0110汽车悬架设计与底盘相关技术

1、汽车悬架设计与底盘平台相关技术 西华大学 廖文俊 悬 架 构 造 基 础横向推力杆弹性元件纵向推力杆横向稳定器减振器2、组成（1）弹性元件：承受和传递垂直载荷，减小路面的冲击;（2）导向装置：传递纵向力、侧向力及其力矩，并保证车轮相对于车身有正确的运动关系。（3）减振器：加快振动的衰减，限制车身和车轮的振动。 西华大学 廖文俊悬架概述西华大学 廖文俊第一节概述1悬架的功用和组成1）悬架的功用 （1）把路面作用于车轮上的垂直反力、纵向反力和侧向反力以及这些反力所造成的力矩传递到车架（或承载式车身）上，保证汽车的正常行驶，即起传力作用；（2）利用弹性元件和减振器起到缓冲减振的作用；（3）利用悬架的

2、某些传力构件使车轮按一定轨迹相对于车架或车身跳动，即起导向作用；（4）利用悬架中的辅助弹性元件横向稳定器，防止车身在转向等行驶情况下发生过大的侧向倾斜。西华大学 廖文俊2）悬架的组成（1）弹性元件起缓冲作用；（2）减振元件起减振作用；（3）导向机构起传力和导向作用；（4）横向稳定器防止车身产生过大侧倾。西华大学 廖文俊汽车悬架的组成西华大学 廖文俊弹性元件弹性元件的作用是缓和来自路面的冲击。弹簧的种类很多，有钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧、空气弹簧、油气弹簧和橡胶弹簧等。西华大学 廖文俊阻尼元件悬架系统中由于弹性元件受冲击会产生振动，为衰减振动，改善汽车行驶平顺性，与弹性元件并联安装减振器，汽车

3、悬架系统中采用减振器多是液力减振器，西华大学 廖文俊导向机构导向机构用来传递车轮与车身间的力和力矩，同时保持车轮按一定运动轨迹相对车身跳动，通常导向机构由控制摆臂式杆件组成。钢板弹簧本身兼起导向作用。西华大学 廖文俊横向稳定器 在一些轿车和客车上，为防止车身在转向等情况下发生过大的横向倾斜，在悬架系统中加设横向稳定杆。西华大学 廖文俊横向稳定器的安装西华大学 廖文俊横向稳定器的安装西华大学 廖文俊2悬架系统的自然振动频率悬架系统的频率与汽车的平顺性（也称舒适性）有直接关系。 n悬架的频率； M簧载质量；K悬架刚度； 悬架频率 n 随簧载质量的变化而变化，轿车舒适性：人体所习惯的步行时身体上下运

4、动的频率。人体最舒适的频率范围为11.6Hz；货车：货物完整性。未经固定的货物不可离开货箱底板车身加速度1g（重力加速度）一般汽车固有频率为： 货车为1.52Hz； 客车为1.21.8Hz， 轿车为11.3Hz。车身振动加速度：极限值0.6-0.79g如果要将汽车行驶过程中的频率保持在11.6Hz内，最好采用变刚度悬架。西华大学 廖文俊车辆悬架性能评价方法汽车行驶平顺性的评价，常用车身振动的固有频率和振动加速度值评价 振动频率要求：车型车身振动频率范围车轮频率轿车前轿55-80/min 1-1.3Hz后轿68-100/min 1-1.6Hz10-14Hz旅行客车1.2-1.8Hz货车1.5-2

5、.2Hz西华大学 廖文俊悬架特性 影响汽车平顺性的另一重要指标是阻尼比，它表达为：式中：k-代表悬架阻尼元件的阻力系数。 值取大，能使振动迅速衰减，但会把路面较大的冲击传递到车身，值取小，振动衰减慢，受冲击后振动持续时间长，使乘客感到不舒服。为充分发挥弹簧在压缩行程中作用，常把压缩行程的阻尼比设计得比伸张小。西华大学 廖文俊对悬架提出的设计要求 1）保证汽车有良好的行驶平顺性。2）具有合适的衰减振动能力。3）保证汽车具有良好的操纵稳定性。4）汽车制动或加速时要保证车身稳定，减少车身纵倾；转弯 时车身侧倾角要合适。5）有良好的隔声能力。6）结构紧凑、占用空间尺寸要小。7）可靠地传递车身与车轮之间

