搜索
汽车底盘构造与维修教案（悬架）河南工程学院机械系杨建伟2011.9第十二章悬架系统的故障与维修•第一节概述•第二节弹性元件•第三节减震器及横向稳定装置•第四节非独立悬架和独立悬架•第五节电子控制悬架系统•第六节悬架系统的拆装与故障检修•学习目标：•1、掌握悬架的基本组成和功用•2、掌握各种弹性元件的结构和原理•3、掌握各种减振器的结构和原理•4、了解电子控制悬架系统第一节概述•想一想：悬架的位置在哪？你能否总结出什么是悬架？•一、悬架的功用及组成•悬架是车架（或车身）与车桥（或车轮）之间一切传力连接装置的总称。•功用：1、把车桥和车架弹性地连接起来。•2、吸收和缓和行驶中因路面不平引起的车轮跳动而传给车架的冲击和振动；•3、传递路面作用于车轮的支持力、驱动力、制动力和侧向力及其产生的力矩。•组成：由弹性元件、减振器和导向机构三部分，它们分别起着缓冲、减振、导向和传递力及力矩的作用。•二、悬架的类型按控制形式不同分被动式悬架和主动式悬架。(1)被动式悬架：汽车的姿态只能被动地取决于路面、行驶状况、弹性元件、导向装置、减振器。(2)主动式悬架：可根据路面、行驶状况自动调整悬架的刚度和阻尼，从而使车辆能主动地控制垂直振动及其车身或车架的姿态。如电控悬架按汽车导向装置的不同，又可分为独立悬架与非独立悬架。(1)非独立悬架：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桥上。•(2)独立悬架：两侧车轮独立地与车架或车身弹性连接，当一侧车身受到冲击时，其运动不会直接影响到另一侧车轮。三、汽车性能对悬的要求由于人体所习惯的垂直振动频率约为1~1.6Hz,所以车身振动的固有频率应接近或处于人体所适应的范围。为了使空载和满载时的固有频率一致或变化很小,需要把悬架刚度做成可变或可调的.目前的电控悬架就能满足此种目的。第二节悬架系统主要零部件的构造•一、弹性元件•汽车上常用的弹性元件包括钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧和气体弹簧等。•1、钢板弹簧•钢板弹簧广泛应用于汽车的非独立悬架中，由若干不等长的合金弹簧片叠加在一起组合成一根近似的强度的梁，如图：各片曲率半径不同，下片曲率半径小于上片，安装后越上的片予压应力越大，使得工作时，长片的拉伸应力减小，从而使各片的应力和寿命趋于一致。非对称式钢板弹簧，可以增加悬架的横向抗扭能力，减小汽车在转弯或行驶在斜面道路上时车身产生横向倾斜，同时还有利于产生主销后倾角。2、螺旋弹簧：大多应用在独立悬架上与轿车的后轮非独立悬架上，分为可变刚度的圆柱形螺旋弹簧和刚度可变的圆锥形螺旋弹簧。3、扭杆弹簧：如图，扭杆弹簧是一根有弹簧钢制成的杆，其一端固定在车架上，另一端通过摆臂与车轮相连，当车轮跳动时，摆臂便绕扭杆轴线摆动，是扭杆产生扭转弹性变形。4、气体弹簧：主要有空气弹簧和油气弹簧两种。它用空气做弹性介质，利用气体的可压缩性实现弹簧的作用。且只能承受垂直载荷，因此采用该种弹簧的悬架必须加导向装置。五、橡胶弹簧：二、减震器及横向稳定装置1、功用：加速车架与车身振动的衰减，改善汽车行驶的平顺性。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，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。性能要求：1）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。2）在悬架伸张行程，减振器阻尼力应大，以求迅速减振。3）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单向作用筒式减振器（伸张行程）2、双向作用筒式减振器•作用就是迅速衰减汽车行驶中产生的振动，提高汽车行驶平顺性。