悬架专业知识讲座

2023/10/10

车辆悬架1/492023/10/10

课程目标和任务

取得车辆悬架技术基础知识掌握车辆行驶动力学模型建立办法掌握悬挂性能仿真分析办法掌握悬架性能匹配计算办法2/492023/10/10课程内容与学时安排（1）

第一章

绪

论（2学时）

介绍车辆悬架功用、组成、类型及发展趋势。第二章车辆悬架性能评价办法（2）

人体对振动反应和车辆平顺性评价办法；悬架性能评价指标。第三章

车辆悬架阻尼特性和弹性特性（8）

筒式液压减振器阻尼特性及其与悬架阻尼特性关系；扭杆弹簧和油气弹簧弹性特性及其与悬挂刚度特性关系。

3/492023/10/10课程内容与学时安排（2）

第四章

车辆行驶动力学模型及仿真分析（8）

路面输入及其模型；车辆行驶动力学模型建立；悬架特性参数对悬架性能指标影响分析及悬架性能匹配计算。第五章车辆悬架运动学（４）悬架系统运动学与车轮定位参数;

麦弗逊悬架运动学分析;双横臂悬架运动学分析。第六章

可控悬架（4）

自水平车高调整系统；全积极系统；有限带宽积极系统；可变阻尼半积极系统；各类悬架系统性能比较。4/492023/10/10课程内容与学时安排（３）

试验教学部分(4学时)试验项目从下列内容选择：（1）筒式液压减振器特性试验（2学时）（2）油气弹簧特性试验（2学时）（3）电控悬架仿真试验（设计性试验）（2学时）5/492023/10/10

第一章

绪

论

1概述2车辆悬架功用3车辆悬架类型4弹性元件5减振器6非独立悬架和独立悬架7横向稳定器8可控悬架技术介绍6/492023/10/101、概述悬架定义车辆悬架装置是连接车身和车轮之间所有零件和部件总称；主要由弹性元件、减振器、导向机构组成。另外还包括某些特殊功能部件，如稳定杆、缓冲块和控制系统等

7/492023/10/10悬架构造图1.弹性元件；2.阻尼元件；3.导向杆系8/492023/10/109/492023/10/10悬架构造图10/492023/10/102车辆悬架功用

（1）抑制、缓和由不平路面引发振动和冲击；（2）传递汽车垂直力以外，还传递其他各方向力和力矩；（3）确保车轮和车身(或车架)之间有确定运动关系，使汽车具有良好驾驶性能。11/492023/10/103车辆悬架类型（1）按悬架构造形式分类：（a）独立悬架（b）非独立悬架a.非独立悬架b.独立悬架12/492023/10/103车辆悬架类型（2）按照悬架控制分类：（a）被动悬架（b）半积极悬架（c）积极悬架

13/492023/10/104弹性元件悬架采取弹性元件有钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧、空气弹簧、油气弹簧、橡胶弹簧等。

14/492023/10/104.1钢板弹簧

卷耳2.弹簧夹3.钢板弹簧4.中心螺栓

若干不等长合金弹簧片叠加在一起组合成一根近似等强度梁。钢板弹簧3第一片称为主片，其两端弯成卷耳1，内装青铜或塑料或橡胶。粉沫冶金制成衬套，用弹簧销与固定在车架上支架、或吊耳作铰链连接。钢板弹簧中间用U形螺栓与车桥固定。钢板弹簧本身还兼起导向机构作用，可无须单设导向装置，使构造简化；弹簧各片之间摩擦引发一定减振作用

15/492023/10/104.2螺旋弹簧

刚度不变圆柱形螺旋弹簧和刚度可变圆锥形螺旋弹簧；大多应用在独立悬架上，尤此前轮独立悬架采取广泛。有些轿车后轮非独立悬架也有采取螺旋弹簧作弹性元件。螺旋弹簧只承受垂直载荷，它用做弹性元件悬架要加设导向机构和减振器。与钢板弹簧相比具有不需润滑，防污性强，占用纵向空间小，弹簧本身质量小特点，因而当代轿车上广泛采取。