6、的各种力和力矩，在满足零部 件质量要小的同时，还要保证有足够的强度和寿命。西华大学 廖文俊 每一侧车轮单独通过悬架与车架相连，每个车轮能独立上下跳动而互不影响。非独立悬架的优点是车轮上下跳动时定位参数变化小、最小离地间隙不变，且结构简单成本低廉。 左右车轮安装在 一根整体车桥两端，车桥则通过弹性元件与车架相连。非簧载质量小，减小悬架刚度，降低车身振动的频率。车 桥弹性元件车 架断开式车桥、非独立悬架：西华大学 廖文俊西华大学 廖文俊1 非独立悬架 优点 纵置钢板弹簧为弹性元件兼作导向装置 结构简单制造容易维修方便工作可靠 缺点 汽车平顺性较差高速行驶时操稳性差轿车不利于发动机、行李舱的布置应用

7、 ：货车、大客车的前、后悬架以及某些轿车的后悬架西华大学 廖文俊2 独立悬架 优点 簧下质量小；悬架占用的空间小；可以用刚度小的弹簧，改善了汽车行驶平顺性；由于有可能降低发动机的位置高度，使整车的质心高度下 降，又改善了汽车的行驶稳定性；左、右车轮各自独立运动互不影响，可减少车身的倾斜和 振动，同时在起伏的路面上能获得良好的地面附着能力。 缺点 结构复杂成本较高维修困难应用 ：轿车和部分轻型货车、客车及越野车 西华大学 廖文俊钢板弹簧套 管螺 栓螺 母中心螺栓卷 耳弹簧夹1、钢板弹簧西华大学 廖文俊西华大学 廖文俊 螺旋弹簧广泛应用于独立悬架中，它与钢板弹簧相比，有质量小，无需润滑，所占纵向空

8、间小，不怕泥污等优点。 但它只能承受垂直方向力，而且不足有减振作用，因此在悬架中必须要有导向机构和减振器。特点：西华大学 廖文俊螺旋弹簧概述西华大学 廖文俊螺旋弹簧悬架弹簧套在减震器外边，节省了安装空间，空余的大量空间便于安装发动机。当车轮转向跳动时，车轮沿主销转动。西华大学 廖文俊摆 臂 扭 杆西华大学 廖文俊扭杆弹簧概述西华大学 廖文俊三、减振器弹簧虽然可以减轻道路对车身的冲击，但如果不让它的振动尽快停下来，我们乘坐的将是一辆跳个不停的汽车。因此，要在弹簧运动的过程中加上一定的阻尼，使弹簧的振动迅速衰减。 西华大学 廖文俊2、原理： 当汽车振动时，减振器壳体内的油液反复从一个内腔通过一些窄

9、小的空隙流入另一内腔，同时，摩擦力便把振动能量转化为热能，被油液、减振器吸收后散失到大气中。弹性元件减震器车 架半 轴西华大学 廖文俊1、汽车减振器的分类 悬架减振器 转向减振器 驾驶室减振器 座椅减振器 其它特殊功能减振器西华大学 廖文俊 悬架减振器 西华大学 廖文俊 压缩缓冲块复原缓冲块压缩阀座底座缸筒连杆充氮气支柱减振器防尘罩弹簧下座支架活塞贮液筒西华大学 廖文俊下吊环筒式减振器压缩阀座活塞连杆导向器油封上吊环贮液筒缸筒防尘罩支撑垫片底座复原缓冲块西华大学 廖文俊转向减振器 随着车速的提高，现代汽车的转向轮有时会产生摆振（转向轮绕主销轴线往复摆动，甚至引起整车车身的振动），这不仅影响汽车

