詳解
懸挂系統是汽車的車架與車橋或車輪之間的一切傳力連接裝置的總稱,其功能是傳遞作用在車輪和車架之間的力和力矩,并且緩沖由不平路面傳給車架或車身的沖擊力,并衰減由此引起的震動,以保證汽車平順行駛。
懸挂系統應有的功能是支持車身,改善乘坐的感覺,不同的懸挂設置會使駕駛者有不同的駕駛感受。外表看似簡單的懸挂系統綜合多種作用力,決定着汽車的穩定性、舒适性和安全性,是現代汽車十分關鍵的部件之一。
懸挂系統
一般來說,汽車的懸挂系統分為非獨立懸挂和獨立懸挂兩種,非獨立懸挂的車輪裝在一根整體車軸的兩端,當一邊車輪跳動時,另一側車輪也相應跳動,使整個車身振動或傾斜;
獨立懸挂的車軸分成兩段,每隻車輪由螺旋彈簧獨立安裝在車架下面,當一邊車輪發生跳動時,另一邊車輪不受影響,兩邊的車輪可以獨立運動,提高了汽車的平穩性和舒适性。
由于人們對車子乘坐舒适性及操縱安定性的要求愈來愈高,非獨立懸挂系統已漸漸被淘汰。
因為車身下方的空間使汽車看起來好像是懸浮在半空中,要如何将看似懸浮在半空中的車身與接觸地面的車輪結合呢?這個結合的裝置就是懸挂系統。
懸挂系統除了要支撐車身的重量之外,還負有降低行駛時的震動以及車輛行駛的操控性能等重大責任。
懸挂系統
懸挂系統是如何神奇的發揮功能去降低行駛時的震動,以及保持車輛行駛的操控性能呢?原來在懸挂系統中還包含了避震器、彈簧、防傾杆、連杆等機件。
在車輪與車體之間,便是所謂的懸挂系統,擔負起承載車體并吸收震動的工作,提供最佳的乘坐舒适性。圖中為Toyota最新車型Wish的懸挂系統,采用前方獨立麥佛遜結構、後方ETA Beam結構,提供最大的車室空間。
懸挂的作用
懸挂的主要作用之一便是讓車身盡量保持轉的情況,黃色虛線為車身傾斜的情況。平穩或水平狀态,不讓車身産生較大的傾顯然,正是由于左右懸挂壓縮情況不一樣,斜。紅色虛線為左右車輪之間的軸線所扭動保證車身隻有較小的傾斜。
彈簧
用來緩沖震動的裝置,利用彈簧的變形來吸收能量。常見的彈簧型式為“圈形彈簧”,其它被使用在汽車上的彈簧還有“鋼闆彈簧”和“扭力杆彈簧”兩種。
避震器
用來緩沖震動,并且吸收能量的裝置。避震器内部藉由液體或氣體産生壓力來推動閥體,以吸收震動的能量,并且減緩震動的作用。采用氣壓方式的避震器,其價格一般都比采用油壓方式者高。少部分高價位的避震器會采取液、氣壓共享的設計。
防傾杆
将類似“ㄇ”字形的杆件的二端分别連結在左、右懸挂裝置上面,當左、右側的輪子分别上下移動時,會産生扭力并使杆件自體産生扭轉,利用杆件受力所産生的反作用力去使車子的左、右兩邊維持相近的高度。
因此“防傾杆”亦稱為“扭力杆”、“防傾扭力杆”、“平衡杆”、“扭力平衡杆”、“平穩杆”等名稱。
連杆
用來連結車輪與車身的杆子。連杆的形狀可以是一支外形簡單的圓杆,也可能是以鋼闆制成的一個結構體。
在了解懸挂系統的基本元素之後,你也可以和汽車工程師一樣的設計組合出一套懸挂系統。
懸挂系統
非獨立懸挂系統
非獨立懸挂系統的結構特點是兩側車輪由一根整體式車架相連,車輪連同車橋一起通過彈性懸挂系統懸挂在車架或車身的下面。非獨立懸挂系統具有結構簡單、成本低、強度高、保養容易、行車中前輪定位變化小的優點,但由于其舒适性及操縱穩定性都較差,在現代轎車中基本上已不再使用,多用在貨車和大客車上。
