货车的前后悬架结构研究与分析
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摘要 货车悬架机构，非独立式钢板弹簧悬架应用为前悬架，同非独立式悬架分为主、副弹簧部分构成应用为后悬架。首先确认设计对象悬挂的结构形式，确定悬架结构件的各部位主要参数，规划前悬挂的结构设计方案、许用应力、采用的金属材料和钢板弹簧的类型及降低振动的原件的材质与类型。接下来校核后悬挂的钢板弹簧的刚度及刚度比例分配值，分析主副钢板弹簧在后悬架中的结构布局。采用多个自由度，来应用计算机编程计算预估后悬架的平顺性与舒适度，今儿判断后悬挂结构的舒适与平顺性是否通过设计初衷及人体工程学，今儿有利于提高汽车操控性。
关键词 货车；悬挂结构；钢板式弹簧；平顺性；舒适性
中图分类号 U46 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2014）112-0089-02
货车载货同时，货车制造商与购车顾客对货车都期盼更高的稳定性与舒适性。货车前后悬挂结构的改进与发展成为研究主题。货车悬挂是货车操控与承载及涉水、通过复杂路况的最核心部位，是货车设计与制造过程中必须要重点研究对象。货车前后悬挂结构发展是在现代设计方法中增加前后悬架的柔韧度、回弹性、超强度与高刚度，同时减轻前后悬架的全部质量，延长延后悬架的使用寿命和节能减排，同时提高货车时速，提高物流效率。
承载与非承载式车身的货车前后悬挂都是车桥与车架之间连接装置用来传递动力的部件的总称。货车车桥上安装着车架，因为车速变化产生的加速度造成货物及乘员因途径路面不平坦造成整车上下弹动，根据分析、设计、安装好合适的科学的前后悬架可消除此类因外力造成的整车弹动。前后悬架包括导向机构、减震装置、和弹性元件三者构成，前后悬挂分为独立悬挂和非独立悬挂。前后悬挂将车身与车桥用弹性连接件联接，是货车行驶中遇到各种路况都可以保持稳定、保证操控的一致性，缓冲并吸收各种外部因素造成的车轮不规则跳动对车桥的连续震动与不断外力冲击，进而使货车承载保持完好。
车架与车轮通过汽车前后悬架进行弹性联接，来降低汽车高速运动对应各种路况产生的缓冲与震动，前后悬架由各类型弹簧、液压臂筒、轻质金属支撑杆件构成，利用多种机械构件来吸收和缓冲制动力、牵引力、纵向反力、垂直反力及径向切应力，综上所述的力叠加产生的力矩，使汽车在行驶中保持平顺，在行驶途中转向时，车轮基于车架跳动，货车轮毂的行驶轨迹必须按照设计要求行进，所以货车悬挂规导了货车车轮以符合要求的轨迹相对于货车车架跳动。既要符合货车行驶操纵的稳定性，又要求满足货车驾驶员或车厢装载货物的安全和舒适性，这就对货车前后悬挂的设计提出了较难达到的完美规范，货车良好的机械操控性能会降低货车的舒适性，而良好的舒适性使得弹簧软，货车制动“点头”急加速“抬头”和普通速度就会产生的过弯严重侧倾，会严重影响货车的转向。现在货车行驶姿态被动的由货车前后悬挂的减振器、弹性元件、导向机构等机械零件被动接受行驶路面的实时路况来变化，属于被动悬架，未来普及应用的货车主动悬架可以主动控制货车行驶中的车身姿态和控制垂直振动，智能化的根据货车自身工况和实时路况进行前后悬架刚度的自动调整。
货车典型非独立悬挂设计为两侧左右轮毂由同一根整体轴硬连接，通过车身和货车前后悬架相连，在实际行驶工况中当一侧车轮在外力影响下上下跳动会同时直接影响另一侧车轮在垂直方向上相反运动，弹性元件由钢板弹簧构成，同时具有导向作用，货车与大型客车及轿车后悬挂上广泛应用，机械结构简单、经济造价成本低、维修维护简单。但是货车非独立悬挂通常由于采用非簧载而质量过大，使得货车高速行驶时前后悬挂承受的加速度运动载荷冲击过大，造成货车前后耸动，货车的行驶平顺性不好。货车非独立悬挂主要特点是：悬挂机械结构简单、机械零件少、后期维修维护简单、满足货车大吨位重载、强度高耐用性好、高速过弯时货车整体侧倾角度下降、因为车轮定位精度高延长轮胎使用寿命、驾驶人员乘坐舒适性低因为非独立悬挂重量大、行驶中车身左右相互影响易产生摆动与颤动。
货车独立悬挂应用的是断开式车桥，货车左右车轮通过自身所在的悬挂位置和车身进行连接，在行驶工况中货车任意一侧车轮受到外力影响产生上下弹跳运动，对相应的另一侧车轮不会造成影响。货车安装独立悬架，特别是前悬架为独立悬架，可以使货车前轮在很大的垂直空间内上下跳动，方便高速转向，而且货车选择采用独立悬挂，发动机可以降低安装高度，进而使得降低货车重心，在高速行驶时获得更高的行驶速度与稳定性，便于应用较软弹簧元件提高货车行驶舒适性，货车采用独立悬架非簧质量大大减小，增加了货车行驶时车轮的地面附着力，提高了雨雪天安全性。
货车前后悬挂必须充分符合货车的多功能性运载要求，例如罐车、冷藏车、拖车、救援车、矿山车辆等，所以货车的前后悬挂设计需要保证货车具有领号的操控稳定性；在满载或超荷时也要求货车加速和制动时能确保货车车身的行驶姿态稳定，降低车身仰头或点头，在过弯时要求车身侧倾角度需在安全范围内；车身在高速行驶过程中保证合适的衰减振动性能；悬挂设计机械结构紧凑、占用空间少；精确计算车身即车架与车轮间的所有力与力矩的可靠传递性，保证悬挂整套零部件的高质量和高强度与使用寿命。
货车前后悬挂在整车中应保证良好的平顺性，良好的平顺性是由前后悬挂的簧载质量构成的振动系统的固有频率。悬挂固有频率根据国标（ISO2631《人体承受全身振动的评价指南》），货车前后悬挂振动频率与人体步行时承受身体上下运动的频率接近。前后悬挂采用固有频率会避免造成货车车身角振动。货车满载静止时悬挂上载荷与悬挂刚度之比成为货车的悬挂静挠度；货车从满载静平衡位置开始悬挂压缩到结构允许最大变形，车轮中心相对车架的垂直位移称为货车的悬挂动挠度。货车悬挂必须满足足够大的动挠度，才可以防止在非铺装路面行驶碰撞缓冲块。悬挂弹性分为有线性弹性域非线性弹性，货车常用的钢板弹簧非独立悬挂均视为线性。
货车行驶高速过弯时，前后悬挂侧倾角刚度的配置会改变前后轮的侧向偏角数值，会造成货车转向特性的影响，需要考虑货车悬挂侧倾角刚度在前后轴上的分配，悬挂侧倾角刚度是簧上质量产生单位侧倾角时悬挂给车架的弹性恢复力矩。
参考文献
[1]张正智.中国货车丛书.北京理工大学学报，1998，6.
[2]蒋立盛.汽车设计手册.整车.底盘卷，长春汽车研究所，1998，5.
[3]吴宗泽主编.机械设计师手册，北京：机械工程出版社，2002.