•减振器的工作原理就是利用液体流动的阻力来消耗振动的能量，使振动消失。3、充气式减振器•结构：充气式减振器如图所示，其结构特点是在缸筒的下部装有一个浮动活塞，高压的氮气充在浮动活塞与缸筒一端形成的密闭气室里。在浮动活塞的上面是减振器油液。O形密封圈把油和气完全分开，因此活塞也叫封气活塞。在工作活塞上装有压缩阀和伸张阀。•这两个阀都是由一组厚度相同、•直径不等、由大到小而排列的弹簧钢片组成。•原理：当车轮上下跳动时，工作活塞•在油液中作往复运动，使工作•活塞的上、下腔之间产生油压差，•压力油便推开压缩阀或伸张阀而•来回流动。由于阀孔对压力油产生较大的阻尼力，使振动衰减。•三、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。如图所示杆式横向稳定器。•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；采用钢板弹簧的非独立悬架中，省却了导向结构，方便布置。因此广泛引用于货车的前、后悬架和轿车的后悬架。非独立悬架的分类：钢板弹簧非独立悬架；螺旋弹簧非独立悬架；空气弹簧非独立悬架。1、钢板弹簧非独立悬架（特点（1）钢板弹簧通常纵向安置）•特点（2）钢板弹簧一端为固定铰链，另一端为活动铰链.•特点（3）钢板弹簧中部用U型螺栓与车架连接。•钢板弹簧销15轴向和径向钻有油道，用来润滑铰链的运动部分；钢板弹簧和车架上装有缓冲块5和限位块6，限制弹簧的变形量。将钢板弹簧非独立悬架应用于前悬架时，一般要安装减振器•东风EQ1090汽车的前悬架•钢板弹簧的后端采用滑板式支承；第二片钢板弹簧的后端做成折角，避免钢板弹簧脱落；钢板弹簧采用了单面双槽的结构，提高疲劳寿命并节省材料；•优点：结构简单，拆卸方便，不用需要润滑。•缺点：钢板弹簧采用滑板式支承将引起钢板弹簧工作长度的变化，进而引起刚度的变化；3）空气弹簧非独立悬架第四节独立悬架系统的构造与维修一、独立悬架•结构特点：两侧车轮独立的与车架或车身弹性连接。•独立悬架的优点：两侧车轮可以单独跳动，可减少车身振动，消除车轮偏摆；•降低非簧载质量，提高平均车速；•采用断开式车桥，降低汽车重心，提高行驶稳定性；•提供了较大的车轮跳动空间，因此减小悬架刚度，降低汽车偏频，提高平顺性。独立悬架的缺点：结构复杂、制造成本高，维护不便，车轮引起轮矩变化，加剧轮胎磨损。•按车轮的运动方式分为：•车轮在横向平面内摆动的悬架；（横臂式独立悬架）•车轮在纵向平面内摆动的悬架；（纵臂式独立悬架）•车轮沿主销移动的悬架；（烛式独立悬架和麦弗逊式）•车轮在斜向平面侧摆动的悬架。（单斜臂式独立悬架）•一、横臂式独立悬架•特点：车轮在汽车的横向平面内跳动。•根据横臂的数量分为：•单横臂独立悬架；•双横臂独立悬架（等臂式双横臂悬架、不等臂式双横臂悬架）•（2）双横臂式独立悬架•特点：•采用球头销代替主销，属无主销式；•主销后倾角由移动上摆臂在摆臂轴上的位置实现；•前轮外倾角由上摆臂和摆臂轴之间的调整垫片调整；•主销内倾和车轮外倾角存在固定的变化关系；•悬架的最大位移由上下缓冲块确定；•上下摆臂为叉形结构以提高刚度。•二、纵臂式独立悬架第五节电子控制悬架系统的构造一、概述1、传统悬挂的不足之处①在起步时：车尾下坐（下沉）②在急加速时：车尾下坐（下沉）③在制动时：制动时汽车前部点头④在转向时：车身倾斜⑤在负载变化时：弹簧刚度不适宜⑥在路况变化时：剧烈颠簸，车高变小，影响行驶平顺性。•2、理想状态下对悬挂元件的要求①如在制动时，为防止产生汽车点头的不良后果，要求在制动时，弹簧硬度硬，减振的阻尼系数大。②但在高速公路上高速行驶，为了减少路面对乘客的冲击，要求悬挂系统能充分吸收来自路面的冲击力，要求弹簧硬度软，减振的阻尼系数小。③如转向、如路面平坦程度的变化等对悬挂元件的要求也都是截然不同的。