第二十章悬架

第9章悬架第一节：概述第二节：弹性元件和减振器第三节：非独立悬架第四节：独立悬架第五节：电子控制悬架第一节：概述功用：连接车桥与车架，并传递二者之间的相互作用力和力矩，抑制并减小由于路面不平而引起的振动；保持车身和车轮之间正确的运动关系，保证汽车的行驶平顺性和操纵稳定性。(缓冲、减振、导向及稳定)

组成：减震器—加快振动的衰弱。弹性元件—承受和传递垂直载荷，减小路面的冲击导向装置—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。横向稳定器：防止车身横向过度倾斜。分类独立悬架：每一侧车轮单独通过悬架与车架相连，两侧车轮能独立上下跳动而互不影响。特点：车轮接地性好，行驶平顺性和操纵稳定性都优于非独立悬架，前轮定位角可以调节，在轿车上得到广泛应用

非独立悬架：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。特点：结构简单，成本低，车轮上下跳动时定位参数变化小，在货车和一些大客车上普遍采用，部分轿车后悬架也有采用

车桥弹性元件车架断开式车桥要求合适的n=1~1.6Hz。M变化，要求c也变化。第二节：弹性元件和减振器一、弹性元件：钢板弹簧；橡胶弹簧；扭杆弹簧；螺旋弹簧；气体弹簧。二、减振器：双作用筒式减振器；充气式减振器；阻力可调式减振器；1.钢板弹簧

钢板弹簧由若干个片长度不同、等宽等厚（或厚度不等）的弹簧钢片迭成，构成整体上近似于等强度的弹性梁。作用：既有弹性元件的作用，又可起到导向和减振作用。结构：钢板弹簧套管螺栓螺母中心螺栓卷耳弹簧夹单片弹簧和少片弹簧特点：断面尺寸沿长度方向变化；减轻重量，节约材料。钢板弹簧的安装减振器在弹簧片之间涂上较稠的润滑剂，可以减少磨损在弹簧片之间夹入塑料垫片，可减少噪声。弹簧片之间的摩擦力可起到衰减振动和导向的作用。板簧与车架的连接螺旋弹簧制造：用弹簧钢棒料卷制而成。

特点：无需润滑、抗污染、安装所需纵向空间小、弹簧本身质量轻。性能：没有减振作用且只能承受垂直载荷，必须另加减震器以衰减振动，并安装导向机构以传递垂直力以外的各种力和力矩。用途：轿车前轮独立悬架及某些轿车的后轮非独立悬架应用：桑塔纳轿车的前悬架麦弗逊式独立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。扭杆弹簧功用：当车轮跳动时，摆臂便绕着扭杆轴线摆动，使扭杆产生扭转变形，以保证车轮与车架弹性连接。特点：质量轻、结构简单，不需润滑、保养维修简便，易实现车身高度的自动调节。安装：左右不可装反。摆臂扭杆扭杆弹簧是一根具有扭转弹性的金属杆，其断面为圆形，少数为矩形或管形。两端可制成花键、方形、六角形或带平面的圆柱形。

