第20章 悬架.ppt

第20章 汽车悬架,一、悬架的作用： 把作用于车轮的垂直反力、纵向反力和侧向力以及这些反力引起力矩传递到车架，并使车辆具有良好的乘坐舒适性、平顺性和横向稳定性二、悬架的组成： 汽车悬架一般都由：弹性元件(spring) 、阻尼元件(减振器) (shock absorber) 、导向杆系三部分组成在一些车辆上还要加装横向稳定器悬架(suspension system)是车架（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弹性元件:承受 垂直载荷，缓和冲 击； 减振器: 减振； 导向装置: 传 力、导向； 横向稳定器：辅 助弹性元件，以防 横向倾斜悬架的结构组成图示,三、 悬架系统的性能指标,汽车自然振动频率（固有频率）：是影响汽车平顺性的重要性能指标之一，由悬架刚度和悬架弹簧支承质量决定的，其取值范围一般在1-1.6Hz之间簧载质量一定，悬架刚度越小，偏频越小 悬架刚度一定，簧载质量越大，偏频越小因为车辆的载荷一直是变化的，因此需要悬架的弹簧具有变刚度特性，以保证车辆在不同的载荷情况下具有相当的行驶平顺性式中：g-重力加速度， f-悬架垂直变形， m-悬架簧载质量， С-悬架刚度。

按汽车悬架的控制方式分： 被动悬架：悬架刚度、阻尼在行驶中不可调整的悬架 主动悬架：悬架的刚度、阻尼根据行驶状况不同，可以自动调节的悬架 半主动悬架：只有悬架阻尼可以自动调节的悬架按汽车悬架的结构特点分： 非独立悬架(solid axle suspension):两侧车轮刚性的连接在一起，只能共同运动的悬架广泛应用于货车、客车和轿车后桥 独立悬架(independent suspension):两侧车轮由断开式车桥连接，车轮单独通过悬架与车架连接，可以单独跳动广泛应用于轿车前悬架四、悬架的分类,,左右车轮安装在 一根整体车桥两端，车桥则通过弹性元件 与车架相连与整体车桥相配合，结构简单，成本低，车轮 定位参数变化小，在货车和一些大客车上普遍采用1、非独立悬架(solid axle suspension):,(1)钢板弹簧式非独立悬架,加装副弹簧的后悬架,加装副弹簧的后悬架,渐变刚度钢板弹簧的后悬架,渐变刚度钢板弹簧的后悬架,板簧与车架连接结构型式,钢板弹簧变形时，为保证伸 缩量，其连接型式： 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.,钢板弹簧纵置u形螺栓—车桥；弹簧销—车架，传力和导向 货车后悬架采用后副钢板弹簧总成,(2) 螺旋弹簧非独立悬架,只承受垂直载荷； 须另装减振器和导 向机构； 一般只作轿车后悬架。

如桑塔纳、捷达、奇瑞 等轿车3）空气弹簧非独立悬架,结构 ：压气机、贮气 筒、储气罐、空气弹簧车 身高度控制阀 特点：空气弹簧只传 递垂直力；车身高度控制 阀自动调节车身高度 如奔驰1017载重汽车4）油气弹簧非独立悬架,固定在前桥上的支架和纵梁上的支架上 具有变刚度特性，特别适用大型自卸汽车上2、独立悬架(independent suspension):,作用：两侧车轮独立的与车架或车身弹性连接 特点：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，提高平顺性类型：横臂式，车轮在汽车横向平面内摆动； 纵臂式，车轮在汽车横向平面内摆动； 移动式，车轮沿主销移动1）单横臂式独立悬架,悬架变形时，易导致轮胎侧滑和磨损，用于转向轮时， 会使主销内倾角和车轮外倾角变化较大，影响操纵性能 很少采用可用在重型越野车后悬架.,（2）双横臂式独立悬架,两横臂可等长，也可不等长等长臂在车轮上下跳动 时，使轮距变化较大，产生侧滑；不等到长臂适应性好， 应用较广如马自达6轿车前悬架.,（3）单纵臂式独立悬架,主销后倾角会产生很大变化，一般不用在转向轮。

