汽车主流悬架系统解析

李泽楠 刘晋宇

摘要：汽车悬架在专用车/乘用车有着非常广泛的市场前景。就目前而言，汽车悬架的研制及其产业化已经受到社会各界的广泛关注。磁流变液的成功研发，实现了减振器液体粘度的瞬间可调，磁流变液已成为实现阻尼可调减振器的良好液体。目前已经进入了商品化这一阶段，但是在实际的应用过程中还是存在很多的问题，比如说耐久性、温升以及稳定性等这些问题还需要对其进行更多的研究。本文对悬架系统进行了介绍，阐述了现代汽车主流悬架系统的结构特点及应用，并进行了分析和比较。

关键词：汽车；悬架系统；操控性

1 汽车悬架系统

作为底盘的“骨骼”结构，悬架系统的主要作用如下。

悬架系统是连接车架（或承载式车身）、车轮、车桥之间所有传力设备的统称[1]，懸架主要由减震器，弹性元件和导向机构三部分组成，此外部分轿车的悬架系统还增设有缓冲块和横向稳定器。悬架系统的用途主要是将路面作用于车轮的垂直反力（支撑力）、纵向反力（制动力与驱动力）和侧向反力和因这些力相互作用所产生的力矩传达至车架（承载式车身）上，并缓解不平整路面所引发的冲击载荷，减弱因此产生的承载系统振动，进而确保行车的操纵稳定性、平顺性和舒适性，提高了汽车行驶的平均速度。

悬架系统按导向机构形式不同分为独立悬架和非独立悬架。独立悬挂的车轴分成两段，车桥选用断开式车桥，每侧车轮都用弹性悬架单独与车架（或车身）相连，每一侧的车轮都可以独自作用，相互之间不产生影响。非独立悬架与整体式车桥相连，车轮装于轴两端，车轮与车桥依靠连接弹性悬架与车架（或车身）连接。当其中一侧车轮因路况不平整发生跳动时，就会引起一侧车轮在汽车横向平面内发生摆动[2]。

2 典型悬架系统

2.1 麦弗逊式独立悬架

麦弗逊（McPhersonType）又称为支柱式悬架系统，此种悬挂常见于前悬挂，是目前汽车市场上采用最多的悬挂之一。麦弗逊悬架包括减振器、弹簧、稳定杆、三角臂及副车架等其结构，主要是用螺旋弹簧套在减震器上组成，减震器能防止螺旋弹簧受力时出现前、后、左、右偏移的现象，限制弹簧则只能上下方向的振动，同时可以依靠调整减震器的行程长短与松紧，来设定调整悬挂的软硬及性能。麦弗逊式悬挂系统的车轮是采用沿主销滑动方法的悬挂系统。

此类悬挂优点：结构简单紧凑轻量化，制造成本低，占用空间小，能自动调节车轮外倾角，在车辆过弯时可以更好的适应路面，让轮胎的对地面作用面积最大化，以达到最好的操纵稳定性，增加两前轮内侧的空间，便于转向系统与发动机的安装。但因其构造为直筒式，欠缺对来自于左右方的冲击的反作用力，悬挂刚度弱，主要表现就是当车辆转弯时侧倾侧身倾斜角度过大，而且在车辆紧急刹车时刹车点头明显。

2.2 拖拽臂式悬架

拖拽臂式非独立悬架系统是当下国内在麦弗逊式悬架之后被广泛运用的另一种悬挂系统，此种悬架是专为后轮而设计的，它的组成较为简单，用可上下摆动的拖臂来对车身和车轮进行硬性连接，用螺旋弹簧和液压减震器组成减震部件，从而起到支撑和车身减震的作用，而方形或圆柱形扭转横梁连接至左右车轮。某些汽车厂家还称其为：纵臂扭转梁非独立悬挂、H型纵向摆臂悬挂等等都属于拖曳臂式悬挂，只是对其调教有所不同[3]。

这种悬架结构特点：左右纵向摇臂被一跟粗大的扭转梁焊接在一起，被焊接成H型的悬架整体安装在车身上，摇臂与车身只有两个连接点，所以装配起来也很简单。

这种悬架的最大的特点是两侧车轮空间大，车轮的外倾角不发生变化，轮胎磨损率低，避震器不出现弯曲，摩擦小，结构组成成本低简便。不足之处是操控性和舒适性均有限，承载性能差，抗侧倾能力较弱，刹车时除了车头较重会出现下沉外，同时拖曳臂悬挂的后轮也会往下沉平衡车身，无法提供精准的几何控制。

