弹性系数可调节式汽车悬挂系统的创新设计

文曌豪

摘 要：汽车悬挂系统是汽车车身与汽车轮胎之间支撑系统，其综合多种作用力，决定着汽车的稳定性、舒适性和安全性。然而，传统汽车悬挂系统的刚度系数难以调节，使得汽车适应多种地形的能力较差。现有新型的空气悬挂系统能够通过改变悬挂系统的刚性，但是其价格较为昂贵。本文从调节悬挂系统刚度系数的角度出发，创新设计一种弹性系数可调节的汽车悬挂系统，实现了对悬挂系统弹簧刚度系数的调节，有效解决汽车操纵性和稳定性之间的矛盾。

关键词：汽车悬挂系统；弹性系数可调节；操控性

中图分类号：U463 文献标识码：A

0.前言

汽车悬挂系统作为连接汽车车轮与车身的机构，它主要任务之一就是抵消一部分车身震动对车内乘客或货物带来的冲击，提高汽车的安全性和舒适性。汽车悬挂系统对汽车的操控性起着决定性的作用。在汽车理论中，汽车的操控性主要指的是其操纵稳定性，而汽车的操纵稳定性又包含两部分内容：操纵性和稳定性。操纵性指的是汽车能够及时而且准确的根据驾驶员发出的转向指令而转向；稳定性指的是汽车受到外部干扰后，能够及时自行恢复正常行驶的方向。汽车操纵性和稳定性既相互联系又存在着矛盾。当汽车为了取得良好的稳定性时，就需要大大缓冲汽车受到的外部震动，因此汽车悬挂系统的柔软度就需要提高，然而柔软度提升就意味着容易使汽车出现刹车点头、启动抬头、以及更为严重的侧倾等问题，进而影响汽车的操纵性。除此之外，汽车行驶在不同的路况下，对汽车悬挂系统的性能要求也不相同，如平坦路面时就需要操纵性好，坑洼路面时就需要稳定性好。

现有的汽车悬挂系统通常都主要由弹性元件，减震器和传力装置组成，这三部分分别起着缓冲，减震和力的传递作用。绝大多数悬挂系统的弹性元件为套设在减震器上的单层螺旋弹簧。因為每个悬架弹簧均只有一个弹簧，而弹簧的弹性系数和最大形变量为一定的，所以就导致汽车的操纵性和舒适性很难同时保证。通过弹簧刚度的调整和减震器阻尼系数的调整，可以实现悬挂系统的半主动适应化。

现在新型的空气悬挂系统能够通过电动压缩机来调控气室中的空气体积，从而改变悬挂系统的刚性来解决汽车行驶中操纵性与舒适性的平衡问题。但是因为空气悬挂系统的价格较为昂贵，所以多用于高端豪华轿车或SUV。

有鉴于此，本文从调节悬挂系统刚度系数的角度出发，创新设计了一种弹性系数可调节的汽车悬挂系统，力求解决现有悬挂系统存在的问题，希望能对汽车悬挂系统的改进优化设计有所指导意义。

2.弹性系数可调节式汽车悬挂系统

2.1弹性系数可调节式汽车悬挂系统的技术方案

当前，民用汽车悬挂系统从总体结构上可以分为独立悬挂和非独立悬挂两大类。独立悬挂系统是每一侧的车轮都是单独地通过弹性悬挂系统悬挂在车架或车身下面。其优点是：质量轻，减少了车身受到的冲击，并提高了车轮的地面附着力；可用刚度小的较软弹簧，改善汽车的舒适性；可以使发动机位置降低，汽车重心也得到降低，从而提高汽车的行驶稳定性；左右车轮单独跳动，互不相干，能减小车身的倾斜和震动。不过，独立悬挂系统存在着结构复杂、成本高、维修不便的缺点，同时因为结构复杂，会侵占一些车内乘坐空间。非独立悬挂系统的结构特点是两侧车轮由一根整体式车架相连，车轮连同车桥一起通过弹性悬挂系统悬挂在车架或车身的下面。非独立悬挂系统具有结构简单、成本低、强度高、保养容易、行车中前轮定位变化小的优点，但其舒适性及操纵稳定性都相对较差。通过综合对比，本弹性系数可调节式汽车悬挂系统采用独立形式。如图1所示，是本弹性系数可调节式汽车悬挂系统的结构示意图。

