浅析汽车悬挂系统中弹性元件的研究与应用

吴波 邓莉娟

摘 要:本文针对汽车悬挂系统中的弹性元件的研究和应用进行了概述,详细阐述了橡胶衬套和液压衬套的的技术特点,并介绍了其在悬挂系统上的应用状况和发展趋势。

关键词:悬挂衬套汽车

中图分类号:U463 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)05(b)-0060-01

1 前言

随着汽车工业迅猛发展以及人们生活水平的提高,汽车的使用变得越来越普及,人们对汽车的要求变得越来越高,对汽车的评价也变得越来越专业。在这个过程中,车辆的乘坐舒适性和操作稳定性被提升到很高的位置,成为汽车研究发展中的一个重点。悬挂作为现代汽车上的重要系统之一,把车架(或车身)与车轴(或车轮)弹性地连接起来,传递作用在车轮和车架(或车身)之间的一切力和力矩,并且缓和由不平路面传给车架(或车身)的冲击载荷,衰减由此引起的承载,系统的振动,以保证汽车平顺地行驶,其性能直接影响到车辆的乘坐舒适性和操作稳定性。

汽车悬挂系统中重要的力元件除了使用弹簧和减震器之外,在其结构件的连接大量使用弹性元件,包括橡胶衬套、橡胶缓冲块、液压衬套等弹性元件。本文主要介绍弹性元件的研究和应用。

2 橡胶衬套技术特点

为了使车辆获得良好的乘坐舒适性和操纵稳定性,在悬挂系统的各连接部位大量使用了弹性件柔性连接,例如减震器和车身的连接,控制臂和副车架的连接,悬挂杆件和转向节的连接,悬挂纵臂和车身的连接等等。在目前情况下,这些柔性连接多数是通过橡胶元件实现的。人们使用橡胶元件连接的原因主要技术特点是:(1)与金属相比,橡胶的弹性模量非常小,能有效地隔离振动;且橡胶具有不可压缩性,橡胶的粘弹性能在应力和变形之间产生时间延迟 ,表现出一定的阻尼特性;(2)由于橡胶材料特有的粘弹性,可以用于车辆的降噪;(3)硫化后容易和金属粘结在一起,使得橡胶衬套的体积小,重量轻,生产工艺成熟;(4)满足弹性运动学的需要。

这些柔性的弹性联接允许悬挂部件在外力的作用下产生微小的变形,从而达到改善悬挂性能的目的。尽管这些橡胶连接件的结果简单,但它们对车辆减振、降噪和悬挂的性能都有很大的影响,但常见的橡胶元件很难提供在低频振动控制时所需要的大阻尼。为了能够在一个较大的频率范围内提供大阻尼和大刚度的振动控制元件,液压衬套逐渐被运用到悬挂系统零部件连接中。

3 液压衬套技术特点

液压衬套是弹性体和液体结合的系统,由天然橡胶和充满液体（乙二醇）的腔穴组成。液体能通过流道在液体腔内流动;如图1所示。液体的出现使得最大阻尼力超出普通橡胶衬套约10倍。液压衬套可以达到普通橡胶衬套不能达到的刚度和阻尼特性。

动力学行为的特点是特定的频率下可以达到很高的阻尼力,在该频率下,液体共振。因为液压衬套的阻尼特性,最大阻尼力生成在液体的共振频率处,液压衬套的设计可以满足特定的要求。通过液体腔或者流道的轻微变动、或者改变灌入的液体量,都可以改变共振频率。由于液体的灌入量,液压衬套的动态特性对频率有很强的依附性。频率和振幅是液压衬套的两个依附特性。

在振动系统中,液压衬套特别适用于低频作用引起的激发振频。液压衬套能在系统固有频率范围内获得较高的阻尼,同时,内部阻尼的频率特性高于这些范围;振动系统有声音传递和扩散的特点,在可听到的频率范围内,主要通过激荡动态载荷产生,并且逐渐降低;衬套中完整的液压装置所提供的频率和振幅取决于阻尼特性,它根据径向的效果来设计;液压衬套最大的匹配阻尼可以达到弹簧支撑块的临界频率即共振频率。

4 弹性元件整车性能的影响

目前国内对于悬挂系统的研究主要集中在从整车角度出发的动力学分析、前后悬挂系统参数的匹配分析、振动分析、操纵稳定性分析、转向分析等工作。橡胶和液压元件的特殊力学特性,为悬挂性能的匹配提供了较大的调试空间。这些柔性连接能显著地影响悬挂系统综合力学特性,从而影响车辆的乘坐舒适性和操纵稳定性。在整车的动力学仿真、振动和噪音分析中,橡胶衬套的刚度和阻尼是必不可少的参数,对汽车研究工作有很大的意义。

汽车悬挂上的橡胶衬套一般在不同方向上具有相应的动静刚度及阻尼特性,车轮受力时,衬套挠曲变形引起的车轮六自由度变化被称为顺从性;悬挂弹性运动学指考虑衬套的弹性作用,研究车轮定位参数与车轮跳动量之间关系的影响。悬挂弹性运动学特性直接影响到汽车的操纵稳定性,二者为耦合运动。为了得到最佳的多项运动特性,应在设计操纵稳定性时充分考虑顺从特性。由于衬套具有显著的非线性粘弹性特征,其刚度和阻尼性能不仅与频率相关,而且振幅也对橡胶衬套的刚度和阻尼特性有影响。

5 研究与应用状况

我国目前汽车工业的发展已经是有一定的规模,大量的自主研发产品和自主改进汽车的性能已不在是梦想,而且需要提升汽车性能,所以悬挂系统的衬套发展越来越受到重视,橡胶衬套技术已然成熟,而且应用广泛,主要问题集中在使用寿命和疲劳寿命问题上。液压衬套的研发也越来越受到各大汽车公司的关注,我国主要是通过引进国外产品,使用尚未成规模,华南理工大学和?宁波拓普集团股份有限公司对这方面研究处于领先地位。液压衬套技术是一个悬挂系统中弹性元件发展的趋势。

6 结论

通过分析了悬挂系统中得弹性元件,即橡胶衬套和液压衬套的技术特点,同时介绍了弹性元件对于汽车性能的影响。概述了目前弹性元件的应用现状,基于液压衬套的技术特点,指出了液压衬套是发展趋势。

参考文献

[1] 上官文斌,徐驰.汽车悬挂控制臂液压衬套动态特性实测与计算分析[J].振动与冲击,2007(9).

[2] 赵振东,雷雨成.橡胶元件在汽车悬架中的应用分析[J].汽车技术,2006,(1).