如富康、标志307、雪铁龙轿车的后悬架.,（4）双纵臂式独立悬架,可使车轮上下运动时，主销后倾角不变，适用于转向轮但由于占用空间较大，较少采用车轮沿固定不动的主销轴线移动； 主销定位角不变化有利于汽车转向操纵和行驶稳定性5）烛式独立悬架,当悬架变形时，主销定位角不会变化，仅轮距和轴距稍有改变，利于汽车转向操纵和行驶稳定；但侧向力全部由套筒和主销承受，易造成磨损较少采用5）麦弗逊式独立悬架,结构：车轮沿摆动的主销轴线移动的，主销的 轴线为上下铰链中心的联线麦弗逊式独立悬架的工作特点,车轮定位参数变化较 小； 主销轴线角度可变； 两前轮内侧空间较大，便 于发动机布置 奥迪、红旗、宝马、高尔夫及上海桑塔纳型等轿车均采用3、平衡悬架,对于多轴汽车，如若全部车轮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 采用钢板弹簧的平衡悬架的结构,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1、弹性元件(spring),五、悬架系统主要零部件,弹性元件可分为钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧、气体弹簧和橡胶弹簧等。

一般载货汽车的非独立悬架广泛采用钢板弹簧； 大多数轿车的独立悬架应用螺旋弹簧和扭杆弹簧； 而在重型载货汽车上气体弹簧得到广泛的应用； 橡胶弹簧多用在悬架的副簧和缓冲块1）钢板弹簧(leaf spring): 近似等强度的弹性梁，广泛用于非独立悬架；既有弹性元件的作用，又可起到导向和减振作用单片弹簧和少片弹簧,特点： 断面尺寸延长度方向变化； 减轻重量，节约材料钢板弹簧的安装,钢板弹簧与车架的连接,（2）螺旋弹簧(coil spring),性能：只承受垂直载荷，没有减振作用， 必须另加减震器制造：用弹簧钢棒料卷制而成特点:无需润滑、抗污染、安装所需空间小、质量轻弹簧套在减震器外边，节省了安装空间，空余的大量空间便于安装发动机，广泛用于前独立悬架当车轮转向跳动时，车轮沿主销转动螺旋弹簧应用,螺旋弹簧悬架装配,（3）扭杆弹簧(torsion bar spring),当车轮跳动时，摆臂便绕着扭杆轴线摆动，使扭杆产生扭转变形，以保证车轮与车架弹性连接扭转弹性的直线金属杆件； 扭转弹性变形； 有的扭杆由薄扭片组合而成扭杆弹簧的装配,摆臂,扭杆,将扭杆的固定端转过一个角度，则摆臂的初始位置将改变，可借此调节车身的高度。

特点：质量小，不需润滑,,（4）气体弹簧,原理:利用气体的可压缩性和弹性实现弹簧的作用， 其刚度是可变 类型:空气弹簧和油气弹簧两种a.空气弹簧,膜式空气弹簧,囊式空气弹簧,特点：弹簧刚性随载荷和容器内压缩空气压力而变化：载荷增加，空气压力升高，则刚度增加；反之，则刚度下降b.油气弹簧,特点： 气体压力很高， 其体积更小； 以液体传力，具 有减振作用是一种以惰性气体为弹性介质，以油液为传力介质的气体弹簧5) 橡胶弹簧,利用橡胶本身的弹性起弹簧作用，同时具有减振作用 特点：单位质量的储能量比金属弹簧多，隔音性能好，工作无噪声，不需润滑多用作悬架的副簧和缓冲块各类橡胶弹簧,,2、减振器(shock absorber),（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2）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3）性能要求：,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 在悬架伸张行程，减振器阻尼力应大，以求迅速减振 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。

