汽车悬架运动学与动力学概述

28. 汽车悬架运动学与动力学概述

赵盛　　刘向　　赵景山＊　　冯之敬　

(清华大学精密仪器与机械学系，北京，100084)

摘要：本文首先对汽车悬架类型及其当前的应用状况作了概述，指出常用的汽车悬架类型，分析了汽车车轮定位参数的作用。然后，对悬架刚体运动学及弹性运动学的研究内容、研究方法及实验方法作了简要概述。目前的研究主要集中在ADAMS/CAR软件仿真和实验验证上。在与实验结果相符合的程度上，悬架弹性运动学的分析结果要优于刚体运动学的分析结果。最后论述了悬架动力学的主要研究内容和研究方法。目前悬架系统动力学的研究重点是考虑悬架系统非线性特性的非线性动力学和主动(半主动)悬架的控制策略及动力学特性研究。

关键词：车辆工程，悬架，运动学，动力学

２８．１　引言　

汽车悬架是连接车架(或承载式车身)与车桥(或车轮)之间的一切装置的总称，其结构通常包括弹性元件、减振器及导向机构三个部分，并辅设有缓冲块和横向稳定器[1]。汽车悬架对汽车的操纵稳定性和行驶平顺性具有直接的影响。研究悬架的运动学及动力学，提高悬架的动力学性能，对改善汽车驾驶及乘坐舒适性具有十分重要的意义。

悬架的运动学主要研究车轮上下跳动过程中，汽车车轮定位参数的变化情况。包括刚体运动学和弹性运动学两个方面。通常使用ADAMS/CAR软件进行仿真并与实验结果相验证。刚体运动学模型简单，但与实验结果相差较远。弹性运动学与实验结果相符程度较高，但建模复杂，尤其是橡胶元件行为复杂，分析难度高。悬架的动力学以悬架系统弹性特性和阻尼特性为研究重点，分析车身-悬架-车轮三者组成的系统的振动特性。悬架系统动力学中的非线性问题是其研究的难点，也是重点。

２８．２　悬架发展技术现状　

２８．２．１　悬架类型概述　

悬架通常按导向机构的结构特点分为非独立悬架和独立悬架两大类。介于二者之间，还有一种通常应用于汽车后悬架的半独立悬架——拖曳臂式悬架(又称复合纵臂式后支持桥悬架)[2][3]。非独立悬架的结构特点是两侧的车轮由一根整体式车桥相连，车轮连同车桥一起通过弹性悬架悬挂在车架或车身的下面，当一侧车轮跳动时会影响另一侧车轮的运动[1]。独立悬架则是每一侧的车轮单独地通过弹性悬架悬挂在车架或车身的下面，因此两侧车轮的跳动相对独立，互不影响[1]。在拖曳臂式半独立悬架中，两侧车轮的拖曳臂通过一根扭转梁连接，因而可使两侧车轮的运动具有一定的独立性[3]。

非独立悬架的结构形式通常为工字梁悬架，其弹性元件可以为纵置钢板弹簧、螺旋弹簧、空气弹簧以及油气弹簧等[1][3]。目前，非独立悬架主要应用于载货汽车，大客车以及一些全轮驱动的多用途车[2]。 随着汽车速度的不断提高，非独立悬架已不能满足汽车行驶平顺性和操纵稳定性等方面提出的要求[1]，因此，独立悬架在现代汽车上得到了广泛的应用。

独立悬架的结构类型很多，包括单横臂式独立悬架、双横臂式独立悬架(含双叉臂式独立悬架)、单纵臂式独立悬架、双纵臂式独立悬架、烛式悬架、扭杆悬架、单斜臂式独立悬架(又称斜置单臂式独立悬架)、

麦弗逊悬架(又称滑柱连杆式独立悬架)、改进的麦弗逊悬架(又称滑柱摆臂式独立悬架)以及多连杆悬架等

[1][2][3]。目前实际应用于汽车前悬的独立悬架主要有双横臂式独立悬架、麦弗逊悬架和多连杆悬架；应用于汽车后悬的独立悬架主要有双横臂式独立悬架、单斜臂式独立悬架、麦弗逊悬架和多连杆悬架[1][3]。多连杆悬架是一种新兴的汽车悬架，在现代汽车中的应用越来越广泛，遍及轿车、赛车、客车以及重载车型等

[3][4][5][6][7]。多连杆悬架通常采用3～5 根连杆将转向节与汽车底盘相连接，这些连杆共同控制着转向节的运动轨迹。通过合理地设计连杆的结构参数，多连杆悬架能精确地控制汽车车轮的位置，获得其他悬架难以实现的高操纵稳定性和行驶平顺性[5]并减小轮胎磨损[3]，此外还为解除悬架与转向机构之间的运动耦合提供了可能[6][7]。

拖曳臂式悬架作为一种半独立悬架，在一些轿车的后悬上也获得了较多的应用。此外，多轴汽车还多采用平衡悬架，包括等臂式平衡悬架和摆臂式平衡悬架[1]。

悬架根据其刚度和阻尼是否可调，又可分为被动悬架、半主动悬架和主动悬架。被动悬架的刚度和阻尼均不可调，半主动悬架的阻尼可调但刚度不可调，主动悬架的刚度和阻尼均可调[1]。半主动悬架和主动悬架是控制技术在汽车悬架上应用的结果，通过主动调节悬架的性能来获取最佳减振状态，提高乘坐舒适性。国外很多公司已开展了对半主动悬架和主动悬架的研究试验，并逐渐应用于实际车辆上[1]。王国丽、顾亮等综述了车辆主动悬架技术的现状，并指出了其发展方向[8]。

２８．２．２　　车轮定位参数　

汽车车轮的定位参数是用来描述汽车车轮的空间位置和姿态的一组参数。对于转向轮，定位参数主要有车轮外倾角、主销后倾角、主销内倾角以及前束；对于后轮，定位参数主要有车轮外倾角与前束[1][9][10]。合理地设置车轮的定位参数，可使汽车具有良好的操纵 …… 此处隐藏：13532字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……