汽车避震系统

舒适性是轿车最重要的使用性能之一。舒适性与车身的固有振动特性有关,而车身的固有振动特性又与悬架的特性相关。所以,汽车悬架是保证乘坐舒适性的重要部件。同时,汽车悬架做为车架 ( 或车身 ) 与车轴 ( 车轮 ) 之间作连接的传力机件,又是保证汽车行驶安全的重要部件。因此,汽车悬架往往列为重要部件编入轿车的技术规格表,作为衡量轿车质量的指标之一。

汽车悬架包括弹性元件,减振器和传力装置等三部分,这三部分分别起缓冲,减振和力的传递作用。从轿车上来讲,弹性元件多指螺旋弹簧,它只承受垂直载荷,缓和及抑制不平路面对车体的冲击,具有占用空间小,质量小,无需润滑的优点,但由于本身没有摩擦而没有减振作用。减振器指液力减振器,是为了加速衰减车身的振动,它是悬架机构中最精密和复杂的机械件。传力装置是指车架的上下摆臂等叉形刚架、转向节等元件,用来传递纵向力,侧向力及力矩,并保证车轮相对于车架 ( 或车身 ) 有确定的相对运动规律。

汽车悬架的形式分为非独立悬架和独立悬架两种:非独立悬架的车轮装在一根整体车轴的两端,当一边车轮跳动时,影响另一侧车轮也作相应的跳动,使整个车身振动或倾斜,汽车的
平稳性和舒适性较差,但由于构造较简单,承载力大,目前仍有部分轿车的后悬架采用这种型式。

独立悬架的车轴分成两段,每只车轮用螺旋弹簧独立地安装在车架 ( 或车身 ) 下面,当一边车轮发生跳动时,另一边车轮不受波及,汽车的平稳性和舒适性好。但这种悬架构造较复杂,承载力小。现代轿车前后悬架大都采用了独立悬架,并已成为一种发展趋势。

独立悬架的结构分有烛式、麦弗逊式、连杆式等多种,其中烛式和麦克弗逊式形状相似,两者都是将螺旋弹簧与减振器组合在一起,但因结构不同又有重大区别。烛式采用车轮沿主销轴方向移动的悬架形式,形状似烛形而得名。特点是主销位置和前轮定位角不随车轮的上下跳动而变化,有利于汽车的操纵性和稳定性。麦克弗逊式是绞结式滑柱与下横臂组成的悬架形式,减振器可兼做转向主销,转向节可以绕着它转动。特点是主销位置和前轮定位角随车轮的上下跳动而变化,这点与烛式悬架正好相反。这种悬架构造简单,布置紧凑,前轮定位变化小,具有良好的行驶稳定性。所以,目前轿车使用最多的独立悬架是麦弗逊式悬架。


关于麦弗逊悬架,车坛历史上还有这么一段记载。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多年的航空发动机,并于水垢过滤器 1924 年加入了通用汽车公司的工程中心。 30 年代,通用的雪佛兰分部想设计一种真正的小型汽车,总设计师就是麦弗逊。他对设计小型轿车非常感兴趣,目标是将这种四座轿车的质量控制在 0.9 吨以内,轴距控制在 2.74 以内,设计的关键是悬架。麦弗逊一改当时盛行的板簧与扭杆弹簧的前悬架方式,创造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的构造简单,占用空间小,而且操纵性很好。后来,麦弗逊跳槽到福特, 1950 年福特在英国的子公司生产的两款车,是世界上首次使用麦弗逊悬架的商品车。麦弗逊悬架由于构造简单,性能优越的缘故,被行家誉为经典的设计。

现代轿车的悬架都有减振器。当轿车在不平坦的道路上行驶,车身会发生振动,减振器能迅速衰减车身的振动,利用本身的油液流动的阻力来消耗振动的能量。当车架与车轴相对运动时,减振器内的油液会通过一些窄小的孔、缝等通道反复地从一个腔室流向另一个腔室,这时孔壁与油液间的摩擦和油液内的分子间的摩擦形成了对车身振动的阻力,这种阻蒸汽消毒锅
力工程上称为阻尼力。阻尼力会将车身的振动能转化为热能,并被油液和壳体所吸收。人们为了更好地实现轿车的行驶平稳性和安全性,将阻尼系数不固定在某一数值上,而是能随轿车运行的状态而变化,使悬架性能总是处在最优的状态附近。因此,有些轿车的减振器是可调式的,将阻尼分成两级或三级,根据传感器信号自动选择所需要的阻尼级。

