淺析汽車懸架技術發展

陳振強 梁爍

【摘 要】闡述了汽車懸架的發展歷史和現狀，著重分析了懸架的原理，給出了衡量懸架的性能指標，討論了各種懸架的優缺點，并對未來懸架的發展做出了預測。

【關鍵詞】汽車懸架；形式；特點；

概述

汽車懸架一般是由三部分組成：彈性元件、減振器、導向機構。其中彈性元件起緩沖作用，減振器具有消振功能，導向機構負責導向，它們一起負責力的傳導。汽車懸架的功能概括的說有以下四個方面：①對車身的支撐作用；②吸收來自地面的沖擊，保護車架和車身；③減少汽車的跳動；④使轉向穩定，乘坐舒適。汽車懸架系統的性能是影響汽車行駛平順性、操縱穩定性和安全性的重要因素。

1 懸架介紹

1.1汽車底盤由傳動系、行駛系、轉向系和制動系四部分組成。底盤作用是支承、安裝汽車發動機及其各部件、總成，成形汽車的整體造型，并接受發動機的動力，使汽車產生運動，保證正常行駛。

1.2懸架系統定義

懸架系統就是指由車身與輪胎間的彈簧和避震器組成整個支持系統。

1.3汽車懸架形式

①根據懸架結構不同，可分為非獨立懸架和獨立懸架。

②根據懸架控制力，可分為被動懸架、半主動懸架和主動懸架。

③根據懸架控制方式，可分為機械控制懸架系統、電子控制懸架。

④根據對操控性、舒適性及成本不同的傾向策略，又可分為麥弗遜式獨立懸掛、雙叉臂式獨立懸掛、單縱臂扭桿梁式半獨立懸掛、連桿支柱式獨立懸掛、多連桿式獨立懸掛等國內常見的五種懸架。

2 常見懸架的分析

2.1麥弗遜式獨立懸掛

麥弗遜式懸掛是當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，絕大部分車型還會加上橫向穩定桿。

2.1.1優勢：

結構非常簡單的一種，布置緊湊，節省空間，前輪定位變化小，具有良好的行駛穩定性，還能兼顧設計成本。所以，大部分的轎車前懸均采用這種結構，差別主要在選材和減震器、彈簧的調校上面。

2.1.2劣勢：

行駛在不平路面時，車輪容易自動轉向，故駕駛者必須用力保持方向盤的方向，當受到劇烈沖擊時，減震器易造成彎曲，因而影響轉向性能。

2.2雙叉臂獨立懸架

雙叉臂式懸掛又稱雙A臂式獨立懸掛，雙叉臂懸掛擁有上下兩個叉臂，橫向力由兩個叉臂同時吸收，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A字形叉臂可以精確的定位前輪的各種參數，前輪轉彎時，上下兩個叉臂能同時吸收輪胎所受的橫向力，加上兩叉臂的橫向剛度較大，所以轉彎的側傾較小。

2.2.1優勢：

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

2.2.2劣勢：

占用空間大，一般小型車無法布置

2.3多連桿懸掛

通過各種連桿配置（通常有三連桿，四連桿，五連桿），首先能實現雙叉臂懸掛的所有性能，然后在雙叉臂的基礎上通過連桿連接軸的約束作用使得輪胎在上下運動時前束角也能相應改變，這就意味著彎道適應性更好，如果用在前驅車的前懸掛，可以在一定程度上緩解轉向不足，給人帶來精確轉向的感覺；如果用在后懸掛上，能在轉向側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向，達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，而且多連桿懸掛無論是制造成本還是研發成本都是最高的所以常用在中高級車的后橋上。

2.3.1優勢：

實現主銷后傾角的最佳位置；改善加速和制動時的平順性和舒適性；保證了直線行駛的穩定性；在車輛轉彎或制動時，使后輪形成正前束，提高了車輛的控制性能，減少轉向不足的情況。

2.3.2劣勢：

調校比較困難，占用空間和成本上沒有優勢。

3 汽車懸架技術發展

隨著生活水平的不斷提高，用戶對汽車舒適性的要求也越來越高，傳統的汽車懸架系統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調節，從而達到乘坐舒適性的提高。故各汽車及配件廠家對懸架技術不斷的探索，產生了以下懸架技術及產品。

3.1半主動懸架

3.1.1磁流變液阻尼器

在半主動懸架系統研究中最關鍵的是可控制阻尼器的研究。目前，改變阻尼器系數的方法有兩種，一種是改變節流口大小。另一種是改變液體的粘度。前一種方法的研究已經較為深入，各種結構和專利層出不窮。由于節流口的調節是一種機械運動，其響應滯后大、可靠性低、可調節范圍小等不足是難以克服的困難。而后一種方法調節是通過電、磁場的改變阻尼，調節方法簡單，響應滯后小，可靠性高、可調節范圍大，調節消耗功率小等優點正逐步引起人們的關注。但是，將其應用在懸架系統中還有許多問題有待解決。

3.1.2連續可調減振器

連續可調減振器的阻尼調節可采取以下兩種方式：

①節流孔徑調節

早期的可調阻尼器主要是節流孔可實時調節的油液阻尼器。通過步進電機驅動減振器的閥桿，連續調節減振器節流閥的通流面積來改變阻尼，節流閥可采用電磁閥或其它形式的驅動閥來實現。這類減振器的主要問題是節流閥結構復雜，制造成本高。

②減振液粘性調節

使用黏度連續可調的電流變或磁流變液體作為減振液，從而實現阻尼無級變化，是當前的研究熱點。電流變液體在外加電場作用下，其流體材料性能，如剪切強度、粘度等會發生顯著的變化，將其作為減振液，只需通過改變電場強度，使電流變液體的粘度改變，就可改變減振器的阻尼力。

3.2主動懸架控制策略

3.2.1最優預見控制

最優預見控制是在最優控制的基礎上加入路面信息前饋的成分。實際汽車系統的四輪輸入激勵總是存在一定的相關性，即設后輪的輸入較前輪輸入存在一個時間延遲。若將車輪前方的路面信息預先前饋給控制器，并在輸出控制信號中加以考慮，以求系統的性能會得到大幅度的提高。預見控制在基本方法上分兩類：第一類是將前懸架的狀態信息作為后懸架的前饋信息，從而增強后懸架的以及系統整體的性能；第二類方法是測量汽車前方道路的路面信息，以此信息來控制懸架系統執行器的動作。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中對路面信息加以估計，因而更具有現實可行性。

3.2.2自適應控制

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

參考文獻：

[1]陳龍 半主動懸架系統設計及控制 機械工程學報 2005

[2]孫建民 汽車懸架系統的發展及控制技術研究現狀 黑龍江工程學院學報 2001

（作者單位：保定市格瑞機械有限公司）