10、的稳定性，而且还影响汽车的舒适性、加剧前轮轮胎的磨损。在转向传动机构中设置转向减振器是克服转向轮摆振的有效措施。转向减振器的一端与车身（或前桥）铰接，另一端与转向直拉杆（或转向器）铰接。 西华大学 廖文俊转向减振器西华大学 廖文俊驾驶室减振器西华大学 廖文俊座椅减振器西华大学 廖文俊座椅减振器阻力不可调阻力可调西华大学 廖文俊其它特殊功能减振器 如拖车减振器等西华大学 廖文俊2、汽车悬架减振器的功能无减振器有减振器西华大学 廖文俊汽车悬架减振器是为迅速衰减悬架与车身振动而设计的 西华大学 廖文俊迅速衰减由路面传递给车体的振动 提高行驶平顺性使司乘人员不易疲劳；货物不易损坏 提高乘座舒适性降低对

11、相关零件冲击载荷，减少磨损 提高使用经济性改善轮胎抓地性、抑制高速行驶跳动 提高行驶安全性车辆在急加速、急刹车、急转弯时 提高操作稳定性 西华大学 廖文俊西华大学 廖文俊4、汽车悬架减振器的分类充气式、不充气式减振器 双作用式、单作用式减振器 单筒式、双筒式减振器 被动型、半主动型、主动型减振器 以双筒式、不充气、双作用的被动型减振器为最常见西华大学 廖文俊1、筒式减振器的结构型式环环型(HH)环杆型(HG)杆杆型(GG)杆环型(GH) 三、汽车悬架减振器的结构西华大学 廖文俊1、筒式减振器的结构型式西华大学 廖文俊西华大学 廖文俊西华大学 廖文俊双向作用筒式减振器西华大学 廖文俊减振器工作原

12、理西华大学 廖文俊西华大学 廖文俊伸张阀流通阀压缩阀补偿阀活塞杆防尘罩活 塞储油钢桶导向座西华大学 廖文俊容积减少，油压升高，油液打开流通阀，经过流通阀流入上腔。由于上腔容积被活塞杆用去部分空间，所以一部分油液打开压缩阀流入储油缸。由于各阀门的节流作用，便造成对悬架压缩运动的阻力，使振动能量衰减。西华大学 廖文俊上腔容积减少，油压升高，油液推开伸张阀，流入下腔。由于活塞杆占去一定空间，所以自上腔流入的油液不足以充满下腔容积的增加。储油缸中油液推开补偿阀流入下腔补充。由于各阀门的节流作用，便造成对悬架伸张运动的阻力，使振动能量衰减。西华大学 廖文俊西华大学 廖文俊双筒液压减振器外特性三级控制减振

13、器的阻尼力通常是指在给定行程和频率（或速度）的条件下产生的阻尼力。减振器阻尼力的系数通常是非线性的，它的外特性有两个点非常重要。一个是开阀点，另一个是最大开阀点，此时阀系形成最大开度。Fk复原开阀点Fkm复原最大开度Vk压缩开阀点Vkm压缩最大开度西华大学 廖文俊双筒液压减振器外特性三级控制减振器外特性三级控制第一级控制：溢流：活塞杆在低速运动时特别是0-0.3m/s间的减振器流量功能是减振器持续不断通过节流阀片的开槽宽度数量和厚度的槽孔提供。第二级控制：排放：活塞杆在中速运动，特别是0.2-1.0m/s间的减振器流量功能是减振器油压力 作用下阀片数量，变形，实现的。第三级控制：板孔流量：活塞

14、杆在高速运动速度为1.0m/s以上的减振器油流量功能，是通过活塞（阀板）端面孔口直径大小，数量实现的。当阀门全打开时减振器油受到限制。西华大学 廖文俊桑塔纳2000前减振器活塞结构图西华大学 廖文俊桑塔纳2000前减振器工作缸底座结构图西华大学 廖文俊新型减振器（充气式减振器） 结构： 装有一个浮动活塞充有高压的氮气工作活塞上装有变截面积的压缩阀和伸张阀（弹簧钢片） 工作原理 ：减震液流通工作活塞上压缩阀、伸张阀产生阻尼力，使振动衰减。活塞杆对缸筒容积的变化，由浮动活塞补偿。西华大学 廖文俊3、单筒液压减振器基本结构 活塞杆导向器活塞阀底阀西华大学 廖文俊充气式减振器西华大学 廖文俊4、筒式减

