汽車車身懸置系統(tǒng)研究綜述

朱強+雷盼飛+周良生

摘要：車身懸置是汽車減振降噪的一種非常有效的方法。特別是對運輸車輛而言，車身懸置在汽車的行駛平順性和減振降噪上起到了非常大的改善作用。本文總結了車身懸置系統(tǒng)的種類及其特點，分析了國內(nèi)外在車身懸置理論研究、工程應用和方法創(chuàng)新上的研究現(xiàn)狀。同時還列舉了一些先進的研究成果，提出了懸置系統(tǒng)發(fā)展的方向，對懸置系統(tǒng)的今后的發(fā)展有一定的參考價值。

Abstract： Body suspension is a very effective method for vibration and noise reduction of automobiles. Especially for transport vehicles， the body suspension has played a very important role in improving the ride comfort and vibration reduction and noise reduction of the car. This paper summarizes the types and features of the body suspension system， and analyzes the research status of the body suspension theory， engineering application and method innovation at home and abroad. At the same time， some advanced research results are also listed， and the direction of the development of suspension system is put forward. It has certain reference value for the future development of suspension system.

關鍵詞：車身懸置；隔振；技術研究

Key words： body suspension；vibration isolation；technical research

中圖分類號：U463.33 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）04-0127-02

1 汽車懸置系統(tǒng)研究的目的和意義

懸置系統(tǒng)是連接車身與車架的機構總成，其主要作用有固定作用、限位作用、隔振作用和保護作用這四個方面。車輛在行駛的過程中其受到的激勵主要包括路面激勵和發(fā)動機振動激勵。當該激勵與車輛的固有頻率達到一致時，乘員舒適性以及車身對運載裝備的完好率都會大大降低，因此從懸置連接結構匹配方法出發(fā)，提高車輛的平順性、安全性、可靠性以及結構的通用化水平是行之有效的方式。

2 懸置系統(tǒng)

2.1 懸置系統(tǒng)的種類

汽車懸置發(fā)展到現(xiàn)在種類豐富，也各有優(yōu)缺點。按控制方式懸置可分為主動控制懸置、被動控制懸置和半主動控制懸置。而主動控制懸置和半主動控制懸置需要在汽車設計之初進行設計，并且成本高，工藝復雜，所以現(xiàn)在車輛上基本上都是使用被動懸置。主要有多點支撐式、普通副車架式、管梁固定式、管梁、彈性支承復合固定式這幾種。

多點支撐式是在車架的主要載荷承受部位點處安裝橡膠塊作為減振支撐點，也就是在整車模態(tài)節(jié)點處，即振動最小區(qū)域安裝。該懸置方式易于操作，但是連接處承載過于集中，對懸置的性能要求比較高，所以該方式一般用于輕型廂式貨車上。

普通副車架式，就是在車架的上方增加一個副車架，與車架剛性連接，上部與上裝結構用螺栓緊固。其最大的優(yōu)勢在于能夠由副車架在車輛行駛過程中承擔部分扭矩。但是其對上裝部分的減振效果并不好，劣勢逐漸顯現(xiàn)，因此它的使用也越來越少。

管梁固定式，主要基于圓管扭轉承載能力，由等半徑的管梁和橫向翼梁組成。翼梁均勻分布在管梁上與管梁剛性連接。管梁與車架使用三點支撐法用附梁與之進行連接。以車架在各種工況綜合最小變形的點為管梁的中性面支撐點，其中在中性面的支撐點使管梁和車架剛性連接，中性支撐點前后的兩個支撐點連接要限制管梁的軸向位移和垂直位移，使其只能發(fā)生軸向轉動。研究表明，改變管梁的壁厚對廂體固有頻率的影響較大。

管梁、彈性支承復合固定式，是將管梁和副車架結合使用，將管梁的減小扭轉力矩和副車架能使上裝離地高度不至于過高的優(yōu)勢均凸顯。但是結構復雜，工藝要求高。

2.2 懸置系統(tǒng)的失效形式

一般情況下懸置系統(tǒng)在長期使用后會出現(xiàn)的失效形式主要有：懸置軟墊損壞、懸置支架損壞、懸置梁的扭曲或斷裂。

懸置軟墊的損壞一般都是對于橡膠塊作為彈性支承而言。車輛在越野路面行使時，車身上下加速度比較大，懸置元件的壓縮量過大，長期以往會產(chǎn)生損壞。該失效形式多出現(xiàn)在多點支撐式和管梁、彈性支承復合固定式懸置上。

