（汽车行业）汽车典型悬架
结构
第14讲典型悬架 ·非悬架 ·悬架 ·平衡悬架和主动悬架 上壹讲回本章下壹讲 ·壹、非悬架 ·非悬架和整体式车桥配用 ·壹般载货汽车均采用钢板弹簧作为弹性元件的非悬架，因钢板弹簧既有缓冲、减振的功能，又起传力和导向的作用，使得悬架结构大为简化。 ·而采用螺旋弹簧或气体弹簧则需要有较复杂的导向机构。 1、纵置板簧式非悬架 （1）结构分析 ·在板簧式非悬架中，钢板弹簧壹般是纵向安置，它和车桥的连接绝大多数是用俩个u形螺栓，将钢板弹簧的中部刚性地固定在车桥上部。钢板弹簧俩端通过钢板弹簧销和车架支座活动铰接，以起传力和导向作用。 ·由于载货汽车后悬架载质量变化较大，为了保持悬架的频率不变或变化不大，广泛地在后悬架中采用后副钢板弹簧总成。 ·副钢板弹簧总成壹般装在主钢板弹簧总成上方，当后悬架负荷较小时，仅由主钢板弹簧起作用。在负荷增加到壹定程度时，副钢板弹簧总成和车架上的支架接触，开始起作用。此时，主、副钢板弹簧壹起工作，壹起承受载荷而使悬架刚度增大，保证车身振动频率不致因载荷增加而变化过大。 （2）钢板弹簧的构造 ·钢板弹簧由若干长度不等、等宽等厚（厚度也可不等）的弹簧钢片迭成，构成整体上近似于等强度的弹性梁?最长的第壹片称为主片，俩端有卷耳 ·自由状态下钢片曲率半径不同，下片小于上片?多片钢板由中心螺栓和若干钢板夹连在壹起 ·钢片之间须涂上较稠的石墨润滑脂 （3）钢板弹簧和车架连接结构型式 ·钢板弹簧变形时，为保证车架俩端和钢板弹簧连接的卷耳间的距离有伸缩的余地弹簧后端和车架的连接通常采用了以下几种结构型式： 1)吊耳支架式，CAl091型载货汽车前悬架采用； 2)滑板支承式，东风EQl090E型载货汽车前悬架采用； 3)橡胶块支承式，壹汽早期生产的2．5t越野汽车前悬架采用 （4）钢板弹簧非悬架的结构特点 ·钢板弹簧壹般安装在非悬架上，沿汽车纵向放置 ·钢板弹簧中部用U型螺栓通过上下盖板和下托板和车桥固定连接，前端卷耳用销子和支架相连 ·后端卷耳通过销子和车架上的摆动吊耳相连，形成活动铰链支点，保证弹簧变形时俩端卷耳间的距离有改变的可能 ·有的钢板弹簧后端和车架之间采用滑板式连接滑板式连接结构简单，拆装方便，不须润滑，广泛应用于货车 ·货车后悬架所受载荷因汽车装载量不同在很大范围内变化，要求悬架刚度可变，壹般采用加副弹簧 2、螺旋弹簧非悬架 ·螺旋弹簧本身没有减振作用，且且只能承受垂直载荷，所以螺旋弹簧悬架中必须另装减振器和导向机构 ·螺旋弹簧非悬架壹般只用作轿车的后悬架。下图所示为壹汽奥迪100型汽车后悬架壹汽奥迪100型汽车后悬架的构造 ·减振器下端是吊耳和后桥相连。减振器的外面装有防尘罩，螺旋弹簧就固定在弹簧上、下座。减振器的活塞杆由弹簧上座和弹簧上座橡胶支承中间的通孔穿出，活塞杆上部固定在弹簧上座上。弹簧上座法兰固定在和车身相连的连接件上。 ·后悬架中，导向元件的横向推力杆，下连后桥，上连车身，用来传通车桥和车身之间的横向作用力及其力矩。 ·加强杆也是下连车桥，上连车身，此杆的作用是加强横向椎力杆的安装强度，且可减轻车重和使车身受力均匀。 3、、空气弹簧非悬架 ·空气弹簧非悬架能够满足调节车身高度的要求。空气弹簧只承受垂直载荷，纵向力和横向力由悬架中的纵向和横向的推力杆来传递。为了减振，仍需要加设减振器。 1)结构 ·左图中囊式空气弹簧的上下端分别固定在车架和车桥上。从压气机产生的压缩空气进入贮气筒。储气罐通过管路和俩个空气弹簧相通。储气罐和空气弹簧中的空气压力由车身高度控制阀控制。 2）特点 ·空气弹簧和螺旋弹簧壹样只能传递垂直力；其纵向力和横向力及其力矩也是由纵向推力杆和横向推力杆来传递。 ·采用空气弹簧悬架时，能够通过车身高度控制阀来改变空气弹簧内的空气压力，从而自动调节车身高度，以保证车身高度不因载荷变化而变化。 4、油气弹簧非悬架 ·油气弹簧固定在前桥上的支架和纵梁上的支架上。 ·上、下俩纵向椎力杆构成平行四边形，既可传递纵向力和力矩，又可保证车轮上下跳动时主销后倾角不变，有利于汽车操纵的稳定性。 ·横向推力杆装在左侧纵梁和前桥右侧的支架上传递侧向力。 ·在俩纵梁下面装有缓冲块，以避免在很大的冲击载荷下前桥直接碰撞车架。 ·采用油气弹簧的非悬架具有变刚度特性，特别适用在大型自卸汽车上。 二、悬架 ·悬架的结构特点是俩侧的车轮各自地和车架或车身弹性连接。和非悬架相反，悬架很少用钢板弹簧作为弹性元件，而多采用螺旋弹簧和扭杆弹簧作为弹性元件，因而具有导向机构。 ·悬架具有的优点
①悬架弹性元件的变形在壹定的范围内，俩侧车轮能够单独运动而互不影响，这样可减少车架和车身在不平道路上行驶时的振动，而且有助于消除转向轮不断偏摆的现象。
②减轻了汽车上非簧载质量，从而减小了悬架所受到的冲击载荷，能够提高汽车的平均行驶速度。
③由于采用断开式车桥，发动机位置可降低和前移且使汽车重心下降，有利于提高汽车行驶的稳定性。同时能给予车轮较大的上下运动空间，悬架刚度可设计得较小，使车身振动频率降低，以改善行驶平顺性。
④可保证汽车在不平道路上行驶时，车轮和路面有良好的接触，增大了驱动力。
⑤具有特殊要求的某些越野汽车采用悬架后，可增大汽车的离地间隙，提高了汽车的通过性能。 ·悬架的类型悬架按车轮的运动形式可分为三种类型：横臂式悬架、纵臂式悬架烛式和麦弗逊式悬架 1、横臂式悬架
·车轮在汽车横向平面内摆动的悬架。 ·横臂式悬架分为单横臂式悬架和双横臂式悬架俩种 (1)单横臂式悬架 1）结构 ·后桥半轴套管断开，主减速器的左侧有壹个单铰链，半轴可绕其摆动 ·在主减速器上面安装着可调节车身水平位置的油气弹性元件，它和螺旋弹簧壹起承受且传递垂直力。 ·纵向推力杆主要承受车轮上的纵向力。 ·中间支承不仅可承受侧向力，而且仍能够部分地承受纵向力。 ·当车轮上下跳动时，为避免干涉，其纵向推力杆的前端用球铰链和车身连接 2）单横臂式悬架的特点 ·采用单横臂式悬架的车轮上下运动时，车轮平面将产生倾斜而改变轮距的大小； ·且使主销内倾角及车轮外倾角均发生较大变化。 ·轮距变化使轮胎产生横向滑移，破坏轮胎和地面的附着 ·很少在转向轮中采用。 (2)双横臂式悬架 ·悬架的俩个横臂长度能够相等，也能够不等。 1）等臂长的双横臂式悬架在车轮上下跳动时，虽然车轮平面不发生倾斜，却会使轮距发生较大的变化。这将使车轮产生横向滑移。 2）不等臂长的双横臂式悬架 ·不等臂长的双横臂式悬架若俩臂长度选择合适，则能够使主销角度和轮距的变化均不过大 ·不等长的双横臂式悬架在轿车的前轮上应 用较为广泛。 3）典型的不等长双横臂式悬架 ·典型的不等长双横臂式悬架。上横臂和下横臂为不等长横臂螺旋弹簧和减振器位于上、下横臂之间。 2、纵臂式悬架 ·车轮在汽车纵向平面内摆动的悬架 (1)单纵臂式悬架 ·单纵臂式悬架在车轮上下运动时，主销后倾角会产生很大变化 ·壹般不用在前悬架中。 ·当车轮跳动时，纵臂以套管的轴线为中心摆动，使扭杆弹簧产生扭转变形，以缓和不平路面产生的冲击。 (2)双纵臂式悬架 ·悬架的俩个纵臂长度壹般做成相等，形成平行四连杆机构。这样可使车轮上下运动时，主销后倾角不变，因而这种型式的悬架适用于转向轮。 ·双纵臂扭杆弹簧式前悬架的俩根纵臂的后端和转向节铰接，前端则通过各自的摆臂轴支承在车架横梁内部。摆臂轴和纵臂刚性地连接，扭杆弹簧外端插入摆臂轴的矩形孔内，中部用螺钉使之和管形横梁相固定。这种悬架俩侧车轮共用俩根扭杆弹簧。 3、烛式和麦弗逊式悬架 ·烛式和麦弗逊式悬架：车轮沿主销移动的悬架 （1）烛式悬架 ·车轮沿固定不动的主销轴线移动 1）烛式悬架的结构特点 ·烛式悬架主销刚性地固定在车架上，转向轮、转向节则装在套筒上。 ·悬架的主销定位角不变化，使汽车转向操纵及行驶稳定性较好。 ·侧向力全部由套在主销上的套筒和主销承受，套筒和主销之间的摩擦阻力大，磨损严重。 （2）麦弗逊式悬架 ·车轮沿摆动的主销轴线移动的。 1）麦弗逊式悬架的结构 ·悬架横摆臂以球铰链和转向节相连接．外面套有螺旋弹簧的减振器上端通过螺栓和橡胶垫圈和车身相连接，下端固定在转向节上。主销的轴线为上下铰链中心的联线。 2）麦弗逊式悬架的工作特点 ·当车轮上下跳动时，因减振器下支点随横摆臂摆动，故主销轴线的角度是变化的，显然车轮是沿着摆动的主销轴线运动。 ·悬架变形时，使主销的定位角和轮距都有些变化。合理地调整杆系的布置，可使车轮的这些定位参数变化极小。 ·悬架的突出优点是俩前轮内侧空间较大，便于发动机等机件的布置。 ·壹汽奥迪loo、捷达／高尔夫及上海桑塔纳型轿车均采用麦弗逊式悬架。 ·三、平衡悬架和主动悬架 1、多轴汽车的平衡悬架 （1）采用原因 ·多轴汽车的全部车轮如若都单独刚性地悬挂在车架上车轮对地面的附着力小甚至等于零。 ·转向车轮将使汽车操纵能力大大降低以致失去操纵；驱动车轮不能产生足够的(甚至为零)驱动力；此外，会发生车桥及车轮超载的危险。 （2）多轴汽车平衡悬架 ·多轴汽车的平衡悬架：将俩个车桥(如三轴汽车的中桥和后桥)装在俩根平衡杆的俩端，而将平衡杆中部和车架铰链。 （3）钢板弹簧平衡悬架的结构 ·钢板弹簧平衡悬架在三轴和四轴越野汽车中获得了普遍的应用。下图为汽车的中、后驱动桥平衡悬架 （4）平衡悬架的特性 ·采用平衡悬架，可使中、后桥形成壹个总支承机构，能连同钢板弹簧壹起绕心轴转动。 ·钢板弹簧变形时，中、后桥能各自单独移位，适应行驶在不平道路上的需要。 ·在中、后桥载荷平均分配的条件，增强了汽车的行驶性能。 2、主动悬架 ·从控制力的角度划分，悬架可分为被动悬架，半主动悬架和主动悬架。 ·目前，大多数汽车的悬架系统装有弹簧和减振器，悬架系统内源供给装置，其弹性和阻尼不能随外部工况变化，因此称这种悬架是被动悬架。 ·主动悬架有作为直接力发生器的动作器，能够根据输入和输出进行最优的反馈控制，使悬架有最好减震特性，以提高汽车的平顺性和操纵稳定性。它由弹性元件C和壹个力发生器Fe组成。 ·半主动悬架可见作由可变特性的弹簧和减振器组成的悬架系统，虽然它不能随外界的输入进行最优的控制和调节，但它可按存储在计算机的各种条件下最优弹簧和减振器的优化参数指令来调节弹簧的刚度和减振器的阻尼状态。它由弹性元件C和壹个壹个阻尼系数能在较大范围内调节的阻尼器组成。 ·电子技术控制汽车悬架系统主要由（车高、转向角、加速度、路况预测）传感器、电子控制ECU、悬架控制的执行器等组成。系统的控制功能通常有以下三个： 1）车高调整 ·当汽车在起伏不平的路面行驶时，能够使车身抬高，以便于通过；在良好路面高速行驶时，能够降低车身，以减少空气助力，提高操纵稳定性。 2）阻尼力控制 ·用来提高汽车的操纵稳定性，在急转弯、急加速和紧急制动情况下，能够抑制车身姿态的变化。
3）弹簧刚度控制 ·改变弹簧刚度，使悬架满足运动或舒适的要求。 ·采用主动式悬架后，汽车对侧倾、俯仰、横摆跳动和车身的控制都能更加迅速、精确，汽车高速行驶和转弯的稳定性提高，车身侧倾减少。制动时车身前俯小，启动和急加速可减少后
仰。即使在坏路面，车身跳动也较少，轮胎对地面的附着力提高。 （1）主动式液压悬架
·电子控制的主动式液压悬架能根据悬架的质量和加速度等，利用液压部件主动地控制汽车的振动。 ·主动式液压悬架在轿车上的布置如图所示，在汽车重心附近安装有纵向、横向加速度和横摆陀螺仪传感器，用来采集车身振动、车轮跳动、车身高度和倾斜状态等信号，这些信号被输入到控制单元ECU，ECU根据输入信号和预先设定的程序发出控制指令，控制伺服电机且操纵前后四个执行油缸工作。 （2）主动式空气悬架 ·在电子控制的主动式空气悬架系统中，微机根据传感器送来的信号和驾驶员给予的控制模式经过运算分析后向悬架发出指令，悬架能够根据微机给出的指令改变悬架刚度和阻尼系数，是车身在行驶过程中保持良好稳定性能，且且将车身的振动响应控制在允许的范围内。壹般说来，主动式空气悬架的控制内容包括车身高度、减振器衰减力、弹簧弹性系数等三项； 1）车高的控制；分标准、升高和只升高后轮三种工作状态； 2）减震器的衰减力控制分低、中、高三档； 3）空气弹簧的弹性系数分软、硬俩档。 ·空气悬架电子控制系统的工作原理；用空气压缩机形成压缩空气，且将压缩空气送给弹簧和减震器的空气室中，以此来改变车辆的高度。在前轮和后轮的附近设有车高传感器，按车高传感器的输出信号，微机判断出车辆高度，再控制压缩机和排气阀，使弹簧压缩或伸长，从而控制车辆高度。 ·在减震器内设有电动机，电动机受微机的信号控制。利用电动机能够改变通气孔的大小，从而改变了衰减力的大小。 ·具体说来，在汽车仪表板上有空气悬架系统的开关，利用开关能够形成6种不同的工作方式。图所示为丰田汽车X公司的空气悬架控制装置在车上的布置情况。
