汽车_典型悬架结构.doc

第14讲 典型悬架

·非独立悬架

·独立悬架
·平衡悬架与主动悬架
上一讲              回本章             下一讲
 ·一、非独立悬架
·非独立悬架与整体式车桥配用
·一般载货汽车均采用钢板弹簧作为弹性元件的非独立悬架，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、纵置板簧式非独立悬架

（1）结构分析
·在板簧式非独立悬架中，钢板弹簧一般是纵向安置，它与车桥的连接绝大多数是用两个u形螺栓，将钢板弹簧的中部刚性地固定在车桥上部。钢板弹簧两端通过钢板弹簧销与车架支座活动铰接，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。
·副钢板弹簧总成一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。在负荷增加到一定程度时，副钢板弹簧总成与车架上的支架接触，开始起作用。此时，主、副钢板弹簧一起工作，一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? 最长的第一片称为主片，两端有卷耳
·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一起
·钢片之间须涂上较稠的石墨润滑脂
（3）钢板弹簧与车架连接结构型式
·钢板弹簧变形时，为保证车架两端与钢板弹簧连接的卷耳间的距离有伸缩的余地弹簧后端与车架的连接通常采用了以下几种结构型式：
1)吊耳支架式，解放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，一汽早期生产的2．5t越野汽车前悬架采用
（4）钢板弹簧非独立悬架的结构特点
·钢板弹簧一般安装在非独立悬架上，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与车桥固定连接，前端卷耳用销子与支架相连
·后端卷耳通过销子与车架上的摆动吊耳相连，形成活动铰链支点，保证弹簧变形时两端卷耳间的距离有改变的可能
·有的钢板弹簧后端与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，一般采用加副弹簧

2、螺旋弹簧非独立悬架

·螺旋弹簧本身没有减振作用，并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
·螺旋弹簧非独立悬架一般只用作轿车的后悬架。下图所示为一汽奥迪100型汽车后悬架一汽奥迪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，并可减轻车重和使车身受力均匀。
3、、空气弹簧非独立悬架

·空气弹簧非独立悬架可以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，还需要加设减振器。
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 通过管路与两个空气弹簧相通。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一样只能传递垂直力；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，可以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、油气弹簧非独立悬架

·油气弹簧固定在前桥上的支架 和纵梁上的支架上。
·上、下两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与前桥右侧的支架上传递侧向力。
·在两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。
·采用油气弹簧的非独立悬架具有变刚度特性，特别适用在 大型自卸汽车上。
二、独立悬架
·独立悬架的结构特点是两侧的车轮各自独立地与车架或车身弹性连接。与非独立悬架相反，独立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。
·独立悬架具有的优点
①悬架弹性元件的变形在一定的范围内，两侧车轮可以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，可以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并使汽车重心下降，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，车轮与路面有良好的接触，增大了驱动力。
⑤具有特殊要求的某些越野汽车采用独立悬架后，可增大汽车的离地间隙，提高了汽车的通过性能。
·独立悬架的类型独立悬架按车轮的运动形式可分为三种类型：横臂式独立悬架、纵臂式独立悬架烛式和麦弗逊式悬架
1、横臂式独立悬架

·车轮在汽车横向平面内摆动的悬架。
·横臂式独立悬架分为单横臂式独立悬架和双横臂式独立悬架两种

(1)单横臂式独立悬架
1）结构
·后桥半轴套管断开，主减速器的左侧有一个单铰链，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，它和螺旋弹簧一起承受并传递垂直力。
·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，而且还可以部分地承受纵向力。
·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与车身连接
2）单横臂式独立悬架的特点
·采用单横臂式独立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；

·并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，破坏轮胎与地面的附着
·很少在转向轮中采用。

(2)双横臂式独立悬架
·悬架的两个横臂长度可以相等，也可以不等。
1）等臂长的双横臂式独立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独立悬架
·不等臂长的双横臂式独立悬架若两臂长度选择合适，则可以使主销角度与轮距的变化均不过大
·不等长的双横臂式独立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独立悬架
·典型的不等长双横臂式独立悬架。上横臂和下横臂为不等长横臂螺旋弹簧与减振器位于上、下横臂之间。

2、纵臂式独立悬架

·车轮在汽车纵向平面内摆动的悬架

(1)单纵臂式独立悬架
·单纵臂式独立悬架在车轮上下运动时，主销后倾角会产生很大变化
·一般不用在前悬架中。
·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)双纵臂式独立悬架
·悬架的两个纵臂长度一般做成相等，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独立悬架的两根纵臂的后端与转向节铰接，前端则通过各自的摆臂轴支承在车架横梁内部。摆臂轴与纵臂刚性地连接，扭杆弹簧外端插入摆臂轴的矩形孔内，中部用螺钉使之与管形横梁相固定。这种悬架两侧车轮共用两根扭杆弹簧。
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）烛式独立悬架
·车轮沿固定不动的主销轴线移动
1）烛式独立悬架的结构特点
·烛式独立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，套筒与主销之间的摩擦阻力大，磨损严重。

（2）麦弗逊式独立悬架
·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与转向节相连接．外面套有螺旋弹簧的减振器上端通过螺栓与橡胶垫圈与车身相连接，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）麦弗逊式独立悬架的工作特点
·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。
·悬架的突出优点是两前轮内侧空间较大，便于发动机等机件的布置。
·一汽奥迪loo、捷达／高尔夫及上海桑塔纳型轿车均采用麦弗逊式独立悬架。

·三、平衡悬架与主动悬架
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：将两个车桥(如三轴汽车的中桥和后桥)装在两根平衡杆的两端，而将平衡杆中部与车架铰链 。

（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、后桥形成一个总支承机构，能连同钢板弹簧一起绕心轴转动。
·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，悬架系统内无能源供给装置，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，可以根据输入与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和一个力发生器Fe组成。

·半主动悬架可看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和一个一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，可以使车身抬高，以便于通过；在良好路面高速行驶时，可以降低车身，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，可以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，控制伺服电机并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，悬架可以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，并且将车身的振动响应控制在允许的范围内。一般说来，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、硬两档。

·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，并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。利用电动机可以改变通气孔的大小，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，利用开关可以形成6种不同的工作方式。图所示为丰田汽车公司的空气悬架控制装置在车上的布置情况。