汽车独立悬架系统结构分析与技术发展

汽车独立悬架系统结构分析与技术发展

092059 袁诗渊

【摘要】本文主要介绍了汽车独立悬架系统的种类，结构，整理展望了其未来的技术发展以及趋势。我们总结了汽车独立悬架系统的各个不同结构，加以分析、说明。本文偏重于介绍分析了主动悬挂的结构及技术，查阅到的图片及数据一并展现。

【关键词】汽车独立悬架，多连杆式，烛式，横臂式、纵臂式、麦弗逊式，主动悬挂

前言

作为人类历史上最为成功、便捷的代步工具之一，汽车已经经历了无数的发展与革新。相较曾经，汽车的悬架系统也已经产生了巨大的变革。汽车悬架是保证乘坐舒适性的重要部件。同时，汽车悬架做为车架(或车身)与车轴(或车轮)之间作连接的传力机件，又是保证汽车行驶安全的重要部件。因此，汽车悬架往往列为重要部件编入轿车的技术规格表，作为衡量轿车质量的指标之一。

一．概述

汽车悬架的形式分为非独立悬架与独立

悬架两种。独立悬架是每一侧的车轮都是单独地通过弹性悬架悬挂在车架或车身下面的。其优点是：质量轻，减少了车身受到的冲击，并提高了车轮的地面附着力；可用刚度小的较软弹簧，改善汽车的舒适性；可以使发动机位置降低，汽车重心也得到降低，从而提高汽车的行驶稳定性；左右车轮单独跳动，互不相干，能减小车身的倾斜和震动。不过，独立悬架存在着结构复杂、成本高、维修不便的缺点。

二．分类及具体结构分析

现代轿车大都是采用独立式悬架，按其结构形式的不同，独立悬架又可分

为横臂式、纵臂式、刀锋式、多连杆式、

主动悬架、烛式以及麦弗逊式悬架等。

（一）横臂式独立悬架

横臂式悬架（图2）是指车轮在汽车横向平面内摆动的独立悬架，按横臂数量的多少又分为双横臂式和单横臂式悬架。

图表 1 独立悬架

图表 2 横臂式独立悬架

单横臂式具有结构简单，侧倾中心高，有较强的抗侧倾能力的优点。但随着现代汽车速度的提高，侧倾中心过高会引起车轮跳动时轮距变化大，轮胎磨损加剧，而且在急转弯时左右车轮垂直力转移过大，导致后轮外倾增大。减少了后轮侧偏刚度，从而产生高速甩尾的严重工况。单横臂式独立悬架多应用在后悬架上，但由于不能适应高速行驶的

要求，目前应用不多。

双横臂式独立悬架（图3）按上下横臂是否等长，又分为等长双横臂式和不等长双横臂式两种悬架。等长双横臂式悬架在车轮上下跳动时，能保持主销倾角不变，但轮距变化大(与单横臂式相类似)，造成轮胎磨损严重，现已很少用。对于不等长双横臂式悬架，只要适当选择、优化上下横臂的长度，并通过合理的布置，就可以使轮距及前轮定位参数变化均在可接受的限定范围内，保证汽车具有良好的行驶稳定性。目前不等长双横臂式悬架已广泛应用在轿车的前后悬架上，部分运动型轿车及赛车的后轮也采用这—悬

架结构。

（二）纵臂式独立悬架

纵臂式独立悬架是指车轮在汽车纵向平面内摆动的悬架结构，又分为单纵臂式（图4）和双纵臂式（图5）两种形式。单纵臂式悬架当车轮上下跳动时会使主销后倾角产生较大的变化，因此单纵臂式悬架不用在转向轮上。双纵臂式悬架的两个摆臂一般做成等长的，形成一个平行四杆结构，这样，当车轮上下跳动时主销的后倾角保持不变。

双纵臂式悬架多应用在转向轮上。

（三）多连杆式独立悬架

多连杆结构的盛行只是近这二、三十年的事，追溯一下，最早使用这种悬挂形式的量产车的是奔驰的S－Class W126车系，但在当时，这种悬挂形式还处于萌芽阶段，结构相对简单，因此很多人会认为它是“双叉臂结构”的变种，因为它的外观结构甚至特性与双叉臂系统非常相近，但后来推出的多连杆形式不断地出现四连杆，甚至五连杆，人们才发现这种结构具有很高的可塑性和延

展性，而结构也越来越复杂。

图表 4 双横臂式独立悬架

图表 3 单纵臂式独立悬架

图表 4 双纵臂式独立悬架

顾名思义，多连杆式悬挂（图6）就是指由三根或三根以上连杆拉杆构成的悬挂结构，以提供多个方向的控制力，使车轮具有更加可靠的行驶轨迹。常见的有三连杆、四连杆、五连杆等。但由于三连杆结构已不能满足人们对于底盘操控性能的更高追求。因此结构更为精确、定位更加准确的四连杆式和五连杆式悬架才能称得上是真正的多连

杆式，这两种悬架结构通常应用于前轮和后

轮。

在结构上以常见的五连杆式后悬挂为例，其五根连杆分别为：主控制臂、前置定位臂、后置定位臂、上臂和下臂。它们分别对各个方向产生作用力。比如，当车辆进行左转弯时，后车轮的位移方向正好与前转向轮相反，如果位移过大则会使车身失去稳定性，摇摆不定。此时，前后置定位臂的作用就开始显现，它们主要对后轮的前束角进行约束，使其在可控范围内；相反，由于后轮的前束角被约束在可控范围内，如果后轮外倾角过大则会使车辆的横向稳定性减低，所以在多连杆悬架中增加了对车轮上下进行约束的控

制臂，一方面是更好的使车轮定位，另一方面则使悬架的可靠性和韧性进一步提高。

同时，多连杆悬挂结构能通过前后置定位臂和上下控制臂有效控制车轮的外倾角。举个简单例子来说：当车轮驶过坑洼路面时，首先上下控制臂开始在可控范围摆动，以及时准确的给予车轮足够的弹跳行程，如果路面继续不平，同时车辆的速度加块，此时前后置定位臂的作用就是把车轮始终固定在

一个行程范围值内，同时液压减震器也会伴随上下控制臂的摆动吸收震动，而主控制臂的工作就是上下摆动配合上下控制臂使车

轮保持自由弹跳，令车身始终处于相对平稳的状态。

多连杆式独立悬架实物图

正是因为多连杆悬架具备多根连杆支杆，并且连杆可对车轮进行多个方面作用力控制，在做车轮定位时可对车轮进行单独调整，并且多连杆悬架有很大的调校空间及改装

可能性。不过多连杆悬挂由于结构复杂、成本高、零件多、组装费时，并且要达到非独立悬架的耐用度，始终需要保持连杆不变形、不移位，在材料使用和结构优化上也会很考究。所以多连杆悬架是以追求优异的操控性和行驶舒适性为主要诉求的。而并非适合所有情况。

（四）烛式独立悬架

图表 5 多连杆式独立悬架

车轮倾角角度的不同会直接影响到轮胎的磨损