15、振器的尺寸系列以工作缸内径分为： 中国：20、30、40、(45)、50、65系列 日本：20、25、30、40、45、50、65系列 欧美：20、27、32、40、45、50、65系列5、减振器活塞杆的尺寸系列常见活塞杆杆径有： 8、10、12、12.5、16、18、20、22、25、28西华大学 廖文俊3、横置减振器工作原理油封底阀总成导向器缸筒活塞阀总成转向减振器储油囊 一般的悬架减振器要求垂直安装，角度过小易出现空程 横置减振器要求水平安装，全行程不能出现空程 有一个能补偿活塞杆排量的活动腔是横置减振器无空程的重要保证西华大学 廖文俊4、单筒充气液压减振器 工作原理复原阀高压氮气压缩阀

16、浮动底座 无流通阀 和补偿阀 对油封要 求较高西华大学 廖文俊1、尺寸参数 最大拉伸长度Lmax 、最小压缩长度Lmin、行程S 行程S=最大拉伸长度Lmax -最小压缩长度Lmin 五、汽车减振器的特性及其检测连接件安装尺寸 汽车减振器本质上是一种阻尼器。通过将外部输入的振动动能转化为其内部的热能而实现减振功能。西华大学 廖文俊西华大学 廖文俊2、示功特性 示功图西华大学 廖文俊 示功图的解读示功图通过示功试验获得复原阻力、压缩阻力示功图应丰满、圆滑，不得有空程、畸变等额定阻力的允差值额定复原阻力Pf、额定压缩阻力Py复原阻力的允差值Pf=(14%Pf+40) N压缩阻力的允差值Py=(16

17、%Py+40) N每个减振器必须经示功检验合格后才可出厂西华大学 廖文俊3、速度特性 速度特性曲线西华大学 廖文俊 速度特性曲线解读速度特性曲线通过不同速度段的多个示功试验获得它与示功图是减振器外特性的不同表示方法速度特性曲线是减振器设计的输出项之一常用检测速度欧美：0.05、0.13、0.26、0.39、0.52、1.04 M/S日本：0.05、0.10、0.30、0.60、1.00、1.50 M/S西华大学 廖文俊示功特性检测速度特性检测性能检测设备MTS性能试验台西华大学 廖文俊国产性能试验台检测项目： 多速度示功图 （P-S图） 速度特性曲线 （V-S图） 摩擦力 西华大学 廖文俊4、

18、温度特性 减振器油温升降引起阻力变化的特性 温度特性常用 P-t (阻力-温度）曲线表示 温度特性检测使用高、低温恒温箱西华大学 廖文俊 复原阻力和压缩阻力的实际热衰减率应在允 许的衰减率范围内。 根据试件在20、100时的阻力计算出实际 的复原（压缩）热衰减率f 、 y： f =（ P20- P100 ）/ P20 * 100% y =（ P20- P100 ）/ P20 * 100% 复原阻力允许衰减率f =(19%+40N/Pf)*100% 压缩阻力允许衰减率y =(16%+40N/Py)*100%西华大学 廖文俊5、耐久性 分台架试验和道路试验两种 台架试验后减振器应无漏油、示功图仍应

19、保 持正常、复原阻力和压缩阻力的实际变化率 在允许的变化率范围内。 台架试验的工作循环次数最少为100万次西华大学 廖文俊 复原阻力的允许变化率=(19%+40N/Pf)*100% 压缩阻力的允许变化率=(16%+40N/Py)*100% 根据试件在试验前、后的阻力计算出实际 的复原（压缩）阻力变化率nf 、 ny： nf =（ P0 - P100 ）/ P0 * 100% ny =（ P0 - P100 ）/ P0 * 100%西华大学 廖文俊双动寿命试验台耐久台架试验的检测设备西华大学 廖文俊6、强度 减振器的设计强度一般不低于其额定复原阻 力值的10倍。如S20的不小于20KN；S30的

