浅谈汽车平顺性对悬架系统的要求

2.3 非簧载质量 影响汽车平顺性的另一个悬架指标是非簧载质量。汽车 的总质量可以分为簧载质量与非簧载质量两部分。由弹性元 件承载的部分质量， 如车身、 车架及其它所有弹簧以上的部件 和载荷属于簧载质量。车轮、 转向节、 非独立悬架的车轴等属 于非簧载质量。 如果减小非簧载质量可使车身振动频率降低， 而车轮振动频率升高， 这对减少共振， 改善汽车的平顺性是有 利的。非簧载质量对平顺性的影响，常用非簧载质量和簧载 质量之比 m/M 进行评价， 此比值越小越佳。表 2 列出了几种 典型悬架的非簧载质量与簧载质量的比例关系。 表 2 几种典型悬架的非簧载质量与簧载质量的比例关系
c1
。 但微型轿车因轴距短使后排座椅接近后轮， 为了改善后排乘
客的舒适性， 常常将后悬架设计的偏软些。表 1 为各类汽车的 偏频值和静、 动挠度值的一般取值范围， 对于舒适性要求高的汽 车的偏频值取下限， 而对于货车考虑到前后轴荷的差别和避免 司机疲劳， 前后静挠度值之比要更大些。 表 1 各类汽车的偏频值和静、 动挠度值的一般取值范围
式中： g-重力加速度； f-悬架静挠度； M-悬架簧载质量 2.1 悬架刚度 悬架刚度 （C=Mg/f） 是指悬架产生单位垂直压缩变形所需 加于悬架上的垂直载荷， 从固有频率公式可以看出， 在悬架垂 直载荷一定时， 悬架刚度越小， 固有频率就越低。但悬架刚度 越小，载荷一定时悬架垂直变形就越大。这样若没有足够大 * 轿车的静挠度为车内有 3 人时。
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振动将会延续很长时间， 使乘客感到不舒服。因此， 悬架中一 定要有减振的阻尼力。对于选定的悬架刚度，只有恰当地选 择阻尼力才能充分发挥悬架的缓冲减振作用。 对于一个带有线性阻尼减振器的悬架系统可以用相对阻 尼比来评价阻尼的大小或振动衰减的快慢程度。它表达为：
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浅谈汽车平顺性对悬架系统的要求
□ 张双利 程 崇
074000） （保定长城华北汽车有限责任公司 摘 河北・保定
要：通过分析影响汽车平顺性的悬架主要参数及评价指标， 阐明了悬架系统影响汽车平顺性的主要因素及
改进对策， 为汽车悬架系统在设计时提供了借鉴， 为提高新产品舒适性、 顾客满意度及产品质量有重要意义。 关键词：平顺性 稳定性 悬架 簧载质量 中图分类号：TQ153 1 引言 汽车平顺性主要是保持汽车在行驶过程中产生的振动和 冲击环境对乘员舒适性的影响在一定界限之内，因此平顺性 主要根据乘员主观感觉的舒适性来评价，对于载货汽车还包 括保持货物完好性， 他是现代高速汽车的主要性能之一。 2 汽车平顺性影响因素分析 汽车平顺性可由图 1 所示的 “路面—汽车—人” 系统的框 图来分析。 路面不平度和车速形成了对汽车振动系统的输入， 此输入经过轮胎、 悬架、 座垫等弹性、 阻尼元件和簧载质量、 非 簧载质量构成的振动系统的传递，得到振动系统的输出时簧 载质量或进一步经座椅传至人体的加速度，此加速度通过人 体对振动的反应——舒适性来评价汽车的平顺性。当振动系 统的输出作为优化的目标时，通常还要综合考虑车轮与路面 间的动载和悬架弹簧的动挠度，他们分别影响行驶安全性和 撞击悬架限位的概率。 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2010）02-021-02 的限位行程，就会使撞击限位块的概率增加。若固有频率选 取过低， 很可能会出现纵向角振动、 转弯侧倾角过大等影响行 驶安全的问题。 悬架的侧倾角刚度和悬架的垂直刚度之间是正比关系， 减小垂直刚度的同时使侧倾角刚度随之减小。当汽车受侧向 力作用发生车身侧倾时， 若侧倾角过大， 乘客会感到不舒适、 降低行车安全感； 如侧倾角过小， 车身受到横向冲击较大， 平 顺性较差， 乘客也会感到不舒适， 司机路感也不好。