浅谈汽车悬架的发展趋势

轻型汽车技术20109总253技术纵横L9浅谈汽车悬架的发展趋势余久锋宁波跃进汽车前桥有限公司摘要本文对汽车悬架的种类、现状、问题进行分析，理出了某发展趋势的思路。关键词汽车悬架发展趋势1汽车与悬架11汽车分类我国汽车新分类方法中，将汽车分为商用车和乘用车两大类。商用车，包括客车货车半挂牵引车客车非完整车辆即以前的客车底盘货车非完整车辆即以前的货车底盘乘用车，涵盖了轿车、微型客车和不超过9座的轻客基本型乘用车多功能车MPV运动型多用途车SUV交叉型乘用车如微型客车12悬架悬架是车架或承载式车身与传统意义车桥或车轮之间传力连接装置的总称。它的最主要功用是把路面作用于车轮上的垂直反力支承力、纵向反力牵引力与制动力和侧向反力以及由这些反力所造成的力矩传递到车架或承载式车身上，并缓和汽车行驶过程中因路面不平所造成的冲击，衰减由此引起的承载系统的振动，以保证汽车的行驶平顺性。为此必须在悬架总成中提供弹性联接元件悬架弹簧以达到缓冲的目的，并设置阻尼元件减振器来吸收振动能量。因而可将汽车视为是由悬挂质量、非悬挂质量、弹簧、阻尼器组成的振动系统，承受来自不平路面等的激励。另外，悬架总成中确保车轮与车架或车身之间所有力和力矩可靠传递，并决定车轮相对于车架或车身的位移特性的连接装置统称为导向机构。导向机构决定了车轮跳动时的运动轨迹和车轮定位参数的变化情况，以及汽车前后侧倾中心和纵倾中心的位置，从而在很大程度上影响着整车的操纵稳定性和抗纵倾能力。1悬架按导向装置形式分为独立悬架、半独立悬架、非独立悬架非独立悬架的车轮装在一根整体车轴的两端，当一侧车轮受到冲击时，会直接影响另一侧车轮，使整个车身振动或倾斜，汽车的平顺性和舒适性较差。但由于构造较简单，承载力大，工作可靠，目前仍有多数商用车前后悬和部分乘用车的前后悬架采用这种型式。典型的结构是纵置钢板弹簧悬架。独立悬架的车轴分成两段，每只车轮独立地安装在车架F或车身两侧，当一边车轮发生跳动时，另一边车轮不受波及，汽车的平顺性和舒适性好。同时由于独立悬架的簧载质量小，可提高车轮的附着性能。现代乘用车前后悬架大都采用了独立悬架，高端商用车也采用了独立悬架，并已成为一种趋势。但与非独立悬架相比，独立悬架构造相对复杂，成本相对高见图1。典型的独立悬架如双横臂悬架、麦弗逊悬架。2O技术纵横轻型汽车技术20109总253一陛一图1非独立悬架与独立悬架半独立悬架，结构上属于非独立悬架，但它又具备一些独立悬架的性能见图2。这种悬架最典型的代表是单纵臂扭转梁整体桥悬架。这种悬架的扭转梁与纵臂的连接点越靠近车轮中心轴线，就越接近非独立悬架的特性，车子的抗侧倾能力好，但舒适性就差；扭转梁越靠近纵臂与车身的连接点，这种悬架就越接近独立悬架的特性如帕萨特B5和老款奥迪A6，车子的舒适性就越好，但转弯时候的侧倾也更大一些。如果扭转梁与纵臂的连接点和纵臂与车身的连接点重合，这种悬架就成为绝对的独立悬架。图2半独立悬架2悬架按性能是否可变分为不可变悬架和可变悬架不可变悬架是指刚度和阻尼都不能变化的悬架；可变悬挂是指通过手动或车辆自动改变悬挂的刚度和或阻尼以适应工况行驶需求的悬架。目前市面上主流的可变悬挂主要有三种形式空气悬挂、液压悬挂和电磁悬挂。3悬架按控制力作用原理分为被动悬架、半主动悬架、主动悬架被动悬架即传统式的悬架，指刚度和阻尼都不能随路况、车速等而变，无做功能力无额外做动力的悬架，由弹簧、减振器、导向机构等组成。