为了提高轿车的舒适性,现代轿车悬架的垂直刚度值设计得较低,用通俗话来讲就是很 " " ,这样虽然乘坐舒适了,但轿车在转弯时,由于离心力的作用会产生较大的车身倾斜角,直接影响到操纵的稳定性。为了改善这一状态,许多轿车的前后悬架增添横向稳定杆,当车身倾斜时,两侧悬架变形不等,横向稳定杆就会起到类似杠杆作用,使左右两边的弹簧变形接近一致,以减少车身的倾斜和振动,提高轿车行驶的稳定性。

从外表上看似简单的悬架,包含着多种力的合作,决定着轿车的稳定性、舒适性和安全性,是现代轿车十分关键的部件之一。
悬架是车架(cnc真空吸盘怎么做或承载式车身)与车桥(或车轮)之间的一切传力连接装置的总称。一般由弹性元件、减震器和导向机构三部分组成。 独立悬架的左右车轮不是用整体车桥相连接,而是通
过悬架分别与车架(或车身)相连,每侧车轮可独立下下运动。轿车和载重量1t以下的货车前悬架广为采用,轿车后悬架上采用也在增加。越野车、矿用车和大客车的前轮也有一些采用独立悬架。
  根据导向机构不同的结构特点,独立悬架可分为:双横臂,单横臂,纵臂式,单斜臂,多杆式及滑柱(杆)连杆(摆臂)式等等。按目前采用较多的有以下三种形式:(1) 双横臂式,(2) 滑柱连杆式,(3)斜置单臂式。按弹性元件采用不同分为:螺旋弹簧式,钢板弹簧式,扭杆弹簧式,气体弹簧式。采用更多的是螺旋弹簧。
前悬架系统 前悬架目前基本上都采用独立悬架系统,即左右两个车轮各自独立地通过悬挂装置与车体相连,也就意味着可以各自独立地上下跳动。悬架系统由连杆机构和弹簧、减震器组成三角形、四边形或其它形状的连接方式以固定车轮与车身的相对位置,在弹簧的作用下使车轮可以相对车身上下运动。最常见的 熄火延时器有双横臂式和麦佛逊(又称滑柱摆臂式) 1 双横臂式悬架由上短下长两根横臂连接车轮与车身,两根横臂都非真正的杆状,而是大体上类似英文字母YC,这样的设计既是为了增加强度,提高定位精度,也为减震器和弹簧的安装留出了空间和安装位置。同时,下横臂的长度较长,且与车轮中心大致处于同
一水平线上,这样做的目的是为了在车轮跳动导致下横臂摆动时,不致产生太大的摆动角,也就保证了车轮的倾角不会产生太大变化。这种结构比较复杂,但经久耐用,同时减震器的负荷小,寿命长。 2、双A臂式悬挂系统的英文名字是Double-Wishbone type suspension,当初因为控制臂呈V字形,所以又名双叉骨式。这是HONDAF1赛车上所产生的理念,也是本田车系最喜用的悬挂系统。双A臂式悬挂,通常被人定义为有外倾角变化控制用臂的悬挂形式。具体来说,臂的布置是下臂与麦弗逊式差不多(注:麦弗逊式下部用连杆连结以定位,避震器为筒型,装在支柱内部),上臂是两端已有橡胶衬套的A型臂结合车身与车轴,车身常有副框架,主轴布置于副框架上,副框架与车身通常在四处经绝缘体结合,弹簧与避震器为尽量增长行程,装于上臂上与车身间,藉这些连杆的布置设计,即可将外倾变化。优点首推设计自由度,因不对避震器施加弯矩,所以摩擦小,因在副框架上布置连杆,容易兼顾悬吊系的刚性与震动绝缘。缺点是零件数多,构造复杂,也要求定位精度,需要较大的空间,成本上重量上都不利单厢小货车之类的商用车。但是也有部分车辆仍旧在前悬挂采用双A臂式。比如马自达6,在其说明中指出,车辆前悬挂采用此种样式,可以使轮胎随时与地面保持良好的接触,且减少路面的不良作用以维持最佳的性。总而言之,双A臂通常采用于注重操作稳定性的车辆上. 3、滑柱摆臂式悬架结构
