汽车悬架常见故障分析

　　摘要：汽车悬架是连接车架与车桥之间传力装置的总称。它一般由导向机构、弹性元件及减振器3部分组成。用来传递车轮和车架（或车身）之间的一切力和力矩，缓和、抑制路面对车身的冲击和振动，保证汽车行驶的平顺性和操纵稳定性。文章介绍汽车关键结构件从整车输入到整车应用的开发流程，涉及整车输入、结构设计、空间动态分析，冲压成形，强度、模态分析，以及试制、验证等方案、方法，采用此方法有效地缩短开发周期、节约成本，提高产品开发效率。
　　关键词：汽车悬架；故障；措施
　　1矿用汽车导向机构的发展现状
　　1.1 前悬架的导向机构型式
　　刚性矿用自卸车前悬架结构有两种：非独立悬架和独立悬架。其中非独立悬架主要是双纵臂式，只在较少的车型中应用，而独立悬架的形式则多种多样，并广泛应用在液力机械传动和电传动的车型中。按照导向机构的不同可分为单纵臂式，双叉臂式，烛式以及复合连杆式悬架。
　　（1）双纵臂式
　　Unit Rig公司MT-4000之后的MT系列前悬架都采用了双纵臂式非独立悬架。这种形式大大降低了车架的应力负荷，也改善了行使性能。这种悬架形式使得转向油缸直接安装在前桥上，从两个纵臂间穿过。。目前这种悬架仍在MT系列车型上使用。
　　双纵臂式悬架受力简单，左右悬架只承受轴向力，使用寿命长，但是整体式前桥结构复杂，非簧载质量较大，整车质心位置偏高，而且非独立悬架相对于独立悬架存在诸多不足，比如一侧车轮的跳动必然会引起另一侧车轮在横向平面内发生摆动，所以目前刚性自卸车上倾向于使用独立悬架。
　　（2）单纵臂式
　　Euclid公司的8170和柳工首钢重型汽车厂的190 t电动轮自卸车均采用单纵臂式独立悬架，纵臂可以围绕着其摆动轴线相对于车架上下摆动，左右悬架可以独立运动，而且也只承受轴向力。该形式悬架结构复杂，整车非簧载质量较大，质心位置偏高，但悬架受力简单，使用寿命长。
　　HITACHI公司的EH3500采用前置定位臂式悬架，其形式与单纵臂式悬架类似，是其衍生。但油气悬架的活塞杆未安装在轮轴上，而是安装在定位臂上，因此活塞杆不在缸筒内旋转，前置定位臂的垂直运动避免了轮胎的磨损。
　　（3）烛式
　　烛式悬架在当今的刚性矿用自卸车上应用最为广泛，比如Komatsu公司的630E、730E、830E、930E，徐工的DE170，和湘潭电机的SF32系列等。烛式悬架结构简单，车架龙门梁内空间较大，发动机总成位置可以降低和前移，使整车质心高度下降，对提高汽车的操纵稳定性有利。但悬架系统受力复杂，整个前桥的纵向行驶阻力、垂直载荷、横向侧偏力等都由油气悬架承担，而且由于主销内倾角的作用，前轮距会随前油气悬架的上下运动而发生变化，从而引起轮胎的横向滑移，加重了轮胎以及前油气悬架杆筒与缸筒之间的磨损，也影响到轮胎和油气悬架的使用寿命。
　　1.2后悬架的导向机构型式
　　由于刚性矿用自卸车大多都采用整体式后桥，所以后悬架主要为非独立悬架。形式主要包括A型架横拉杆式和四连杆式。
　　2汽车悬架常见故障诊断
　　减震器经常出现的问题是性能下降、异响。常用的诊断方法如下：找一段恶劣路况，汽车行驶10km左右，停车用手摸减震器外壳，如果减震器外壳不热，诊断为减震器失效；找一块平坦路面，用力压下车身前部或后部，然后松开，如果汽车车身有2～3次上下跳动，诊断为减震器工作良好，跳动次数过多，则诊断为减震器性能下降；汽车低速行驶时，进行紧急制动，若汽车振动比较剧烈，诊断为减震器失效；拆下减震器将其直立，用力拉压减振杆应有稳定的阻力，往上拉的阻力应大于向下压时的阻力，如阻力不稳定或无阻力，则诊断为减震器失效；检查减震器油缸上端，如果油缸外壳上有油渍，可诊断减震器性能下降，需要更换。另外，减震器在实际使用中会出现发出响声的故障，这主要是由于减震器与钢板弹簧、车架或轴相碰撞，胶垫损坏或脱落以及减震器防尘筒变形，油液不足等原因引起的，应查明原因，予以修理。