其中弹簧主要起减缓冲击力的作用，减振器的主要作用是衰减振动。这种悬架是由外力驱动而起作用的。由于被动悬架设计的出发点是在满足汽车平顺性和操纵稳定性之间进行折衷，对于不同的使用要求，只能是在满足主要性能要求的基础上牺牲次要性能。被动悬架的优点是成本低、有较高的可靠性。缺点是无法解决同时满足平顺性和操纵稳定性之间相矛盾的要求。主动悬架是能够根据簧载质量的振动加速度，利用电控部件主动地控制汽车振动悬架刚度和阻尼的悬架，同时能控制车身的启动和制动时的仰俯、转弯时的侧倾，还能主动调节离地间隙，提高不同路面的通过性。因此，能同时满足汽车行驶平顺性和操纵稳定性的要求。可以认为主动悬架是可变悬架的高端部分。主动悬架是具有做功能力的悬架。它通常包括产生力和力矩的主动作用器液压缸、汽缸、伺服电机、电磁铁等、测量元件加速度、位移、力传感器等和控制器等。主动悬架和被动悬架效果图见图3。半主动悬架，是指刚度和阻尼之一能随路况、车速等变化调节，但无做功能力无额外做动力的悬架。由于是无做功能力，在汽车转向、制动等工况时，不能对刚度和阻尼进行有效控制。其优缺点介于被动悬架与主动悬挂之间。4悬架按是否电子控制分为非电控悬架、电控悬架一般地说，将半主动悬架、主动悬架等借助电子控制技术对汽车使用过程中力求使悬架系统保持最佳状态的悬架系通称为电控悬架。电磁悬架也常称为磁流变液减震器悬架，是电控悬架的一种。磁流变液，简称MRFLUID是一种新型智能材料。它可用于智能阻尼器即磁流变液减震器，制成阻尼力连续顺逆可调的新一代商L生能、智能化减振装置。该装置结构简洁，功耗极低，控制应力范围大并可实现对阻尼力的瞬间精确控制。且对轻型汽车技术20109总253技术纵横21供培油液|I出油液L搀培油渡调节譬捧出油液图3主动悬架和被动悬架效果示意图杂质不敏感。工作温度范围宽，可在一50140C内的设计方法CADCAECAT进行运动学分析、动工作。磁流变液减震器可以直接通过普通低伏电源力学分析、虚拟试验技术，基本做到了最优化。人们F一般的蓄电池供电，避免高伏电压带来的危险和还希望现代悬架除了要求保证其基本性能，还致力不便。与传统的汽车减振器相比，其运动部件大为减于提高汽车行驶安全性和乘坐舒适性，即车身高少，几乎无碰撞，故噪声低。度、悬架刚度、减振器阻尼能随汽车行驶速度以及不同的悬架有不同的舒适性和操稳性；不同车路面状况等行驶条件的变化而自动调节，从而达到型对悬架也有不同的要求。提高乘坐舒适性的目的，同时保证操纵稳定性。从2形势与问题国家经济发展计划中，国民经济总量和人均量到2020年翻两番，同时强调扩大内需是基本国策。这预示着未来若干年，我国经济将继续保持又好又快的发展趋势，这成为汽车市场进一步扩大的前提，中国汽车市场将随国民经济发展出现倍增效果。一方面，经济增长必然带来交通运输的增长，汽车运输在其中的比例也会上升，尤其在广大农村，更蕴藏着经济增长和汽车运输增长的正向累加增长的效果；另一方面，从各国经济发展的经验看，当一个国家人均GDP超过1000美元时，汽车开始进人消费时代，而达到3000至10000美元时，将进入汽车消费快速发展时期。2009年，我国人均GDP已超过3000美元，表明我国已进入汽车消费迅速增长阶段。21传统汽车悬架系统不能满足人们的要求随着我国经济的发展，人们生活质量不断提高，用户对汽车舒适性的要求越来越高，传统的汽车悬架系统已不能满足人们的要求。