淺談汽車前懸架設計及優(yōu)化

宋波 王業(yè)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(tǒng)的現(xiàn)狀及趨勢

懸架系統(tǒng)的發(fā)展：1786年，馬車用的葉片彈簧取得了專利。1899年，美國吉明發(fā)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(fā)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(fā)半主動懸架和主動懸架。主動制導懸架系統(tǒng)的汽車領域越來越廣泛的關注，已進入懸架研究的主要發(fā)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(wěn)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(zhàn)略研究;②執(zhí)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(zhí)行器的研究主要是用電氣動力系統(tǒng)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(zhí)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(wěn)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(tǒng)振動，減振器分為筒式減振器，阻力可調節(jié)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?？煞譃橛袉蝹€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(yōu)缺點分析

獨立懸架的優(yōu)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(wěn)定性?？梢允褂幂^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(jié)拍，主銷后傾角、主銷內傾角度，車輪定位參數(shù)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(wěn)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(wěn)態(tài)循環(huán)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(wěn)定性和平穩(wěn)性的影響。

橫向剛度：懸掛的橫向剛度處理穩(wěn)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(fā)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(yōu)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(wěn)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(wěn)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(xiàn)偏移的現(xiàn)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(wěn)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(shù)根據(jù)車輛的總體設計，包括車輛質量參數(shù)和性能參數(shù)的選擇和參數(shù)的選擇計算，參數(shù)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(yōu)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(tǒng)的若干控制技術和發(fā)展[J].機床與液壓，2005（01）.

[2]陸波.麥式懸架系統(tǒng)運動分析汽車技術[J].1994（06）.