淺談汽車前懸架設計及優化

宋波 王業飛

摘 要：汽車懸架是汽車的重要組成部分之一，它把車身與車輪彈性地連接起來，是車架與車橋之間所有連接傳力裝置的總稱。懸架通過傳遞并承受作用在車輪和車身之間的一切力和力矩，緩和、消減由于路面崎嶇不平所引起的沖擊和振動，來保證汽車具有良好的平順性，保證車輪在不同路面有很好的運動特性，使汽車獲得高速的行駛能力和理想的運動特性。課題對輕型汽車前懸架進行設計計算，利用Pro/E繪制裝配圖，為懸架的改進設計提供參考。

關鍵詞：懸架;設計;參考

1 懸架系統的現狀及趨勢

懸架系統的發展：1786年，馬車用的葉片彈簧取得了專利。1899年，美國吉明發明減振器。21世紀初期，螺旋彈簧逐漸代替了葉片彈簧。1964年，GM麥弗遜式懸架研制成功并在汽車中的應用越來越多。主動懸架的發展：1956年，主動懸架的概念被美國通用汽車公司率先提出。1973年，半主動懸架理論被D.A.Crosby和D.C.Karnopp提出，并得到應用。在1980年代，世界著名汽車公司和制造商的研究和開發半主動懸架和主動懸架。主動制導懸架系統的汽車領域越來越廣泛的關注，已進入懸架研究的主要發展方向。懸架研究方向：（1）被動懸架分析設計重點歸納在三個層次：①研究懸架的最佳性能指標;②分析變化剛度彈簧和變化阻尼的減振設備;③討論導向構造，要在汽車懸架在具有較好的平穩性下，而且還要有很大上升。（2）半主動懸架討論的重點在下面兩點：①實施戰略研究;②執行機構的研究。（3）主動懸架討論的重點在下面幾點：①可靠性;②運行設備;③實際方法。執行器的研究主要是用電氣動力系統中的直線伺服電機和永磁直流直線伺服電機逐漸取代液壓執行機構。

2 前懸架重要零部件的研究

2.1 懸架總成分析

懸架，是一種把輪子和彈簧連接在車身上，同時與其余構件組成可動的機構。懸架是車體與車橋之間彈性連接設備的總稱。（1）傳送相互之間全部的力和力矩。（2）緩解，控制由于路況不好而產生的顛簸和沖擊，來確保汽車較好的平穩性。（3）快速減弱車體和車身的波動：減振器是要保證加速減弱而導致彈性系統振動，減振器分為筒式減振器，阻力可調節式新式減振器，打氣式減振器。分別是懸架構造中非常精密和結構較難的機械件。轉向機構是用來傳遞車輪和車體之間的力和力矩，同時保持車輪在一定跳動軌跡相對于車體，通常轉向裝置由控制擺臂式構成。可分為有單個或多個連桿類型。汽車懸架大致分為獨立懸架和非獨立懸架兩個類別。

2.2 獨立懸架優缺點分析

獨立懸架的優點有：簧下質量小，提高了行駛平順性。車輪與地面的接觸性能更好，有利于操縱穩定性。可以使用較軟的彈簧，從而改善汽車的平順性。降低了質心，同時擴大車身和行李箱的面積。獨立懸架的缺點：構造較難，生產成本較高，維護不便。

2.3 獨立懸架特點與分類

獨立懸架又分為雙橫臂式、單橫臂式和麥弗遜式等幾種類型。重點在下面幾個方向進行研究：

側傾中間高度：中心距離是汽車側作用力下，身體中心的車輪向左或向右橫向垂直平面的滾動，瞬時轉動中心相對于地面。但側傾中心過高，使得車身傾斜時輪距變化過大，這會加劇輪胎的磨損。

車輪定位特性的變化：當車輪相對車身，節拍，主銷后傾角、主銷內傾角度，車輪定位參數如車輪外傾角和前束可以改變的。如果主銷后傾角變化大，能使方向盤振動;如果車輪外傾角變化大，可以直接影響汽車的穩定性，同時也影響輪距的變化和輪胎的磨損率。

懸架側傾角剛性：汽車橫搖角是當汽車穩態循環驅動，在側向力的作用下，汽車在軋輥軸線的旋轉角度。車廂和角滾動力矩和懸架側傾角剛度的總大小，和車輛的操縱穩定性和平穩性的影響。

橫向剛度：懸掛的橫向剛度處理穩定性的影響。如果用于懸掛在轉向軸的橫向剛度較小，會導致方向盤振動很容易發生。

2.3.1 雙橫臂式懸架結構及特性分析

安裝配置在汽車的前輪上的就是雙橫臂獨立懸架，其上下兩擺臂長度不同，在設計人員如果選用長度的比例適中，可使車輪和主銷的角度及輪距變化不明顯。

2.3.2 單橫臂式懸架結構及特性分析

單橫臂式的組成結構優點首先是構造簡單，側傾中心距離高，具有較好的抗側傾性能。然而伴著當今汽車車速的提升，側傾中心距離太高就會導致車輪跳動時車輪距離變化較大，導致輪胎損耗加速。單橫臂式獨立懸架結構被廣泛用于在后懸架上。

性能解析：由于側傾中心距離較高;懸架側傾角度強度較高，可以不配備橫向穩定設備;橫向強度高;空間尺寸較小;組成簡單、成本低;車輪外傾角與主銷內傾角變動不是很明顯;車輪輪距變動量大，所以輪胎損耗速度加劇;至于前懸架應用得不是很廣泛。

2.3.3 麥弗遜式懸架結構及特性分析

麥弗遜式懸掛結構主要包括螺旋彈簧、減振器、下擺臂等幾個零件，其中一多半以上的車型還會加上橫向穩定桿。螺旋彈簧安裝在減震器上，減震器就會盡量減小螺旋彈簧受到力致使其向前、后、左、右出現偏移的現象，約束彈簧可以使上下方向的振動變化，并可以使用行程長度和彈性減震設備，設置懸掛的軟硬及性能。特性解析：側傾中心距離較高;車輪外傾角與主銷內傾角變動量較小;車輪輪距變動很大，所以輪胎損耗速度加劇;懸架側傾角強度非常大，可不配備橫向穩定器;橫向強度大時：其占用空間較小;結構比較簡單、緊湊乘用車上用得比較廣泛。

3 總結

本文的主要工作可以歸納如下幾點：

（1）考慮到設計參數根據車輛的總體設計，包括車輛質量參數和性能參數的選擇和參數的選擇計算，參數的選擇滿足要求。

（2）為整車匹配前懸架，首先分析獨立懸架和非獨立懸架的優缺點，為設計的整車前懸架選擇結構方案。

（3）對設計好的零件運用Pro/E軟件進行建模，對建好的零件再進行三維模型進行裝配。

參考文獻：

[1]賈啟芬，王影，劉習軍.汽車懸架振動系統的若干控制技術和發展[J].機床與液壓，2005（01）.

[2]陸波.麥式懸架系統運動分析汽車技術[J].1994（06）.