文曌豪

摘 要：汽車懸掛系統(tǒng)是汽車車身與汽車輪胎之間支撐系統(tǒng)，其綜合多種作用力，決定著汽車的穩(wěn)定性、舒適性和安全性。然而，傳統(tǒng)汽車懸掛系統(tǒng)的剛度系數(shù)難以調節(jié)，使得汽車適應多種地形的能力較差?，F(xiàn)有新型的空氣懸掛系統(tǒng)能夠通過改變懸掛系統(tǒng)的剛性，但是其價格較為昂貴。本文從調節(jié)懸掛系統(tǒng)剛度系數(shù)的角度出發(fā)，創(chuàng)新設計一種彈性系數(shù)可調節(jié)的汽車懸掛系統(tǒng)，實現(xiàn)了對懸掛系統(tǒng)彈簧剛度系數(shù)的調節(jié)，有效解決汽車操縱性和穩(wěn)定性之間的矛盾。

關鍵詞：汽車懸掛系統(tǒng)；彈性系數(shù)可調節(jié)；操控性

中圖分類號：U463 文獻標識碼：A

0.前言

汽車懸掛系統(tǒng)作為連接汽車車輪與車身的機構，它主要任務之一就是抵消一部分車身震動對車內乘客或貨物帶來的沖擊，提高汽車的安全性和舒適性。汽車懸掛系統(tǒng)對汽車的操控性起著決定性的作用。在汽車理論中，汽車的操控性主要指的是其操縱穩(wěn)定性，而汽車的操縱穩(wěn)定性又包含兩部分內容：操縱性和穩(wěn)定性。操縱性指的是汽車能夠及時而且準確的根據(jù)駕駛員發(fā)出的轉向指令而轉向；穩(wěn)定性指的是汽車受到外部干擾后，能夠及時自行恢復正常行駛的方向。汽車操縱性和穩(wěn)定性既相互聯(lián)系又存在著矛盾。當汽車為了取得良好的穩(wěn)定性時，就需要大大緩沖汽車受到的外部震動，因此汽車懸掛系統(tǒng)的柔軟度就需要提高，然而柔軟度提升就意味著容易使汽車出現(xiàn)剎車點頭、啟動抬頭、以及更為嚴重的側傾等問題，進而影響汽車的操縱性。除此之外，汽車行駛在不同的路況下，對汽車懸掛系統(tǒng)的性能要求也不相同，如平坦路面時就需要操縱性好，坑洼路面時就需要穩(wěn)定性好。

現(xiàn)有的汽車懸掛系統(tǒng)通常都主要由彈性元件，減震器和傳力裝置組成，這三部分分別起著緩沖，減震和力的傳遞作用。絕大多數(shù)懸掛系統(tǒng)的彈性元件為套設在減震器上的單層螺旋彈簧。因為每個懸架彈簧均只有一個彈簧，而彈簧的彈性系數(shù)和最大形變量為一定的，所以就導致汽車的操縱性和舒適性很難同時保證。通過彈簧剛度的調整和減震器阻尼系數(shù)的調整，可以實現(xiàn)懸掛系統(tǒng)的半主動適應化。

現(xiàn)在新型的空氣懸掛系統(tǒng)能夠通過電動壓縮機來調控氣室中的空氣體積，從而改變懸掛系統(tǒng)的剛性來解決汽車行駛中操縱性與舒適性的平衡問題。但是因為空氣懸掛系統(tǒng)的價格較為昂貴，所以多用于高端豪華轎車或SUV。

有鑒于此，本文從調節(jié)懸掛系統(tǒng)剛度系數(shù)的角度出發(fā)，創(chuàng)新設計了一種彈性系數(shù)可調節(jié)的汽車懸掛系統(tǒng)，力求解決現(xiàn)有懸掛系統(tǒng)存在的問題，希望能對汽車懸掛系統(tǒng)的改進優(yōu)化設計有所指導意義。

2.彈性系數(shù)可調節(jié)式汽車懸掛系統(tǒng)

2.1彈性系數(shù)可調節(jié)式汽車懸掛系統(tǒng)的技術方案

當前，民用汽車懸掛系統(tǒng)從總體結構上可以分為獨立懸掛和非獨立懸掛兩大類。獨立懸掛系統(tǒng)是每一側的車輪都是單獨地通過彈性懸掛系統(tǒng)懸掛在車架或車身下面。其優(yōu)點是：質量輕，減少了車身受到的沖擊，并提高了車輪的地面附著力；可用剛度小的較軟彈簧，改善汽車的舒適性；可以使發(fā)動機位置降低，汽車重心也得到降低，從而提高汽車的行駛穩(wěn)定性；左右車輪單獨跳動，互不相干，能減小車身的傾斜和震動。不過，獨立懸掛系統(tǒng)存在著結構復雜、成本高、維修不便的缺點，同時因為結構復雜，會侵占一些車內乘坐空間。非獨立懸掛系統(tǒng)的結構特點是兩側車輪由一根整體式車架相連，車輪連同車橋一起通過彈性懸掛系統(tǒng)懸掛在車架或車身的下面。非獨立懸掛系統(tǒng)具有結構簡單、成本低、強度高、保養(yǎng)容易、行車中前輪定位變化小的優(yōu)點，但其舒適性及操縱穩(wěn)定性都相對較差。通過綜合對比，本彈性系數(shù)可調節(jié)式汽車懸掛系統(tǒng)采用獨立形式。如圖1所示，是本彈性系數(shù)可調節(jié)式汽車懸掛系統(tǒng)的結構示意圖。

