彈性系數(shù)可調節(jié)式汽車懸掛系統(tǒng)的創(chuàng)新設計

文曌豪

摘 要：汽車懸掛系統(tǒng)是汽車車身與汽車輪胎之間支撐系統(tǒng)，其綜合多種作用力，決定著汽車的穩(wěn)定性、舒適性和安全性。然而，傳統(tǒng)汽車懸掛系統(tǒng)的剛度系數(shù)難以調節(jié)，使得汽車適應多種地形的能力較差。現(xiàn)有新型的空氣懸掛系統(tǒng)能夠通過改變懸掛系統(tǒng)的剛性，但是其價格較為昂貴。本文從調節(jié)懸掛系統(tǒng)剛度系數(shù)的角度出發(fā)，創(chuàng)新設計一種彈性系數(shù)可調節(jié)的汽車懸掛系統(tǒng)，實現(xiàn)了對懸掛系統(tǒng)彈簧剛度系數(shù)的調節(jié)，有效解決汽車操縱性和穩(wěn)定性之間的矛盾。

關鍵詞：汽車懸掛系統(tǒng)；彈性系數(shù)可調節(jié)；操控性

中圖分類號：U463 文獻標識碼：A

0.前言

汽車懸掛系統(tǒng)作為連接汽車車輪與車身的機構，它主要任務之一就是抵消一部分車身震動對車內(nèi)乘客或貨物帶來的沖擊，提高汽車的安全性和舒適性。汽車懸掛系統(tǒng)對汽車的操控性起著決定性的作用。在汽車理論中，汽車的操控性主要指的是其操縱穩(wěn)定性，而汽車的操縱穩(wěn)定性又包含兩部分內(nèi)容：操縱性和穩(wěn)定性。操縱性指的是汽車能夠及時而且準確的根據(jù)駕駛員發(fā)出的轉向指令而轉向；穩(wěn)定性指的是汽車受到外部干擾后，能夠及時自行恢復正常行駛的方向。汽車操縱性和穩(wěn)定性既相互聯(lián)系又存在著矛盾。當汽車為了取得良好的穩(wěn)定性時，就需要大大緩沖汽車受到的外部震動，因此汽車懸掛系統(tǒng)的柔軟度就需要提高，然而柔軟度提升就意味著容易使汽車出現(xiàn)剎車點頭、啟動抬頭、以及更為嚴重的側傾等問題，進而影響汽車的操縱性。除此之外，汽車行駛在不同的路況下，對汽車懸掛系統(tǒng)的性能要求也不相同，如平坦路面時就需要操縱性好，坑洼路面時就需要穩(wěn)定性好。

現(xiàn)有的汽車懸掛系統(tǒng)通常都主要由彈性元件，減震器和傳力裝置組成，這三部分分別起著緩沖，減震和力的傳遞作用。絕大多數(shù)懸掛系統(tǒng)的彈性元件為套設在減震器上的單層螺旋彈簧。因為每個懸架彈簧均只有一個彈簧，而彈簧的彈性系數(shù)和最大形變量為一定的，所以就導致汽車的操縱性和舒適性很難同時保證。通過彈簧剛度的調整和減震器阻尼系數(shù)的調整，可以實現(xiàn)懸掛系統(tǒng)的半主動適應化。

現(xiàn)在新型的空氣懸掛系統(tǒng)能夠通過電動壓縮機來調控氣室中的空氣體積，從而改變懸掛系統(tǒng)的剛性來解決汽車行駛中操縱性與舒適性的平衡問題。但是因為空氣懸掛系統(tǒng)的價格較為昂貴，所以多用于高端豪華轎車或SUV。

有鑒于此，本文從調節(jié)懸掛系統(tǒng)剛度系數(shù)的角度出發(fā)，創(chuàng)新設計了一種彈性系數(shù)可調節(jié)的汽車懸掛系統(tǒng)，力求解決現(xiàn)有懸掛系統(tǒng)存在的問題，希望能對汽車懸掛系統(tǒng)的改進優(yōu)化設計有所指導意義。

2.彈性系數(shù)可調節(jié)式汽車懸掛系統(tǒng)

2.1彈性系數(shù)可調節(jié)式汽車懸掛系統(tǒng)的技術方案

當前，民用汽車懸掛系統(tǒng)從總體結構上可以分為獨立懸掛和非獨立懸掛兩大類。獨立懸掛系統(tǒng)是每一側的車輪都是單獨地通過彈性懸掛系統(tǒng)懸掛在車架或車身下面。其優(yōu)點是：質量輕，減少了車身受到的沖擊，并提高了車輪的地面附著力；可用剛度小的較軟彈簧，改善汽車的舒適性；可以使發(fā)動機位置降低，汽車重心也得到降低，從而提高汽車的行駛穩(wěn)定性；左右車輪單獨跳動，互不相干，能減小車身的傾斜和震動。不過，獨立懸掛系統(tǒng)存在著結構復雜、成本高、維修不便的缺點，同時因為結構復雜，會侵占一些車內(nèi)乘坐空間。非獨立懸掛系統(tǒng)的結構特點是兩側車輪由一根整體式車架相連，車輪連同車橋一起通過彈性懸掛系統(tǒng)懸掛在車架或車身的下面。非獨立懸掛系統(tǒng)具有結構簡單、成本低、強度高、保養(yǎng)容易、行車中前輪定位變化小的優(yōu)點，但其舒適性及操縱穩(wěn)定性都相對較差。通過綜合對比，本彈性系數(shù)可調節(jié)式汽車懸掛系統(tǒng)采用獨立形式。如圖1所示，是本彈性系數(shù)可調節(jié)式汽車懸掛系統(tǒng)的結構示意圖。

