秦雷

0引言

汽車行駛的平順性和操縱穩(wěn)定性是衡量懸掛性能好壞的主要指標(biāo)。目前汽車消費(fèi)者已逐漸將汽車行駛的平順性和操縱穩(wěn)定性指標(biāo)作為選擇汽車的一個(gè)重要參考因素，汽車行駛的平順性和操縱穩(wěn)定性技術(shù)已從不同角度越來(lái)越多地影響人們的生產(chǎn)和生活。

現(xiàn)今的車輛懸掛應(yīng)具有良好的乘坐舒適性，懸掛的動(dòng)態(tài)變形小的特性，對(duì)任何輸入的響應(yīng)都很快的特性。新世紀(jì)以來(lái)，乘坐舒適性要求近乎苛求，同時(shí)又要求操控穩(wěn)定底盤性能，多連桿懸掛便應(yīng)時(shí)而生。多連桿懸掛可以達(dá)到其他懸掛方式所達(dá)不到的性能要求，即便其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零件精度高，制造成本增加，由于其綜合性能上的優(yōu)異表現(xiàn)，目前在所有懸掛中占據(jù)主流。

1多連桿懸掛結(jié)構(gòu)介紹

多連桿懸掛通常是由五根連桿及一減振器組成，即兩根上控制臂、兩根下控制臂，再加上一轉(zhuǎn)向桿及一減振系統(tǒng)，而懸掛一側(cè)以球接頭與車身連接，另一側(cè)以球接頭與轉(zhuǎn)向節(jié)臂(knuckle)相連，而彈簧減振器也使用球接頭連接與下控制臂與車身之間，轉(zhuǎn)向節(jié)臂則通過(guò)一旋轉(zhuǎn)接頭與輪胎相連，故轉(zhuǎn)向節(jié)臂與輪胎之間僅允許相對(duì)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，為了方便分析，將轉(zhuǎn)向桿視為地桿，由于此型之多連桿懸掛是由雙橫臂式懸掛衍生而來(lái)，且因各有兩根上控制臂及兩根下控制臂，所以形成一虛擬的主銷中心線，此主銷中心線為一瞬間的旋轉(zhuǎn)軸，隨著懸掛的位置而變化。傳統(tǒng)懸掛因受主銷中心線的限制，導(dǎo)致若干設(shè)計(jì)參數(shù)受到了影響，而多連桿懸掛則擁有一瞬間的主銷中心線，突破這層障礙。轉(zhuǎn)向節(jié)臂在三維空間上的位移被控制臂與轉(zhuǎn)向桿所限制，當(dāng)汽車行駛時(shí)，外力由輪胎傳至懸掛，一部分由彈性接頭吸收，而另一部分則由減振器來(lái)吸收，此懸掛有一個(gè)自由度，因此此機(jī)構(gòu)唯一獨(dú)立輸入變數(shù)來(lái)自減振器，且機(jī)構(gòu)的位置由減振器的長(zhǎng)短唯一決定。

一般研究多連桿懸掛虛擬主銷中心線分析，有三種方法。其一是簡(jiǎn)單圖解幾何運(yùn)算，此方法雖簡(jiǎn)單，但準(zhǔn)確度低，并受限制，無(wú)法精確地分析多連桿懸掛的運(yùn)動(dòng)。其二是利用Finite center analysisby curve fitting，定位輪胎上下接觸面，并分別求得位移曲線，再利用線性 (curve fitting)求出圓心，連接兩圓心即求得理論主銷中心線，此種方法雖比前種準(zhǔn)確，但誤差仍較大。其三是使用瞬時(shí)螺旋軸定理，利用這種方法來(lái)求主銷中心線時(shí)，一次只可求出一個(gè)位置，而懸掛的運(yùn)動(dòng)復(fù)雜，包含輪胎的上下跳動(dòng)及轉(zhuǎn)向等，若要將懸掛所有位置都求出，那將會(huì)是一個(gè)非常耗時(shí)且耗力的工作。