相对比较简单,只有下横臂和减震器-弹簧组两个机构连接车轮与车身,它的优点是结构简单,重量轻,占用空间小,上下行程长等。缺点是由于减震器——弹簧组充当了主销的角,使它同时也承受了地面作用于车轮上的横向力,因此在上下运动时阻力较大,磨损也就增加了。且当急转弯时,由于车身侧倾,左右两车轮也随之向外侧倾斜,出现不足转向,弹簧越软这种倾向越大。
  后悬架系统
  后悬架系统的种类比前悬架要多,原因之一是驱动方式的不同决定着后车轴的有无,也与车身重量有关。主要有连杆式和摆臂式两种。
  4、连杆式主要是在FR驱动方式,并且后车轴左右一体化(与中间的差速器刚性连接)的情况下使用的,过去多采用钢板弹簧支撑车身,现在从提高行车平顺性考虑,多使用连杆式和后面要说的摆臂式,并且使用平顺性好的螺旋弹簧。连杆在左右两侧各有一对,分为上拉杆和下拉杆,作为传递横向力(汽车驱动力)的机构,通常再与一根横向推力杆一起组成五连杆式构成。横向推力杆一端连接车身,一端连接车轴,其目的是为了防止车轴(或车身)横向窜动。当车轴因颠簸而上下运动时,横向推力杆会以与车身连接的接点为轴做画圆
弧的运动,如果摆动角度过大会使车轴与车身之间产生明显的横向相对运动,与下摆臂的原理类似,横向推力杆也要设计得比较长,以减小摆动角。多连杆式悬架是由(3—5)根杆件组合起来控制车轮的位置变化的悬架。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的优点,能满足不同的使用性能要求。多连杆式悬架的主要优点是: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。连杆式悬架与车轴形成一体,弹簧下方质量大,且左右车轮不能独立运动,所以颠簸路面对车身产生的冲击能量比较大,平顺性差。 2、摆臂方式,这种方式是仅车轴中间的差速器固定,左右半轴在差速器与车轮之间设万向节,并以其为中心摆动,车轮与车架之间用Y型下摆臂连接。“Y”的单独一端与车轮刚性连接,另外两个端点与车架连接并形成转动轴。根据这个转动轴是否与车轴平行,摆臂式悬架又分为全拖动式摆臂和半拖动式摆臂,平行的是全拖动式,不平行的叫半拖动式。
面综合一下各种独立悬挂的形式并举例说明应用实例,见下表:
  独立悬挂 横臂式 单横臂式 奔驰轿车的后独立悬挂
  双横臂式 珠宝展柜制作红旗CA7560、依维柯等的前悬挂
  纵臂式 单纵臂式 富康、桑塔纳、捷达、雷诺5型等轿车的后悬挂
  双纵臂式
  车轮沿主销移动的悬挂 炷式悬挂
  麦弗逊式(滑柱摆臂式) 捷达、桑塔纳、高尔夫、奥迪100、红旗7220等的前悬挂
  单斜臂式 介于单横和单纵臂之间的形式 福特Sierra轿车、宝马5系列轿车的后悬挂
  空气悬挂悬挂的弹性元件不再是传统的钢板弹簧或螺旋弹簧,而是充入了惰性气体的空气弹簧,减震效果大大优于传统的悬挂,多用于高档轿车或高档客车上(国外的载重车上也有)。
  被动悬挂就是以上所讲的传统悬挂,是对应于主动悬挂来讲的一个称呼。
  主动悬挂的名字主要是考虑到它能在一定范围内主动调节悬挂的刚度和阻尼等特性。主
动悬挂又称为电控悬挂,近年来逐渐得到了应用。目前电控悬挂的控制形式主要有两种,由液压控制的形式和由气压控制的形式。
  液压电控悬挂的控制形式是较先进的形式。侠义的讲,主动悬挂也是指的这种形式,它采用一种有源方式来抑制路面对车身的冲击力及车身倾斜力。
  气压电控悬挂的控制形式又称为自适应悬挂,它通过在一定范围内的调整来应对路面的变化。电控悬挂的控制中心是ECU,而辅助ECU工作的是各种传感器,它们向ECU输入各种数据帮助计算机对悬挂设置进行调整。传感器是电控悬挂上重要的零部件,一旦失灵整个悬挂系统工作就会不正常。除了空气弹簧之类的成熟新型悬挂部件,还有电磁减振器等尖端的新技术产品,总之悬挂系统是汽车的新技术是发展较快的领域,毕竟很多的电子控制技术在这方面的应用是最广泛的。
