悬架系统

双叉臂独立悬挂示意图
多连杆独立悬挂
多连杆悬挂,通过各种连杆配置(通常有三连杆,四连杆,五连杆),可分为前 悬挂和后悬挂系统.其中前悬挂一般为3连杆或4连杆式独立悬挂;后悬挂则一般 为4连杆或5连杆式后悬挂系统,其中5连杆式后悬挂应用较为广泛. 首先能实现双叉臂悬挂的所有性能,然后在双叉臂的基础上通过连杆连接轴的约 束作用使得轮胎在上下运动时前束角也能相应改变,这就意味着弯道适应性更好, 如果用在前驱车的前悬挂,可以在一定程度上缓解转向不足,给人带来精确转向 的感觉;如果用在后悬挂上,能在转向侧倾的作用下改变后轮的前束角,这就意 味着后轮可以一定程度的随前轮一同转向,达到舒适操控两不误的目的.跟双叉 臂一样,多连杆悬挂同样需要占用较多的空间,而且多连杆悬挂无论是制造成本 还是研发成本都是最高的.
悬架的分类
汽车悬架按导向机构型式可分为独立悬架和非独立悬架两 大类.独立悬架的车轮通过各自的悬架和车架(或车身) 相连,非独立悬架的左,右车轮装在一根整体轴上,再通 过其悬架与车架(或车身)相连.
非独立悬挂和独立悬挂
最初的汽车都采用两个车轮安装在一根整体式车桥上的非 独立悬挂,因为它简单,坚固.不过问题很快就出现了, 采用非独立悬挂的汽车当一边车轮上升时,必然导致另一 边车轮下降,所以车身不能造的很低,必须给这种悬挂以 左摇右摆的空间.底盘高,汽车转向时侧倾必然就比较严 重,尤其当转向轮也采用非独立悬挂时,很容易发生侧翻 的意外. 非独立悬挂的车轮装在一根整体车轴的两端,当一边车轮 跳动时,另一侧车轮也相应跳动,使整个车身振动或倾斜. 独立悬挂的车轴分成两段,每只车轮由螺旋弹簧独立安装 在车架下面,当一边车轮发生跳动时,另一边车轮不受影 响,两边的车轮可以独立运动,提高了汽车的平稳性和舒 适性.
连杆支柱悬挂
连杆支柱悬挂严格意义上来说没有这种称谓,但是随着国内广州丰田凯 美瑞的热销(凯美瑞采用了这种悬挂),连杆支柱这个名字被越来越多 的人熟悉,我们也就姑且把这种悬挂称为连杆支柱悬挂. 连杆支柱与麦弗逊悬挂一样,用来支撑车体也是减振器支柱,他把减振 器,减振弹簧组装在一个总成中.连杆支柱悬挂也有一跟粗大的减振器 支柱,与麦弗逊悬挂的主要区别在于,悬挂下部与车身连接的A字型控制 臂改成了三根连杆定位.转弯时产生的横向力来,主要由减振器支柱和 横拉杆来承担.它具有与麦弗逊悬挂相近的操控性能,又有比麦弗逊悬 挂更高的连接刚度和相对较好的抗侧倾性能.但是同样也存在麦弗逊悬 挂的缺点,就是稳定性不好,转向侧倾还是较大,需要加装平衡杆来减 小转向侧倾. 相对纵臂扭转梁来说,它达到了全独立悬挂的结构要求,并且运动部件 质量轻,悬挂响应性好,舒适性和操控性要优于纵臂扭转梁的,但比真 正的多连杆悬架要差一些.不过其占有空间小于真正的多连杆式悬挂, 成本也低于多连杆悬挂故被不少厂家采用.国内采用这种后悬挂的主要 有昌河铃木利亚纳,东风悦达起亚赛拉图,北京现代伊兰特,广州丰田 凯美瑞等.
多连杆独立悬挂
多连杆悬挂能实现主销后倾角的最佳位置,大幅度减少来自路面的前后方向力, 从而改善加速和制动时的平顺性和舒适性,同时也保证了直线行驶的稳定性, 因为由螺旋弹簧拉伸或压缩导致的车轮横向偏移量很小,不易造成非直线行驶. 在车辆转弯或制动时,多连杆悬挂结构可使后轮形成正前束,提高了车辆的控 制性能,减少转向不足的情况. 悬挂在收缩时能自动调整外倾角,前束角以及使后轮获得一定的转向角度.通 过对连接运动点的约束角度设计使得悬挂在压缩时能主动调整车轮定位(这个 设计自由度非常大),能完全针对车型做匹配和调校以最大限度的发挥轮胎抓 地力从而提高整车的操控极限. 多连杆悬挂结构想对复杂,材料成本,研发实验成本以及制造成本远高于其它 类型的的悬挂,而且其占用空间大,中小型车出于成本和空间考虑极少使用这 种悬挂.但多连杆式悬挂舒适性能是所有悬挂中最好的,操控性能也和双叉臂 式悬挂难分伯仲,高档轿车由于空间充裕,且注重舒适性能何操控稳定性,所 以大多使用多连杆悬,可以说多连杆悬挂是高档轿车的绝佳搭档.
