汽车原理与结构-悬架与转向系统讲解
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许多情况下非独立悬架已无法满足车辆行驶的平顺性和 操纵的稳定性。
a）非独立悬架 整体车桥，一侧
车轮受路面影响时将 涉及到另一侧。
b）独立悬架 车桥制成分体式，
每一侧车轮都可独立 相对地面（或车架）跳动。
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（1）独立悬架的结构特点 ●两侧车轮可独立跳动，行驶时减轻车架振动 ●减少汽车非簧载质量（与簧载质量相对，非簧载质 量越小，对车架的振动越小） ●断开的车桥为汽车其他总成提供了空间 （如：发动机总成位置可降低、前移；车轮上下运 动的空间加大等） ●结构复杂、制造成本高、维修困难、轮胎磨损较大 独立悬架结构类型繁多，并广泛运用于小型车辆。
共22页 第6页
斜臂式独立悬架示意图
车轮的浮动是沿某一确定的轴线摆动，其摆动平面 倾斜于车体的纵、横截面
共22页 第7页
（3）烛式独立悬架 特点： ●主销固定在车架上，悬架变 形时主销参数不变 ●采用螺旋弹簧，与主销制成 一体 ●转向节沿主销方向上下移动， 变形时仅轮距略变 ●有利于操纵、行驶的稳定， 但主销承受全部侧向力，现代 汽车已很少采用
目前全球各地的轿车前悬架全部采用独立悬架，越野 车通常所有轮都采用独立悬架。
共22页 第3页
（2）独立悬架类型 ●横臂式：车轮在车体横向平面内摆动 ●纵臂式：车轮在车体纵向平面内摆动 ●烛式和麦弗逊式 ；滑柱连杆形式，车轮沿直线移动 ●斜臂式：车轮在与车体成斜向的平面内摆动
如图：横臂式 独立悬架结构 示意图
按经验或优化设计的方法确定，这类悬架一旦用于汽 车，在任何环境下，性能保持不变。 ①主动悬架
悬架系统的刚度、阻尼特性可以根据汽车行驶状态、 路面状况等条件不同，进行动态自适应调节，从而使悬 架始终处于最佳减振状态。
悬架刚性的可变性将大幅度提高车辆行驶的速度和 平稳性。
共22页 第13页
②主动悬架分类 20世纪八十年代以来世界各大公司争相研发这类系
员的意志改变行驶方向。
就轮式汽车而言，所控制的是转向桥（前
桥）车轮相对汽车纵轴线（前进方向）偏转一
定角度；另外，驾驶员也能通过这一机构校正
行驶中因意外受力所造成的车轮偏转。 ●弯道 ●路面干扰 弯道
交通
●交通干扰
●意外事件
事故
共22页 第17页
障碍
系统功能的实现 普通车辆的转向系统是由人力操作的，系统
共22页 第4页
横臂
两半轴套管是独立的， 可在横截面上相对摆动
驱动桥横臂式独立悬架结构示意图
共22页 第5页
转动中 心
前进方 向
左图：纵臂式独立悬架结构 示意图图
纵臂
右图：烛式和麦弗逊式独立悬架 结构示意图
●烛式：车轮可以沿固定在车架上的主销直线移动 ●麦弗逊式：滑柱连杆式，烛式的改进，增加了横摆臂
四轮各安
装一个油气 弹簧，经油 路相连形成 全闭环式环 路控制系统。
液 压 系 统
油 气 弹 簧
车身、车轮
的振动量经
传感器转换 成一种信息 传到控制系
伦敦城市客车所用的一 种主动悬架
统进行处理并发出指令达到执行系统，调整油气弹簧的高度
和刚度。
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第七章 汽车转向系统
操作转向系统使行进中的汽车，能按驾驶
统，目前丰田、沃尔沃（瑞典）等已有较成功的运用。 主动悬架系统按是否拥有动力源，分为全主动悬架
系统和半主动悬架系统两大类。 ③全主动悬架构造
基本构造：由弹性元件、减振单元、导向机构、作 用力控制装置四大部分组成。
主动悬架中常规零部件与一般悬架功能、作用相 同，其关键部分是作用力控制装置。
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E
ctgβ＝OD / L
则：两侧转向轮偏转角
D
