關于汽車底盤懸架結構設計的探討

楊豹 王奎 曾智欽

摘要：筆者融合被動懸架與主動懸架的優勢創設了一類多功能獨立懸架與控制系統，當中以裝配縱臂獨立懸架的桑塔納為實例進行論述，運算底盤抬升功能。當中，控制系統包含安全碰撞、主動巡航與人工錄入，控制模塊完成多類車載傳感設備采集訊號的額精算并發出命令控制汽車底盤抬升或降低高度;讓汽車在交通條件欠佳的路面上能夠平穩通過，在平順公路上操作更為平穩。

關鍵詞：汽車底盤;懸掛系統;結構設計;優化

一、主動懸架發展態勢

1954年美國GM企業的Erspiel Labrosse率先給出主動懸架的定義。1965年，W.O.Obson與L.R.Allen有完成了相同的研究。隨后，T.H.Rochwell等進行了服務器主動元件的學術研究。初期的研究數學模型忽視了非簧載質量與輪胎性能的單自由度系統。1976年，Thompson率先把全狀態回饋最優管控學說使用在主動懸架的研發方面。1984年，Thompson有使用局部狀態回饋最優控制學說建立了最有反饋陣。

之后，Thompson與 Pearce將兩大自由度的模型增多到四大自由度。1986年R.M.Chalassani研究了整車模型的駕駛特性數據。P.Barak等使用電腦模仿激勵模式，運算出主動懸架相較于被動懸架的優點。使用特性數據Pi來顯示主動、半主動與被動懸架的特性，其間的比率是1：1.5：4.5（當中Pi越小效果越好）。對既定的加權運算虛擬激勵成果表明：車座的加速率的方根數據假如使用半主動懸架會降低到57%，假如使用主動懸架要降低87%;汽車的垂直加速率使用半主動懸架會降低56%，使用主動懸架要降低78%;橫向震動加速率使用半主動懸架要降低52%，使用主動懸架要降低68%;縱向震動加速率使用半主動懸架要降低30%，使用主動懸架要降低60%。因為主動懸架在學術與實踐中的優異特性，全球的汽車企業把主動懸架額研究置于首位。當中，法國Citroen汽車企業研發出一款液壓—空氣懸架設備，其能夠讓汽車的駕駛舒適度與穩定性得到較大幅度的提升，然而制作工序太過繁瑣，最后并未大規模投用。

主動懸架的優勢在于：適度縮短上下臂的外沿長度，降低制動力傳導到懸臂根端產生的力矩;其次，增大上臂到下臂間的強度，讓上下臂橫向力消除，降低下臂對橋殼的拉動力;再次，油氣簧下端外移，維持很大的傾斜角，力線延長線通過輪胎接地點，讓下臂不再承受垂直力，并且降低了懸臂架軸套承擔的垂直力，因此對擺臂實施了減重調試，讓懸架更為輕盈并牢固。改進后懸架整體質量降低了12%，同種工況下應力降低30個百分點，獲得了滿意的效果。

二、汽車底盤懸架的結構設計

（一）主動懸架

在21世紀初葉，單片機、管控學說與運算模式開始出現，主動懸架科技也逐漸普及，常規的控制算法包含最優管控、預描管控、自適應管控、模糊管控與神經網絡管控，配置主動懸架的汽車包含奔馳2000款CL型轎車、英菲尼迪Q45、雪鐵龍桑蒂雅汽車。圖1是全自動懸架動力特征示意圖。

此懸架體系的實質是于擺動懸架體系上添加一部閉環設備。此部設備通常由傳感設備組成的測試系統、閉環回饋管控系統、能源供應系統與執行系統四大版塊勾陳。當中，測試系統會對汽車的狀態進行分析，為閉環管控系統提供計算的根據。閉環管控系統的功效是處置訊號參數并把計算成果以管控命令的模式發出，其中心原件為單片設備。能源提供系統是為懸架系統各部分提供能量。執行系統是通過管控系統發出命令，常規的力發生設備包含氣缸、液壓缸、服務電動設備或電磁鐵等。在汽車震動全頻段范疇內全自動懸架可以讓行車更為安全與舒適，并且不讓兩者形成沖突;降低車輪動負荷、提升輪胎的性能，改良操控特性，增加輪胎的生命周期;依照需要，調整底盤標高，提升通過特性。然而，全自動懸架也有缺陷。比如，機械構造與算法管控難度較大，成本與能源消耗居高不下等，是一類極為奢華的懸架系統，與目前節能減排生態環保的理念相左，所以上述缺陷限制了全主動懸架在常規汽車上的推介與普及。

（二）創設高度可調試的懸架包含可收縮下臂、減振設備總控制元件、上臂與輪胎穩固桿，其各元件的裝設模式見圖2。

車架、可收縮下臂、輪胎穩固桿與上臂構成四連桿形狀與幾條穩固桿能夠讓駕駛平穩度提升，并且能夠選擇優化與解讀后的行駛線路;可收縮下臂、車架與減振設備構成三角外形從而確定懸架高。

（三）高度可調懸架結構設計

例如，使用Solidworks軟件構建智能獨立懸架的集成3D圖，并使用Motion Simulation元件來完成運動仿真，以汽車1/4懸架為例，運算此單獨懸架抬升科技數據;虛線繪出的圖片為懸架升高以前各元件的方位與長度數據，實現繪出的圖像是懸架升高以后各元件的方位長度數據。懸架抬高前下臂長度是a，下臂液壓設備收攏導致懸架提高，此刻下臂長度是a，假定減振設備集成長度是S，并且在懸架太高階段沒有數據波動，懸架抬高前減振設備集成與汽車Z軸間的角度為δ，太高后與Z軸的角度是δ，那么通過余弦公式能夠得到：

筆者以桑塔納汽車為例，在汽車下改動下臂，在滿負荷狀況下至少能夠完成超過50毫米的底盤抬高效果，常規汽車底盤抬高5cm就與常規SUV的抬起高度一致，如此能夠大幅度提升汽車在路況差的道路上的行駛舒適度與通過效率，汽車在路況較好的公路上駕駛時，底盤能夠下降到最低限度并提升操作感受。

結束語

綜上所述，與當代科技對比，筆者的設計的優越性是—簡約的結構創設，在汽車上裝設便利，可移動性強;在雙縱臂單獨懸架位置裝設設計出的下臂，能夠在不變更以往懸架數據的前提下確保懸架的操縱平穩性;本控制模式能夠在事故以前太高汽車底盤高度，應對交通突發情況;此外，不用另外添加舉升設備，使用避震設備就能夠然汽車的底盤得以提升。

參考文獻

[1]浙江亞太機電股份有限公司.一種汽車懸架系統及四輪獨立轉向的分布式驅動底盤平臺：CN201920196788.6[P].2019-11-15.

[2]深圳市元征科技股份有限公司.元征X-431PAD V實測：路虎攬勝空氣懸架降低的維修方法[J].汽車維修與保養，2019，（12）：53.

[3]浙江亞太機電股份有限公司.汽車懸架系統及四輪獨立轉向的分布式驅動底盤平臺：CN201910114274.6[P].2019-04-23.

作者簡介：楊豹（1983.12-），男，漢族，安徽蕪湖人，杭州漢騰汽車研發有限公司，大學本科，研究方向：關于汽車底盤懸架結構設計的探討