浅谈汽车的悬架系统

浅谈汽车的悬架系统悬架系统是汽车的车架与车桥或车轮之间的一切传力连接装置的总称，其作用是传递作用在车轮和车架之间的力和力扭，并且缓冲由不平路面传给车架或车身的冲击力，并衰减由此引起的震动，以保证汽车能平稳地行驶。悬架系统典型的悬架系统结构由弹性元件、导向机构以及减震器等组成，个别结构则还有缓冲块、横向稳定杆等。弹性元件又有钢板弹簧、空气弹簧、螺旋弹簧以及扭杆弹簧等形式，而现代轿车悬架系统多采用螺旋弹簧和扭杆弹簧，个别高级轿车则使用空气弹簧。悬架系统是汽车中的一个重要组成，它把车架与车轮弹性地联系起来，关系到汽车的多种使用性能。从外表上看，轿车悬架系统仅是由一些杆、筒以及弹簧组成，但千万不要以为它很简单，相反轿车悬架是一个较难达到完美要求的汽车总成，这是因为悬架系统既要满足汽车的舒适性要求，又要满足其操纵稳定性的要求，而这两方面又是互相对立的。比如，为了取得良好的舒适性，需要大大缓冲汽车的震动，这样弹簧就要设计得软些，但弹簧软了却容易使汽车发生刹车“点头”、加速“抬头”以及左右侧倾严重的不良倾向，不利于汽车的转向，容易导致汽车操纵不稳定等。悬架独立悬架系统与非独立悬架系统独立悬架系统是每一侧的车轮都是单独地通过弹性悬架系统悬架在车架或车身下面的。其优点是：质量轻，减少了车身受到的冲击，并提高了车轮的地面附着力；可用刚度小的较软弹簧，改善汽车的舒适性；可以使发动机位置降低，汽车重心也得到降低，从而提高汽车的行驶稳定性；左右车轮单独跳动，互不相干，能减小车身的倾斜和震动。不过，独立悬架系统存在着结构复杂、成本高、维修不便的缺点。现代轿车大都是采用独立式悬架系统，按其结构形式的不同，独立悬架系统又可分为横臂式、纵臂式、多连杆式、烛式以及麦弗逊式悬架系统等。非独立悬架系统的结构特点是两侧车轮由一根整体式车桥相连，车轮连同车桥一起通过弹性悬架系统悬架在车架或车身的下面。非独立悬架系统具有结构简单、成本低、强度高、保养容易、行车中前轮定位变化小的优点，但由于其舒适性及操纵稳定性都较差，在现代轿车中也有使用，基本上用于小型车、紧凑型车的后悬架中，也用在货车和大客车上。悬架主动悬架系统主动悬架系统是近十几年发展起来的、由电脑控制的一种新型悬架系统。它汇集了力学和电子学的技术知识，是一种比较复杂的高技术装置。例如装置了主动悬架系统的法国雪铁龙桑蒂雅，该车悬架系统系统的中枢是一个微电脑，悬架系统上的5种传感器分别向微电脑传送车速、前轮制动压力、踏动油门踏板的速度、车身垂直方向的振幅及频率、转向盘角度及转向速度等数据。电脑不断接收这些数据并与预先设定的临界值进行比较，选择相应的悬架系统状态。同时，微电脑独立控制每一只车轮上的执行元件，通过控制减振器内油压的变化产生抽动，从而能在任何时候、任何车轮上产生符合要求的悬架系统运动。因此，桑蒂雅轿车备有多种驾驶模式选择，驾车者只要扳动位于副仪表板上的“正常”或“运动”按钮，轿车就会自动设置在最佳的悬架系统状态，以求最好的舒适性能。主动悬架系统具有控制车身运动的功能。当汽车制动或拐弯时的惯性引起弹簧变形时，主动悬架系统会产生一个与惯力相对抗的力，减少车身位置的变化。例如德国奔驰2000款Cl型跑车，当车辆拐弯时悬架系统传感器会立即检测出车身的倾斜和横向加速度。电脑根据传感器的信息，与预先设定的临界值进行比较计算，立即确定在什么位置上将多大的负载加到悬架系统上，使车身的倾斜减到最小悬架横臂式悬架系统横臂式悬架系统是指车轮在汽车横向平面内摆动的独立悬架系统，按横臂数量的多少又分为双横臂式和单横臂式悬架系统。单横臂式具有结构简单，侧倾中心高，有较强的抗侧倾能力的优点。但随着现代汽车速度的提高，侧倾中心过高会引起车轮跳动时轮距变化大，轮胎磨损加剧，而且在急转弯时左右车轮垂直力转移过大，导致后轮外倾增大，减少了后轮侧偏刚度，从而产生高速甩尾的严重工况。单横臂式独立悬架系统多应用在后悬架系统上，但由于不能适应高速行驶的要求。双横臂式独立悬架系统按上下横臂是否等长，又分为等长双横臂式和不等长双横臂式两种悬架系统。