【正文】 11章 緒論 懸架的重要性 現(xiàn)代汽車(chē)除了保證其基本性能，即行駛性、轉(zhuǎn)向性和 制動(dòng)性等之外，目前正致力于提高安全性與舒適性，向高附加價(jià)值、高性能和高質(zhì)量的方向發(fā)展。對(duì)此，尤其作為提高操縱穩(wěn)定性、乘坐舒適性的轎車(chē)懸架必須進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)。舒適性是汽車(chē)最重要的使用性能之一。舒適性與車(chē)身的固有振動(dòng)特性有關(guān)，而車(chē)身的固有振動(dòng)特性又與懸架的特性相關(guān)。 圖 11 為扭轉(zhuǎn)梁后懸架示意圖 圖 11 扭轉(zhuǎn)梁后懸架 懸架的功能 懸架的主要作用是傳遞作用在車(chē)輪和車(chē)身之間的一切力和力矩，比如支撐力、制動(dòng)力和驅(qū)動(dòng)力等，并且緩和由不平路面?zhèn)鹘o車(chē)身的沖擊載荷、衰減由此引起的振動(dòng)、保證乘員的舒適性、減小 貨物和車(chē)輛本身的動(dòng)載荷。其主要任務(wù)是傳遞作用在車(chē)輪和車(chē)架（或車(chē)身）2 之間的一切力和力矩；緩和路面?zhèn)鹘o車(chē)架（或車(chē)身）的沖擊載荷，衰減由此引起的承載系統(tǒng)的振動(dòng)，保證汽車(chē)的行駛平順性；保證車(chē)輪在路面不平和載荷變化時(shí)有理想的運(yùn)動(dòng)特性，保證汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性，使汽車(chē)獲得高速行駛能力。汽車(chē)在不平路面上行駛時(shí)，由于懸架的彈性作用，使汽車(chē)產(chǎn)生垂直振動(dòng)。為了迅速衰減這種振動(dòng)和抑制車(chē)身、車(chē)輪的共振，減小車(chē)輪的振幅，懸架應(yīng)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(chē)振動(dòng)的振幅連續(xù)減小，直至振動(dòng)停止。 懸架的 設(shè)計(jì)要求 為了滿足汽車(chē)具有良好的行駛平順性，要求由簧上質(zhì)量與彈性元件組成的振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率應(yīng)在合適的頻段，并盡可能低。前、后懸架固有頻率的匹配應(yīng)合理，對(duì)乘用車(chē)，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(chē)架（或車(chē)身）。在簧上質(zhì)量變化的情況下，車(chē)身高度變化要小，因此，應(yīng)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(chē)輪上、下跳動(dòng)時(shí)，使主銷(xiāo)定位角變化不大、車(chē)輪運(yùn)動(dòng)與導(dǎo)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)要協(xié)調(diào)，避免前輪擺振；汽車(chē)轉(zhuǎn)向時(shí)，應(yīng)使之稍有不足轉(zhuǎn)向特性。懸架與汽車(chē)的多種使用性能有關(guān)，為滿足這些性能，對(duì) 懸架提出的設(shè)計(jì)要求有： （ 1）保證汽車(chē)有良好的行駛平順性。 （ 2）具有合適的衰減振動(dòng)的能力。 （ 3）保證汽車(chē)具有良好的操縱穩(wěn)定性。 （ 4）汽車(chē)制動(dòng)或加速時(shí)，要保證車(chē)身穩(wěn)定，減少車(chē)身縱傾，轉(zhuǎn)彎時(shí)車(chē)身側(cè)傾角要合適。 （ 5）有良好的隔聲能力。 （ 6）結(jié)構(gòu)緊湊、占用空間尺寸要小。 （ 7）可靠地傳遞車(chē)身與車(chē)輪之間的各種力和力矩，在滿足零部件質(zhì)量要小的同時(shí)，還要保證有足夠的強(qiáng)度和壽命。 汽車(chē)懸架系統(tǒng)的研究 與設(shè)計(jì) 主要是為了提高汽車(chē)整車(chē)的操縱穩(wěn)定性和行駛平順性。汽車(chē)懸架系統(tǒng)的研究 與設(shè)計(jì)的領(lǐng)域 也相應(yīng)地分為兩大部分：一是對(duì)汽車(chē)平順性產(chǎn)生主要影響的懸架特性；另一是對(duì)汽車(chē)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(duì)懸架的彈性元件和阻尼元件特性展開(kāi)工作，主要是將路面、輪胎、非簧載質(zhì)量、懸架、簧載質(zhì)量作為一個(gè)整體進(jìn)行研究 與設(shè)計(jì) ，由于它主要研究的是在路面的反作用力的激勵(lì)下，影響汽車(chē)平順性的彈性元件以及阻尼元件的力學(xué)特性，因此可以稱(chēng)3 之為懸架系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究。 后一部分主要是對(duì)懸架的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)進(jìn)行工作，主要是研究在車(chē)輪與車(chē)身發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)如何引導(dǎo)和約束車(chē)輪的運(yùn)動(dòng) 、 車(chē)輪定位及影響轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)的一些懸架 參數(shù)的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性。