汽車懸架布置淺析

卿兵、李紅

（湖南湖大艾盛汽車技術(shù)開發(fā)有限公司 410000)

汽車懸架是連接車架與車橋之間傳力裝置的總稱。它一般由導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、彈性元件及減振器3部分組成，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用是傳遞力和力矩，同時(shí)起導(dǎo)向作用，在汽車行駛過程中,能夠控制車輪的運(yùn)動(dòng)軌跡。彈性元件支撐垂直載荷，緩和與抑止不平路面引起的振動(dòng)和沖擊，彈性元件一般由鋼板彈簧、螺旋彈簧及扭桿彈簧等組成。減振器是產(chǎn)生阻尼力的主要元件，其作用是迅速衰減汽車的振動(dòng)，提升汽車行駛平順性，增強(qiáng)車輪和地面的附著力。常見的汽車懸架主要有麥弗遜式獨(dú)立懸架、多連桿式獨(dú)立懸架、鋼板彈簧非獨(dú)立懸架和扭轉(zhuǎn)梁非獨(dú)立懸架等[1]。

1 汽車懸架布置的常規(guī)方法

汽車懸架布置涉及多種學(xué)科，是多種學(xué)科優(yōu)化的產(chǎn)物。國內(nèi)目前的汽車懸架布置設(shè)計(jì)一般都是在某成熟車型基礎(chǔ)上進(jìn)行更改，以適應(yīng)新車型的開發(fā)需求，常用的懸架更改布置主要有X（汽車軸距變化）、Y（汽車輪距變化）、Z三個(gè)方向的更改。

1.1 X方向的更改

X方向的更改一般是由于汽車軸距的變化，在成熟車型的基礎(chǔ)上增加或減少軸距。長軸距能增加汽車的平順性,而短軸距則能減少汽車的轉(zhuǎn)彎直徑，使轉(zhuǎn)向趨于輕便。一般汽車軸距的選擇可以參照以下公式中的Kl值，汽車愈小，Kl值應(yīng)愈大。

汽車軸距變化后一般要與對標(biāo)車型對比，對比軸距變化前后的最小轉(zhuǎn)彎直徑大小、阿克曼變化率以及內(nèi)外轉(zhuǎn)角大小，對于前置后驅(qū)的車輛，則還需要考慮傳動(dòng)軸的布置角度。

1.2 Y方向變動(dòng)

車輛Y方向的變動(dòng)即為汽車輪距的變化，輪距對汽車的曲線行駛性能和側(cè)傾具有決定性的影響。輪距應(yīng)盡可能大，但與汽車寬度的比值不能超過一個(gè)規(guī)定值，目前轎車的輪距在1 205.0～1 550.0 mm之間。比值Kb可作為衡量寬度利用率的參數(shù)，它應(yīng)盡可能大，具體公式如下。

汽車輪距的變化可以分為2種情況進(jìn)行分析：一種是不涉及汽車K&C（Kinematic & Compliance，汽車懸架操作穩(wěn)定性評價(jià)指標(biāo)）特性的變化；另外一種是涉及汽車K&C特性的變化。

1.2.1 不涉及汽車K&C特性曲線的輪距變化

單側(cè)懸架硬點(diǎn)整體Y向移動(dòng)，此種變動(dòng)能最大程度保證零件的平臺化，減少開發(fā)費(fèi)用和周期。一般只涉及副車架和轉(zhuǎn)向器零件的更改及前置前驅(qū)車型的驅(qū)動(dòng)軸更改。同時(shí)懸架的K&C特性也與對標(biāo)車型基本一致，也是最常用的布置方法。

更改車輪偏矩或者輪轂軸承安裝面。這2種修改能在小范圍內(nèi)變化汽車輪距，具有一定的局限性。通過修改車輪偏矩來實(shí)現(xiàn)輪距變化，此種方法一般通過修改輪輞來實(shí)現(xiàn)。在布置過程中需考慮車輪中心面與輪轂軸承中心面之間的距離，一般要求不超過15.0 mm，超過這個(gè)數(shù)值則需校核輪轂軸承壽命。通過修改輪轂軸承安裝面來實(shí)現(xiàn)汽車輪距變化時(shí)，需修改汽車轉(zhuǎn)向節(jié)零件結(jié)構(gòu)，開發(fā)周期較長，但不會改變車輪中心面與輪轂軸承中性面之間的距離。

1.2.2 涉及汽車K&C特性曲線的輪距變化

通過修改輪邊與副車架之間連接桿系的長度來改變汽車輪距，此種方法修改輪距會改變車輪的K&C特性，常用于汽車縱梁共用不變，汽車整車加寬、使用大輪胎和減少最少轉(zhuǎn)彎直徑等情況。