④显然,传统的元件很难同时满足其各种状况的要求。3、解决的办法①传统的办法：•生产变刚度的弹簧；•针对不同汽车，推测其主要行驶的路况，采用不用硬度的弹簧和不同阻尼系数的减振器。只能在一定程度上被动地缓解悬挂不足。②现在：采用电子控制悬挂系统•电脑自动检测不路的路面和行驶状况，计算出理想的弹簧刚度值和避震的阻尼系数大小，控制悬挂的执行器，使弹簧的刚度、悬架的高度和减振器的阻尼系数达到理想值。4、电控悬架的类型1）半主动悬只能控制减振器的阻尼系数2）主动悬架：控制减振的阻尼系数控制弹簧的刚度控制悬架的高度二、全主动悬架系统全主动悬架系统是对弹簧的刚度和阻尼系数均能进行适时调节，可以同时提高车辆的平顺性和操纵稳定性。目前，全主动悬架系统根据控制的介质可分为主动空气悬架、主动油气悬架和主动液力悬架三种。但是由于主动悬架需要复杂的控制系统和较大的外部动力源驱动，因此，目前常见的电控悬架通常是介于全主动悬架和被动悬架（即传统悬架）之间的半主动悬架。（一）组成•电控悬架系统的结构如下图所示，它具有车高调节、悬架刚度和减振器阻尼系数“软￫中￫硬”有级转换控制的功用。•（三）电控悬架结构原理1.传感器A.车高传感器B.转向传感器C.其他传感器和开关如车速传感器、节气门开度传感器、车门传感器、高度控制开关、模式选择开关、停车灯开关等。（1）车高传感器①作用：检测车身高度和变化的速度，电脑通过对该信号进行分析，使悬挂执行器工作，使不论在何路面上行驶，都能保证最佳的悬挂刚度；使不论车辆负载如何变化，都能保证车身水平和高度不变。②位置：装在底盘下，一般传感器的一端与车身相连，一端与车轿相连③结构：光电偶合元件、遮光板•光电式车身高度传感器由4对遮光器和圆盘组成。每对遮光器又由发光二极管和光敏晶体管组成。开有槽的圆盘与转轴一起旋转，转轴通过连杆与悬架的摆臂相连。圆盘装在遮光器的发光二极管和光敏晶体管之间。•当车身高度发生变化时，连杆随摆臂上下摆动，从而带动转轴和圆盘转动，当圆盘转至图b)位置时，发光二极管的光线照射到光敏晶体管上,产生1个“通”信号;当圆盘转至图c）位置时,发光二极管的光线被圆盘遮断，产生1个“断”信号。随着车身高度的不断变化,遮光器输出通/断脉冲信号检测车身高度，并将信号转换成串行数据送至悬架ECU。•（2）转向传感器•转向传感器安装在转向轴上,它的功用是检测转弯方向和转向角度。•转向传感器的外壳固定在转向轴主管上,壳内有两对遮光器,每对遮光器有1个发光二极管和1个光敏晶体管。沿圆周方向开有等距离槽的圆盘压装在转向轴上,圆盘处于发光二极管和光敏晶体管之间。•转向传感器的工作原理与车高传感器的工作原理相同。当圆盘随转向轴转动时,两对遮光器的输出端则进行通/断信号输出,并利用通/断信号变换速度检测出转向轴的速度。同时,两对遮光器的通/断变换相位错开90º,因此,通过判断哪个遮光器首先转变为“通”状态,即可检测出转向轴的转动方向。•（3）车速传感器•（4）节气门位置传感器①作用：将节气门开度转化成电压信号通过发动机电脑传递给悬挂电脑，判断车辆是否处于起步或急加速状态，防止车辆在起步或急加速时“下坐”现象发生。②如何传递信号：③检测：随着节气门从全关到全开，在电脑23、24、31脚能交替测量到0和5V电压。④失效后：不能进行防车尾下坐控制。（5）停车灯开关①作用：判断汽车是否处于制动状态，防止制动时点头现象的发生。②位置：制动踏板下③检测：制动时在电脑11号脚测到12V电压④失效的故障：系统不具有防制动点火的功能（防车头下沉控制功能不起作用）•（6）悬架控制开关•1）LRC开关及指示灯①开关选择悬架的刚度和减振力A、SPORT：运动自动控制－刚度大，减振力中；B、NORM：标准自动控制－根据车速自动改变刚度和减振力。②指示灯作用：指示目前弹簧的刚度和避震器的阻尼系数大小，当该灯亮着表示弹簧的刚度处于“软”的位置。③位置形状：如图④检测：当悬挂开关处于“