這一部分的研究稱(chēng)為懸架的運(yùn)動(dòng)學(xué)研究?？紤]了彈性襯套等連接件對(duì)懸架性能的影響，則懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)即為懸架彈性運(yùn)動(dòng)學(xué)。懸架彈性運(yùn)動(dòng)學(xué)是闡述由于輪胎和路面之間的力和力矩引起的車(chē)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(yùn)動(dòng)學(xué)研究就包括了懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)和彈性運(yùn)動(dòng)學(xué)兩個(gè)方面的內(nèi)容。 4 第 2章 汽車(chē)懸架概述 懸架是汽車(chē)的車(chē)架與車(chē)橋或者車(chē)輪之間的一切傳力、連接裝置的總稱(chēng)，其作用是傳遞作用在車(chē)輪和車(chē)架之間的力和力矩，并且緩沖衰減由不平路面?zhèn)鹘o車(chē)架或車(chē)身的沖擊，以保證汽車(chē)能平順行駛。 保證車(chē)輪或車(chē)橋與汽車(chē)承載系統(tǒng) (車(chē)架或承載式車(chē)身 )之間具有彈性聯(lián)系并能傳遞載荷、緩和沖擊、衰減振動(dòng)以及調(diào)節(jié)汽車(chē)行駛中的車(chē)身位置等有關(guān)裝置的總稱(chēng) 。 基本 組成 懸架主要由彈性元件、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)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(huì)產(chǎn)生持續(xù)的振動(dòng)，使乘坐不適，因此，設(shè)有減振器將振動(dòng)迅速衰減，使振幅迅速減小。 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)用來(lái)確定車(chē)輪相對(duì)于車(chē)架或車(chē)身的運(yùn)動(dòng)，傳遞除垂直力以外的各種力和力矩。 為減少車(chē)軸對(duì)車(chē)架或車(chē)身的直接沖撞，一些汽車(chē)懸架上裝有 緩沖塊，起限制移動(dòng)行程。橫向穩(wěn)定桿的作用是減少轉(zhuǎn)彎時(shí)車(chē)身的側(cè)傾，并提高輪胎對(duì)地面的附著力。 車(chē)輪相對(duì)于車(chē)架和車(chē)身跳動(dòng)時(shí)，車(chē)輪（特別是轉(zhuǎn)向輪）的運(yùn)動(dòng)軌跡應(yīng)符合一定的要求，否則對(duì)汽車(chē)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(gòu)件同時(shí)還承擔(dān)著使車(chē)輪按一定軌跡相對(duì)于車(chē)架和車(chē)身跳動(dòng)的任務(wù)，因而這些傳力構(gòu)件還起導(dǎo)向作用，故稱(chēng)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。 對(duì)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的要求： （ 1） 懸架上載荷變化時(shí)，保證輪距變化不超過(guò) ，輪距變化大會(huì)引起輪胎早期磨損。 （ 2） 懸架上載荷變化時(shí)，前輪定位參數(shù)要有 合理的變化特性，車(chē)輪不應(yīng)產(chǎn)生縱向加速度。 （ 3） 汽車(chē)轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，應(yīng)使車(chē)身側(cè)傾角小，在 側(cè)向加速度作用下，車(chē)身側(cè)傾角≤ 67 度，并使車(chē)輪與車(chē)身的傾斜同向，以增強(qiáng)不足轉(zhuǎn)向效應(yīng)。 （ 4）制動(dòng)時(shí)，應(yīng)使車(chē)身有抗前俯作用；加速時(shí)，有抗后仰作用。 5 （ 5）具有足夠的疲勞強(qiáng)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(chē)和客車(chē)上，為防止車(chē)身在轉(zhuǎn)向行駛等情況下發(fā)生過(guò)大的橫向傾斜，在懸架中還設(shè)有輔助彈性元件 —— 橫向穩(wěn)定器。 橫向穩(wěn)定器實(shí)際是一根近似 U型的桿件，兩個(gè)端頭與車(chē)輪剛性連接，用來(lái) 防止 車(chē)身產(chǎn)生過(guò)大側(cè)傾。 其原理是當(dāng)一側(cè)車(chē)輪相對(duì)車(chē)身位移比另外一側(cè)位移大時(shí)，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(cè)車(chē)輪遇障礙物時(shí)，限制該側(cè)車(chē)輪跳動(dòng)幅度。 