【正文】 11章 緒論 懸架的重要性 現(xiàn)代汽車除了保證其基本性能，即行駛性、轉向性和 制動性等之外，目前正致力于提高安全性與舒適性，向高附加價值、高性能和高質量的方向發(fā)展。對此，尤其作為提高操縱穩(wěn)定性、乘坐舒適性的轎車懸架必須進行相應的改進。舒適性是汽車最重要的使用性能之一。舒適性與車身的固有振動特性有關，而車身的固有振動特性又與懸架的特性相關。 圖 11 為扭轉梁后懸架示意圖 圖 11 扭轉梁后懸架 懸架的功能 懸架的主要作用是傳遞作用在車輪和車身之間的一切力和力矩，比如支撐力、制動力和驅動力等，并且緩和由不平路面?zhèn)鹘o車身的沖擊載荷、衰減由此引起的振動、保證乘員的舒適性、減小 貨物和車輛本身的動載荷。其主要任務是傳遞作用在車輪和車架（或車身）2 之間的一切力和力矩；緩和路面?zhèn)鹘o車架（或車身）的沖擊載荷，衰減由此引起的承載系統(tǒng)的振動，保證汽車的行駛平順性；保證車輪在路面不平和載荷變化時有理想的運動特性，保證汽車的操縱穩(wěn)定性，使汽車獲得高速行駛能力。汽車在不平路面上行駛時，由于懸架的彈性作用，使汽車產(chǎn)生垂直振動。為了迅速衰減這種振動和抑制車身、車輪的共振，減小車輪的振幅，懸架應裝有減振器，并使之具有合理的阻尼。利用減振器的阻尼作用，使汽車振動的振幅連續(xù)減小，直至振動停止。 懸架的 設計要求 為了滿足汽車具有良好的行駛平順性，要求由簧上質量與彈性元件組成的振動系統(tǒng)的固有頻率應在合適的頻段，并盡可能低。前、后懸架固有頻率的匹配應合理，對乘用車，要求前懸架固有頻率略低于后懸架的固有頻率，還要盡量避免懸架撞擊車架（或車身）。在簧上質量變化的情況下，車身高度變化要小，因此，應采用非線性彈性特性懸架。要正確地選擇懸架方案和參數(shù)，在車輪上、下跳動時，使主銷定位角變化不大、車輪運動與導向機構運動要協(xié)調，避免前輪擺振；汽車轉向時，應使之稍有不足轉向特性。懸架與汽車的多種使用性能有關，為滿足這些性能，對 懸架提出的設計要求有： （ 1）保證汽車有良好的行駛平順性。 （ 2）具有合適的衰減振動的能力。 （ 3）保證汽車具有良好的操縱穩(wěn)定性。 （ 4）汽車制動或加速時，要保證車身穩(wěn)定，減少車身縱傾，轉彎時車身側傾角要合適。 （ 5）有良好的隔聲能力。 （ 6）結構緊湊、占用空間尺寸要小。 （ 7）可靠地傳遞車身與車輪之間的各種力和力矩，在滿足零部件質量要小的同時，還要保證有足夠的強度和壽命。 汽車懸架系統(tǒng)的研究 與設計 主要是為了提高汽車整車的操縱穩(wěn)定性和行駛平順性。汽車懸架系統(tǒng)的研究 與設計的領域 也相應地分為兩大部分：一是對汽車平順性產(chǎn)生主要影響的懸架特性；另一是對汽車操縱穩(wěn)定產(chǎn)生主要影響的懸架特性。 前一部分主要是對懸架的彈性元件和阻尼元件特性展開工作，主要是將路面、輪胎、非簧載質量、懸架、簧載質量作為一個整體進行研究 與設計 ，由于它主要研究的是在路面的反作用力的激勵下，影響汽車平順性的彈性元件以及阻尼元件的力學特性，因此可以稱3 之為懸架系統(tǒng)動力學研究。 后一部分主要是對懸架的導向機構進行工作，主要是研究在車輪與車身發(fā)生相對運動時，懸架導向機構如何引導和約束車輪的運動 、 車輪定位及影響轉向運動的一些懸架 參數(shù)的運動學特性。