整车侧倾 角刚度应满足：当车身受到 0.4g 侧向加速度时，其侧倾角在 2.5°～ 4°范围内，前悬架侧倾角刚度应大于后悬架侧倾角刚 度，汽车有一定不足转向特性。一般前悬架侧倾角刚度与后 悬架侧倾角刚度比应在 1.4 ～ 2.6 范围内， 如前后悬架本身不 能满足上述要求或为了提高乘坐舒适性，可在前后悬架中加 装横向稳定杆，在不增加垂直刚度的前提下提高汽车操纵稳 定性。 2.2 悬架的静挠度 悬架的静挠度直接影响车身振动的偏频 （汽车前、 后部分 车身的固有频率） ， 在选取前、 后悬架静挠度值时， 应当使之接 近， 并希望后悬架的静挠度 f c2 比前悬架的静挠度 f c1 小些， 这有 图1 汽车前后悬架与其簧载质量组成的振动系统的固有频率， 是影响汽车行驶平顺性的主要参数之一。它由悬架刚度和簧 载质量所决定。 人体所习惯的垂直振动频率约为 1 ～ 1.6Hz。 车身振动的固有频率应接近或处于人体适应的频率范围，才 能满足舒适性要求。固有频率按下式计算： 利于防止车身产生较大的纵向角振动， 推荐取 f c2= （0.8 ～ 0.9） f
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[3] 余志生. 汽车理论 [M]. 北京： （第 3 版） 机械工业出版社， 2000. [4] 张洪欣. 汽车设计 [M]. 北京： （第 2 版） 机械工业出版社， 1995.
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k-悬架阻尼元件的阻力系数 上式表明， 减振器的阻尼作用除与其阻尼系数 k 有关外， 也与悬架刚度及簧载质量有关。不同刚度和不同质量的悬架 系统匹配时会产生不同的阻尼效果。 为了获得良好的平顺性， 典型的相对阻尼比如表 3 所示。 表 3 汽车悬架的偏频及相对阻尼比
汽车轴荷随整车装载质量不同而变化，尤其对于载货汽 车的后悬架， 空满载时的轴荷相差甚远， 如果在预期的载荷变 化范围之内悬架具有定刚度， 即悬架的弹性特性是线性的， 则 可能满载时满足偏频要求而空载时偏频过大使平顺性降低， 或者是空载时满足偏频要求而满载时动挠度过小，使行驶过 程中频繁撞击限位块。为了解决这一矛盾，大客车的悬架与 载货汽车的后悬架常采用空气弹簧、 变刚度钢板弹簧的办法， 使其具有非线性的弹性特性，使空载和满载固有频率保持一 定或很小变化。图 2 所示为理论上的理想弹性特性，具有这 种特性的悬架， 在任意载荷状况下， 系统的固有振动频率都保 持不变， 即： 对于不同的道路情况，要求的阻尼力也不尽相同。行驶 在平坦的良好路面时， 要求悬架有小的阻尼， 行驶在坏路时， 则要求有较大的阻尼。此外，现代汽车的减振器在压缩行程 和伸张行程的阻尼系数 k 值也不一样，为充分发挥弹簧在压 缩行程中作用， 常把压缩行程的阻尼比设计得比伸张小， 约为 伸张行程的 1/2 左右。 液压减振器通过阀系的合理设计， 可以方便的实现非线性 阻尼特性， 其阻尼力可以随活塞与钢筒相对运动的方向、 速度 以及二者之间的相对位置而变化。在设计载荷位置附近增加 减振器液的附加通道， 以便在良好路面行驶时， 使阻尼系数较 小以获得良好的平顺性， 同时保证在大行程时还能提供足够的 式中 P0——设计载荷， N； CS0——设计载荷下的悬架刚度， N/mm； f——悬架的挠度， mm。 阻尼力。 3 结束语 通过对 “路面—汽车—人” 系统的框图来分析影响汽车平 顺性的悬架主要参数及评价指标，在进行悬架系统参数设计 时， 除考虑汽车行驶平顺性外， 还要综合考虑对汽车的操纵稳 定性、 纵向稳定性的影响， 并采取措施， 在确保行车安全性的 前提下提高行驶平顺性。
参考文献： [1] 刘惟信. 汽车设计[M]. 北京： 清华大学出版社， 2001. [2] 林秉华. 最新汽车设计实用手册[M]. 黑龙江： 黑龙江人民出版 社， 2005. 图2 2.4 相对阻尼比 影响汽车平顺性的另一重要指标是相对阻尼比 。 当汽车 悬架仅有弹性元件而无摩擦或减振装置时，汽车悬挂质量的