ctgα－ ctgβ＝B / L 当取αmax有：
双轴汽车转 向轮偏角
Rmin＝L/ αmax
Rmin称为车辆的最小转弯半径
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转向近似机构 设计转向传动机构各杠杆时，必须准确计
算主要参数以保证上述关系。 迄今为止，世界上所有车辆的转向传动机
三轴汽车行驶情况示意图
左图：刚性连接
右图：等臂式平衡悬架
共22页 第10页
特点： ●使前桥转向轮承受足够的垂直荷载，保证转向功能 ●所有车轮分担的垂直荷载与平路行驶时接近，有利 于发挥汽车的设计性能（特别是多轴驱动越野车） ●避免因荷载分配不均造成的局部超载 等臂式平衡悬架是三轴汽车常见的一种悬架，其结
作用力控制装置包括四部分： ●执行机构： 执行控制系统的指令，按要求完成具体操作。 常用元件由液压缸、气缸、伺服电机、电磁铁等。 ●测量系统： 适时测量系统各种状态，为控制提供依据。 ●控制系统： 核心部件为计算机，完成数据的处理和发出 各种控制指令。 ●能源系统： 为以上各个部件提供能源。
共22页 第15页
构尚不能做到绝对准确，一般仅能达到α、β 在一定范围内足够接近理想状态。
共22页 第21页
思 考 题
思考题：
1.独立悬架有什么结构特点？主动悬架与 传统悬架有何异同？
2.为什么要求两侧转向轮转向偏角不同？什么是转 向条件？其理想关系如何？
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上次课内容回顾
轮式行驶系统
一、车轮及轮胎
●辐板式车轮 ●辐条式车轮 ●轮胎
（轮辋、轮胎标准及参数）
二、悬架的组成
●弹性元件
●减振部件
●导向机构
三、弹性元件
●钢板弹簧（螺旋弹簧、扭杆弹簧等）
●油气弹簧（原理：两腔四阀）
四、非独立悬架
●悬架的功能 ●钢板弹簧非独立悬架的基本构造
共22页 第1页
6、独立悬架 随着汽车活动范围的扩展和行驶速度的不断提高，
构与纵臂式独立悬架相似。 采用钢板弹簧，并充当杠杆，两端为二、三轮轴中
心，整体相当于一套以悬架中心为支点的等臂杠杆，可 保证车轮在不平路面行驶时垂直荷载分布的均匀性。
（如图所示）
共22页 第11页
三轴汽车中后驱动桥平衡悬架外观图
共22页 第12页
（6）主动悬架概述 传统的悬架（被动悬架）其刚度、阻尼特性等都是
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（4）麦弗逊式独立悬架
筒式减振器7兼有立式滑 柱的功能，横摆臂12两端分 别与车架、转向节 相连；滑柱7（减振 器）两端也分别与 车架、转向节相连。
因此该结构行驶 过程所承受侧向力 的大部分由横摆臂12 承担，减轻了滑柱的 负担。
共22页 第9页
（5）多轴汽车平衡悬架
多轴汽车的车轮较多，若是采用简单的非独立悬架 或直接与车架刚性连接，则不能保证所有车轮与地面的 接触；若都采用一般的独立悬架则结构过于复杂，特别 是多轴全驱动车辆，底盘构造更加复杂，不符合实际的 需求。
所有传力件为机械零件，即所谓机械转向系； 对大型汽车来说，转向控制则要兼用人力、
发动机动力（人力仅占小部分），这类系统称为 动力转向系。
10吨以上重型车，一旦动力转向失灵，人力 将很难（无法）完成汽车转向。
●机械转向系统 ●动力转向系统
共22页 第18页
一、汽车转向系统的组成
无论是机械还是动力，转向系统都是由转向操作、运
动转换、转向传动三大部分组成，动力转向系统中则另附
有液压传力等动力装置。
5 转向器 运动转换
1、பைடு நூலகம்、4为
机
操作部分
械
转
向
6、7、8、
3 万向节
系
10为传
统
动部分
示
意
图
共22页 第19页
二、理想状态两侧转向轮偏转角
为保证转向时所有车轮均相对地面作纯滚，车轮偏转 参数应满足以下关系：（见下图）
ctgα＝OE / L＝（OD＋DE）/L
a）非独立悬架 整体车桥，一侧