多连杆悬挂,多连杆悬挂顾名思义就是通过各种连杆配置把车轮与车身相连的一套悬挂机构。而连杆数量在3根以上才称为多连杆,目前主流的连杆数量为5连杆。因此其结构要比双叉和麦弗逊复杂很多。我们知道,双叉悬挂是通过上下两个A字型控制臂对车轮进行定位。由于A字型控制臂仅能做上下方向的浮动,通过对控制臂长度的设计配置可以达到动
鞋架
态控制车轮外倾角的目的,提高汽车转弯时的操控性能。但对于转向轮和随动轮来说,仅仅靠控制外倾角来适应弯道所提高的性能显然是有限的。在四轮定位参数中除了外倾角,还有前束角也是影响弯道操控的重要参数,那么怎么样才能像控制外倾角一样动态控制前束角呢?这一点双叉臂可以做到,但提高的性能非常有限。虽然双叉臂悬挂在设计上拥有很大的设计自由度,如果要用双叉臂来控制前束,通常的做法就是在A字型控制臂与车身相连的前端连接处装入较柔软的橡胶衬套。
当车辆转弯时由于前后衬套的刚度不同,车轮会向弯道方向改变一定的前束角度,如果这种设计用于后轮,后轮就可在横向力的作用下随动转向,虽然这个转向角度很小,但对性能还是有一定提高的。通过设计橡胶衬套的刚度能达到一定的可变前束角角度以及随动转向功能,但橡胶衬套的首要任务还是起连接悬挂和隔绝震动的作用,因此刚度不能过低。这就造成对可变前束以及随动转向的局限性,紧能获得一个很小的角度。
多连杆悬挂就完全解决了这个问题,它通过不同的连杆配置,使悬挂在收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。其原理就是通过对连接运动点的约束角度设计使得悬挂在压缩时能主动调整车轮定位,而且这个设计自由度非常大,能完全针对
车型做匹配和调校。因此多连杆悬挂能最大限度的发挥轮胎抓地力从而提高整车的操控极限。但由于结构复杂,成本也非常高,无论是研发实验成本还是制造成本都是最高的,但性能是所有悬挂设计中最好的。
我们常见的中型和大型车上才会使用这种设计,但通常都只用于后轮。原因是多连杆机构非常复杂而且占用空间大,使其不便于布置。因此只能用于拥有较大空间的后桥上。多连杆悬挂结构复杂,组成部件多,重量肯定也要高于双叉式悬挂
麦弗逊式(MacPherso又译为麦花臣或支柱式) 麦花臣式悬吊系统(McPherson Type)又称为支柱式悬吊系统,此种悬吊常见于前悬吊,堪称是最被广泛运用者。这是一种利用避震器为车轮定位用支柱的悬吊形式,支柱上部经由橡胶置绝缘体固定于车身,支柱下部用连杆连结以定位,避震器为筒型,装在支柱内部。支柱可在导管内上下滑动,最大优点为构造简单,占位置小,前轮之后倾角不会因车轮的跳动而改变,另外在麦花臣式悬吊以外的悬吊,外倾角方向的定位需要上臂,牺牲空间,麦花臣式悬吊因避震器有此功能,可增大车室空间,在引擎横置的FF车因布置空间无余地,此优点就显得特别重要;缺点为行驶不平路面时,车轮易自动转向,故驾驶人须用力保持方向盘,当受到剧烈冲击时,滑柱易造成弯曲,因而影响转向性能。 麦弗逊事实上是演变自双A臂的一种悬吊型式。他将双A臂的上支臂替换成避震器+弹簧,而下支臂不变。另外,由于避震器就是麦弗逊的上臂,所以这样的避震器要特别坚固才行。基本上,麦弗逊广泛的运用于前悬吊系统,因为少了上支臂的关系,使得其占用的前轮底盘空间减少,能轻松的安置与横置引擎的车子,在能带来不错的操控效果时,还能兼顾设计成本。 本贴包含图片附件:

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