扭杆弹簧的装配摆臂扭杆将扭杆的固定端转过一个角度，则摆臂的初始位置将改变，可借此调节车身的高度。特点：质量小，不需润滑气体弹簧特点：质量小、寿命长、弹簧刚性可变，可实现车身高度自动调节；高度尺寸较大，布置困难；密封环节多，容易漏气；结构复杂，制造成本高囊式气体弹簧膜式气体弹簧在一个密封的容器中充入压缩气体(气压为0.5—1MPa)，利用气体的可压缩性实现其弹簧作用。其刚度是可变的，因为作用在弹簧上的载荷增加时，容器中的定量气体受压缩，气压升高，弹簧的刚度增大；反之亦然。应用：高档大客车油气弹簧特点：以空气和油液作为工作介质。体积和质量都较钢板弹簧小，具有可变刚度特性，需加装导向装置和减振器，对加工和装配精度要求和对相对滑动的工作表面的表面粗糙度和耐磨性要求都很高。油气不分割式油气分隔式以惰性气体（氮气）作为弹性介质．用油液作为传力介质实现弹簧作用。应用：重型汽车橡胶弹簧优点：是单位质量的储能量较金属弹簧多，隔声性能好，工作无噪声，不需要润滑。具有一定的减震能力，多用作悬架的副簧和缓冲块。利用橡胶本身的弹性来缓和冲击、减小振动。可以承受压缩载荷和扭转载荷。小结：·一般载货汽车的非独立悬架广泛采用钢板弹簧·大多数轿车的独立悬架应用螺旋弹簧和扭杆弹簧·在重型载货汽车和客车上气体弹簧得到广泛的应用·橡胶弹簧多用在悬架的副簧和缓冲块。二、减振器功用：加速车架与车身振动的衰减，改善汽车行驶的平顺性。目前，汽车悬架系统中采用液压减振器较多。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小的空隙流入另一内腔，由孔壁与油液间的摩擦和液体分子内摩擦便形成阻尼力，同时，摩擦力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性能要求在悬架压缩行程内，减振器阻尼力应较小，以便充分利用弹性元件的弹性，缓和冲击。在悬架伸张行程，减振器阻尼力应大，以求迅速减振。在车桥与车架相对速度过大时，减振器应当能自动加大液流通道截面积，使阻尼力始终保持在一定限度之内，避免过大的冲击载荷。分类双向作用筒式减振器充气式减震器（单筒式）阻力可调式减震器双向作用筒式减振器结构：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工作原理压缩行程：车轮靠近车架容积减少，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，所以油液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。伸张行程车轮下跳，减振器受拉伸，活塞上移上腔容积减少，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。减振器工作过程伸张阀弹簧的刚度和预紧力比压缩阀的大，在同样油压作用下，伸张行程产生阻尼力远大于压缩行程的阻尼力。充气式减震器（单筒式）

结构特点：其结构特点是在缸筒的下部装有一个浮动活塞，在浮动活塞与缸筒一端形成的一个密闭气室种充有高压氮气。在浮动活塞上装有大断面的O型密封圈，它把油和气完全分开。工作活塞上装有随其运动速度大小而改变通道截面积的压缩阀和伸张阀。

工作原理当车轮上下跳动时，减震器的工作活塞在油液种做往复运动，使工作活塞的上腔和下腔之间产生油压差，压力油便推开压缩阀和伸张阀而来回流动。由于阀对压力油产生较大的阻尼力，使振动衰减。

与双向作用筒式减振器比较1.结构简单，质量轻2.可消除噪声3.可靠性更强4.没有乳化现象阻力可调式减震器基本结构一般用刚度可变的空气弹簧作为弹性元件。

工作原理空气弹簧若气压升高，则减震器气室内的压力也升高，由于压力的改变而使油液的节流孔径发生改变，从而达到改变阻尼刚度的目的。横向稳定器现代轿车悬架很软，即固有频率很低，为提高悬架的侧倾角刚度，减小横向倾斜，常在悬架中添设横向稳定器（杆），保证良好操纵稳定性。结构工作原理当两则悬架变形相同时，横向稳定器不起作用。当两侧悬架变形不等时，车身相对路面横向倾斜时，车架一侧移近弹簧支座，稳定杆的同侧末端就随车架向上移动，而另一侧车架远离弹簧座，相应横向稳定杆的末端相对车架下移，横向稳定杆中部对于车架没有相对运动，而稳定杆两边的纵向部分向不同方向偏转，于是稳定杆被扭转。弹性的稳定杆产生扭转内力矩就阻碍悬架弹簧的变形，减少了车身的横向倾斜和横向角振动。

第三节非独立悬架特点：结构简单、工作可靠应用：货车、客车的前后悬架，轿车后悬架举例：板簧非独立悬架（单个板簧、双板簧）螺旋弹簧非独立悬架空气弹簧非独立悬架（可实现车身高度自动调节少用）油气弹簧非独立悬架（矿用自卸车）一、纵置钢板弹簧式非独立悬架1)基本结构2)变刚度钢板弹簧悬架空载或装载质量小时，主簧单独工作，悬架刚度小；重载或满载时，主、副簧同时参加工作，悬架刚度大。3)渐变刚度钢板弹簧悬架主簧由5片较薄的弹簧钢片叠加而成，副簧由5片较厚的弹簧钢片叠加而成；小载荷时，仅主簧工作；随着载荷的增加，副簧逐渐参与工作，刚度逐渐增加。二、螺旋弹簧非独立悬架三、空气弹簧非独立悬架四、油气弹簧非独立悬架第四节独立悬架独立悬架的优点：