如前所述，汽車(chē)懸架和簧載質(zhì)量、非簧載質(zhì)量構(gòu)成了一個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)，該振動(dòng)系統(tǒng)的特性很大程度上決定了汽車(chē)的行駛平順性，并進(jìn)一步影響到汽車(chē)的行駛車(chē)速、燃油經(jīng)濟(jì)性和運(yùn)營(yíng)經(jīng)濟(jì)性。該振動(dòng)系統(tǒng)也決定了汽車(chē)承載系和行駛系許多零部件的動(dòng)載，并進(jìn)而影響到這些零件的使用壽命。此外，懸架對(duì)整車(chē)操縱穩(wěn)定性、抗縱傾能力也起著決定性的作用。因而在 設(shè)計(jì)懸架時(shí)必須考慮以下幾個(gè)方面的要求 ： （ 1） 通過(guò)合理設(shè)計(jì)懸架的彈性特性及阻尼特性確保汽車(chē)具有良好的行駛平順性，具有較低的振動(dòng)頻率、較小的振動(dòng)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(diǎn)發(fā)生硬沖擊，同時(shí)還要保證輪胎具有足夠的接地能力。 （ 2） 合理設(shè)計(jì)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，以確保車(chē)輪與車(chē)架或車(chē)身之間力和力矩可靠傳遞。 （ 3） 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)應(yīng)與轉(zhuǎn)向桿系的運(yùn)動(dòng)相協(xié)調(diào)，避免發(fā)生運(yùn)動(dòng)干涉，否則可能引起轉(zhuǎn)向輪擺振。 （ 4） 側(cè)傾中心及縱傾中心位置恰當(dāng)，汽車(chē)轉(zhuǎn)向時(shí)具有抗側(cè)傾能力，汽車(chē)制動(dòng)和加速時(shí)能保持車(chē)身的 穩(wěn)定，避免發(fā)生汽車(chē)在制動(dòng)和加速時(shí)的車(chē)身縱傾 (即所謂“點(diǎn)頭”和“后仰” )。 （ 5） 懸架構(gòu)件的質(zhì)量要小尤其是其非懸掛部分的質(zhì)量要盡量小。 （ 6） 便于布置。 （ 7） 所有零部件應(yīng)具有足夠的強(qiáng)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(duì)汽車(chē)主要性能的影響 懸架型式、導(dǎo)向桿系的布置以及懸架參數(shù)的選擇等對(duì)汽車(chē)性能的影響，并不是孤立的，而是存在著一定的內(nèi)在聯(lián)系。為此從不同角度去分析汽車(chē)各種性能的影響 。 良好的汽車(chē)行駛平順性不僅能保證乘員的舒適與所運(yùn)貨物的 完整無(wú)損，而且還可以提高汽車(chē)的運(yùn)輸生產(chǎn)率、降低燃油消耗、延長(zhǎng)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(guó)際標(biāo)準(zhǔn) ISO2631 來(lái)評(píng)價(jià)汽車(chē)平順性，它把乘員承受的疲勞 降低工效界限表示為振動(dòng)加速度均方根值隨頻率變化的函數(shù)。對(duì)垂直振動(dòng)而言，人體對(duì) 4— 8Hz的振動(dòng)最敏感，所以這一頻帶的界限值最低。為使人體承受的振動(dòng)不超過(guò)規(guī)定的界限值，主要靠懸架來(lái)降低車(chē)身振動(dòng)加速度均方根值。在一定隨機(jī)路面不平度的輸入下，車(chē)身加速度的均方根值的大小，取決于車(chē)身加速度 Z 對(duì)路面不 平度 g的幅頻特性“｜ Z /g｜”，與車(chē)身在懸架上振動(dòng)的固有頻率 n、非周期性系數(shù) ? 及非簧載質(zhì)量 m的大小有關(guān)。從圖 31 可以看出，當(dāng)車(chē)身固有頻率越低曲線越低，車(chē)身加速度均方根值越小。 圖 31 幅頻特性曲線 1 車(chē)身固有振動(dòng)頻率 7 若不考慮輪胎和減震器的影響，則車(chē)身固有頻率 0n = ?20w = ?21 MC Hz (31) 式中： 0w — 固有角振動(dòng)頻率， rad/s C— 懸架剛度， N/m M— 簧載質(zhì)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(dāng)以每秒振動(dòng)次數(shù)表示時(shí)， 0n =cf300 Hz (34) 式中： cf — 靜撓度， cm。它是指汽車(chē)滿載靜止時(shí)懸架上的載荷 FW 與此時(shí)的懸架剛度 c 之比。 從上述公式中可見(jiàn)，車(chē)身振動(dòng)的固有頻率 n0由簧載質(zhì)量 M、懸架剛度 c 或由懸架靜撓度 cf 決定。 由試驗(yàn)得知，為了保持汽車(chē)具有良好的平順性，車(chē)身振動(dòng)的固有頻率應(yīng)接近人體所習(xí)慣的步行時(shí)的身體上、下運(yùn)動(dòng)的頻率 1～ (60～ 85 次 /min)，振動(dòng)的加 速度的極限允許值為 ～ 。 從保持所運(yùn)貨物完整性的觀點(diǎn)出發(fā)，車(chē)身振動(dòng)加速度也不能過(guò)大，如果車(chē)身加速度達(dá)到 1g，則未經(jīng)固定的貨物可能離開(kāi)車(chē)廂底板。因此為保證所運(yùn)貨物完整無(wú)損，振動(dòng)加速度的極限值不應(yīng)超過(guò) ～ 。 懸架