1.3 Z方向變動(dòng)

懸架硬點(diǎn)Z向變化一般有2種實(shí)現(xiàn)方法：第一種是整體上下移動(dòng)，改變副車架及懸架上點(diǎn)與車身之間的相對安裝關(guān)系，此種方法車身修改量較大，相對應(yīng)用較少；另一種方法就是修改輪心設(shè)計(jì)位置，此種方法能保證懸架的K&C特性與對標(biāo)車型一致，同時(shí)零件也一致，但車輛使用的K&C特性曲線區(qū)間是不同的，這種方法可以用于改變車輛的整車離地間隙。

2 懸架硬點(diǎn)變化及其優(yōu)化方法

懸架硬點(diǎn)是懸架的靈魂，決定懸架的K&C特性，同時(shí)影響整車的側(cè)傾及縱傾性能。在很多情況下，由于整車配置的變化，整車軸荷分配也隨之變更，原有的零件強(qiáng)度已經(jīng)不能滿足現(xiàn)有的零件設(shè)計(jì)要求。在此情況下，不得不更改懸架零件硬點(diǎn)，從而造成懸架K&C特性的變化。那么變化后的硬點(diǎn),對懸架的K&C特性具體有哪些影響，應(yīng)該通過哪些方向來優(yōu)化硬點(diǎn)變化帶來的不利因素呢？這就需要對懸架的K&C特性進(jìn)行進(jìn)一步研究。下面就以常用的麥弗遜前懸為例，以小見大，來總結(jié)一下麥弗遜懸架各硬點(diǎn)都對應(yīng)影響懸架的哪些K&C特性曲線[2]。

某車型新增柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，造成前軸軸荷增加150 kg。經(jīng)過CAE分析計(jì)算，現(xiàn)有的下擺臂外點(diǎn)球銷已不能滿足零件強(qiáng)度要求，要求加大球銷尺寸，變化后下擺臂球銷外點(diǎn)相對于原懸架硬點(diǎn)（X：+0.3 mm，Y：+3.0 mm，Z：-8.4 mm）。一般查看車輛的K&C特性，需查看前束角隨輪跳變化梯度（圖1）、外傾角隨輪跳變化梯度、后傾角隨輪跳變化梯度、側(cè)傾中心高度隨輪跳變化量（圖2）、側(cè)傾剛度隨輪跳變化梯度、轉(zhuǎn)向阿克曼變化率、內(nèi)外輪最大轉(zhuǎn)角變化量及最小轉(zhuǎn)彎直徑變化等指標(biāo)。

圖1 前束角隨輪跳變化

圖2 側(cè)傾中心高度隨輪跳變化

通過以上圖片可以看出，下擺臂外點(diǎn)的變化，會使懸架的前束角變化梯度明顯變大，側(cè)傾中心高度增加20.0 mm左右，其他影響相對較小。但變化后的空載側(cè)傾中心高度為130.0 mm，仍在要求不超過140.0 mm的最優(yōu)區(qū)域內(nèi)，考慮到零件的共用性，可以不進(jìn)行優(yōu)化。而前束角的變化梯度增大，會造成懸架在跳動(dòng)過程中，輪距變化增加，從而造成車輛輪胎磨損加劇，甚至出現(xiàn)偏磨、早期磨損及爆胎等現(xiàn)象，因此必須對懸架的前束變化進(jìn)行優(yōu)化。

通過以往經(jīng)驗(yàn)，轉(zhuǎn)向拉桿外點(diǎn)的Z值對懸架的前束變化影響較大，對其他特性影響較小，可以同過調(diào)整轉(zhuǎn)向拉桿外點(diǎn)來優(yōu)化前束角的變化梯度。把轉(zhuǎn)向拉桿外點(diǎn)Z向變化(-6.0 mm)，得到優(yōu)化的結(jié)果如圖3所示。

圖3 優(yōu)化后的前束角隨輪跳變化

通過上述優(yōu)化可以看出，前束變化梯度明顯變小，符合設(shè)計(jì)目標(biāo)。以下是筆者總結(jié)的麥弗遜懸架硬點(diǎn)變化對懸架K&C特性的具體影響范圍，大家可進(jìn)行參考（圖4）。

圖4 麥弗遜懸架各硬點(diǎn)影響的K&C參數(shù)

3 結(jié)束語

汽車懸架布置是一個(gè)集性能和空間布置于一體的技術(shù)活，懸架的硬點(diǎn)決定了懸架的性能，后期的調(diào)試匹配只能起到局部懸架性能提升。因此掌握基本的布置方法，了解每個(gè)硬點(diǎn)變化所影響的懸架性能，明確具體的懸架優(yōu)化方向，是每一個(gè)懸架布置工程師努力的方向。本文拋磚引玉，對懸架的布置及性能優(yōu)化進(jìn)行了一定總結(jié)，希望對各位同行有一定幫助，歡迎各位同行批評指正[3]。