汽車懸架系統(tǒng)選型與性能分析

鄭鐘名

（廣汽三菱汽車有限公司，長沙 410100）

前言

懸架是汽車底盤重要的系統(tǒng)之一，是車架（車身）與車橋（車輪）之間的一切傳力連接裝置的總稱，一般由彈性元件、減振器和導向機構三部分組成[1]。其主要作用是通過導向機構傳遞車輪與車身之間力和力矩，通過彈性元件緩沖路面?zhèn)鹘o車身的沖擊力，靠減振器衰減由此引起的承載系統(tǒng)的振動，保證汽車行駛時乘員的舒適性。

汽車懸架設計時應遵循以下原因：

1）保證汽車有良好操控穩(wěn)定性和行駛平順性。

2）具有合適的衰減振動能力。

3）汽車制動或加速時要保證車身穩(wěn)定，減少車身縱傾，轉彎時車身側傾角要合適。

4）結構緊湊、占用空間尺寸小。

5）可靠地傳遞車身與車輪之間的各種力和力矩，在滿足零部件質量要小的同時，還要保證有足夠的強度和壽命。

1 懸架的選型原則

1） 懸架設計要貫徹系列化、通用化和標準化的原則，要符合國家有關標準，貫徹有關安全、環(huán)保等法規(guī)的要求，努力向國際同類水平的汽車產(chǎn)品靠攏。

2）充分利用社會市場的配套能力，采用成熟可靠的總成零部件進行底盤匹配，確保底盤的可靠性和通用性。

3）軸荷、空滿載軸荷、懸架剛度、輪距、軸距的變化會對懸架姿態(tài)及相關特性產(chǎn)生較大影響，其中可能影響到懸架行程、彈簧剛度、彈簧長度、減震器行程、阻尼比、掛點的幾何姿態(tài)及懸架的側傾角剛度、縱傾角剛度、橫向穩(wěn)定桿等相關參數(shù)的調整、并對整車平順性及操縱穩(wěn)定性產(chǎn)生影響[2]。同時調整后對應的試驗周期較長，風險較大，因此懸架的式樣與結構盡可能保持與參考車型一致。

2 某車型懸架結構的選型

前懸架采用麥弗遜式獨立懸架如圖1 所示，彈簧采用螺旋彈簧，麥弗遜懸架優(yōu)點在于增加了左右兩輪之間的空間，對前置前驅車型來說，易于傳動軸的布置，減震器上支點與下球點即為主銷軸線，其定位角位置易于保證，下擺臂采用三角臂形式可節(jié)省縱向推力桿以便于空間布置。麥弗遜式獨立懸架結構簡單，制造成本低，懸架性能較好。

圖1 前懸架結構

后懸架采用雙天梯螺旋彈簧獨立懸架如圖2 所示，該懸架為麥弗遜懸架的變形，下擺臂采用推力桿加雙導向桿代替，除了具有麥弗遜式懸架的一些優(yōu)點外，由于采用多桿代替麥弗遜懸架的單擺（以橡膠襯套代替球鉸），使其更能保證懸架姿態(tài)，這種多連桿的布置形式可以給設計人員提供較高的設計自由度。

圖2 后懸架結構

下面章節(jié)利用ADAMS/CAR 軟件，建立前、后懸架的仿真模型，進行性能仿真分析[3]，以評估選用懸架的性能是否滿足要求。

3 前懸架性能分析

3.1 外傾

外傾角的設計會影響車輪的側向力和側偏角的大小，在相同的側偏角下負外傾角的車輪能比正外傾角的車輪產(chǎn)生更大的過彎側向力，以提高轉向靈敏度[2]。同時汽車拐彎時，載荷會向內(nèi)側車輪轉移，外側車輪載荷減少，相當于外側車輪有上跳的過程，車輪有向內(nèi)翻轉的趨勢，負外傾的設計正好抵消車輪跳動造成的傾角變化，負外傾角會向正值變化，車輪與地面更垂直，接觸面更大，能提供更大的側向力，滿足車輛過彎能力。因此現(xiàn)在的汽車從動力學性能考慮，外傾角都設計為負外傾，上跳時外傾角向負值變化，下落時向正值變化。某車型前懸架外傾角變化規(guī)律如圖3 所示：滿載時的測量值-0.772 °，車輪上跳50 mm 時為 -0.765 °，下跳50 mm 時為-0.106 5 °，符合理想的懸架外傾特性。

