汽车悬架系统与操纵稳定性的关系探讨

摘 要：本文主要先从悬架的作用、分类和组成，阐述悬架的基本知识点；后从悬架系统与操纵稳定性的关系这两方面说明了悬架系统相关参数的重要性；悬架系统与操纵稳定性的关系说明了悬架系统的参数对操纵稳定性的影响，为后续设计分析奠定了基础。

关键词：汽车；前轮；定位参数

汽车的悬架是汽车总体布局设计和底盘校核的重要内容之一，是对整车的操纵稳定性和行驶平顺性等都有非常重要的影响。悬架系统又是汽车主要包含的车身、底盘和发动机三块之一的底盘当中的重要组成部分。

为了提高自主品牌增强研发的能力，使用多体运动学理论和软件对汽车的悬架系统进行运动学仿真，可以优化和创新设计的产品，明显提高产品质量，大大减少产品开发费用和成本，提高了产品的系统性能和缩短产品开发周期等都有着举足轻重的作用。

悬架是车桥或车轮与车架（活承载式车身）彼此间的穿力相接配置，同时减弱了因道路过陡带给车架（活承重式车身）的冲力载重，减缓了因此造成的承重体系的震动，确保车辆可以稳定运行。车辆运行时，因为道路的不明确性或其车轮的垂直载重的持续变动，作为汽车发动机前置前驱车辆中常采用的悬架结构形式之一的麦弗逊式独立悬架导向系统的变形车轮定位参数及运动参数随之发生变化。

1 悬架的作用和构成

1.1 悬架的作用

作为车辆的关键构成要素，汽车悬架是联接车轮和车架的弹性传力配置，既承载着出现在车身与车轮之间的力，也能吸纳与减缓车辆在陡峭道路运行中所形成的震动与冲击，进而增强乘车的舒服度，增加机件使用周期。

1.2 悬架的构成

虽然现代汽车悬架的结构模式多种多样，但大都通过弹性要件、减震器与导向机构构成。弹性元件发挥着缓冲作用，而导向机构则负责传递力，如果为小型轿车，一般选择使用螺旋弹簧来作为弹性元件，这类部件只承受垂直位移状态下的负荷，并有效减轻路面对于车身的冲击，质量较轻、不占用过大的空间、也不需要使用润滑油，但是并不具备减振功能。而减震器的主要功能就是吸收振动，在短暂时间内控制车身的振幅，并让车体保持在一个相对稳定的状态，一般选择使用液力减震器，该类减震器是在悬架机构中最为复杂的元部件。对轻型车辆而言，导向机构同样是联接车身与车轮的要件，除去传输作用力，也能令车身随着车轮遵照特定的轨道运行。车架的上下摆臂、转向节等配件为车辆的传力配置，承担着传输侧向力、力矩等任务，同时保障车轮对应于车架（或车身）均具备明确的对应的运动规则。

2 悬架系统与操纵稳定性的关系

汽车车轮的定位参数包括车轮前束角、轮距、主销后倾拖距、主銷后倾角、主销内倾角与车轮外倾角等。在悬架系统的众多立体几何参数之中，车轮定位参数是所有参数的重中之重。汽车操控平稳性的很多评估标准都和车轮定位参数息息相关，车轮定位参数将直接或间接的影响悬架系统的工作性能。匹配的车轮定位参数，能够保障所希望的驾驶性能与直线驾驶能力并且减少轮胎的过度损耗。

汽车在保持较快的速度下转弯时，车轮外倾角会对汽车的稳定性产生一定的影响，根据双轨数学模型可以知道，车轮外倾角的存在，会造成汽车转向的趋势过多或不足，当向心加速度较小时，前后轮的外倾正向不会产生变动，如果是前后轮外倾负向产生了变动，均可导致汽车转向不足势头的加大。在侧向加速度维持在相对较快的水平时，前轮负外倾不出现变化，可能会造成转向增多的情况发生。

车轮的外倾角对于直线驾驶平稳性与转向有着简便性的作用：外倾角设计最重要的目的便是将轮胎的接地点偏里缩小主销偏移距，进而改良制动时，纵向力影响下的方向平稳性，这对改良汽车的直线驾驶性能有很大益处，并且对转向操控力的减小也是有益的，令汽车转向操控简便。前束角对于汽车的直线平稳性与转向性能有很大作用。前束角太大，会加大轮胎的滑动磨损，汽车在驾驶过程中会出现时而偏左，时而偏右的现象，呈现不平稳状态。然而太小，又根除不了车轮外倾带来的不利影响，不但加大了车胎的外侧偏移磨损，还会造成驾驶过程的不平稳。

主销后倾角对于汽车操控平稳性的作用主要体现在：利用后倾拖距令地面侧向力给轮胎带来一个回正力距，此力距形成一个和轮胎侧偏角类似的附加转向角，其和侧向力呈正比例关系，令汽车趋向加大不足转向，有益于改良汽车的稳固转向性能。主销后倾拖距和汽车的回正性能、转向性能以及“路感”等操控稳定性标准相关。方向盘上的回正力矩是通过转向轮的主销后倾拖距而产生的，它主要利用轮胎侧向力针对主销产生的力距而完成的。通常为了获取相对较大的回正力距，保障汽车的回正性能，便要设定相对较大的主销后倾拖距。

主销后倾拖距对于转向性能的作用：因为汽车具有主销后倾拖距，因此可带来回正力矩，回正力矩会为汽车提供一定的不足转向量，转向系本身是存在有一定弹性的，受到回正力距的作用，转向系统可带来适当的弹性转向角，利用弹性转向角，可以加大汽车前轮的侧偏角，此外还可给汽车带来比较明显的不足转向。换而言之，主销后倾拖距的存在，会有效的增强汽车不足转向的倾向，因此，要想提高汽车的操作稳定性，就必须要设置一定的不足转向特性。

主销内倾角对于汽车回正性的作用：设定汽车前轮主销内倾，在汽车前轮滚动时车身可带来升高的趋向，令汽车的势能提升，如此汽车的自身重量便有令转向轮回归到此前中间位置的能力，进而形成将前轮回正的力距。通常对于车轮定位参数的研发包括车轮定位参数和悬架弹性变形（或车轮跳动量）的联系，也就是悬架运动学。它是悬架系统设定的主要凭据与评价标准，领会悬架运动学的性能对于掌控与改良提升汽车的操控平稳特性相当重要。

参考文献：

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[3] 陈加国.前轮定位参数及其动态变化对汽车操稳性能的影响[J].机械设计与制造，2004（l）：115-116.

作者简介：母春花（1975-），女，四川剑阁人，工程师，研究方向为机械设计。