1.1 车辆悬架的作用及性能要求

1.1.1 车辆悬架

16世纪的四轮载人和载货马车为解决“路上感觉非常颠簸”的问题，将车厢用皮带吊在底盘的四根柱子上，就像翻过来的桌子一样。因为车厢是挂在底盘上的，所以人们渐渐将其称为“悬架（suspension）”，并沿用至今，以描述整个一类的解决方案。车厢吊起式的悬架还不是一个真正的弹簧系统，但它确实使车厢与车轮的运动分离开来。半椭圆形的弹簧设计（也称为车载弹簧）迅速取代了皮带式的悬架。半椭圆形弹簧广泛用在四轮或两轮载人、载货马车上，并且通常在前、后轴上使用。不过，它们容易造成前后晃动，并且有较高的重心。当动力汽车面世时，人们陆续开发出其他更高效的弹簧系统，使乘客享有更平稳的行驶感觉。车辆悬架在现代汽车中的装配，如图1-1所示。

图1-1 车辆悬架在汽车上的装配图

由汽车构造可知，车辆底盘包含了位于车身下方的所有重要系统，其中包括：

1）车架——承载负荷的结构性部件，用于支撑汽车的发动机和车身，而它本身车架由悬架支撑。

2）悬架系统——用于支撑重量、吸收和消除振动以及帮助维持轮胎接触的装置。

3）转向系统——使驾驶人能够操控车辆方向的机械。

4）轮胎和车轮——利用抓地与路面的摩擦力使车辆能够运动起来的部件。

因此，车辆悬架在任何车辆中都是主要系统之一。

1.1.2 车辆悬架的作用

在考虑汽车的性能时，通常会关注功率、转矩和从静止到100km/h加速时间等参数。但是如果驾驶人无法操控汽车，那么活塞发动机产生的所有动力都将毫无用处。鉴于此，车辆工程人员在掌握了四冲程发动机技术后，立即就把注意力转向了车辆悬架系统。

汽车悬架的工作是最大限度地增加轮胎与路面之间的摩擦力，提供能够良好操纵的转向稳定性，以及确保乘客的舒适度。但由于道路往往并不平坦，即使是新铺的高速公路，其路面也会有些微凹凸不平而对汽车车轮造成影响，路面将力作用在车轮上。根据牛顿第三定律，车轮也会给地面一个反作用力，力的大小取决于车轮颠簸的程度。总之，车辆在通过颠簸不平路面时，使车轮垂直于路面上、下运动，并使车轮产生一个垂直加速度。如果没有一个居间结构，所有车轮的垂直能量将直接传递给在相同方向上运动的车架。在此情况下，车轮会完全丧失与路面的接触，然后在重力作用下再次撞回路面。因此，车辆需要一个能够吸收垂直加速车轮的能量，使车轮顺着路面上下颠簸的同时车架和车身不受干扰的系统，即悬架系统。

车辆行驶中的动力学特性包括行驶特性和操纵特性，其中，车辆的行驶特性是指汽车平稳驶过崎岖不平的路面的性能；而车辆的操纵特性是指汽车安全地加速、制动和转弯的性能。这两个特征可通过路面隔离性能、抓地性能和转弯性能指标要求来反映，如表1-1所示。

表1-1 路面隔离性能、抓地性能和转弯性能指标要求

车辆悬架及其各种部件提供了上面所述性能指标要求，即路面隔离性能、抓地性能和转弯性能的全部解决方案。

1.1.3 车辆悬架系统的性能要求

汽车悬架性能是影响汽车行驶平顺性、操纵稳定性和行驶速度的重要因素，在悬架的设计中应满足如下性能的要求：

1）保证汽车有良好的行驶平顺性。为此，汽车应有较低的振动频率，乘员在车中承受的振动加速度应满足国际标准ISO2631-1—1997规定的人体承受振动界限值。

2）有合适的减振性能。它应与悬架的弹性特性很好匹配，保证车身和车轮在共振区的振幅小、振动衰减快，使汽车具有良好的乘坐舒适性。

3）保证汽车有良好的操纵稳定性。导向机构在车轮跳动时，应不使主销定位参数变化过大，车轮运动与导向机构运动应协调，不出现摆振现象。转向时整车应有一些不足转向特性。

4）汽车制动和加速时能保持车身稳定，减少车身纵倾（即“点头”或“后仰”）的可能性。

5）能够可靠地传递车身与车轮间的一切力和力矩，零部件质量轻并有足够的强度和寿命，保证车辆的正常行驶，并且能减少轮胎磨损等。