淺析汽車懸掛系統(tǒng)中彈性元件的研究與應用

吳波 鄧莉娟

摘 要:本文針對汽車懸掛系統(tǒng)中的彈性元件的研究和應用進行了概述,詳細闡述了橡膠襯套和液壓襯套的的技術特點,并介紹了其在懸掛系統(tǒng)上的應用狀況和發(fā)展趨勢。

關鍵詞:懸掛襯套汽車

中圖分類號:U463 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)05(b)-0060-01

1 前言

隨著汽車工業(yè)迅猛發(fā)展以及人們生活水平的提高,汽車的使用變得越來越普及,人們對汽車的要求變得越來越高,對汽車的評價也變得越來越專業(yè)。在這個過程中,車輛的乘坐舒適性和操作穩(wěn)定性被提升到很高的位置,成為汽車研究發(fā)展中的一個重點。懸掛作為現(xiàn)代汽車上的重要系統(tǒng)之一,把車架(或車身)與車軸(或車輪)彈性地連接起來,傳遞作用在車輪和車架(或車身)之間的一切力和力矩,并且緩和由不平路面?zhèn)鹘o車架(或車身)的沖擊載荷,衰減由此引起的承載,系統(tǒng)的振動,以保證汽車平順地行駛,其性能直接影響到車輛的乘坐舒適性和操作穩(wěn)定性。

汽車懸掛系統(tǒng)中重要的力元件除了使用彈簧和減震器之外,在其結構件的連接大量使用彈性元件,包括橡膠襯套、橡膠緩沖塊、液壓襯套等彈性元件。本文主要介紹彈性元件的研究和應用。

2 橡膠襯套技術特點

為了使車輛獲得良好的乘坐舒適性和操縱穩(wěn)定性,在懸掛系統(tǒng)的各連接部位大量使用了彈性件柔性連接,例如減震器和車身的連接,控制臂和副車架的連接,懸掛桿件和轉向節(jié)的連接,懸掛縱臂和車身的連接等等。在目前情況下,這些柔性連接多數(shù)是通過橡膠元件實現(xiàn)的。人們使用橡膠元件連接的原因主要技術特點是:(1)與金屬相比,橡膠的彈性模量非常小,能有效地隔離振動;且橡膠具有不可壓縮性,橡膠的粘彈性能在應力和變形之間產(chǎn)生時間延遲 ,表現(xiàn)出一定的阻尼特性;(2)由于橡膠材料特有的粘彈性,可以用于車輛的降噪;(3)硫化后容易和金屬粘結在一起,使得橡膠襯套的體積小,重量輕,生產(chǎn)工藝成熟;(4)滿足彈性運動學的需要。

這些柔性的彈性聯(lián)接允許懸掛部件在外力的作用下產(chǎn)生微小的變形,從而達到改善懸掛性能的目的。盡管這些橡膠連接件的結果簡單,但它們對車輛減振、降噪和懸掛的性能都有很大的影響,但常見的橡膠元件很難提供在低頻振動控制時所需要的大阻尼。為了能夠在一個較大的頻率范圍內提供大阻尼和大剛度的振動控制元件,液壓襯套逐漸被運用到懸掛系統(tǒng)零部件連接中。

3 液壓襯套技術特點

液壓襯套是彈性體和液體結合的系統(tǒng),由天然橡膠和充滿液體（乙二醇）的腔穴組成。液體能通過流道在液體腔內流動;如圖1所示。液體的出現(xiàn)使得最大阻尼力超出普通橡膠襯套約10倍。液壓襯套可以達到普通橡膠襯套不能達到的剛度和阻尼特性。

動力學行為的特點是特定的頻率下可以達到很高的阻尼力,在該頻率下,液體共振。因為液壓襯套的阻尼特性,最大阻尼力生成在液體的共振頻率處,液壓襯套的設計可以滿足特定的要求。通過液體腔或者流道的輕微變動、或者改變灌入的液體量,都可以改變共振頻率。由于液體的灌入量,液壓襯套的動態(tài)特性對頻率有很強的依附性。頻率和振幅是液壓襯套的兩個依附特性。

在振動系統(tǒng)中,液壓襯套特別適用于低頻作用引起的激發(fā)振頻。液壓襯套能在系統(tǒng)固有頻率范圍內獲得較高的阻尼,同時,內部阻尼的頻率特性高于這些范圍;振動系統(tǒng)有聲音傳遞和擴散的特點,在可聽到的頻率范圍內,主要通過激蕩動態(tài)載荷產(chǎn)生,并且逐漸降低;襯套中完整的液壓裝置所提供的頻率和振幅取決于阻尼特性,它根據(jù)徑向的效果來設計;液壓襯套最大的匹配阻尼可以達到彈簧支撐塊的臨界頻率即共振頻率。

4 彈性元件整車性能的影響

目前國內對于懸掛系統(tǒng)的研究主要集中在從整車角度出發(fā)的動力學分析、前后懸掛系統(tǒng)參數(shù)的匹配分析、振動分析、操縱穩(wěn)定性分析、轉向分析等工作。橡膠和液壓元件的特殊力學特性,為懸掛性能的匹配提供了較大的調試空間。這些柔性連接能顯著地影響懸掛系統(tǒng)綜合力學特性,從而影響車輛的乘坐舒適性和操縱穩(wěn)定性。在整車的動力學仿真、振動和噪音分析中,橡膠襯套的剛度和阻尼是必不可少的參數(shù),對汽車研究工作有很大的意義。

汽車懸掛上的橡膠襯套一般在不同方向上具有相應的動靜剛度及阻尼特性,車輪受力時,襯套撓曲變形引起的車輪六自由度變化被稱為順從性;懸掛彈性運動學指考慮襯套的彈性作用,研究車輪定位參數(shù)與車輪跳動量之間關系的影響。懸掛彈性運動學特性直接影響到汽車的操縱穩(wěn)定性,二者為耦合運動。為了得到最佳的多項運動特性,應在設計操縱穩(wěn)定性時充分考慮順從特性。由于襯套具有顯著的非線性粘彈性特征,其剛度和阻尼性能不僅與頻率相關,而且振幅也對橡膠襯套的剛度和阻尼特性有影響。

5 研究與應用狀況

我國目前汽車工業(yè)的發(fā)展已經(jīng)是有一定的規(guī)模,大量的自主研發(fā)產(chǎn)品和自主改進汽車的性能已不在是夢想,而且需要提升汽車性能,所以懸掛系統(tǒng)的襯套發(fā)展越來越受到重視,橡膠襯套技術已然成熟,而且應用廣泛,主要問題集中在使用壽命和疲勞壽命問題上。液壓襯套的研發(fā)也越來越受到各大汽車公司的關注,我國主要是通過引進國外產(chǎn)品,使用尚未成規(guī)模,華南理工大學和?寧波拓普集團股份有限公司對這方面研究處于領先地位。液壓襯套技術是一個懸掛系統(tǒng)中彈性元件發(fā)展的趨勢。

6 結論

通過分析了懸掛系統(tǒng)中得彈性元件,即橡膠襯套和液壓襯套的技術特點,同時介紹了彈性元件對于汽車性能的影響。概述了目前彈性元件的應用現(xiàn)狀,基于液壓襯套的技術特點,指出了液壓襯套是發(fā)展趨勢。

參考文獻

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[2] 趙振東,雷雨成.橡膠元件在汽車懸架中的應用分析[J].汽車技術,2006,(1).