彈性系數(shù)可調節(jié)汽車懸掛系統(tǒng)主要的結構就是彈性元件、減震器和傳力裝置。傳力裝置主要包括輪轂、推桿以及汽車上其他的部件等；彈性元件主要包括彈簧頂座，隔板，彈簧底座，主副彈簧等。彈簧頂座連接于汽車的車身，彈簧底座連接于汽車的輪轂，輪轂連接于車輪。隔板A和隔板B位于彈簧頂座和彈簧底座之間。減震器貫穿隔板，兩端分別連接于彈簧頂座和底座。主副彈簧為傳統(tǒng)的螺旋式彈簧，并套接在減震器上。在彈簧頂座，彈簧底座，隔板A和隔板B上均設置有與主副彈簧大小相適的環(huán)形槽，進而使主彈簧被卡接在隔板A和隔板B之間，副彈簧A被卡接在隔板A和彈簧底座之間，副彈簧B被卡接在隔板B和彈簧頂座之間。彈簧頂座上環(huán)形均布有3個推桿B，彈簧底座上環(huán)形均布有3個推桿A。推桿A和推桿B可在驅動力作用下分別伸縮長度至隔板A和隔板B，并抵接在相應的隔板上。推桿A和推桿B的長度可以獨立調節(jié)。

2.2彈性系數(shù)可調節(jié)式汽車懸掛系統(tǒng)的工作原理

對于汽車的懸掛系統(tǒng)，要保持其操縱性，就要使傳力裝置能夠迅速地把力傳遞給車身。當汽車在平坦的地面上行駛時，汽車需要維持輪胎與地面的貼合。這時，推桿A和推桿B分別抵接在隔板A和隔板B上，進而使副彈簧A和副彈簧B不受力。主彈簧接收到的力能夠迅速地通過隔板和推桿傳遞給車身，提高汽車的操縱性。當汽車在顛簸的地面上行駛時，汽車的懸掛系統(tǒng)需要吸收地面給車身帶來的顛簸。這時，推桿收縮，不再與隔板相連接，這時傳力裝置傳過來的力就會先被副彈簧A吸收，再被主彈簧吸，然后再次被副彈簧B吸收，最后再將力傳遞到車身，經(jīng)過3次吸收，真正傳遞到車身的力已經(jīng)較小，可以減少車身的顛簸，進而提高汽車的穩(wěn)定性。根據(jù)路面的顛簸情況，可以選擇使副彈簧A和副彈簧B同時受力，或一個副彈簧受力另一個不受力，實現(xiàn)多級調節(jié)。本彈性系數(shù)可調節(jié)式汽車懸掛系統(tǒng)的關鍵就是通過推桿和隔板的連接與否來調節(jié)彈簧系統(tǒng)的剛度系數(shù)。

3.結論與展望

本文創(chuàng)新設計了一種彈性系數(shù)可調節(jié)式汽車懸掛系統(tǒng)，其主要實現(xiàn)了兩點功能：

（1）通過調整推桿和隔板的抵接情況，進而使得主彈簧與副彈簧可以同時工作或分開工作，實現(xiàn)了對汽車懸掛系統(tǒng)彈簧剛度系數(shù)的調整，有效地解決了汽車操縱性和穩(wěn)定性之間的矛盾。

（2）本汽車懸掛系統(tǒng)的剛度系數(shù)可以實現(xiàn)四級調節(jié)，推桿A和推桿B可以分別獨立地調整長度抵接于隔板，進而使得本懸掛系統(tǒng)具有4種不同的剛度系數(shù)：①僅主彈簧受力時的剛度系數(shù)，②僅主彈簧和副彈簧A 受力時的剛度系數(shù)，③僅主彈簧和副彈簧B受力時的剛度系數(shù)，④彈簧，副彈簧A和副彈簧B同時受力時的剛度系數(shù)。通過多級調整彈簧剛度系數(shù)，本汽車懸掛系統(tǒng)能夠適應多種路況，滿足駕駛者對操縱性與舒適性的不同要求，更好的服務于大眾。

未來，可進一步研究主副彈簧剛度系數(shù)對汽車操縱性和穩(wěn)定性的影響，優(yōu)化主副彈簧剛度系數(shù)的配置，并優(yōu)化推桿的布置方式等，進一步提高該彈性系數(shù)可調節(jié)式汽車懸掛系的性能，使其更好為地使用者服務。

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