浅析汽车悬架技术发展

陈振强 梁烁

【摘 要】阐述了汽车悬架的发展历史和现状，着重分析了悬架的原理，给出了衡量悬架的性能指标，讨论了各种悬架的优缺点，并对未来悬架的发展做出了预测。

【关键词】汽车悬架；形式；特点；

概述

汽车悬架一般是由三部分组成：弹性元件、减振器、导向机构。其中弹性元件起缓冲作用，减振器具有消振功能，导向机构负责导向，它们一起负责力的传导。汽车悬架的功能概括的说有以下四个方面：①对车身的支撑作用；②吸收来自地面的冲击，保护车架和车身；③减少汽车的跳动；④使转向稳定，乘坐舒适。汽车悬架系统的性能是影响汽车行驶平顺性、操纵稳定性和安全性的重要因素。

1 悬架介绍

1.1汽车底盘由传动系、行驶系、转向系和制动系四部分组成。底盘作用是支承、安装汽车发动机及其各部件、总成，成形汽车的整体造型，并接受发动机的动力，使汽车产生运动，保证正常行驶。

1.2悬架系统定义

悬架系统就是指由车身与轮胎间的弹簧和避震器组成整个支持系统。

1.3汽车悬架形式

①根据悬架结构不同，可分为非独立悬架和独立悬架。

②根据悬架控制力，可分为被动悬架、半主动悬架和主动悬架。

③根据悬架控制方式，可分为机械控制悬架系统、电子控制悬架。

④根据对操控性、舒适性及成本不同的倾向策略，又可分为麦弗逊式独立悬挂、双叉臂式独立悬挂、单纵臂扭杆梁式半独立悬挂、连杆支柱式独立悬挂、多连杆式独立悬挂等国内常见的五种悬架。

2 常见悬架的分析

2.1麦弗逊式独立悬挂

麦弗逊式悬挂是当今世界用的最广泛的轿车前悬挂之一。麦弗逊式悬挂由螺旋弹簧、减震器、三角形下摆臂组成，绝大部分车型还会加上横向稳定杆。

2.1.1优势：

结构非常简单的一种，布置紧凑，节省空间，前轮定位变化小，具有良好的行驶稳定性，还能兼顾设计成本。所以，大部分的轿车前悬均采用这种结构，差别主要在选材和减震器、弹簧的调校上面。

2.1.2劣势：

行驶在不平路面时，车轮容易自动转向，故驾驶者必须用力保持方向盘的方向，当受到剧烈冲击时，减震器易造成弯曲，因而影响转向性能。

2.2双叉臂独立悬架

双叉臂式悬挂又称双A臂式独立悬挂，双叉臂悬挂拥有上下两个叉臂，横向力由两个叉臂同时吸收，支柱只承载车身重量，因此横向刚度大。双叉臂式悬挂的上下两个A字形叉臂可以精确的定位前轮的各种参数，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。

2.2.1优势：

横向刚度大；自动改变外倾角并且减小轮距变化减小轮胎磨损；自适应路面，轮胎接地面积大，贴地性好。

2.2.2劣势：

占用空间大，一般小型车无法布置

2.3多连杆悬挂

通过各种连杆配置（通常有三连杆，四连杆，五连杆），首先能实现双叉臂悬挂的所有性能，然后在双叉臂的基础上通过连杆连接轴的约束作用使得轮胎在上下运动时前束角也能相应改变，这就意味着弯道适应性更好，如果用在前驱车的前悬挂，可以在一定程度上缓解转向不足，给人带来精确转向的感觉；如果用在后悬挂上，能在转向侧倾的作用下改变后轮的前束角，这就意味着后轮可以一定程度的随前轮一同转向，达到舒适操控两不误的目的。跟双叉臂一样，多连杆悬挂同样需要占用较多的空间，而且多连杆悬挂无论是制造成本还是研发成本都是最高的所以常用在中高级车的后桥上。

2.3.1优势：

实现主销后倾角的最佳位置；改善加速和制动时的平顺性和舒适性；保证了直线行驶的稳定性；在车辆转弯或制动时，使后轮形成正前束，提高了车辆的控制性能，减少转向不足的情况。

2.3.2劣势：

调校比较困难，占用空间和成本上没有优势。

3 汽车悬架技术发展

随着生活水平的不断提高，用户对汽车舒适性的要求也越来越高，传统的汽车悬架系统已不能满足人们的要求。人们希望汽车车身的高度、悬架的刚度、减振器的阻尼大小能随汽车行驶速度以及路面状况等行驶条件的变化而自动调节，从而达到乘坐舒适性的提高。故各汽车及配件厂家对悬架技术不断的探索，产生了以下悬架技术及产品。

3.1半主动悬架

3.1.1磁流变液阻尼器

在半主动悬架系统研究中最关键的是可控制阻尼器的研究。目前，改变阻尼器系数的方法有两种，一种是改变节流口大小。另一种是改变液体的粘度。前一种方法的研究已经较为深入，各种结构和专利层出不穷。由于节流口的调节是一种机械运动，其响应滞后大、可靠性低、可调节范围小等不足是难以克服的困难。而后一种方法调节是通过电、磁场的改变阻尼，调节方法简单，响应滞后小，可靠性高、可调节范围大，调节消耗功率小等优点正逐步引起人们的关注。但是，将其应用在悬架系统中还有许多问题有待解决。

3.1.2连续可调减振器

连续可调减振器的阻尼调节可采取以下两种方式：

①节流孔径调节

早期的可调阻尼器主要是节流孔可实时调节的油液阻尼器。通过步进电机驱动减振器的阀杆，连续调节减振器节流阀的通流面积来改变阻尼，节流阀可采用电磁阀或其它形式的驱动阀来实现。这类减振器的主要问题是节流阀结构复杂，制造成本高。

②减振液粘性调节

使用黏度连续可调的电流变或磁流变液体作为减振液，从而实现阻尼无级变化，是当前的研究热点。电流变液体在外加电场作用下，其流体材料性能，如剪切强度、粘度等會发生显著的变化，将其作为减振液，只需通过改变电场强度，使电流变液体的粘度改变，就可改变减振器的阻尼力。

3.2主动悬架控制策略

3.2.1最优预见控制

最优预见控制是在最优控制的基础上加入路面信息前馈的成分。实际汽车系统的四轮输入激励总是存在一定的相关性，即设后轮的输入较前轮输入存在一个时间延迟。若将车轮前方的路面信息预先前馈给控制器，并在输出控制信号中加以考虑，以求系统的性能会得到大幅度的提高。预见控制在基本方法上分两类：第一类是将前悬架的状态信息作为后悬架的前馈信息，从而增强后悬架的以及系统整体的性能；第二类方法是测量汽车前方道路的路面信息，以此信息来控制悬架系统执行器的动作。由于第一类方法不需要增加路面信息传感器，只需从前悬架的状态中对路面信息加以估计，因而更具有现实可行性。

3.2.2自适应控制

自适应控制具有参数辨识功能，能适应悬架载荷和元件特性的变化自动调整控制参数，保持其性能最优。应用于车辆悬架系统自适应控制方法主要有模型参考自适应控制和自校正控制两类，其中自校正控制是目前应用较广的一类。采用自适应控制的车辆悬架阻尼减振系统能改善车辆的行驶特性。

参考文献：

[1]陈龙 半主动悬架系统设计及控制 机械工程学报 2005

[2]孙建民 汽车悬架系统的发展及控制技术研究现状 黑龙江工程学院学报 2001

（作者单位：保定市格瑞机械有限公司）