經(jīng)過(guò)各種文獻(xiàn)的廣泛收集，并且加以分析整理，發(fā)現(xiàn)各類型的多連桿懸掛有以下諸多優(yōu)點(diǎn)：第一，多連桿懸掛由于設(shè)計(jì)自由度較大，故易于控制外傾角(camber angle)、滾動(dòng)中心(roll center)及俯仰控制中心(pitching center)等懸掛參數(shù)，降低轉(zhuǎn)向連桿的負(fù)荷，減小轉(zhuǎn)向力，因側(cè)風(fēng)及路面不平造成的車身敏感度下降，并保證輪胎的回復(fù)力。第二，輪胎在上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，因懸掛結(jié)構(gòu)的影響，致使車輪側(cè)滑量變化輕微，從而輪距變化較小，可以降低輪胎的磨損，減少主銷偏移量(kingpin offset)，使驅(qū)動(dòng)力(driving force)的影響降低。第三，多連桿懸掛由于所需的裝配空間較小，因此可降低汽車底盤并增大發(fā)動(dòng)機(jī)艙空間，并可提供較大的后傾角(caster angle)，故可提升轉(zhuǎn)彎性能。第四，多連桿懸掛由于其結(jié)構(gòu)的關(guān)系，可在剎車時(shí)產(chǎn)生前束(toe-in)的效果，進(jìn)而提高剎車的操控性能，提高行車的安全性。多連桿懸掛是目前最為先進(jìn)的懸掛結(jié)構(gòu)。

多連桿懸掛雖然有上述優(yōu)點(diǎn)，但有一些缺點(diǎn)也需要注意。第一，此種懸掛為達(dá)到其他懸掛方式達(dá)不到的性能要求，故其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，設(shè)計(jì)難度高。第二，其零件精度要求較高，維修困難，費(fèi)用高，相對(duì)其他型式懸掛，成本增加很多。第三，多連桿懸掛所使用的接頭為彈性旋轉(zhuǎn)接頭，若此彈性接頭的剛性低則轉(zhuǎn)向的精確度會(huì)受到影響，若剛性太高又會(huì)降低駕乘舒適性。但綜合而言，仍是目前最佳的懸掛，發(fā)展極具潛力。

2多連桿懸掛依機(jī)構(gòu)形式分類

多連桿懸掛直到目前為止，并無(wú)一明確清楚的定義，故本文經(jīng)廣泛收集多連桿懸掛文獻(xiàn)，包含論文、學(xué)術(shù)期刊及專利公報(bào)等，參照分類法原則，依機(jī)構(gòu)的形式進(jìn)行分類，將其分為雙橫臂式衍生的多連桿懸掛、麥弗遜式衍生的多連桿懸掛及特殊構(gòu)型的多連桿懸掛，并依其懸掛的不同機(jī)構(gòu)類型及特性予以進(jìn)一步的探討，詳述如下。

2.1雙橫臂式衍生的多連桿懸掛

一般常見的多連桿懸掛，以機(jī)構(gòu)的型式區(qū)分可分為上下控制臂分離式、下控制臂分離式及上控制臂分離式三種，這里不作贅述。

2.2麥弗遜式衍生的多連桿懸掛

此型懸掛是由麥弗遜式懸掛衍生而來(lái)。麥弗遜式懸掛 (MacPherson strut suspension)又稱支柱式懸掛，常用于小客車的前懸掛上，支柱上端利用橡膠件把持在車身上，支柱下端與轉(zhuǎn)向節(jié)相連，減振器為圓柱型，安裝在支柱部位。此新型的懸掛于1977年首先由德國(guó)的寶馬汽車公司(BMW)研發(fā)完成，雖然其機(jī)構(gòu)較簡(jiǎn)單，但是已為多連桿懸掛的發(fā)展揭開了序幕，此懸掛構(gòu)造簡(jiǎn)單，占用的空間較小，但是當(dāng)路面較顛簸時(shí)，車輛容易跑偏，且若汽車靜止不動(dòng)或速度較慢時(shí)，所需的轉(zhuǎn)向力也較大。為了彌補(bǔ)不足，麥弗遜式衍生的多連桿懸掛便應(yīng)運(yùn)而生，最初結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，為了最佳后傾角，并彌補(bǔ)麥弗遜式懸架系統(tǒng)的不足，改以雙下控制臂代替原來(lái)的單下控制臂。此種機(jī)構(gòu)的兩端分別與車身及轉(zhuǎn)向節(jié)臂相接，且雙下控制臂與轉(zhuǎn)向節(jié)臂相接的位置必須要上下對(duì)齊排列，此構(gòu)型的懸掛除了可得到最佳后傾角外，亦可避免當(dāng)汽車靜止不動(dòng)或速度較慢時(shí)，轉(zhuǎn)向力較大的問(wèn)題。此新型的懸架系統(tǒng)于1977年首先由德國(guó)的寶馬汽車公司(BMW)研發(fā)完成，雖然其機(jī)構(gòu)較簡(jiǎn)單，但是已為多連桿懸架系統(tǒng)的發(fā)展揭開了序幕。