等长双横臂式悬架系统在车轮上下跳动时，能保持主销倾角不变，但轮距变化大(与单横臂式相类似)，造成轮胎磨损严重，现已很少用。对于不等长双横臂式悬架系统，只要适当选择、优化上下横臂的长度，并通过合理的布置、就可以使轮距及前轮定位参数变化均在可接受的限定范围内，保证汽车具有良好的行驶稳定性。不等长双横臂式悬架系统已广泛应用在轿车的前后悬架系统上，部分运动型轿车及赛车的后轮也采用这一悬架系统结构。悬架纵臂式悬架系统纵臂式独立悬架系统是指车轮在汽车纵向平面内摆动的悬架系统结构，又分为单纵臂式和双纵臂式两种形式。单纵臂式悬架系统当车轮上下跳动时会使主销后倾角产生较大的变化，因此单纵臂式悬架系统不用在转向轮上。双纵臂式悬架系统的两个摆臂一般做成等长的，形成一个平行四杆结构，这样，当车轮上下跳动时主销的后倾角保持不变。双纵臂式悬架系统多应用在转向轮上。悬架烛式悬架系统烛式悬架系统的结构特点是车轮沿着刚性地固定在车架上的主销轴线上下移动。烛式悬架系统的优点是：当悬架系统变形时，主销的定位角不会发生变化，仅是轮距、轴距稍有变化，因此特别有利于汽车的转向操纵稳定和行驶稳定。但烛式悬架系统有一个大缺点：就是汽车行驶时的侧向力会全部由套在主销套筒的主销承受，致使套筒与主销间的摩擦阻力加大，磨损也较严重。烛式悬架系统现已应用不多。悬架多连杆式悬架系统多连杆式悬架系统是由(3—5)根杆件组合起来控制车轮的位置变化的悬架系统。多连杆式能使车轮绕着与汽车纵轴线成二定角度的轴线内摆动，是横臂式和纵臂式的折衷方案，适当地选择摆臂轴线与汽车纵轴线所成的夹角，可不同程度地获得横臂式与纵臂式悬架系统的优点，能满足不同的使用性能要求。多连杆式悬架系统的主要优点是：车轮跳动时轮距和前束的变化很小，不管汽车是在驱动、制动状态都可以按司机的意图进行平稳地转向，其不足之处是汽车高速时有轴摆动现象。悬架麦弗逊式悬架系统麦弗逊式悬架系统的车轮也是沿着主销滑动的悬架系统，但与烛式悬架系统不完全相同，它的主销是可以摆动的，麦弗逊式悬架系统是摆臂式与烛式悬架系统的结合。与双横臂式悬架系统相比，麦弗逊式悬架系统的优点是：结构紧凑，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，给发动机及转向系统的布置带来方便；与烛式悬架系统相比，它的滑柱受到的侧向力又有了较大的改善。麦弗逊式悬架系统多应用在中小型轿车的前悬架系统上，保时捷911、国产奥迪、桑塔纳、夏利、富康等轿车的前悬架系统均为麦弗逊式独立悬架系统。虽然麦弗逊式悬架系统并不是技术含量最高的悬架系统结构，但它仍是一种经久耐用的独立悬架系统，具有很强的道路适应能力。参考文献[1]王望予.汽车设计第4版[M].北京:机械工业出版社,2004。[2]成洁.车辆半主动悬架系统及其控制技术[J].城市车辆,2008-7。[3]刘飞,陈大宇.车辆半主动悬架系统设计与试验研究[J].上海汽车,2009-6。[4]张宝琳.汽车主动悬架系统的最优跟踪控制[J].系统仿真学报,2009-2。[5]陈家瑞.汽车构造[M].北京：机械工业出版社，2005-1。[6]徐安.悬架变截面弹簧的现状及发展趋势[J].城市车辆，1999。[7]陈思忠,杨波,杨林,吴志成.非线性复合式悬架系统设计[J].北京理工大学学报，2007-5。[8]JamesD.Halderman，ChaseD.Mitchell,Jr.汽车操纵与悬架系统[J].中国劳动社会出版社，2006年7月。[9]蒋三青.变跨距变刚度钢板弹簧悬架的设计[J].矿用汽车，1993-4。[10]梅丽歌.汽车电子控制悬架系统的原理及应用[J].科学之友，2006-7。[11]齐志鹏．汽车悬架和转向系统的结构原理和检修[M]．北京：人民邮电出版社，2002-5。[12]余志生.汽车理论[M].北京:机械工业出版社，2000。[13]鲁植雄.汽车电子控制悬架故障诊断图解[M].江苏科学技术出版社，2003。[14]林秉华.最新汽车设计实用手册第2版[M].北京：黑龙江人民出版社出版，1994。[15]李明．我国电动汽车发展的现状与对策[J]．科技论坛，2010-3