汽车车身悬置系统研究综述
摘要：车身悬置是汽车减振降噪的一种非常有效的方法。特别是对运输车辆而言，车身悬置在汽车的行驶平顺性和减振降噪上起到了非常大的改善作用。本文总结了车身悬置系统的种类及其特点，分析了国内外在车身悬置理论研究、工程应用和方法创新上的研究现状。同时还列举了一些先进的研究成果，提出了悬置系统发展的方向，对悬置系统的今后的发展有一定的参考价值。悬置系统是连接车身与车架的机构总成，其主要作用有固定作用、限位作用、隔振作用和保护作用这四个方面。车辆在行驶的过程中其受到的激励主要包括路面激励和发动机振动激励。当该激励与车辆的固有频率达到一致时，乘员舒适性以及车身对运载装备的完好率都会大大降低，因此从悬置连接结构匹配方法出发，提高车辆的平顺性、安全性、可靠性以及结构的通用化水平是行之有效的方式。汽车悬置发展到现在种类丰富，也各有优缺点。按控制方式悬置可分为主动控制悬置、被动控制悬置和半主动控制悬置。而主动控制悬置和半主动控制悬置需要在汽车设计之初进行设计，并且成本高，工艺复杂，所以现在车辆上基本上都是使用被动悬置。主要有多点支撑式、普通副车架式、管梁固定式、管梁、弹性支承复合固定式这几种。多点支撑式是在车架的主要载荷承受部位点处安装橡胶块作为减振支撑点，也就是在整车模态节点处，即振动最小区域安装。该悬置方式易于操作，但是连接处承载过于集中，对悬置的性能要求比较高，所以该方式一般用于轻型厢式货车上。普通副车架式，就是在车架的上方增加一个副车架，与车架刚性连接，上部与上装结构用螺栓紧固。其最大的优势在于能够由副车架在车辆行驶过程中承担部分扭矩。但是其对上装部分的减振效果并不好，劣势逐渐显现，因此它的使用也越来越少。管梁固定式，主要基于圆管扭转承载能力，由等半径的管梁和横向翼梁组成。翼梁均匀分布在管梁上与管梁刚性连接。管梁与车架使用三点支撑法用附梁与之进行连接。以车架在各种工况综合最小变形的点为管梁的中性面支撑点，其中在中性面的支撑点使管梁和车架刚性连接，中性支撑点前后的两个支撑点连接要限制管梁的轴向位移和垂直位移，使其只能发生轴向转动。研究表明，改变管梁的壁厚对厢体固有频率的影响较大。管梁、弹性支承复合固定式，是将管梁和副车架结合使用，将管梁的减小扭转力矩和副车架能使上装离地高度不至于过高的优势均凸显。但是结构复杂，工艺要求高。
一般情况下悬置系统在长期使用后会出现的失效形式主要有：悬置软垫损坏、悬置支架损坏、悬置梁的扭曲或断裂。悬置软垫的损坏一般都是对于橡胶块作为弹性支承而言。车辆在越野路面行使时，车身上下加速度比较大，悬置元件的压缩量过大，长期以往会产生损坏。该失效形式多出现在多点支撑式和管梁、弹性支承复合固定式悬置上。悬置支架损坏主要是因为其接受悬置软垫的上下软垫的压缩回弹的反作用力，支架的疲劳强度不够导致的损坏。这种失效形式多出现在剪切式橡胶块悬置形式中。悬置梁的扭曲或断裂主要是管梁式悬置和普通副车架式悬置可能导致的损坏。副车架和管梁式悬置在工作中，承担了车架的一部分扭转力，时间长后会导致扭曲变形超过其弯曲强度而变形或者断裂。在对悬置系统进行优化改进的过程中，应将理论知识与计算机软件结合，应用有限元分析，对改进悬置系统后的整车进行模型建立、模态分析和系统耦合分析，然后进行可靠性试验，可大大提高优化效率。悬置系统的研究在国外已经有了很长一段时间，早在上个世纪三四十年代就已经有了悬置的研究。发展到现在已经逐步形成了成熟的悬置振动理论体系，并且有很多研究成果已经实验和工程研制生产出来，拥有比较完善的系统。而国内在悬置系统的研究上起步比较晚，但是这些年来也取得了非常大的进步。已经逐步形成了“设计-开发试验”一体化的悬置研究技术。在理论、试验以及实际应用中也取得了显著成就。在理论研究上，1939 年 C.E.Iliffe 就已经提出了悬置设计基本准则；五十年代 H.C.Harrison 和 M.Horovitz 用六自由度解耦理论来对悬置系统进行计算；2000 年，Seonho.Cho. 以能量法解耦理论对动力总成悬置进行解耦优化设计等等。这些理论的出现，对国内外悬置的发展具有奠基石的意义。国内东森汽车有限公司唐建华对越野车悬置元件进行了三向刚度计算，并进行有限元仿真分析和刚度实际测试证明了其刚度的可靠性。工程应用和产品使用上，国内长城 SUV、北京切诺基SUV 均采用 12 点悬置支撑方式。EQ2050 4伊4 型越野汽车的车身与车架采用多点橡胶支撑形式，其橡胶刚度设计综合考虑车架的固有频率和振动节点的分布，达到了既保障结构的刚度又优化上装振动的目的。东风 EQ140、北京130 和解放 CA141 等车辆则使用四点支撑悬置结构。马自达 6 轿车副车架悬置衬套为两体结构，该结构易于保证操纵稳定性所需要的刚性，又能达到舒适性的目的。在悬置研究创新上，2003 年 Madjlesi R 等基于振动传递函数对车身悬置的隔振进行了优化分析。上海交通大学的曾斌通过对悬置的失效形式分析并加以自己创新的想法对悬置进行改进。最后通过隔振原理分析了振动以及振源，并加以设计，实现了 20%隔振率传递方案的最优化；同济大学的丁玉兰和军交运输研究所的岳惊涛从柔性抗扭转梁所受扭转力分析，提出了在承载平台上建立支撑元件的两种悬置方案的柔性车梁，分析计算得到其固有频率；2011 年吉林大学郝赫用有限元结合动力学方法研究，提出了有限元和模态缩成理论，虽然该方法误差大，效果并不好，但是在悬置研究创新上也起到了很大的作用。随着各大汽车厂商和相关人员对悬置发展的重视程度的提高，悬置的创新及优化研究肯定会发展的越来越快。计算机和虚拟技术的使用也会大大提高悬置改进的效率和研究方法的多元化。悬置系统未来的发展应该会朝着三个方面进行。第一是动力学模型的建立会更加复杂化，考虑的自由度更多，对子系统的耦合分析更细致；第二是悬置系统会多极化发展，将其减振的优势发挥到更好。第三是各悬置形式系列化、标准化，可提供完整而准确的参数，以便用户根据需要进行选择直接匹配就可以使用。作者单位：（陆军军事交通学院研究生管理大队，天津 300161；于军事交通学院运输研究所，天津 300161） 著作权归作者所有，欢迎分享，未经许可，不得转载
首次发布时间：2023-03-13
最近编辑：1年前
作者推荐