16/492023/10/104.3空气弹簧空气弹簧是一种由夹有帘线橡胶囊和充入其内腔压缩空气所组成弹性元件；

空气弹簧橡胶气囊一般主要由

帘线层2、内外橡胶层3，4和

成型钢丝圈1硫化而成。

图2-1空气弹簧橡胶囊构造示意图17/492023/10/10空气弹簧种类

囊式空气弹簧

膜式空气弹簧18/492023/10/10空气弹簧特点

固有振动频率低，且不随车承载量变化而变化；与钢板弹簧悬架相比，安装有空气悬架汽车车轮动载荷小，可取得良好行驶平顺性、操纵稳定性和行驶安全性，减小了高速行驶车辆对路面破坏；刚度呈非线性且可调整；高度可调；质量轻，能够减轻车辆自重；噪声低，寿命长。空气弹簧以空气为工作介质，空气内摩擦极小，噪声低，其寿命主要取决于橡胶膜，疲劳试验寿命可达600万次(国产为300万次)，比钢板弹簧10～20万次要长很多。

19/492023/10/104.4油气弹簧

油气悬架是以油液传递压力，气体作为弹性介质一种悬架装置；油液除传递压力外，它还具有调整车体高度、车体减振、悬架刚性闭锁，辅助密封气体及润滑零件，调整气室容积等多种功能。起缓冲吸取冲击能量则是作为弹性介质惰性气体。

20/492023/10/10油气弹簧原理图21/492023/10/10油气弹簧长处非线性刚度；单位储能比大。在氮气充气压力为6Mpa条件下，油气弹簧单位重量储能是钢板弹簧单位重量储能3500倍，这有助于减轻悬架质量和构造尺寸。车身姿态自由调整。对改善车辆通过性能和行驶性能十分主要。刚性闭锁。通过切断油缸与蓄能器及其他液压元件连接油路，利用油液压缩性较小特点，可使油气悬架处于刚性状态，在这种条件下车辆可承受较大载荷并能迟缓移动。22/492023/10/104.5扭杆弹簧扭杆弹簧一端与车架固定连接，另一端与悬架控制臂连接，通过扭杆扭转变形达成缓冲作用；扭杆弹簧能够储存较大能量，比相等应力螺旋弹簧和钢板弹簧大得多；占用空间位置最小，易于布置。

23/492023/10/105减振器悬架系统中由于弹性元件受冲击会产生振动，为衰减振动，改善车辆行驶平顺性，与弹性元件并联安装减振器，车辆悬架系统中采取减振器多是液力减振器。履带式车辆也有使用机械摩擦式减振器。24/492023/10/105.1筒式液压减振器由带杆活塞在充满液体封闭缸筒内运动，迫使液体通过活塞上节流孔流动，形成压差，产生阻尼力。构造简单，重量轻，内部缝隙少，漏损少，阻尼力性能稳定，零件可用精拔钢管、粉末冶金制造，生产效率高，成本低，适于大量生产。25/492023/10/105.2叶片式液压减振器带摆臂回转叶片式液压减振器镶嵌在侧甲板下部，有利传导散热，减振器还能受到负重轮保护，也没有占用车内空间。所用减振器尺寸大，重量大，成本高;内部渗漏较多，阻尼力散布大，伴随工作液温升而迅速衰减.26/492023/10/10叶片式液压减振器在车上布置图3.1坦克悬挂系统构造简图叶片式减振器27/492023/10/106非独立悬架和独立悬架

28/492023/10/106.1非独立悬架非独立悬架特点:

两侧车轮安装于一整体式车桥上，车轮连同车桥一起通过弹性元件悬挂在车架或车身上。当一侧车轮受到冲击时会直接影响到另一侧车轮。由于非簧载质量比较大，尤其是汽车高速行驶、悬架受到较大冲击载荷时，汽车平顺性较差。构造简单，工作可靠，而被广泛应用于货车和客车前、后悬架。在轿车中，非独立悬架多用于后桥。