彈性系數(shù)可調節(jié)汽車懸掛系統(tǒng)主要的結構就是彈性元件、減震器和傳力裝置。傳力裝置主要包括輪轂、推桿以及汽車上其他的部件等；彈性元件主要包括彈簧頂座，隔板，彈簧底座，主副彈簧等。彈簧頂座連接于汽車的車身，彈簧底座連接于汽車的輪轂，輪轂連接于車輪。隔板A和隔板B位于彈簧頂座和彈簧底座之間。減震器貫穿隔板，兩端分別連接于彈簧頂座和底座。主副彈簧為傳統(tǒng)的螺旋式彈簧，并套接在減震器上。在彈簧頂座，彈簧底座，隔板A和隔板B上均設置有與主副彈簧大小相適的環(huán)形槽，進而使主彈簧被卡接在隔板A和隔板B之間，副彈簧A被卡接在隔板A和彈簧底座之間，副彈簧B被卡接在隔板B和彈簧頂座之間。彈簧頂座上環(huán)形均布有3個推桿B，彈簧底座上環(huán)形均布有3個推桿A。推桿A和推桿B可在驅動力作用下分別伸縮長度至隔板A和隔板B，并抵接在相應的隔板上。推桿A和推桿B的長度可以獨立調節(jié)。

2.2彈性系數(shù)可調節(jié)式汽車懸掛系統(tǒng)的工作原理

對于汽車的懸掛系統(tǒng)，要保持其操縱性，就要使傳力裝置能夠迅速地把力傳遞給車身。當汽車在平坦的地面上行駛時，汽車需要維持輪胎與地面的貼合。這時，推桿A和推桿B分別抵接在隔板A和隔板B上，進而使副彈簧A和副彈簧B不受力。主彈簧接收到的力能夠迅速地通過隔板和推桿傳遞給車身，提高汽車的操縱性。當汽車在顛簸的地面上行駛時，汽車的懸掛系統(tǒng)需要吸收地面給車身帶來的顛簸。這時，推桿收縮，不再與隔板相連接，這時傳力裝置傳過來的力就會先被副彈簧A吸收，再被主彈簧吸，然后再次被副彈簧B吸收，最后再將力傳遞到車身，經(jīng)過3次吸收，真正傳遞到車身的力已經(jīng)較小，可以減少車身的顛簸，進而提高汽車的穩(wěn)定性。根據(jù)路面的顛簸情況，可以選擇使副彈簧A和副彈簧B同時受力，或一個副彈簧受力另一個不受力，實現(xiàn)多級調節(jié)。本彈性系數(shù)可調節(jié)式汽車懸掛系統(tǒng)的關鍵就是通過推桿和隔板的連接與否來調節(jié)彈簧系統(tǒng)的剛度系數(shù)。

3.結論與展望

本文創(chuàng)新設計了一種彈性系數(shù)可調節(jié)式汽車懸掛系統(tǒng)，其主要實現(xiàn)了兩點功能：

（1）通過調整推桿和隔板的抵接情況，進而使得主彈簧與副彈簧可以同時工作或分開工作，實現(xiàn)了對汽車懸掛系統(tǒng)彈簧剛度系數(shù)的調整，有效地解決了汽車操縱性和穩(wěn)定性之間的矛盾。

（2）本汽車懸掛系統(tǒng)的剛度系數(shù)可以實現(xiàn)四級調節(jié)，推桿A和推桿B可以分別獨立地調整長度抵接于隔板，進而使得本懸掛系統(tǒng)具有4種不同的剛度系數(shù)：①僅主彈簧受力時的剛度系數(shù)，②僅主彈簧和副彈簧A 受力時的剛度系數(shù)，③僅主彈簧和副彈簧B受力時的剛度系數(shù)，④彈簧，副彈簧A和副彈簧B同時受力時的剛度系數(shù)。通過多級調整彈簧剛度系數(shù)，本汽車懸掛系統(tǒng)能夠適應多種路況，滿足駕駛者對操縱性與舒適性的不同要求，更好的服務于大眾。

未來，可進一步研究主副彈簧剛度系數(shù)對汽車操縱性和穩(wěn)定性的影響，優(yōu)化主副彈簧剛度系數(shù)的配置，并優(yōu)化推桿的布置方式等，進一步提高該彈性系數(shù)可調節(jié)式汽車懸掛系的性能，使其更好為地使用者服務。

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