2.3特殊結(jié)構(gòu)多連桿懸掛

根據(jù)不同車輛的一些特殊用途，也產(chǎn)生多種特殊構(gòu)型的多連桿懸掛。

3多連桿懸掛依年代區(qū)分

多連桿懸掛的發(fā)展已有二十多年的歷史了，早在1977年，德國(guó)的寶馬汽車(BMW)就已開始使用麥弗遜式多連桿懸掛，只是當(dāng)時(shí)并無(wú)此名稱，一直到1983 年奔馳系列車(Mercedes Benz)首先將多連桿懸掛這個(gè)概念應(yīng)用于W201 車型上，并大大地改善了懸掛的性能，因此多連桿懸掛這個(gè)名詞才慢慢受到矚目。自1988 年起，許多學(xué)者開始多方面研究，范圍包括雙橫臂式衍生的多連桿懸掛、麥弗遜式衍生的多連桿懸掛及特殊構(gòu)型的多連桿懸掛等各種類型。研究于1991年至1995 年達(dá)到頂峰，其后因懸掛的性能提升及設(shè)計(jì)上的問(wèn)題等因素，故其發(fā)展慢慢著重于上下控制臂分離式多連桿懸掛。

4多連桿懸掛依地區(qū)區(qū)分

全世界從事車輛多連桿懸掛研究之地區(qū)涵蓋歐美亞三大洲，亞洲包含日本、韓國(guó)、中國(guó)及埃及，其中以日本投入的研究最多，且多集中在雙橫臂式衍生的多連桿懸掛，從事廠商包括日產(chǎn)汽車(Nissan)、馬子達(dá)汽車(Mazda)、三菱汽車(Mitsubishi) 、本田汽車(Honda) 、本田汽車(Toyota)等。而韓國(guó)方面也投入相當(dāng)多的研究，從事廠商為現(xiàn)代汽車公司(Hyundai)。歐美各國(guó)汽車廠也廣泛針對(duì)各類型的多連桿懸掛進(jìn)行研究，但還是以雙橫臂式衍生的多連桿懸掛為主，包括德國(guó)的寶馬汽車公司(Bayerische Motoren WerkeGmbH)、奔馳汽車(Mercedes Benz)、Holland NewayInternational, Inc. 與瑞典的富豪汽車(Volvo)等。

5結(jié)束語(yǔ)

本文完成車輛多連桿懸掛相關(guān)的分類，簡(jiǎn)單了解各類型懸掛的演變及其構(gòu)型。架系統(tǒng)性能提升有許多方法，以結(jié)果來(lái)說(shuō)，主動(dòng)式懸掛可算是性能最好的懸掛，但因其能量消耗過(guò)大、成本費(fèi)用高、占用空間大、元件重量重等問(wèn)題，使主動(dòng)式懸掛較不具商業(yè)價(jià)值，而多連桿懸掛則不需要額外的能量消耗，并可兼顧各種懸掛參數(shù)，從而達(dá)到其他懸掛方式所達(dá)不到的性能要求，因此多連桿懸掛將成為未來(lái)汽車懸掛發(fā)展的主流。由所收集之文獻(xiàn)可以看出，本文所述的懸掛主要以雙橫臂式衍生的多連桿懸掛為主，其中又以上下控制臂分離式多連桿懸掛為發(fā)展趨勢(shì)，由于此懸掛的虛擬主銷中心線設(shè)計(jì)自由度還比其他兩者大，因此最具發(fā)展?jié)摿Α?/p>

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