人们希望现代悬架结构要进一步节能、轻量化，这方面，人们借助先进这方面看，不管悬架如何分类，电子化、智能化，控制有效、能耗低、造价合理的电控悬架将是悬架发展的一个方向，电子化、智能化同时成为汽车产品先进性的重要体现。现代悬架向高附加值、高性能和高质量方向发展。汽车工业是一把双刃剑，在给社会经济带来巨大贡献的同时，环保、能源、交通等方面受到多重压力与诟病。能源方面，工业化带来前所未有的能源紧张，而中国作为后期国家，正处于能源消耗增长期，已成为石油净进口国；环境方面，汽车带来的污染越来越受关注；交通方面，安全问题日益突出。低碳新能源汽车将是眼下汽车发展的趋势。22悬架专业企业研发能力不适应技术发展的需要除了钢板弹簧悬架设计及应用比较成熟以外，其他悬架技术的应用绝大部分还处于车型引进、仿制或直接购买产品的阶段，或者仅对零件进行修改性开发，还停留在来图加工、适应性研发的水平，核心技术没有掌握在自己手中。更谈不上模块化一系统集成和同步开发。同样是“汽车关键总成、零部轻型汽车技术20109总253技术纵横23新能源汽车方面有些优势如同济大学新能源汽车工程中心万钢为中心主任研发的纯电动世博场馆车和燃料电池观光车，用于世博会约1000辆。据行家分析，未来三年内上海新能源汽车产业规模将达到近千亿元人民币。我公司作为以轻型商用车车桥悬架为特色的专业厂家，须把握机遇，积极参与新能源汽车的研发，在悬架经济、节能、高效、轻量化、电子化、智能化方面探讨新的突破，积极主动寻找替代品，同时防止替代品的威胁传统照相机被数码相机替代，是替代品威胁的鲜活例子，尤其在轻型商用车方面有所作为。同济大学提出的“自供能电动主动悬架”非常贴合“节能与新能源汽车”领域趋势，不失为悬架开发的一个研发探讨方向。企业应进一步争取政府在涉及新能源汽车推广节能、高效、轻量化、低碳经济方面对企业在研发、生产环节的支持力度。33悬架系统集成涵盖了车桥零部件本文所提及的车桥，是指在车架或车身与车轮之间，传递各种力和力矩的装置有别于传统意义上的车桥。“车桥”包括悬架系统的弹性元件如扭杆弹簧、螺旋弹簧、阻尼元件如减震器、控制元件如上下摆臂、制动系统的制动元件如制动器、制动盘、轮毂、转向系统元件如转向节转向节臂、车轴系统行驶系统零部件如前梁、后梁、副车架、车轴、传动系统零部件如传动轴、差速器、桥壳。因此，悬架系统集成设计技术实际上要涉及“车桥”所包含的零部件，其中包括了悬架弹性元件、制动元件等安全件，也包括NVH振动、噪声、平顺性等关键技术。3一培育悬架专业企业研发以整车企业为引导，世界知名零部件企业为标杆，高校科研院所支持，政府相应资金倾斜，扶持悬架专业企业，推进悬架专业企业的同步开发，最终实现悬架开发技术与竞争实力的提升。35成本控制如何缩短产品研发周期，研发适用、高技术含量、高附加值的高端零部件，保住利润空间，成为汽车零部件企业面对成本压力首先要考虑的一个问题。悬架电子化、智能化、能耗低、成本造价合理的电控悬架开发是悬架专业企业需要突破的问题。另外，从设计上，运用价值工程思维，重视产品质量先期策划，减少质量问题与索赔；从作业管理上，削减非增值作业检验、在制、库存等，增加必要的监控、实施精细化管理，注意成本差异分析，也是成本控制中必须实施的环节。4总结汽车市场保持旺盛，汽车需求日益高端化、电子化、多样化，同时节能、高效、轻量化、低碳经济是趋势，悬架专业企业需抓住有利时机，形成研发能力，将悬