20、不 小于30KN；S40的不小于45KN；等 减振器的复原阻力一般大于压缩阻力 若悬架设计时选用的减振器规格偏小，则极 易产生吊耳断裂的现象西华大学 廖文俊万能材料试验机强度试验的检测设备检测项目：金属材料的拉伸、压缩、弯曲及剪切性能减振器各分总成的焊接强度西华大学 廖文俊7、减振器标准QC/T491-1999 （JB1459-85） 汽车筒式减振器 尺寸系列及技术条件QC/T545-1999 （JB3901-85） 汽车筒式减振器 台架试验方法QC/T546-1999 （JB3902-85） 汽车筒式减振器 清洁度限值及测定方法西华大学 廖文俊 六、汽车减振器的制造工艺 产品虽小但零部件种类

21、、数量较多1、减振器的制造特点 各零部件的制造精度要求较高 零部件涉及行业多 产品装配工序较多 装配工艺以压配和点焊、凸焊、缝焊为主西华大学 廖文俊七、汽车减振器的常见故障1、橡胶套坏2、渗漏油4、无阻力5、发硬6、发响3、断裂西华大学 廖文俊四、非独立悬架 非独立悬架结构简单，被广泛用于小货车和客车的前后悬架。有的轿车的后悬架也有采用非独立悬架。1、纵置板簧式非独立悬架 钢板弹簧被用做非独立悬架的弹性元件，由于它兼起导向机构的作用，使得悬架系统大为简化。应用：货车的前、后悬架中西华大学 廖文俊非独立悬架概述西华大学 廖文俊2、螺旋弹簧非独立悬架只能承受垂直载荷,所以其悬架系统要加设导向机构和

22、减振器。由螺旋弹簧、减振器、纵向推力杆和横向推力杆组成。 应用：一般用于轿车的后悬架西华大学 廖文俊四连杆螺旋弹簧式悬架 用螺旋弹簧代替钢板弹簧，改善了乘坐舒适性。大多应用于FR(前置发动机后轮驱动)车的后轮悬架。西华大学 廖文俊3、空气弹簧非独立悬架组成：囊式空气弹簧、压气机、车身高度调节控制阀、控制杆等。 应用特点：汽车在行驶时由于载荷和路面的变化，要求悬架刚度随着变化。不同类型汽车提出不同的要求，矿山及大型客车要求 其空车与满载时的车身高度变化不大；对于轿车要求在好路上降低车身高度，提高车速行驶；在坏路上提高车身，可以增大通过能力。西华大学 廖文俊五、独立悬架 独立悬架的左右车轮不是用整

23、体车桥相连接，而是通过悬架分别与车架（或车身）相连，每侧车轮可独立地运动。轿车和载重量1t以下的货车前悬架广为采用，轿车后悬架上采用也在增加。越野车、矿用车和大客车的前轮也有一些采用独立悬架。2、按弹性元件采用不同分为：螺旋弹簧式，钢板弹簧式，扭杆弹簧式，气体弹簧式。1、根据导向机构不同的结构特点，独立悬架可分为：双横臂，单横臂，纵臂式，单斜臂，多杆式及滑柱（杆）连杆（摆臂）分类：西华大学 廖文俊独立悬架概述西华大学 廖文俊1、双横臂式（双叉式）独立悬架、等臂双横臂式独立悬架 上下两摆臂不等长，选择长度比例合适，可使车轮和主销的角度及轮距变化不大。应用：广泛应用在轿车前轮上西华大学 廖文俊、不

24、等臂双横臂式独立悬架不等臂双横臂式独立悬架的上臂比下臂短。优点：当汽车车轮上下运动时，上臂比下臂运动弧度小。这将使轮胎上部轻微地内外移动，而底部影响很小。这种结构有利于减少轮胎磨损，提高汽车行驶平顺性和方向稳定性。西华大学 廖文俊2、滑柱摆臂式独立悬架（又称麦弗逊式或支柱式）车轮沿摆动的主销轴线移动；这种悬架将双横臂上臂去掉并以橡胶做支承，允许滑柱上端作少许角位移；内侧空间大，有利于发动机布置，并降低汽车的重心。应用：轿车中采用很多西华大学 廖文俊烛式独立悬架车轮沿固定不动的主销轴线移动；悬架变形时，主销的定位角不变，仅轮距、轴距稍有改变；有利于汽车的转向操纵性和行驶稳定性。套筒和主销磨损严重