双向作用筒式减振器； 单向作用筒式减振器4）分类：,双向作用筒式减振器,工作原理,压缩行程：,车轮靠近车架，减振器被压缩，活 塞下移，下腔容积减少，油压升高， 油液打开流通阀，经过流通阀流入 上腔； 同时，活塞杆进入上方腔室，由 于上腔容积被活塞杆占去部分空间， 有效容积减小，使上腔增加的容积小 于下腔减小的容积，所以有部分油液 不能进入上腔，而是打开压缩阀流入 储油缸 由于各阀门的节流作用，便造成 对悬架压缩运动的阻力，使振动能量 衰减伸张行程：,车轮远离车架，减振器被拉伸，活 塞上移，上腔油压升高，油液打开伸 张阀流入下腔； 同样，由于活塞杆的存在，使上 腔减小的容积小于下腔增加的容积， 上腔流出的油液不足以充满下腔，使 下腔产生一定真空度，在真空度作用 下，储油缸筒内油液顶开补偿阀流入 下腔 同样，由于各阀门的节流作用， 便造成对悬架伸张运动的阻力，使振 动能量衰减减振器工作过程,注：伸张阀弹簧的刚度和预紧力比压缩阀的大，而且伸张行程时的油液通孔面积比压缩行程时小，在同样油压作用下，伸张行程产生阻尼力远大于压缩行程的阻尼力5）新型减振器,（充气式减振器）,特点：缸筒下部装浮动活塞，活塞下端 与筒下部形成气室，内充氮气；活塞上端 与筒上部间充减振油。

当车轮上下跳动时，减振器工作活塞在 油液中往复运动，使活塞上下腔间产生压 力差，使油液压在伸张阀和压缩阀间来回 流动，产生阻尼力，以衰减振动 活塞杆进出缸筒引起的容积变化主要由 浮动活塞上下运动补偿阻尼可调减振器）,特点：采用刚度可变的空气弹簧，使减振器阻尼力可变 工作原理：当汽车载荷改变时，空气囊气压改变，气室2中气压改变，推动膜片上移或下移，使柱塞5上移或下移，使节流孔6的通道面积改变，使油液油流动阻力变化，既改变了减振器阻尼力电流变和磁流变减振器）,1、弹簧 2、减振器 3、拖曳臂 4、后轴 5、横拉杆,拖曳臂悬架,六、几种悬架系统应用,扭转梁悬架,1、弹簧 2、减振器 3、控制臂 4、转向节 5、稳定杆,麦弗逊悬架,1、弹簧 2、减振器 3、下控制臂 4、上控制臂 5、转向节 6、稳定杆,双横臂悬架,1、弹簧 2、减振器 3、副车架 4、稳定杆 5、拖臂 6、连杆 7、转向节 8、上控制臂,多连杆悬架,1、弹簧 2、减振器 3、上控制臂 4、下连杆 5、稳定杆 6、拖臂 7、转向节,多连杆悬架,汽车传统悬架的缺点:具有固定的弹簧刚度和减振器阻尼力,只能保证在一种特定的道路状态和行驶速度下达到性能最佳，不能同时满足汽车行驶平顺性和操纵稳定性的要求。

降低弹簧刚度，平顺性变好，乘坐舒适，但悬架偏软，使操纵性变差；增加弹簧刚度，可提高操纵稳定性，但较硬的弹簧使车辆对路面不平度很敏感，使平顺性降低七、电子控制悬架系统（主动悬架）,主动悬架作用：电子控制悬架能根据汽车的行驶状况主动地对悬架的刚度和阻尼系数进行调整，使悬架始终处于最佳工作状态，从而满足平顺性和操纵稳定性的要求控制功能：车高调整、弹簧刚度、阻尼力电控悬架系统元件在车上的位置,类型：,半主动悬架：指悬架元件中的弹簧刚度和减振器阻尼力之一可以根据需要进行调节；,全主动悬架：能根据需要自动调节弹簧刚度和减振器阻尼力，从而能同时满足汽车行驶平顺性和操纵稳定性等各方面要求主动悬架按弹簧类型又可分为空气弹簧主动悬架和油气弹簧主动悬架按悬架系统中是否包括动力源分：全主动悬架、半主动悬架,按悬架介质不同分：空气式、油气式和液压式主动悬架三种1、全主动悬架,（1）系统组成：,（2）工作原理：,系统工作时，电子控制单元根据车身高度、方向盘转角、车速、制动等传感器的信号，经运算分析后输出控制信号，控制各种电磁阀和步进电机，以及时改变悬架的刚度、阻尼系数和车身高度，以适应各种复杂的行驶工况对悬架特性的不同要求，保证汽车行驶过程中的乘坐舒适性和操纵稳定性。

电控悬架系统中，其刚度和阻尼力有“NOR。