连杆支柱悬挂示意图
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独立悬架特点及分类
独立悬架主要用于轿车上,在部分轻型客,货车和越野车,以及一些 高档大客车上也有采用.独立悬架与非独立悬架相比有以下优点: 由于采用的断开式车轴,可以降低发动机及整车底板高度; 允许车轮有较大跳动空间,而且弹簧可以设计得比较软,平顺性好; 独立悬架能提供保证汽车行驶性能的多种设计方案; 簧载质量小,ห้องสมุดไป่ตู้胎接地性好. 缺点:结构复杂,成本高. 独立悬架有以下几种型式: 麦弗逊式独立悬挂 双叉臂独立悬挂 多连杆独立悬挂 连杆支柱悬挂
非独立悬架
非独立悬架主要用于货车和客车的前,后悬架,在轿车中仅用于后悬架.非独 立悬架,尤其是以钢板弹簧为弹性元件并兼作导向装置的,结构简单,使用可 靠,制造方便,当车轮上下跳动时,车轮定位参数变化小,轮胎磨损小.主要 缺点是簧下质量大,车轮接地性和乘坐舒适性不好 (1)钢板弹簧式 纵置钢板弹簧悬架是目前汽车上应用最广泛的一种结构型式. 主要特点是结构简单,可靠.但由于板簧刚度不宜设计得很低,加之片间 有摩擦阻力,汽车平顺性相对较差.另外,在制动或驱动力矩作用下,容易引 起车桥扭转振动. 为了减少弹簧片间摩擦,以消除振动噪声,在弹簧片间加入塑料减摩垫片.
悬架系统
概要
悬架的作用和负面影响 组成悬架的基本元件 悬架的分类 - 非独立悬挂和独立悬挂 非独立悬架 独立悬架特点及分类 麦弗逊式独立悬挂 双叉臂独立悬挂 多连杆独立悬挂 连杆支柱悬挂
悬架的作用和负面影响
汽车悬架是车架(或承载式车身)与车桥(或车轮)之间弹性连接的部件. 主要由弹性元件,减震器和导向装置三个基本部分组成.此外,还可 以包括一些特殊功能的部件,如缓冲块和稳定杆等. 汽车悬架作用: (1) 缓和,抑制由不平路面引起的振动和冲击,保证乘员乘坐舒适和 所运货物完好; (2) 除传递汽车垂直力以外,还传递其他各方面的力和力矩,并保证 车轮和车身(或车架)之间有确定的运动关系,使汽车具有良好的驾 驶性能. 汽车悬架负面影响: (1) 转向效应 a,侧倾时的干涉转向,即车身倾斜时,使转向轮产生额外的转角; b,车轮外倾角变化引起的转向效应,即独立悬架汽车在转弯时,因 侧向力作用会使车身倾斜,车轮倾角将产生变化; c,轮距变化引起的转向效应,即多数独立悬架一侧车轮上下运动 时,轮胎接地点产生侧向位移. (2) 前俯及后仰 汽车制动或加速时,由于前,后轴荷转移使前,后悬架变形不等, 引起车身前俯(点头)或后仰(后沉).
麦弗逊式独立悬挂示意图
麦弗逊式独立悬挂
要说麦弗逊式独立悬架在结构上有多简单,从构成部件来看,它仅仅 由两大部分构成:支柱式减震器(简称:滑柱)和A字型下托臂.与复 杂的多连杆式以及占用空间的横臂式相比,麦弗逊式独立悬架在结构 上已经作了最大化精简,并且经过半个多世纪的检验,其结构充分可 靠.麦弗逊式独立悬架的物理结构为支柱式减震器兼作主销,承受来 自于车身抖动和地面冲击的上下预应力,转向节(也可说车轮,因为 转向节作用于车轮)则沿着主销转动;此外,其主销可摆动,特点是 主销位置和前轮定位角随车轮的上下跳动而变化,且前轮定位变化小, 拥有良好的行驶稳定性.在麦弗逊式独立悬架中,支柱式减震器除具 备减震效果外,还要担负起支撑车身的作用,所以它的结构必须紧凑 且刚度足够,并且套上螺旋弹簧后还要能减震,而弹簧与减震器一起, 构成了一个可以上下运动的滑柱. 在麦弗逊悬架结构中,还有一个关键部件---A字型下托臂,它的 作用是为车轮提供横向支撑力,并能承受来自前后方向的预应力.车 辆在运动过程中,车轮所承受的所有方向的冲击力量就要靠支柱减震 器和A字型下托臂这两个部件承担,而这两个部件的高强度和轻质量也 就成为当下最前卫的设计思路,于是就有厂商用空气减震取代传统的 液压减震,不过由于成本高昂而难以形成气候.推广不了成本与舒适 性成正比的空气减震,还是继续使用液压的吧,不过由减震器和A字型 下托臂构成的L型麦弗逊悬架还是能为时下流行的小车装大排量发动机 预留充足的空间.