25、。应用：目前很少采用西华大学 廖文俊3、斜置单臂式独立悬架 其摆臂绕与汽车纵轴线具有一定交角的轴线摆动，选择合适的交角可以满足汽车操纵稳定性要求。应用：适于做后悬架西华大学 廖文俊4、多杆式独立悬架 独立悬架中多采用螺旋弹簧，因而对于侧向力，垂直力以及纵向力需加设导向装置即采用杆件来承受和传递这些力。应用：一些轿车上为减轻车重和简化结构采用多杆式悬架。1-前悬架横梁 2-前稳定杆 3-拉杆支架 4-粘滞式拉杆 5-下连杆6-轮毂转向节总成 7-第三连杆 8-减振器 9-上连杆 10-螺旋弹簧 11-上连杆支架 12-减振器隔振块西华大学 廖文俊西华大学 廖文俊六、多轴汽车的平衡悬架1.各车桥单

26、独与车架刚性连接(1）一轮悬空（或负荷减小），可能使其他车桥过载；(2）不能全轮附着，最大牵引力减小，降低越野性；(3）若前轮悬空，汽车操纵能力大大降低，失去操纵性；(4）减振器性能差（轮胎弹性未充分发挥）。若在不平道路上行驶，将带来不良后果：西华大学 廖文俊3.中后桥用平衡悬架与车架连接（三桥） 将中后桥装在一副钢板弹簧的两端，钢板弹簧就相当于一根平衡杆，而平衡杆的中部与车架作铰链连接。 由于平衡杆两臂等长，则两个车桥上的垂直载荷在任何情况下都相等。2.各车桥单独与车架弹性连接 采用独立悬架，可以保证所有车轮与地面良好地接触。西华大学 廖文俊 12.6 电子控制的空气悬架应用于高级轿车一、分

27、类1、根据有源和无源分：半主动悬架：不考虑改变悬架的刚度，而只改变悬架的阻尼。主动悬架：能对其刚度和阻尼力控制外，还可以调整车身高度。2、按悬架介质分：油气式主动悬架和空气式主动悬架。二、电子控制空气式主动悬架的结构与原理1、组成：西华大学 廖文俊主动控制悬架一般由传感器检测系统运动的状态信号,反馈到电控单元ECU,然后由ECU发出指令给执行机构主动力发生器，构成闭环控制。通常采用电液伺服液压缸作为主动力发生器，它由外部油源提供能量. 力发生器产生主动控制力作用于振动系统，自动改变弹簧刚度和减振器阻尼特性参数。主动悬架除了控制振动还可以控制汽车的姿态和高度。 西华大学 廖文俊1、空压机；2、发

28、动机IC调节器；3、前悬架控制执行器；4、节气门开度传感器；5、后悬架控制执行器；6、后车身高度传感器；7、2号高度控制阀；8、转向盘转角传感器；9、悬架控制开关；10、车高指示灯、LRC指示灯、1号车速传感器；11、制动开关；12、1号高度控制阀；13、前车身高度传感器；14、干燥器与排气阀西华大学 廖文俊2、原理：、信号输入装置：由一系列的传感器，将信号输入的装置；、空气悬架刚度及阻尼力调节系统： a、空气悬架刚度的调节 b、悬架阻尼的调节 c、悬架控制执行器、车身高度调节：使车身高度根据汽车内乘坐人员或车辆载重情况自动做出调整，以保证汽车行驶所需要的高度及汽车行驶姿态的稳定。西华大学 廖文俊半主动悬架 目前采用的半主动悬架主要是通过电磁阀控制可调阻尼减振器，其控制方法有的和主动悬架类似是实时闭环控制的。 西华大学 廖文俊车速控制的可调阻尼悬架调阻尼减振器由具有不同节流孔的转阀得到舒适（软）、正常（中）、运动（硬）三个等级的阻尼。 不同等级的阻尼的车速范围： 起步、制动、急转弯和高速（100公里/小时以上）选择运动（硬）改善操纵稳定性 低速（40公里/小时以下）选择舒适（软