這一部分的研究稱為懸架的運動學研究?？紤]了彈性襯套等連接件對懸架性能的影響，則懸架運動學即為懸架彈性運動學。懸架彈性運動學是闡述由于輪胎和路面之間的力和力矩引起的車輪定位等主要懸架參數(shù)的變化特性。這樣懸架系統(tǒng)的運動學研究就包括了懸架運動學和彈性運動學兩個方面的內容。 4 第 2章 汽車懸架概述 懸架是汽車的車架與車橋或者車輪之間的一切傳力、連接裝置的總稱，其作用是傳遞作用在車輪和車架之間的力和力矩，并且緩沖衰減由不平路面?zhèn)鹘o車架或車身的沖擊，以保證汽車能平順行駛。 保證車輪或車橋與汽車承載系統(tǒng) (車架或承載式車身 )之間具有彈性聯(lián)系并能傳遞載荷、緩和沖擊、衰減振動以及調節(jié)汽車行駛中的車身位置等有關裝置的總稱 。 基本 組成 懸架主要由彈性元件、導向機構和減振器組成，有些懸架中還有緩沖塊和橫向穩(wěn)定桿。 彈性元件受沖擊后會產(chǎn)生持續(xù)的振動，使乘坐不適，因此，設有減振器將振動迅速衰減，使振幅迅速減小。 導向機構用來確定車輪相對于車架或車身的運動，傳遞除垂直力以外的各種力和力矩。 為減少車軸對車架或車身的直接沖撞，一些汽車懸架上裝有 緩沖塊，起限制移動行程。橫向穩(wěn)定桿的作用是減少轉彎時車身的側傾，并提高輪胎對地面的附著力。 車輪相對于車架和車身跳動時，車輪（特別是轉向輪）的運動軌跡應符合一定的要求，否則對汽車某些行駛性能（特別是操縱穩(wěn)定性）有不利的影響。因此，懸架中某些傳力構件同時還承擔著使車輪按一定軌跡相對于車架和車身跳動的任務，因而這些傳力構件還起導向作用，故稱導向機構。 對導向機構的要求： （ 1） 懸架上載荷變化時，保證輪距變化不超過 ，輪距變化大會引起輪胎早期磨損。 （ 2） 懸架上載荷變化時，前輪定位參數(shù)要有 合理的變化特性，車輪不應產(chǎn)生縱向加速度。 （ 3） 汽車轉彎行駛時，應使車身側傾角小，在 側向加速度作用下，車身側傾角≤ 67 度，并使車輪與車身的傾斜同向，以增強不足轉向效應。 （ 4）制動時，應使車身有抗前俯作用；加速時，有抗后仰作用。 5 （ 5）具有足夠的疲勞強度和壽命，可靠地傳遞除垂直力以外的各種力和力矩。 在多數(shù)的轎車和客車上，為防止車身在轉向行駛等情況下發(fā)生過大的橫向傾斜，在懸架中還設有輔助彈性元件 —— 橫向穩(wěn)定器。 橫向穩(wěn)定器實際是一根近似 U型的桿件，兩個端頭與車輪剛性連接，用來 防止 車身產(chǎn)生過大側傾。 其原理是當一側車輪相對車身位移比另外一側位移大時，穩(wěn)定桿承受扭矩，由其自身剛性限制這種傾斜，特別是前輪，可有效防止因一側車輪遇障礙物時，限制該側車輪跳動幅度。 如前所述，汽車懸架和簧載質量、非簧載質量構成了一個振動系統(tǒng)，該振動系統(tǒng)的特性很大程度上決定了汽車的行駛平順性，并進一步影響到汽車的行駛車速、燃油經(jīng)濟性和運營經(jīng)濟性。該振動系統(tǒng)也決定了汽車承載系和行駛系許多零部件的動載，并進而影響到這些零件的使用壽命。此外，懸架對整車操縱穩(wěn)定性、抗縱傾能力也起著決定性的作用。