前，改變阻尼器系數(shù)的方法有兩種，一種是改變節(jié)流口大小。另一種是改變液體的粘度。前一種方法的研究已經(jīng)較為深入，各種結(jié)構(gòu)和專利層出不窮。由于節(jié)流口的調(diào)節(jié)是一種機(jī)械運(yùn)動(dòng)，其響應(yīng)滯后大、可靠性低、可調(diào)節(jié)范圍小等不足是難以克服的困難。而后一種方法調(diào)節(jié)是通過(guò)電、磁場(chǎng)的改變阻尼，調(diào)節(jié)方法簡(jiǎn)單，響應(yīng)滯后小，可靠性高、可調(diào)節(jié)范圍大，調(diào)節(jié)消耗功率小等優(yōu)點(diǎn)正逐步引起人們的關(guān)注。但是，將其應(yīng)用在懸架系統(tǒng)中還有許多問(wèn)題有待解決。

3.1.2連續(xù)可調(diào)減振器

連續(xù)可調(diào)減振器的阻尼調(diào)節(jié)可采取以下兩種方式：

①節(jié)流孔徑調(diào)節(jié)

早期的可調(diào)阻尼器主要是節(jié)流孔可實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)的油液阻尼器。通過(guò)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)減振器的閥桿，連續(xù)調(diào)節(jié)減振器節(jié)流閥的通流面積來(lái)改變阻尼，節(jié)流閥可采用電磁閥或其它形式的驅(qū)動(dòng)閥來(lái)實(shí)現(xiàn)。這類減振器的主要問(wèn)題是節(jié)流閥結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高。

②減振液粘性調(diào)節(jié)

使用黏度連續(xù)可調(diào)的電流變或磁流變液體作為減振液，從而實(shí)現(xiàn)阻尼無(wú)級(jí)變化，是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。電流變液體在外加電場(chǎng)作用下，其流體材料性能，如剪切強(qiáng)度、粘度等會(huì)發(fā)生顯著的變化，將其作為減振液，只需通過(guò)改變電場(chǎng)強(qiáng)度，使電流變液體的粘度改變，就可改變減振器的阻尼力。

3.2主動(dòng)懸架控制策略

3.2.1最優(yōu)預(yù)見控制

最優(yōu)預(yù)見控制是在最優(yōu)控制的基礎(chǔ)上加入路面信息前饋的成分。實(shí)際汽車系統(tǒng)的四輪輸入激勵(lì)總是存在一定的相關(guān)性，即設(shè)后輪的輸入較前輪輸入存在一個(gè)時(shí)間延遲。若將車輪前方的路面信息預(yù)先前饋給控制器，并在輸出控制信號(hào)中加以考慮，以求系統(tǒng)的性能會(huì)得到大幅度的提高。預(yù)見控制在基本方法上分兩類：第一類是將前懸架的狀態(tài)信息作為后懸架的前饋信息，從而增強(qiáng)后懸架的以及系統(tǒng)整體的性能；第二類方法是測(cè)量汽車前方道路的路面信息，以此信息來(lái)控制懸架系統(tǒng)執(zhí)行器的動(dòng)作。由于第一類方法不需要增加路面信息傳感器，只需從前懸架的狀態(tài)中對(duì)路面信息加以估計(jì)，因而更具有現(xiàn)實(shí)可行性。

3.2.2自適應(yīng)控制

自適應(yīng)控制具有參數(shù)辨識(shí)功能，能適應(yīng)懸架載荷和元件特性的變化自動(dòng)調(diào)整控制參數(shù)，保持其性能最優(yōu)。應(yīng)用于車輛懸架系統(tǒng)自適應(yīng)控制方法主要有模型參考自適應(yīng)控制和自校正控制兩類，其中自校正控制是目前應(yīng)用較廣的一類。采用自適應(yīng)控制的車輛懸架阻尼減振系統(tǒng)能改善車輛的行駛特性。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳龍 半主動(dòng)懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)及控制 機(jī)械工程學(xué)報(bào) 2005

[2]孫建民 汽車懸架系統(tǒng)的發(fā)展及控制技術(shù)研究現(xiàn)狀 黑龍江工程學(xué)院學(xué)報(bào) 2001

（作者單位：保定市格瑞機(jī)械有限公司）