　　转向角度传感器的诊断相对来说比较简单，打开点火开关，在转角传感器供电供电线、搭铁线电压正常情况下，转动方向盘，用万用表检测转角传感器的信号线，如果信号线无电压输出，可诊断转角传感器故障；也可以使用示波器测量转角传感器信号线的输出波形，如果波形不符合维修手册标准，可诊断转角传感器故障。也可以使用汽车检测仪读取车辆的故障码和数据流，如果有故障码或数据流不符合标准值，在排除线路、控制单元故障外，也可以判断转角传感器故障。
　　3汽车悬架故障防范措施
　　3.1自适应控制方法
　　自适应控制方法主要采用自校正控制策略。自校正控制策略在非线性车辆主动悬架系统上的运用，使得车辆能够适应在不同工况和不同载荷下悬架元件特性的变化，并及时反馈给电控单元以降低车身的振动频率和幅度。其关键之处在于电控单元根据实时输入信号，从设置好的存儲器中自动匹配出最符合当前路况的控制参数。
　　3.2 5台架试验与整车道路试验
　　模拟该结构件在整车中的工作状态，端面作为安装面，垂向、侧向、纵向分别加载。以一定频率循环到一定周期，试验过程中检查有无开裂、变形现象，当裂缝超出规定范围时，停止验证，原因分析清楚后继续。
　　本体裂纹小于10mm、焊缝裂纹长度小于该焊缝长度的15%、无明显永久变形（观察项）结构件无明显变形。台架试验合格后，用于整车的综合路况试验验证，验证合格后正式开发冲压、焊接、检查模具，进行批量生产。以上步骤构成整个开发流程，若某个步骤不满足要求，则从结构上进行优化，直到达标。
　　3.3智能控制方法
　　目前，智能控制方法主要有神经网络控制和模糊控制。神经网络控制具有巨量并行性和可学习性的特点，当系统再次遇到类似信号时能做出快速与准确的反应，这也是其与传统控制方法的区别所在。模糊控制方法指在随机激励作用下，通过模糊推理分别构成主动和半主动控制规则，并使用此规则进行计算机模拟分析来控制车体的俯仰振动和垂直振动。
　　3.4独立后悬架
　　刚性自卸车后悬架也有采用独立悬架的形式，如Liebherr的TI272、TI274。TI274采用两套独立后桥，四个后轮由两台电机分别驱动，能为自卸车提供良好的牵引性能，并大大减少轮胎的磨损。独立的后桥可以使每个后轮在崎岖不平的路面上承受大致相同的地面压力，从而减少轮胎的过载情况。
　　由于Ti车型的后桥是断开式的，配备由Liebherr研发的直接负载独立悬架，不需要要纵向或横向的连杆。这种悬架的独特之处在于电动机壳与后桥垂直起到连杆的作用，侧向力通过货箱倾卸销轴直接传递到车架，油气悬挂安装在双胎之间，每一套独立的后轴可以沿中心方向摆动4度左右。
　　结束语
　　综上所述，汽车悬架布置是一个集性能和空间布置于一体的技术活，悬架的硬点决定了悬架的性能，后期的调试匹配只能起到局部悬架性能提升。汽车悬架的检查根据车辆采用的悬架形式进行诊断，普通悬架与电控悬架的检查方式是由很大区别的。电控悬架系统的检查在传统检测方法的基础上，还要充分利用器材检测仪，帮助维修人员提高检测速度和准确率。
　　参考文献
　　[1]闻邦椿.机械设计手册（新版）第6卷[M].北京：机械工业出版社，2018.
　　[2]陈虹，宫洵，胡云峰，等.汽车控制的研究现状与展望[J].自动化学报，2013，39（4）.
　　（作者单位：郑州郑宇重工有限公司）

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