懸置支架損壞主要是因為其接受懸置軟墊的上下軟墊的壓縮回彈的反作用力，支架的疲勞強度不夠導致的損壞。這種失效形式多出現(xiàn)在剪切式橡膠塊懸置形式中。

懸置梁的扭曲或斷裂主要是管梁式懸置和普通副車架式懸置可能導致的損壞。副車架和管梁式懸置在工作中，承擔了車架的一部分扭轉力，時間長后會導致扭曲變形超過其彎曲強度而變形或者斷裂。

2.3 懸置的改進方案

在對懸置系統(tǒng)進行優(yōu)化改進的過程中，應將理論知識與計算機軟件結合，應用有限元分析，對改進懸置系統(tǒng)后的整車進行模型建立、模態(tài)分析和系統(tǒng)耦合分析，然后進行可靠性試驗，可大大提高優(yōu)化效率。

3 懸置系統(tǒng)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

懸置系統(tǒng)的研究在國外已經(jīng)有了很長一段時間，早在上個世紀三四十年代就已經(jīng)有了懸置的研究。發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)逐步形成了成熟的懸置振動理論體系，并且有很多研究成果已經(jīng)實驗和工程研制生產(chǎn)出來，擁有比較完善的系統(tǒng)。而國內(nèi)在懸置系統(tǒng)的研究上起步比較晚，但是這些年來也取得了非常大的進步。已經(jīng)逐步形成了“設計-開發(fā)-試驗”一體化的懸置研究技術。在理論、試驗以及實際應用中也取得了顯著成就。endprint

在理論研究上，1939年C.E.Iliffe就已經(jīng)提出了懸置設計基本準則；五十年代H.C.Harrison和M.Horovitz用六自由度解耦理論來對懸置系統(tǒng)進行計算；2000年，Seonho.Cho.以能量法解耦理論對動力總成懸置進行解耦優(yōu)化設計等等。這些理論的出現(xiàn)，對國內(nèi)外懸置的發(fā)展具有奠基石的意義。國內(nèi)東森汽車有限公司唐建華對越野車懸置元件進行了三向剛度計算，并進行有限元仿真分析和剛度實際測試證明了其剛度的可靠性。

工程應用和產(chǎn)品使用上，國內(nèi)長城SUV、北京切諾基SUV均采用12點懸置支撐方式。EQ2050 4×4型越野汽車的車身與車架采用多點橡膠支撐形式，其橡膠剛度設計綜合考慮車架的固有頻率和振動節(jié)點的分布，達到了既保障結構的剛度又優(yōu)化上裝振動的目的。東風EQ140、北京130和解放CA141等車輛則使用四點支撐懸置結構。馬自達6轎車副車架懸置襯套為兩體結構，該結構易于保證操縱穩(wěn)定性所需要的剛性，又能達到舒適性的目的。

在懸置研究創(chuàng)新上，2003年Madjlesi R等基于振動傳遞函數(shù)對車身懸置的隔振進行了優(yōu)化分析。上海交通大學的曾斌通過對懸置的失效形式分析并加以自己創(chuàng)新的想法對懸置進行改進。最后通過隔振原理分析了振動以及振源，并加以設計，實現(xiàn)了20%隔振率傳遞方案的最優(yōu)化；同濟大學的丁玉蘭和軍交運輸研究所的岳驚濤從柔性抗扭轉梁所受扭轉力分析，提出了在承載平臺上建立支撐元件的兩種懸置方案的柔性車梁，分析計算得到其固有頻率；2011年吉林大學郝赫用有限元結合動力學方法研究，提出了有限元和模態(tài)縮成理論，雖然該方法誤差大，效果并不好，但是在懸置研究創(chuàng)新上也起到了很大的作用。

4 結論

隨著各大汽車廠商和相關人員對懸置發(fā)展的重視程度的提高，懸置的創(chuàng)新及優(yōu)化研究肯定會發(fā)展的越來越快。計算機和虛擬技術的使用也會大大提高懸置改進的效率和研究方法的多元化。懸置系統(tǒng)未來的發(fā)展應該會朝著三個方面進行。第一是動力學模型的建立會更加復雜化，考慮的自由度更多，對子系統(tǒng)的耦合分析更細致；第二是懸置系統(tǒng)會多極化發(fā)展，將其減振的優(yōu)勢發(fā)揮到更好。第三是各懸置形式系列化、標準化，可提供完整而準確的參數(shù)，以便用戶根據(jù)需要進行選擇直接匹配就可以使用。

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