组成悬架的基本元件
汽车悬架包括弹性元件,减震器和传力装置 弹性元件,减震器 传力装置 传力装置等三部分,这三部分分别起缓冲, 弹性元件 减振和力的传递作用. 弹性元件用力传递垂向力,并缓和由路面不平度引起的冲击和振动.从轿车上 弹性元件 来讲,弹性元件多指螺旋弹簧,它只承受垂直载荷,缓和及抑制不平路面对车 体的冲击,具有占用空间小,质量小,无需润滑的优点,但由于本身没有摩擦 而没有减振作用. 减震器指液力减振器,是为了加速衰减车身的振动,它是悬架机构中最精密 减震器 和复杂的机械件. 传力装置是指车架的上下摆臂等叉形刚架,转向节等元件,用来传递纵向力, 传力装置 侧向力及力矩,并保证车轮相对于车架(或车身)有确定的相对运动规律. 现代轿车的悬架一般采用质量小,性能稳定可靠的筒式减震器 筒式减震器.当轿车在不 筒式减震器 平坦的道路上行驶,车身会发生振动,减振器能迅速衰减车身的振动,利用本 身的油液流动的阻力来消耗振动的能量.当车架与车轴相对运动时,减振器内 的油液会通过一些窄小的孔,缝等通道反复地从一个腔室流向另一个腔室,这 时孔壁与油液间的摩擦和油液内的分子间的摩擦形成了对车身振动的阻力,这 种阻力工程上称为阻尼力.阻尼力会将车身的振动能转化为热能,并被油液和 壳体所吸收.人们为了更好地实现轿车的行驶平稳性和安全性,将阻尼系数不 固定在某一数值上,而是能随轿车运行的状态而变化,使悬架性能总是处在最 优的状态附近.因此,有些轿车的减振器是可调式的,将阻尼分成两级或三级, 根据传感器信号自动选择所需要的阻尼级.
麦弗逊式独立悬挂简化结构示意图
双叉臂独立悬挂
双叉臂式悬挂又称双A臂式独立悬挂,双叉臂悬挂拥有上下两个叉臂, 横向力由两个叉臂同时吸收,支柱只承载车身重量,因此横向刚度大. 双叉臂式悬挂的上下两个A字形叉臂可以精确的定位前轮的各种参数, 前轮转弯时,上下两个叉臂能同时吸收轮胎所受的横向力,加上两叉 臂的横向刚度较大,所以转弯的侧倾较小. 双叉臂式悬挂通常采用上下不等长叉臂(上短下长),让车轮在上下 运动时能自动改变外倾角并且减小轮距变化减小轮胎磨损,并且能自 适应路面,轮胎接地面积大,贴地性好. 相比麦弗逊式悬挂双叉臂多了一个上摇臂,不仅需要占用较大的空间, 而且其定位参数较难确定,因此小型轿车的前桥出于空间和成本考虑 一般不会采用此种悬挂.但其具有侧倾小,可调参数多,轮胎接地面 积大,抓地性能优异,因此绝大部分纯正血统的跑车的前悬挂均选用 双叉臂式悬挂,可以说双叉臂式悬挂是为运动而生的悬挂,法拉利, 玛莎拉蒂等超级跑车以及F1方程式赛车均采用了双叉臂式前悬挂.一 汽丰田皇冠和锐志也都采用了双叉臂式前悬挂
非独立悬架
(2)四连杆式 是用四根(也有三根或五根的)推力杆控制车桥位置的非独立悬架. 多用于轿车后悬架和客车,载货车的空气弹簧悬架.为了克服钢板弹簧悬 架缺点,用螺旋弹簧或空气弹簧代替钢板弹簧.但是由于这些弹簧元件只能承 受垂直力,为了传递除垂直力之外的力和力矩,采用了推力杆结构. 推力杆布置形式: