汽车底盘设计系列讲座之一

1、汽车底盘设计系列讲座之一汽车底盘设计系列讲座之一汽车底盘设计系列讲座之一悬架悬架从底盘的角度阐述汽车悬架从底盘的角度阐述汽车悬架 v1 名称由来悬架或悬挂的历史名称由来悬架或悬挂的历史 v为解决为解决“路上感觉非常颠簸的问题。路上感觉非常颠簸的问题。v皮带皮带v弹簧弹簧v当动力汽车面世时，人们陆续开发出其他更当动力汽车面世时，人们陆续开发出其他更高效的弹簧系统，使乘客享有更平稳的行驶高效的弹簧系统，使乘客享有更平稳的行驶感觉。感觉。倒挂倒挂倒挂倒挂v2 悬架的组成悬架的组成悬架一般由弹性元件、减振装置和导向机构悬架一般由弹性元件、减振装置和导向机构横向稳定杆、摆臂、纵向推力杆等三局横向稳定杆、

2、摆臂、纵向推力杆等三局部组成。部组成。1-1-弹性元件弹性元件2-2-减振器减振器3 3、4 4、5 5、7 7导向机构导向机构v3 3 悬架的作用悬架的作用v悬架的作用：吸收和缓和行驶中因路面不平悬架的作用：吸收和缓和行驶中因路面不平引起的车轮跳动而传给车架的冲击和振动。引起的车轮跳动而传给车架的冲击和振动。同时会把路面作用于车轮上的各种力及其产同时会把路面作用于车轮上的各种力及其产生的力矩传递到车架生的力矩传递到车架( (或承载式车身或承载式车身) )上。上。v传递率：传递率：20%20%以内。以内。v悬架决定着汽车的稳定性、舒适性和平安性悬架决定着汽车的稳定性、舒适性和平安性, ,是现代

3、汽车十分重要的部件之一。是现代汽车十分重要的部件之一。 v4 4 悬架的分类悬架的分类v根据汽车两侧车轮运动是否相互关联，汽车根据汽车两侧车轮运动是否相互关联，汽车悬架分为非独立悬架和独立悬架两大类。悬架分为非独立悬架和独立悬架两大类。v非独立悬架：汽车的平稳性和舒适性较差，非独立悬架：汽车的平稳性和舒适性较差，但由于构造较简单，承载力大，目前仍有局但由于构造较简单，承载力大，目前仍有局部轿车的后悬架采用这种型式，但在载重汽部轿车的后悬架采用这种型式，但在载重汽车上被广泛应用。车上被广泛应用。非独立悬架非独立悬架 独立悬架：构造复杂，但车身的平稳性独立悬架：构造复杂，但车身的平稳性和高速行驶的

4、稳定性较好，因此在轿车和小和高速行驶的稳定性较好，因此在轿车和小客车上得到普遍采用，并已成为一种开展趋客车上得到普遍采用，并已成为一种开展趋势。势。 独立悬架独立悬架v5 非独立悬架非独立悬架v按所采用的弹性元件不同，非独立悬架分为按所采用的弹性元件不同，非独立悬架分为钢板弹簧式、螺旋弹簧式、空气弹簧式高钢板弹簧式、螺旋弹簧式、空气弹簧式高度自动调节、油气弹簧式具有变刚度特度自动调节、油气弹簧式具有变刚度特性。性。v5.1 钢板弹簧非独立悬架钢板弹簧非独立悬架v这种悬架广泛用于货车的前、后悬架中。这种悬架广泛用于货车的前、后悬架中。v5.2 螺旋弹簧非独立悬架v螺旋弹簧非独立悬架一般只用做轿车

5、的后悬架。1-螺旋弹簧瑞风商务车后悬架螺旋弹簧5.3 空气弹簧非独立悬架v1.压气机；2.7. 空气滤清器；3. 车身高度控制阀；4. 控制杆； 5. 空气弹簧；6. 储气罐；8. 贮气筒；9. 压力调节器；10. 油水别离器空气弹簧车身高度控制阀v目前高级大客车几乎全部使用空气悬架；目前高级大客车几乎全部使用空气悬架；v空气悬架在轻型汽车上的应用量也在迅速上升；空气悬架在轻型汽车上的应用量也在迅速上升；v局部轿车也逐渐安装使用空气悬架，如美国的局部轿车也逐渐安装使用空气悬架，如美国的林肯、德国的林肯、德国的Benz300SEBenz300SE和和Benz600Benz600等；等；v在一些特

6、种车辆如对防震要求较高的仪表车、在一些特种车辆如对防震要求较高的仪表车、救护车、特种军用车及要求高度可调节的集装救护车、特种军用车及要求高度可调节的集装箱运输车等上，空气悬架几乎为唯一选择。箱运输车等上，空气悬架几乎为唯一选择。5.4 油气弹簧非独立悬架油气弹簧非独立悬架油气弹簧油气弹簧v广泛应用于大型工矿用自卸车上。广泛应用于大型工矿用自卸车上。v油气弹簧悬架具有变刚度特性，油气弹簧悬架具有变刚度特性，可保证汽车具可保证汽车具有良好的行使平顺性，特别是工地和矿山用车，有良好的行使平顺性，特别是工地和矿山用车，其道路条件非常恶劣。采用油气弹簧悬架后，其道路条件非常恶劣。采用油气弹簧悬架后，可显

7、著地缓和冲击，减少颠簸，改善驾驶员的可显著地缓和冲击，减少颠簸，改善驾驶员的劳动条件和提高平均车速。劳动条件和提高平均车速。v6 6 独立悬架独立悬架v优点：优点：v1 1两侧车轮可单独运动，互不影响；两侧车轮可单独运动，互不影响；v2 2采用了断开式车桥；采用了断开式车桥；v3 3减少非簧载质量。减少非簧载质量。v以上优点使独立悬架广泛地被采用在现代汽以上优点使独立悬架广泛地被采用在现代汽车上，特别是轿车前悬架普遍地采用了独立车上，特别是轿车前悬架普遍地采用了独立悬架。悬架。v6.1 横臂式独立悬架v分为双横臂分为双横臂 (a) 和单横臂和单横臂(b)式两种。式两种。 a b 双横臂式独立悬

8、架双横臂式独立悬架单横臂式独立悬架单横臂式独立悬架v6.1.1单横臂式：单横臂式：v当悬架变形时，车轮平面产生倾斜而改变两侧车轮与路面的当悬架变形时，车轮平面产生倾斜而改变两侧车轮与路面的接触点距离接触点距离轮距，致使产生侧向滑移，破坏轮胎和地面轮距，致使产生侧向滑移，破坏轮胎和地面的附着。当用于转向轮时，会使主销内倾角和车轮外倾角发的附着。当用于转向轮时，会使主销内倾角和车轮外倾角发生较大变化，影响操稳性，现采用不多。生较大变化，影响操稳性，现采用不多。v6.1.2双横臂式：双横臂式：v两摆臂长度可以相等，也可以不等。不两摆臂长度可以相等，也可以不等。不等长的双横臂式独立悬架在轿车前轮上，等

9、长的双横臂式独立悬架在轿车前轮上，应用较广泛。应用较广泛。v上下两摆臂不等长，选择长度比例适宜，上下两摆臂不等长，选择长度比例适宜，可使车轮和主销的角度及轮距变化不大。可使车轮和主销的角度及轮距变化不大。不等臂双横臂上臂比下臂不等臂双横臂上臂比下臂短。当汽车车轮上下运动短。当汽车车轮上下运动时，上臂比下臂运动弧度时，上臂比下臂运动弧度小。这将使轮胎上部轻微小。这将使轮胎上部轻微地向外移动，而底部影响地向外移动，而底部影响很小。这种构造有利于减很小。这种构造有利于减少轮胎磨损，提高汽车行少轮胎磨损，提高汽车行驶平顺性和方向稳定性。驶平顺性和方向稳定性。上横臂上横臂下横臂下横臂v双横臂的臂通常做成

10、双横臂的臂通常做成A字形或字形或V字形，如下图。字形，如下图。V形臂的上下形臂的上下2个个V形摆臂以一定的距离，分别安装在形摆臂以一定的距离，分别安装在车轮上，另一端安装在车架上。车轮上，另一端安装在车架上。v在独立悬架中，麦弗在独立悬架中，麦弗逊悬架被行家誉为构逊悬架被行家誉为构造最简单、设计最经造最简单、设计最经典、应用最广泛、性典、应用最广泛、性价比最高、最经济的价比最高、最经济的悬架悬架 。v6.2 6.2 麦弗逊式滑柱摆臂式悬架麦弗逊式滑柱摆臂式悬架v这种悬架构造简单，布置紧凑，前轮定位变化小，这种悬架构造简单，布置紧凑，前轮定位变化小，具有良好的行驶稳定性。具有良好的行驶稳定性。v

11、 麦弗逊式悬挂是当今世界用的最广泛的轿车前悬挂麦弗逊式悬挂是当今世界用的最广泛的轿车前悬挂之一。麦弗逊式悬挂由螺旋弹簧、减震器、三角形之一。麦弗逊式悬挂由螺旋弹簧、减震器、三角形下摆臂组成，绝大局部车型还会加上横向稳定杆。下摆臂组成，绝大局部车型还会加上横向稳定杆。 v主要构造简单的来说就是螺旋弹簧套在减震器上组主要构造简单的来说就是螺旋弹簧套在减震器上组成，减震器可以防止螺旋弹簧受力时向前、后、左、成，减震器可以防止螺旋弹簧受力时向前、后、左、右偏移的现象，限制弹簧只能作上下方向的振动，右偏移的现象，限制弹簧只能作上下方向的振动，并可以用减震器的行程长短及松紧，来设定悬挂的并可以用减震器的行

12、程长短及松紧，来设定悬挂的软硬及性能。软硬及性能。 v6.3 斜置单臂式独立悬架v 这种悬架(如以下图所示是单横臂和单纵臂独立悬架的折衷方案。其摆臂绕与汽车纵轴线具有一定交角的轴线摆动，选择适宜的交角可以满足汽车操纵稳定性要求。这种悬架适于做后悬架，如福特SIERRA、宝马5、沃克斯豪尔CARLTON等轿车的后悬架。v6.4 6.4 多杆式独立悬架多杆式独立悬架v车轮在由多杆共同决定的斜向平面内摆动车轮在由多杆共同决定的斜向平面内摆动的悬架。采用多个连杆配置，组成多连杆的悬架。采用多个连杆配置，组成多连杆式悬架。式悬架。多杆悬架系统具有良好操纵稳定多杆悬架系统具有良好操纵稳定性，行驶平顺性、可

13、减小轮胎摩损。性，行驶平顺性、可减小轮胎摩损。上连杆第三连杆下连杆v目前多连杆式也可说是最复杂也是最先进的悬架，目前多连杆式也可说是最复杂也是最先进的悬架，可以预见，多连杆式悬架系统会渐成主流。可以预见，多连杆式悬架系统会渐成主流。 v6.5 6.5 各种独立悬架比照小结各种独立悬架比照小结v目前采用较多的悬架是：目前采用较多的悬架是：v 双横臂式，麦弗逊式，斜置单臂式。双横臂式，麦弗逊式，斜置单臂式。v 现在最流行的悬架是：麦弗逊式，双现在最流行的悬架是：麦弗逊式，双横臂式和多连杆式。横臂式和多连杆式。v按照悬架的档次和乘坐舒适性来排名是：按照悬架的档次和乘坐舒适性来排名是：多连杆、双横臂、

14、麦弗逊。多连杆、双横臂、麦弗逊。v在这三种悬架中，麦弗逊是构造最简单在这三种悬架中，麦弗逊是构造最简单的，也是制造本钱最低的。它主要用在的，也是制造本钱最低的。它主要用在大多数中小型车的前悬架，它以简单独大多数中小型车的前悬架，它以简单独霸天下，也正是因为他简单所以它重量霸天下，也正是因为他简单所以它重量轻，响应速度快。轻，响应速度快。v具有高性能的悬架是多连杆和双横臂式具有高性能的悬架是多连杆和双横臂式独立悬架。构造最复杂实现性能最好的独立悬架。构造最复杂实现性能最好的是多连杆。但由于这两者在构造上使其是多连杆。但由于这两者在构造上使其质量较重，所以为了到达更快的响应速质量较重，所以为了到达

15、更快的响应速度常用铝合金打造，那么本钱就可想而度常用铝合金打造，那么本钱就可想而知了。知了。v与双横臂式悬挂系统相比，麦弗逊式悬挂系统的优与双横臂式悬挂系统相比，麦弗逊式悬挂系统的优点是：构造紧凑，车轮跳动时前轮定位参数变化小，点是：构造紧凑，车轮跳动时前轮定位参数变化小，有良好的操纵稳定性，加上由于取消了上横臂，给有良好的操纵稳定性，加上由于取消了上横臂，给发动机及转向系统的布置带来方便。发动机及转向系统的布置带来方便。v麦弗逊式悬挂系统多应用在中小型轿车的前悬挂系麦弗逊式悬挂系统多应用在中小型轿车的前悬挂系统上，虽然麦弗逊式悬挂系统并不是技术含量最高统上，虽然麦弗逊式悬挂系统并不是技术含量

16、最高的悬挂系统构造，但它仍是一种经久耐用的独立悬的悬挂系统构造，但它仍是一种经久耐用的独立悬挂系统，具有很强的道路适应能力。挂系统，具有很强的道路适应能力。 7 其他各种类型的悬架v7.1 扭转梁式半独立后悬架扭转梁式半独立后悬架可以把它看作是非独立悬架，只不过这里的车轴不是刚可以把它看作是非独立悬架，只不过这里的车轴不是刚性的；也可以把它看作独立悬架，因为这个非刚性车轴性的；也可以把它看作独立悬架，因为这个非刚性车轴实际上可以看作是一种特殊的防倾杆。它的实际上可以看作是一种特殊的防倾杆。它的“车轴的车轴的安装位置可以有各种变化，其具体形式也有很多变体。安装位置可以有各种变化，其具体形式也有很

17、多变体。目前不少普通小型轿车就采用前麦弗逊式独立悬架，目前不少普通小型轿车就采用前麦弗逊式独立悬架，后扭转梁式悬架的布置方式。后扭转梁式悬架的布置方式。后轴样件这种所谓的半独立悬挂的主要优点有，构造简这种所谓的半独立悬挂的主要优点有，构造简单实用、占用空间最小、制造本钱低单实用、占用空间最小、制造本钱低 。 v7.2 独立空气悬架独立空气悬架空气悬挂系统可以根据道路的起伏不同调高或调低底盘高度，空气悬挂系统可以根据道路的起伏不同调高或调低底盘高度，使得车辆能够适应多种路况条件下的驾驶需求。使得车辆能够适应多种路况条件下的驾驶需求。 空气悬挂系统多用于经常在恶劣的路况条件下行驶的越野车上，空气悬

18、挂系统多用于经常在恶劣的路况条件下行驶的越野车上，以保证车辆能够顺利地通过泥泞、涉水、砂石等路面。空气悬挂以保证车辆能够顺利地通过泥泞、涉水、砂石等路面。空气悬挂系统是一种很先进实用的配置，但是却很容易损坏而且造价很高。系统是一种很先进实用的配置，但是却很容易损坏而且造价很高。 雷克萨斯雷克萨斯LX570采用了上下可调空气悬挂采用了上下可调空气悬挂 由于系统构造较为复杂，其出现故障的几率和频率要远远高由于系统构造较为复杂，其出现故障的几率和频率要远远高于螺旋弹簧悬挂系统，而用空气作为调整底盘高度的动力，减于螺旋弹簧悬挂系统，而用空气作为调整底盘高度的动力，减振器的密封性还需要进一步提高，倘假设

19、空气减振器出现漏气，振器的密封性还需要进一步提高，倘假设空气减振器出现漏气，那么整个系统就将处于瘫痪状态。而且如果频繁地调整底盘高那么整个系统就将处于瘫痪状态。而且如果频繁地调整底盘高度，还有可能造成气泵系统局部过热，会大大缩短气泵的使用度，还有可能造成气泵系统局部过热，会大大缩短气泵的使用寿命。寿命。8 主动悬架图图1 被动悬架被动悬架 图图2 2 主动悬架主动悬架 图图3 3 半主动悬架半主动悬架Ms-Ms-簧载质量簧载质量 Mu-Mu-非簧载质量非簧载质量 Ks-Ks-悬架弹簧刚度悬架弹簧刚度 Kt-Kt-轮胎刚度轮胎刚度C1-C1-定值阻尼定值阻尼 C C2 2- -可调阻尼可调阻尼

20、A-A-作动器作动器v以上关注点在于普通道路上以正常条件行驶以上关注点在于普通道路上以正常条件行驶的主流的前轮和后轮驱动汽车的悬架。的主流的前轮和后轮驱动汽车的悬架。v但是一些专业汽车的悬架又如何呢，例如大但是一些专业汽车的悬架又如何呢，例如大马力改装车、赛车或极限越野车？马力改装车、赛车或极限越野车？v虽然这些专业汽车的悬架也采用一样的根本虽然这些专业汽车的悬架也采用一样的根本原理，但它们还提供了一些针对其独特驾驶原理，但它们还提供了一些针对其独特驾驶条件的附加优点。条件的附加优点。v下面我们简单介绍三种类型专业汽车的悬架下面我们简单介绍三种类型专业汽车的悬架设计设计群众甲壳虫、一级方程式赛

21、车和美群众甲壳虫、一级方程式赛车和美式的由旧车改装的大马力车。式的由旧车改装的大马力车。 v采用多连杆后悬挂的车型很多，如长安福特福克斯、采用多连杆后悬挂的车型很多，如长安福特福克斯、一汽群众速腾、广州本田雅阁、上海通用君越、一一汽群众速腾、广州本田雅阁、上海通用君越、一汽丰田锐志、奔驰汽丰田锐志、奔驰E级轿车、华晨宝马的级轿车、华晨宝马的3系及系及5系系轿车、一汽群众奥迪轿车、一汽群众奥迪A4及及A6L等等。等等。 9 专用汽车悬架v群众甲壳虫注定会受到越野爱好者的追捧。群众甲壳虫注定会受到越野爱好者的追捧。通过降低重心以及将发动机放在后轴上，这通过降低重心以及将发动机放在后轴上，这只两轮驱

22、动的只两轮驱动的“小甲虫能够象某些四驱车小甲虫能够象某些四驱车一样沉着应对各种野外环境。当然，群众的一样沉着应对各种野外环境。当然，群众的这只这只“甲壳虫以其出厂装备是无法适应野甲壳虫以其出厂装备是无法适应野外条件的。外条件的。 最重要的一项改装是针对悬架进展的。最重要的一项改装是针对悬架进展的。1936-1977年间的多数甲壳虫车在其前后轴上年间的多数甲壳虫车在其前后轴上配备了扭杆悬架标准装置，升高后可为安装重型越野车轮和轮胎让出空间。用较长的配备了扭杆悬架标准装置，升高后可为安装重型越野车轮和轮胎让出空间。用较长的减振器替换标准减振器，以抬高车身并获得最大的车轮通过高度。在某些情况下，甲减

23、振器替换标准减振器，以抬高车身并获得最大的车轮通过高度。在某些情况下，甲壳虫车的改装者会将扭杆整个卸掉，并代之以多个螺旋弹簧系统。经过这些改装的车壳虫车的改装者会将扭杆整个卸掉，并代之以多个螺旋弹簧系统。经过这些改装的车辆，每个车轮与地面的垂直通过高度可达辆，每个车轮与地面的垂直通过高度可达50厘米或更高。这样一辆汽车可轻松越过崎厘米或更高。这样一辆汽车可轻松越过崎岖地形，并且通常会像打水漂一样岖地形，并且通常会像打水漂一样“跳过波浪起伏的沙丘。跳过波浪起伏的沙丘。9.2 一级方程式赛车一级方程式赛车 v一级方程式赛车代表了汽车革新和开展进步的顶点。一级方程式赛车代表了汽车革新和开展进步的顶点

24、。v轻盈的复合车身、强大的轻盈的复合车身、强大的V10发动机以及先进的空发动机以及先进的空气动力学理论造就了更快、更平安和更可靠的汽车。气动力学理论造就了更快、更平安和更可靠的汽车。 v为突出驾驶者技巧的重要性并使之成为决定为突出驾驶者技巧的重要性并使之成为决定比赛胜负的关键因素，一级方程式赛车的设比赛胜负的关键因素，一级方程式赛车的设计有着严格的规那么和要求。计有着严格的规那么和要求。v例如，规那么规定所有一级方程式赛车的悬例如，规那么规定所有一级方程式赛车的悬架必须采用传统的弹簧式设计，但不允许使架必须采用传统的弹簧式设计，但不允许使用计算机控制的主动式悬架。用计算机控制的主动式悬架。v为

25、此，赛车采用了一种多连杆式悬架，它所为此，赛车采用了一种多连杆式悬架，它所用的多连杆机制相当于双用的多连杆机制相当于双A形控制臂系统。形控制臂系统。 v我们知道，双我们知道，双A形控制臂设计使用两个形控制臂设计使用两个A形控制臂形控制臂来引导每个车轮的上下运动。每条臂有三个安装位来引导每个车轮的上下运动。每条臂有三个安装位置两个在车架上，一个在车轮轮毂上，每个结置两个在车架上，一个在车轮轮毂上，每个结点铰接在一起以引导车轮的运动。点铰接在一起以引导车轮的运动。v在所有汽车中，双在所有汽车中，双A形控制臂式悬架的主要好处是形控制臂式悬架的主要好处是容易控制。臂的几何构造以及结点的弹性使工程师容易控制。臂的几何构造以及结点的弹性使工程师们能够最大限度地控制车轮的角度和其他车辆动力们能够最大限度地控制车轮的角度和其他车辆动力特征，如提升、蹲伏和俯冲。特征，如提升、蹲伏和俯冲。v与普通汽车不同，一级方程式赛车的减振器和螺旋与普通汽车不同，一级方程式赛车的减振器和螺旋弹簧没有直接安装在控制臂上。相反，它们沿着车弹簧没有直接安装在控制臂上。相反，它们