29/492023/10/106.1.1纵置板簧式非独立悬架用铰链和吊耳将钢板弹簧两端固定在车架上构造是目前广泛采取一种连接形式。

解放CA1091型汽车前悬架

30/492023/10/10渐变刚度钢板弹簧为了提升汽车平顺性，有些轻型货车采取主簧下加装副簧，实现渐变刚度钢板弹簧。在小载荷情况时，仅主簧起作用，而当载荷增到一定值时，主簧与副簧接触，共同发挥作用，悬架刚度得到提升，弹簧特性变为非线性;副簧逐渐随载荷增加而参与工作，因此悬架刚度变化平稳，改善了汽车行驶平顺性能。

南京依维柯轻型货车后悬架图

31/492023/10/106.1.2螺旋弹簧非独立悬架

螺旋弹簧非独立悬架常用于轿车后悬架。用螺旋弹簧作为弹性元件时，必须在悬架系统中安装导向装置和减振器。

奥迪100轿车后悬架32/492023/10/106.1.3空气弹簧非独立悬架

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.压力调整器；10.油水分离器33/492023/10/106.2独立悬架两侧车轮分别独立地与车架或车身弹性地连接，当一侧车轮受到冲击时，基本不会直接影响到另一侧车轮。

所采取车桥是断开式。使得发动机可放低安装，有助于减少汽车重心，并使构造紧凑。允许前轮有大跳动空间，有助于转向，便于选择软弹簧元件使平顺性得到改善。非簧载质量小，可提升汽车车轮附着性。独立悬架特点:34/492023/10/106.2.1双横臂式（双叉式）独立悬架

35/492023/10/1036/492023/10/10选择长度百分比合适，则能够使车轮和主销角度及轮距变化比较小,这种构造有助于减少轮胎磨损，提升汽车行驶平顺性和方向稳定性。

37/492023/10/106.2.2滑柱摆臂式独立悬架（麦弗逊式或支柱式）

筒式减振器装在滑柱桶内;滑柱桶与转向节刚性连接;螺旋弹簧安装在滑柱桶及转向节总成上端支承座内，弹簧上端通过软垫支承在车身连接前簧上座内;滑柱桶下端通过球铰链与悬架横摆臂相连。当车轮上下运动时，滑柱桶及转向节总成沿减振器活塞运动轴线移动，同步，滑柱桶下支点还随横摆臂摆动。

38/492023/10/10麦弗逊式悬架特点一般由两个基本部分组成：支柱式减震器和A字型托臂构造简单悬挂重量轻和占用空间小，内侧空间大，有助于发动机布置。

减少车子重心39/492023/10/10麦弗逊式悬架广泛应用大到宝马M3，保时捷911此类高性能车，小到菲亚特STILO，福特FOCUS，甚至国产哈飞面包车前悬架都是采取麦弗逊式设计麦弗逊在汽车前悬挂上应用之广是其他悬挂无法比拟。

40/492023/10/10麦弗逊（Mcpherson）是美国伊利诺斯州人，1891年生。大学毕业后他曾在欧洲搞了数年航空发动机，并于1924年加入了通用汽车公司工程中心。30年代，通用雪佛兰分部想设计一种真正小型汽车，总设计师就是麦弗逊。他对设计小型轿车非常感爱好，目标是将这种四座轿车质量控制在0.9吨以内，轴距控制在2.74米以内，设计关键是悬架。麦弗逊一改当初盛行板簧与扭杆弹簧前悬架方式，发明性地将减振器和螺旋弹簧组合在一起，装在前轴上。实践证明这种悬架形式构造简单，占用空间小，并且操纵性较好。后来，麦弗逊跳槽到福特，1950年福特在英国子公司生产两款车，是世界上初次使用麦弗逊悬架商品车。麦弗逊悬架由于构造简单，性能优越缘故，被行家誉为典型设计。麦弗逊式悬架由来41/492023/10/106.2.3斜置单臂式独立悬架

单横臂和单纵臂独立悬架折衷方案;其摆臂绕与汽车纵轴线具有一定交角轴线摆动，选择合适交角能够满足汽车操纵稳定性要求。适于做后悬架。

42/492023/10/106.2.4多杆式独立悬架多杆悬架系统具有良好