1.1 車(chē)輛懸架的作用及性能要求

1.1.1 車(chē)輛懸架

16世紀(jì)的四輪載人和載貨馬車(chē)為解決“路上感覺(jué)非常顛簸”的問(wèn)題，將車(chē)廂用皮帶吊在底盤(pán)的四根柱子上，就像翻過(guò)來(lái)的桌子一樣。因?yàn)檐?chē)廂是掛在底盤(pán)上的，所以人們漸漸將其稱(chēng)為“懸架（suspension）”，并沿用至今，以描述整個(gè)一類(lèi)的解決方案。車(chē)廂吊起式的懸架還不是一個(gè)真正的彈簧系統(tǒng)，但它確實(shí)使車(chē)廂與車(chē)輪的運(yùn)動(dòng)分離開(kāi)來(lái)。半橢圓形的彈簧設(shè)計(jì)（也稱(chēng)為車(chē)載彈簧）迅速取代了皮帶式的懸架。半橢圓形彈簧廣泛用在四輪或兩輪載人、載貨馬車(chē)上，并且通常在前、后軸上使用。不過(guò)，它們?nèi)菀自斐汕昂蠡蝿?dòng)，并且有較高的重心。當(dāng)動(dòng)力汽車(chē)面世時(shí)，人們陸續(xù)開(kāi)發(fā)出其他更高效的彈簧系統(tǒng)，使乘客享有更平穩(wěn)的行駛感覺(jué)。車(chē)輛懸架在現(xiàn)代汽車(chē)中的裝配，如圖1-1所示。

圖1-1 車(chē)輛懸架在汽車(chē)上的裝配圖

由汽車(chē)構(gòu)造可知，車(chē)輛底盤(pán)包含了位于車(chē)身下方的所有重要系統(tǒng)，其中包括：

1）車(chē)架——承載負(fù)荷的結(jié)構(gòu)性部件，用于支撐汽車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)和車(chē)身，而它本身車(chē)架由懸架支撐。

2）懸架系統(tǒng)——用于支撐重量、吸收和消除振動(dòng)以及幫助維持輪胎接觸的裝置。

3）轉(zhuǎn)向系統(tǒng)——使駕駛?cè)四軌虿倏剀?chē)輛方向的機(jī)械。

4）輪胎和車(chē)輪——利用抓地與路面的摩擦力使車(chē)輛能夠運(yùn)動(dòng)起來(lái)的部件。

因此，車(chē)輛懸架在任何車(chē)輛中都是主要系統(tǒng)之一。

1.1.2 車(chē)輛懸架的作用

在考慮汽車(chē)的性能時(shí)，通常會(huì)關(guān)注功率、轉(zhuǎn)矩和從靜止到100km/h加速時(shí)間等參數(shù)。但是如果駕駛?cè)藷o(wú)法操控汽車(chē)，那么活塞發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的所有動(dòng)力都將毫無(wú)用處。鑒于此，車(chē)輛工程人員在掌握了四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)后，立即就把注意力轉(zhuǎn)向了車(chē)輛懸架系統(tǒng)。

汽車(chē)懸架的工作是最大限度地增加輪胎與路面之間的摩擦力，提供能夠良好操縱的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性，以及確保乘客的舒適度。但由于道路往往并不平坦，即使是新鋪的高速公路，其路面也會(huì)有些微凹凸不平而對(duì)汽車(chē)車(chē)輪造成影響，路面將力作用在車(chē)輪上。根據(jù)牛頓第三定律，車(chē)輪也會(huì)給地面一個(gè)反作用力，力的大小取決于車(chē)輪顛簸的程度。總之，車(chē)輛在通過(guò)顛簸不平路面時(shí)，使車(chē)輪垂直于路面上、下運(yùn)動(dòng)，并使車(chē)輪產(chǎn)生一個(gè)垂直加速度。如果沒(méi)有一個(gè)居間結(jié)構(gòu)，所有車(chē)輪的垂直能量將直接傳遞給在相同方向上運(yùn)動(dòng)的車(chē)架。在此情況下，車(chē)輪會(huì)完全喪失與路面的接觸，然后在重力作用下再次撞回路面。因此，車(chē)輛需要一個(gè)能夠吸收垂直加速車(chē)輪的能量，使車(chē)輪順著路面上下顛簸的同時(shí)車(chē)架和車(chē)身不受干擾的系統(tǒng)，即懸架系統(tǒng)。

車(chē)輛行駛中的動(dòng)力學(xué)特性包括行駛特性和操縱特性，其中，車(chē)輛的行駛特性是指汽車(chē)平穩(wěn)駛過(guò)崎嶇不平的路面的性能；而車(chē)輛的操縱特性是指汽車(chē)安全地加速、制動(dòng)和轉(zhuǎn)彎的性能。這兩個(gè)特征可通過(guò)路面隔離性能、抓地性能和轉(zhuǎn)彎性能指標(biāo)要求來(lái)反映，如表1-1所示。

表1-1 路面隔離性能、抓地性能和轉(zhuǎn)彎性能指標(biāo)要求

車(chē)輛懸架及其各種部件提供了上面所述性能指標(biāo)要求，即路面隔離性能、抓地性能和轉(zhuǎn)彎性能的全部解決方案。

1.1.3 車(chē)輛懸架系統(tǒng)的性能要求

汽車(chē)懸架性能是影響汽車(chē)行駛平順性、操縱穩(wěn)定性和行駛速度的重要因素，在懸架的設(shè)計(jì)中應(yīng)滿足如下性能的要求：

1）保證汽車(chē)有良好的行駛平順性。為此，汽車(chē)應(yīng)有較低的振動(dòng)頻率，乘員在車(chē)中承受的振動(dòng)加速度應(yīng)滿足國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO2631-1—1997規(guī)定的人體承受振動(dòng)界限值。

2）有合適的減振性能。它應(yīng)與懸架的彈性特性很好匹配，保證車(chē)身和車(chē)輪在共振區(qū)的振幅小、振動(dòng)衰減快，使汽車(chē)具有良好的乘坐舒適性。

3）保證汽車(chē)有良好的操縱穩(wěn)定性。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)在車(chē)輪跳動(dòng)時(shí)，應(yīng)不使主銷(xiāo)定位參數(shù)變化過(guò)大，車(chē)輪運(yùn)動(dòng)與導(dǎo)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)應(yīng)協(xié)調(diào)，不出現(xiàn)擺振現(xiàn)象。轉(zhuǎn)向時(shí)整車(chē)應(yīng)有一些不足轉(zhuǎn)向特性。

4）汽車(chē)制動(dòng)和加速時(shí)能保持車(chē)身穩(wěn)定，減少車(chē)身縱傾（即“點(diǎn)頭”或“后仰”）的可能性。

5）能夠可靠地傳遞車(chē)身與車(chē)輪間的一切力和力矩，零部件質(zhì)量輕并有足夠的強(qiáng)度和壽命，保證車(chē)輛的正常行駛，并且能減少輪胎磨損等。