圖3 外傾角-輪跳

3.2 前束

某車型前懸架前束角變化規(guī)律如圖4 所示，在使用范圍±50 mm 內(nèi)，前束角值在0.027 4 ～0.37 °范圍內(nèi)變化（前束值在0.352 mm ～3.876 mm 內(nèi)變化），較一般的設計值偏大，考慮到前束值的變化趨勢符合不足轉向性能，變化值設置較大可以提高整車不足轉向性能，且前束變化趨勢與車輪外傾角協(xié)調一致。

圖4 前束角-輪跳

3.3 主銷內(nèi)傾、主銷后傾

主銷內(nèi)傾角的作用就是因為主銷呈外八字，當車輪受外力作用時偏離直線行駛時，車輪會受到側向力，使輪胎自動回正。同時因為主銷偏置距的縮短，使得轉向操縱輕便，內(nèi)傾角不宜過大否則在轉向時會使輪胎加快磨損和轉向沉重[4]。實際設計時，大致范圍為7 ～14 °。某車型主銷內(nèi)傾角變化規(guī)律如圖5 所示，有效行程內(nèi)＋50 ～-50 mm 內(nèi)，主銷內(nèi)傾變化范圍在13.635 ～11.494 °內(nèi)變化，滿足設計要求。

圖5 主銷內(nèi)傾角-輪跳

主銷后傾角的作用就是當車輪偏離直線時，車能在重力的作用下幫助車輪回正，主銷后傾角越大，車輛越穩(wěn)定，但方向越沉重[4]。后傾角在車輪運動過程應變化不應過大，以免出現(xiàn)回正力矩突變情況，使操控性變差。同時為了有較好的抗制動縱傾特性，主銷后傾角應車輪上跳時增大，下跳時減小。某車型的主銷后傾角變化如圖六所示，在有效跳動范圍內(nèi)＋50 ～-50 mm 內(nèi)，主銷后傾值在3.14 ～2.484 °內(nèi)變化，滿足設計要求。

3.4 前輪距

在汽車行駛過程中，輪距變化會導致輪胎異常磨損和破壞行駛穩(wěn)定性，因此輪距變化較小較好。前懸架輪距變化曲線如圖7 所示。在較為頻繁的使用范圍±25 mm 內(nèi)，單側輪距變化小于±5 mm，該變化值在輪胎的彈性范圍內(nèi)，不會造成輪胎的早期磨損，滿足設計要求。通過對后懸架的掛點的優(yōu)化，得到了較好的輪距變化曲線。后懸架跳動（±50 mm）時后輪距的變化量約為10 mm。

圖7 前輪距-輪跳

4 后懸架性能分析

4.1 后輪距

通過對后懸架的掛點的優(yōu)化，得到了較好的輪距變化曲線。后懸架跳動（±50 m）時后輪距的變化量約為10 mm，如圖8 所示。

圖8 后輪距-輪跳

4.2 車輪外傾、前束

所采用的雙天梯式后懸架，如圖9 所示，在后懸架的經(jīng)常工作范圍內(nèi)（±50 mm）后輪外傾變化范圍為-1.093 ～0.029 9 °符合理想的懸架外傾特性。

圖6 主銷后傾角-輪跳

圖9 后車輪外傾-輪跳

如圖10 所示，后輪前束變化值約為-0.154 7 ～ 0.070 1 °，且呈現(xiàn)不足轉向的趨勢。比較接近理想的狀態(tài)。

圖10 后車輪前束-輪跳

5 結論

此車型前懸架選用的麥弗遜懸架，由于其結構簡單，成本較低，在高中低檔車中都有廣泛應用，對其性能進行分析，滿足整車要求。

后懸架采用雙天梯螺旋彈簧獨立式后懸架，在現(xiàn)有車型中也得到逐步推廣 ，對其性能進行分析，滿足整車要求。

根據(jù)此車的使用特點及用戶群，上面選用的懸架結構型式方案能滿足使用要求。