因而在 設計懸架時必須考慮以下幾個方面的要求 ： （ 1） 通過合理設計懸架的彈性特性及阻尼特性確保汽車具有良好的行駛平順性，具有較低的振動頻率、較小的振動加速度值和合適的減振性能，并能避免在懸架的壓縮伸張行程極限點發(fā)生硬沖擊，同時還要保證輪胎具有足夠的接地能力。 （ 2） 合理設計導向機構，以確保車輪與車架或車身之間力和力矩可靠傳遞。 （ 3） 導向機構的運動應與轉向桿系的運動相協(xié)調，避免發(fā)生運動干涉，否則可能引起轉向輪擺振。 （ 4） 側傾中心及縱傾中心位置恰當，汽車轉向時具有抗側傾能力，汽車制動和加速時能保持車身的 穩(wěn)定，避免發(fā)生汽車在制動和加速時的車身縱傾 (即所謂“點頭”和“后仰” )。 （ 5） 懸架構件的質量要小尤其是其非懸掛部分的質量要盡量小。 （ 6） 便于布置。 （ 7） 所有零部件應具有足夠的強度和使用壽命。 （ 8） 制造成本低。 （ 9） 便于維修、保養(yǎng)。 6 第 3章 懸架對汽車主要性能的影響 懸架型式、導向桿系的布置以及懸架參數(shù)的選擇等對汽車性能的影響，并不是孤立的，而是存在著一定的內在聯(lián)系。為此從不同角度去分析汽車各種性能的影響 。 良好的汽車行駛平順性不僅能保證乘員的舒適與所運貨物的 完整無損，而且還可以提高汽車的運輸生產(chǎn)率、降低燃油消耗、延長零件的使用壽命及提高零件的工作可靠性等。 目前主要參照國際標準 ISO2631 來評價汽車平順性，它把乘員承受的疲勞 降低工效界限表示為振動加速度均方根值隨頻率變化的函數(shù)。對垂直振動而言，人體對 4— 8Hz的振動最敏感，所以這一頻帶的界限值最低。為使人體承受的振動不超過規(guī)定的界限值，主要靠懸架來降低車身振動加速度均方根值。在一定隨機路面不平度的輸入下，車身加速度的均方根值的大小，取決于車身加速度 Z 對路面不 平度 g的幅頻特性“｜ Z /g｜”，與車身在懸架上振動的固有頻率 n、非周期性系數(shù) ? 及非簧載質量 m的大小有關。從圖 31 可以看出，當車身固有頻率越低曲線越低，車身加速度均方根值越小。 圖 31 幅頻特性曲線 1 車身固有振動頻率 7 若不考慮輪胎和減震器的影響，則車身固有頻率 0n = ?20w = ?21 MC Hz (31) 式中： 0w — 固有角振動頻率， rad/s C— 懸架剛度， N/m M— 簧載質量， kg 由于在靜載荷作用下懸架的靜撓度 cf = cMg (32) 則 0n = ?21cfg (33) 當以每秒振動次數(shù)表示時， 0n =cf300 Hz (34) 式中： cf — 靜撓度， cm。它是指汽車滿載靜止時懸架上的載荷 FW 與此時的懸架剛度 c 之比。 從上述公式中可見，車身振動的固有頻率 n0由簧載質量 M、懸架剛度 c 或由懸架靜撓度 cf 決定。 由試驗得知，為了保持汽車具有良好的平順性，車身振動的固有頻率應接近人體所習慣的步行時的身體上、下運動的頻率 1～ (60～ 85 次 /min)，振動的加 速度的極限允許值為 ～ 。 從保持所運貨物完整性的觀點出發(fā)，車身振動加速度也不能過大，如果車身加速度達到 1g，則未經(jīng)固定的貨物可能離開車廂底板。因此為保證所運貨物完整無損，振動加速度的極限值不應超過 ～ 。 懸架