2.3 双横臂式悬架（双叉臂式悬挂）

双横臂悬架又称为双叉（双A）臂式悬挂，它大多选用两个上下不等长的叉臂，横向作用力用两个叉臂同时吸收，支柱只起到承载汽车车身重量的作用，所以横向刚度大。双叉臂式悬挂的上下两个A字形叉臂能精确地定位前轮的所有参数，当前轮转弯时，上下两个叉臂能同时吸收轮胎所受的横向力，加上两叉臂的横向刚度较大，所以转弯的侧倾较小。双叉臂式悬挂大多选用上下不等长叉臂（上短下长），让车轮在上下运动时可以自行改变外倾角同时减小轮距变化达到减小轮胎磨损的目的，并且能自动适应路面，使得轮胎接地面积增大，贴地性好。

双横臂悬架具有抗侧倾强，横向刚度大，轮胎与路面的贴合性好、可调区间大、抓地优越特点。所以纯正血统的跑车的前悬挂大多采用双叉臂式悬挂。但是受结构限制反应速度缓慢，横向安装空间增大，所以双叉臂一般都用在体形宽大的轿车或越野车上。

3汽车半主动悬架系统的发展趋向

3.1集成化

集成化是车辆悬架系统值得研究的一个方向。将对侧倾、垂直、俯仰等三维方向的控制系统实现集成化。另外就是充分结合主动控制、被动控制、半主动控制，使得它们的优点能够实现互补，根据频段不同应用对应的控制方法。想要做更高层次的改造就是集成化ABSCS和先进的悬架系统。对振动控制的发展，也进一步促进了器件和材料的迅速进展。而另一方面，新器件和新材料的发展反过来促进了振动控制的更广泛应用。将传感器、阻尼材料以及作动器做成统一的智能结构，这样有机结合了振动控制系统和结构，这也是未来悬架系统智能化未来新的研究方向。

3.2磁流变液阻尼器

可控制阻尼器的研究是半主动悬架系统研究中最为核心的。现阶段改变阻尼器系数的手段有两种，其一就是改变节流口大小，其二就是改变液体的粘度。对第一种方法的研究已经较为广泛，各种各样的专利和结构不断涌现。因为调节节流口是一种机械运动，其响应可靠性较低，并且具有一定的滞后性，另外可以调节的范围还很小等很多无法解决的问题。而第二种调节方法是利用磁场或者电场来改变阻尼，这种方式不仅简单，响应滞后性比较小，同时可靠性先对较高、可以调节的范围也很大，调节所需要消耗的功率较小等诸多优点，目前越来越受到人们的关注。但是，在悬架系统中应用该系统尚有很多问题需要解决。

随着各种功能材料的不断出现，比如形状记忆合金、磁（电）伸缩材料、磁流变液、电流变液等，已经有人在研究如何将这些功能材料应用到半主动控制装置当中去。已经有研究表明，使用磁、电流变体可以使得半主动悬架的阻尼特性得到一定的改变。美国Lord公司已经成功研究出用在结构抗震以及车辆座椅中的磁流变阻尼器。Spencer等人在试验结果的基础之上构建了磁流变液阻尼器有关的Bouce-Wen滞回模型。总而言之，近年来，工业界以及很多不同学科领域的研究者已经充分意识到磁流变液的理论价值和应用前景。

4结语

舒适性是轿车最重要的使用性能之一。舒适性与车身的固有振动特性有关，而车身的固有振动特性又与悬架的特性相关。所以，汽车悬架是保证乘坐舒适性的重要部件。同时，汽车悬架做为车架（或车身）与车轴（或车轮）之间作连接的传力机件，又是保证汽车行驶安全的重要部件。因此，汽车悬架往往列为重要部件编入轿车的技术规格表，作为衡量轿车质量的指标之一。

参考文献

[1]苗庆贵.汽车底盘构造与维修[M].北京：人民交通出版社，2001.

[2]孙培峰.汽车底盘构造与检修[M].杭州：浙江大学出版社，2007.

[3]秦民，万刚.轿车悬架技术现状及发展趋势[J].汽车研究与开发，2004（7）：27-29，45.

[4]高国生，杨绍普，郭京波.汽车悬架控制系统研究动态与展望[J].机械强度，2003，25（3）：279-284.

（作者单位：华晨汽车工程研究院）