车轮受路面影响时将 涉及到另一侧。
b）独立悬架 车桥制成分体式，
每一侧车轮都可独立 相对地面（或车架）跳动。
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（1）独立悬架的结构特点 ●两侧车轮可独立跳动，行驶时减轻车架振动 ●减少汽车非簧载质量（与簧载质量相对，非簧载质 量越小，对车架的振动越小） ●断开的车桥为汽车其他总成提供了空间 （如：发动机总成位置可降低、前移；车轮上下运 动的空间加大等） ●结构复杂、制造成本高、维修困难、轮胎磨损较大 独立悬架结构类型繁多，并广泛运用于小型车辆。
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斜臂式独立悬架示意图
车轮的浮动是沿某一确定的轴线摆动，其摆动平面 倾斜于车体的纵、横截面
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（3）烛式独立悬架 特点： ●主销固定在车架上，悬架变 形时主销参数不变 ●采用螺旋弹簧，与主销制成 一体 ●转向节沿主销方向上下移动， 变形时仅轮距略变 ●有利于操纵、行驶的稳定， 但主销承受全部侧向力，现代 汽车已很少采用
目前全球各地的轿车前悬架全部采用独立悬架，越野 车通常所有轮都采用独立悬架。
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（2）独立悬架类型 ●横臂式：车轮在车体横向平面内摆动 ●纵臂式：车轮在车体纵向平面内摆动 ●烛式和麦弗逊式 ；滑柱连杆形式，车轮沿直线移动 ●斜臂式：车轮在与车体成斜向的平面内摆动
如图：横臂式 独立悬架结构 示意图
按经验或优化设计的方法确定，这类悬架一旦用于汽 车，在任何环境下，性能保持不变。 ①主动悬架
悬架系统的刚度、阻尼特性可以根据汽车行驶状态、 路面状况等条件不同，进行动态自适应调节，从而使悬 架始终处于最佳减振状态。
悬架刚性的可变性将大幅度提高车辆行驶的速度和 平稳性。
共22页 第13页
②主动悬架分类 20世纪八十年代以来世界各大公司争相研发这类系
员的意志改变行驶方向。
就轮式汽车而言，所控制的是转向桥（前
桥）车轮相对汽车纵轴线（前进方向）偏转一
定角度；另外，驾驶员也能通过这一机构校正
行驶中因意外受力所造成的车轮偏转。 ●弯道 ●路面干扰 弯道
交通
●交通干扰
●意外事件
事故
共22页 第17页
障碍
系统功能的实现 普通车辆的转向系统是由人力操作的，系统
共22页 第4页
横臂
两半轴套管是独立的， 可在横截面上相对摆动
驱动桥横臂式独立悬架结构示意图
共22页 第5页
转动中 心
前进方 向
左图：纵臂式独立悬架结构 示意图图
纵臂
右图：烛式和麦弗逊式独立悬架 结构示意图
●烛式：车轮可以沿固定在车架上的主销直线移动 ●麦弗逊式：滑柱连杆式，烛式的改进，增加了横摆臂
四轮各安
装一个油气 弹簧，经油 路相连形成 全闭环式环 路控制系统。
液 压 系 统
油 气 弹 簧
车身、车轮
的振动量经
传感器转换 成一种信息 传到控制系
伦敦城市客车所用的一 种主动悬架
统进行处理并发出指令达到执行系统，调整油气弹簧的高度
和刚度。
共22页 第16页
第七章 汽车转向系统
操作转向系统使行进中的汽车，能按驾驶
统，目前丰田、沃尔沃（瑞典）等已有较成功的运用。 主动悬架系统按是否拥有动力源，分为全主动悬架
系统和半主动悬架系统两大类。 ③全主动悬架构造
基本构造：由弹性元件、减振单元、导向机构、作 用力控制装置四大部分组成。
主动悬架中常规零部件与一般悬架功能、作用相 同，其关键部分是作用力控制装置。
共22页 第14页
E
ctgβ＝OD / L
则：两侧转向轮偏转角
D
ctgα－ ctgβ＝B / L 当取αmax有：
双轴汽车转 向轮偏角
Rmin＝L/ αmax
Rmin称为车辆的最小转弯半径
共22页 第20页