1.减少车架和车身在不平路面上行驶时的振动，且有助于消除转向轮不断偏摆现象。

2.减轻了非簧载质量从而减少了悬架所受冲击载荷，提高汽车平均行驶速度。

3.采用断开式车桥，发动机位置可降低和前移并使汽车重心下降，提高汽车行驶稳定性，同时给车轮较大跳动空间，有利于降低车身振动频率，改善行驶平顺性。

4.可保证汽车再不平路面上行驶时车轮与地面的良好接触，增大驱动力。

5.对于特殊要求的越野车，采用独立悬架科提高离地间隙，提高通过性。类型：1.车轮在汽车横向平面内摆动的悬架——横臂式独立悬架

2.车轮在汽车纵向平面内摆动的悬架——纵臂式独立悬架

3.车轮沿主销移动的悬架，烛式悬架—车轮沿固定不动的主销上下移动，所以悬架变形时，主销定位角不变，但因主销承受侧向力，磨损严重。麦弗逊式悬架—车轮沿摆动的主销轴线移动，广泛用于FF轿车的前悬架，较烛式悬架滑动磨损减少。结构特点:两侧的车轮各自独立地与车架或车身弹性连接。一、横臂式独立悬架用于红旗CA7560、丰田皇冠2800、凌志400型轿车。1．单横臂式独立悬架

其特点是当悬架变形时，车轮平面将产生倾斜而改变两侧车轮与路面接触点间的距离——轮距，致使轮胎相对于地面侧向滑移，破坏轮胎和地面的附着。此外，这种悬架用于转向轮时，会使主销内倾角和车轮外倾角发生较大的变化，对于转向操纵有一定影响，故目前在前悬架中很少采用。戴姆勒-奔驰轿车单横臂后独立悬架示意图2．双横臂式独立悬架

1）两摆臂等长的悬架2）两摆臂不等长的悬架上下摆臂选择合适的长度比例，可使车轮和主销的角度及轮距变化不大。有利于减少轮胎磨损，提高汽车行驶平顺性和方向稳定性。缺点：轮距变化大，车轮易侧滑优点：主销内倾角和车轮外倾角不变化两摆臂不等长的双横臂独立悬架广泛应用于中高级轿车。法拉利轿车不等长双横臂独立悬架奔驰轿车不等长双横臂独立悬架上摆臂转向节下摆臂减振器螺旋弹簧转向横拉杆奥迪A4轿车不等长双横臂螺旋弹簧独立悬架车架前横梁下摆臂上摆臂弹簧减震器转向节万向传动装置大众途锐双横臂独立悬架优点：横向刚度大、抗侧倾性能优异、抓地性能好、路感清晰；缺点：制造成本高、悬架定位参数设定复杂；双叉臂式悬挂运动性出色，为法拉利、玛莎拉蒂等超级跑车F1方程式赛车所运用。车型实例：前悬——广州本田雅阁、一汽轿车马自达6以及北京奔驰-戴克的克莱斯勒300C、一汽丰田皇冠、锐志、奥迪的豪华SUVQ7、大众途锐等。后悬——东风本田思域。不同厂家对这种悬挂的称谓不同：如：纵臂扭转梁独立悬挂，纵臂扭转梁非独立悬挂，H型纵向摆臂悬挂等等。归根结底他们都是同一种悬挂结构--拖曳臂式悬挂，只是调教稍有不同。优点：结构简单实用、占用空间最小、制造成本低。左右两轮的空间较大，而且车身的外倾角没有变化，避震器不发生弯曲应力，所以摩擦小。缺点：承载性能差、抗侧倾能力较弱、减震性能差、舒适性和操控性均有限。车型实例：东风标致206、广州本田飞度、一汽丰田卡罗拉、上海大众桑塔纳等。二、纵臂式独立悬架二、纵臂式独立悬架1．单纵臂式独立悬架，又叫拖曳臂式悬挂