弹性系数可调节汽车悬挂系统主要的结构就是弹性元件、减震器和传力装置。传力装置主要包括轮毂、推杆以及汽车上其他的部件等；弹性元件主要包括弹簧顶座，隔板，弹簧底座，主副弹簧等。弹簧顶座连接于汽车的车身，弹簧底座连接于汽车的轮毂，轮毂连接于车轮。隔板A和隔板B位于弹簧顶座和弹簧底座之间。减震器贯穿隔板，两端分别连接于弹簧顶座和底座。主副弹簧为传统的螺旋式弹簧，并套接在减震器上。在弹簧顶座，弹簧底座，隔板A和隔板B上均设置有与主副弹簧大小相适的环形槽，进而使主弹簧被卡接在隔板A和隔板B之间，副弹簧A被卡接在隔板A和弹簧底座之间，副弹簧B被卡接在隔板B和弹簧顶座之间。弹簧顶座上环形均布有3个推杆B，弹簧底座上环形均布有3个推杆A。推杆A和推杆B可在驱动力作用下分别伸缩长度至隔板A和隔板B，并抵接在相应的隔板上。推杆A和推杆B的长度可以独立调节。

2.2弹性系数可调节式汽车悬挂系统的工作原理

对于汽车的悬挂系统，要保持其操纵性，就要使传力装置能够迅速地把力传递给车身。当汽车在平坦的地面上行驶时，汽车需要维持轮胎与地面的贴合。这时，推杆A和推杆B分别抵接在隔板A和隔板B上，进而使副弹簧A和副弹簧B不受力。主弹簧接收到的力能够迅速地通过隔板和推杆传递给车身，提高汽车的操纵性。当汽车在颠簸的地面上行驶时，汽车的悬挂系统需要吸收地面给车身带来的颠簸。这时，推杆收缩，不再与隔板相连接，这时传力装置传过来的力就会先被副弹簧A吸收，再被主弹簧吸，然后再次被副弹簧B吸收，最后再将力传递到车身，经过3次吸收，真正传递到车身的力已经较小，可以减少车身的颠簸，进而提高汽车的稳定性。根据路面的颠簸情况，可以选择使副弹簧A和副弹簧B同时受力，或一个副弹簧受力另一个不受力，实现多级调节。本弹性系数可调节式汽车悬挂系统的关键就是通过推杆和隔板的连接与否来调节弹簧系统的刚度系数。

3.结论与展望

本文创新设计了一种弹性系数可调节式汽车悬挂系统，其主要实现了两点功能：

（1）通过调整推杆和隔板的抵接情况，进而使得主弹簧与副弹簧可以同时工作或分开工作，实现了对汽车悬挂系统弹簧刚度系数的调整，有效地解决了汽车操纵性和稳定性之间的矛盾。

（2）本汽车悬挂系统的刚度系数可以实现四级调节，推杆A和推杆B可以分别独立地调整长度抵接于隔板，进而使得本悬挂系统具有4种不同的刚度系数：①仅主弹簧受力时的刚度系数，②仅主弹簧和副弹簧A 受力时的刚度系数，③仅主弹簧和副弹簧B受力时的刚度系数，④弹簧，副弹簧A和副弹簧B同时受力时的刚度系数。通过多级调整弹簧刚度系数，本汽车悬挂系统能够适应多种路况，满足驾驶者对操纵性与舒适性的不同要求，更好的服务于大众。

未来，可进一步研究主副弹簧刚度系数对汽车操纵性和稳定性的影响，优化主副弹簧刚度系数的配置，并优化推杆的布置方式等，进一步提高该弹性系数可调节式汽车悬挂系的性能，使其更好为地使用者服务。

参考文献

[1]李少迅.可变汽车悬挂系统[P].中国：2015202862474，2015.

[2]李峥杰，崔夏菁.汽车半现代悬挂技术研究综述[J].山东工业技术，2016（12）：233-233.

[3]张伟.奔驰GLC新技术剖析（四）[J].汽车维修技师，2016（2）：22-26.endprint