转向近似机构 设计转向传动机构各杠杆时，必须准确计
算主要参数以保证上述关系。 迄今为止，世界上所有车辆的转向传动机
三轴汽车行驶情况示意图
左图：刚性连接
右图：等臂式平衡悬架
共22页 第10页
特点： ●使前桥转向轮承受足够的垂直荷载，保证转向功能 ●所有车轮分担的垂直荷载与平路行驶时接近，有利 于发挥汽车的设计性能（特别是多轴驱动越野车） ●避免因荷载分配不均造成的局部超载 等臂式平衡悬架是三轴汽车常见的一种悬架，其结
作用力控制装置包括四部分： ●执行机构： 执行控制系统的指令，按要求完成具体操作。 常用元件由液压缸、气缸、伺服电机、电磁铁等。 ●测量系统： 适时测量系统各种状态，为控制提供依据。 ●控制系统： 核心部件为计算机，完成数据的处理和发出 各种控制指令。 ●能源系统： 为以上各个部件提供能源。
共22页 第15页
构尚不能做到绝对准确，一般仅能达到α、β 在一定范围内足够接近理想状态。
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思 考 题
思考题：
1.独立悬架有什么结构特点？主动悬架与 传统悬架有何异同？
2.为什么要求两侧转向轮转向偏角不同？什么是转 向条件？其理想关系如何？
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上次课内容回顾
轮式行驶系统
一、车轮及轮胎
●辐板式车轮 ●辐条式车轮 ●轮胎
（轮辋、轮胎标准及参数）
二、悬架的组成
●弹性元件
●减振部件
●导向机构
三、弹性元件
●钢板弹簧（螺旋弹簧、扭杆弹簧等）
●油气弹簧（原理：两腔四阀）
四、非独立悬架
●悬架的功能 ●钢板弹簧非独立悬架的基本构造
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6、独立悬架 随着汽车活动范围的扩展和行驶速度的不断提高，
构与纵臂式独立悬架相似。 采用钢板弹簧，并充当杠杆，两端为二、三轮轴中
心，整体相当于一套以悬架中心为支点的等臂杠杆，可 保证车轮在不平路面行驶时垂直荷载分布的均匀性。
（如图所示）
共22页 第11页
三轴汽车中后驱动桥平衡悬架外观图
共22页 第12页
（6）主动悬架概述 传统的悬架（被动悬架）其刚度、阻尼特性等都是
共22页 第8页
（4）麦弗逊式独立悬架
筒式减振器7兼有立式滑 柱的功能，横摆臂12两端分 别与车架、转向节 相连；滑柱7（减振 器）两端也分别与 车架、转向节相连。
因此该结构行驶 过程所承受侧向力 的大部分由横摆臂12 承担，减轻了滑柱的 负担。
共22页 第9页
（5）多轴汽车平衡悬架
多轴汽车的车轮较多，若是采用简单的非独立悬架 或直接与车架刚性连接，则不能保证所有车轮与地面的 接触；若都采用一般的独立悬架则结构过于复杂，特别 是多轴全驱动车辆，底盘构造更加复杂，不符合实际的 需求。
所有传力件为机械零件，即所谓机械转向系； 对大型汽车来说，转向控制则要兼用人力、
发动机动力（人力仅占小部分），这类系统称为 动力转向系。
10吨以上重型车，一旦动力转向失灵，人力 将很难（无法）完成汽车转向。
●机械转向系统 ●动力转向系统
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一、汽车转向系统的组成
无论是机械还是动力，转向系统都是由转向操作、运
动转换、转向传动三大部分组成，动力转向系统中则另附
有液压传力等动力装置。
5 转向器 运动转换
1、பைடு நூலகம்、4为
机
操作部分
械
转
向
6、7、8、
3 万向节
系
10为传
统
动部分
示
意
图
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二、理想状态两侧转向轮偏转角
为保证转向时所有车轮均相对地面作纯滚，车轮偏转 参数应满足以下关系：（见下图）
ctgα＝OE / L＝（OD＋DE）/L