缺点：主销后倾角产生很大变化。一般多用于不转向的后轮。优点：使后桥产生随动效应，提高了高速行驶操纵稳定性。富康轿车的单纵臂式扭杆弹簧后悬架2.双纵臂独立悬架双纵臂式独立悬架的两个纵臂长度一般做成相等，形成平行四连杆机构。车轮上下跳动时，主销的后倾角保持不变，这种形式的悬架适用于转向轮。扭杆弹簧纵臂衬套横梁纵臂轴螺钉三、车轮沿主销移动的悬架1.麦弗逊式独立悬架组成：螺旋弹簧、减震器、三角形下摆臂，横向稳定杆典型的麦弗逊式独立悬架优点：结构简单、占用空间小、增大两车轮内侧空间，便于发动机和其他元件布置、响应较快、制造成本低。缺点：横向刚度小、稳定性不佳、转弯侧倾较大。车型实例：广本飞度、东风标致307、一汽丰田卡罗拉、上汽通用君越、一汽大众迈腾、捷达、桑塔纳、红旗、9112.烛式悬架优点：当悬架变形时，主销的定位角不会发生变化，仅轮距、稍有改变；有利于汽车的转向操纵性和行驶稳定性。缺点：侧向力全部由套筒和主销承受，二者间的摩擦阻力大，磨损严重。因此，这种结构形式目前很少采用。多连杆独立悬架优点：能实现主销后倾角的最佳位置，大幅度减少来自路面的纵向反力，从而改善加速和制动时的平顺性和舒适性，同时保证直线行驶的稳定性。在车辆转弯或制动时，多连杆悬挂结构可使后轮形成正前束，提高了车辆的操控性能，减少转向不足的情况。通过对连接运动点的约束角度设计，多连杆悬挂在压缩时能自动调整外倾角、前束角以及使后轮获得一定的转向角度，通过合理的匹配和调校可最大限度的发挥轮胎抓地力从而提高整车的操控性能。以舒适性著称的豪华车奔驰S级采用多连杆悬挂国产的奔驰E级车前后悬架都采用了多连杆悬挂奔驰E级的多连杆后悬挂奔驰S级的多连杆前悬挂车型实例：北奔-戴克奔驰E级轿车、华晨宝马的3系及5系轿车、一汽大众奥迪A4及A6L；采用多连杆前悬挂的车型有上海大众的帕萨特领驭；采用多连杆后悬挂的有长安福特福克斯、一汽大众速腾、广州本田雅阁、上海通用君越、一汽丰田皇冠及锐志、一汽轿车马自达6、东南汽车三菱戈蓝等。第五节电子控制悬架作用：通过ECU主动调节悬架刚度和阻尼系数，以适应不同行驶工况的需要，提高操纵稳定性、舒适性、平顺性。类型：半主动悬架系统全主动悬架系统组成：执行机构、测量系统、反馈控制系统、能源系统

电子控制悬架是在悬架系统（弹性元件、减振器、导向装置）中附加一个可控制作用力装置。这种悬架具有车身高度调节、阻尼力控制和悬架刚度控制的功能。

主动悬架就是根据汽车的运动状态和路面状况，适时地调节悬架的刚度和阻尼，使其处于最佳减振状态。

半主动悬架不考虑改变悬架的刚度，而只考虑改变悬架的阻尼。主动悬架与半主动悬架的区别：半主动悬架系统丰田凌志LS400轿车电控悬架系统主动悬架系统电子控制空气式主动悬架主要由信号输入装置、悬架刚度及减振器阻尼力调节装置、车身高度调节装置及悬架电控单元ECU组成。如图所示。车高控制的空气弹簧由高度控制阀进行控制，当判定“车高低了”则向气室充气，当判定“车高高了”，则放气，高度控制还可以保持车的水平，减少转向时的侧倾，高速时降低车高还可以减少风阻，提高稳定性。车高控制的油气弹簧由高度控制阀进行控制，当某一个车轴或车轮的载荷增大时，判定“车高低了”，则向油缸充油；当判定了“车高高了”则放油。高度控制还可以保持车的水平，减少转向时的侧倾，高速时降低车高还可以减少风阻，提高稳定性。

信号输入装置信号输入装置主要由前、后车身高度传感器、转向盘转角传感器、车速传感器、节气门开度传感器、悬架控制开关和制动灯开关等组成。1.车身高度传感器安装在车身与车桥之间，检测车身与车桥之间的相对高度变化。2.转向盘转角传感器安装在转向轴上，检测转向盘的转角信号，间接地得到汽车转向程度(快慢、大小