獨立懸挂系統
獨立懸挂系統是每一側的車輪都是單獨地通過彈性懸挂系統懸挂在車架或車身下面的。其優點是:質量輕,減少了車身受到的沖擊,并提高了車輪的地面附着力;可用剛度小的較軟彈簧,改善汽車的舒适性;
可以使發動機位置降低,汽車重心也得到降低,從而提高汽車的行駛穩定性;左右車輪單獨跳動,互不相幹,能減小車身的傾斜和震動。
不過,獨立懸挂系統存在着結構複雜、成本高、維修不便的缺點。獨立懸挂系統又可分為橫臂式、縱臂式、多連杆式、燭式以及麥弗遜式懸挂系統等。
橫臂式懸挂系統
橫臂式懸挂系統是指車輪在汽車橫向平面内擺動的獨立懸挂系統,按橫臂數量的多少又分為雙橫臂式和單橫臂式懸挂系統。單橫臂式具有結構簡單,側傾中心高,有較強的抗側傾能力的優點。
但随着現代汽車速度的提高,側傾中心過高會引起車輪跳動時輪距變化大,輪胎磨損加劇,而且在急轉彎時左右車輪垂直力轉移過大,導緻後輪外傾增大,減少了後輪側偏剛度,從而産生高速甩尾的嚴重情況。單橫臂式獨立懸挂系統多應用在後懸挂系統上,但由于不能适應高速行駛的要求,又分為等長雙橫臂式和不等長雙橫臂式兩種懸挂系統。
等長雙橫臂式懸挂系統在車輪上下跳動時,能保持主銷傾角不變,但輪距變化大(與單橫臂式相類似),造成輪胎磨損嚴重,現已很少用。對于不等長雙橫臂式懸挂系統,隻要适當選擇、優化上下橫臂的長度,并通過合理的布置、就可以使輪距及前輪定位參數變化均在可接受的限定範圍内,保證汽車具有良好的行駛穩定性。
雙叉臂獨立懸挂
雙叉臂式懸架被公認是操控性最出色一種,絕大多數的性能跑車乃至于F1賽車使用的都是雙叉臂的懸架結構
也叫做雙A臂懸挂或者雙搖臂懸挂,屬于雙橫臂懸架中的一種。
從結構學上講,雙叉臂懸挂可以說是最堅固的獨立懸架。我們都知道,三角形是最穩固幾何形狀,雙叉臂懸挂的上下兩根A字臂擁有類似三角形的穩定結構,不僅擁有足夠的抗扭強度,而且上下兩根A臂對橫向力都具有很好的導向作用,因此當雙叉臂懸挂使用在性能跑車上時,它可以很好的抑制車輛在過彎時的側傾,
【同時,如果使用在SUV上時,它也能夠應付極限越野的路況下所帶來的巨大沖擊。】
衆所周知,車輪的四個定位參數前後外傾角、前輪前束量、主銷内傾角和主銷後傾角對于車輛的行駛性能,特别是車輛操控性能的影響很大。當車輛在運動過程中,這幾個數值就會随之發生變化,一旦這幾項參數變化範圍過大,就會加劇車輪和轉向機構的磨損,從而導緻車輛的操控性能大幅降低。
而在雙叉臂懸挂結構中,這幾項定位參數都是精确可調的,且由于雙叉臂的結構在設計時擁有較高的自由度,工程師可以通過合理安排空間導向杆的鉸接點位置和控制臂長短,将定位參數的變化範圍縮小,從而提升了車輛的整體操控穩定性。
市面上還有不少家用車使用了類似雙叉臂結構的雙橫臂懸挂,如果按照結構來分,雙叉臂懸架是雙橫臂懸架中的一種特殊類型,它們在結構的本質上是相同的,隻是雙叉臂的兩根橫臂使用了叉臂或者A臂的形狀。
由于需要為支柱減震器預留足夠運動的空間,這類型的雙橫臂懸挂的上橫臂通常也會使用叉臂的結構,而下橫臂則會使用L臂或者連杆臂。
雙橫臂式懸挂和雙叉臂式懸挂有着許多的共性,隻是結構比雙叉臂式簡單些,也可以稱之為簡化版的雙叉臂式懸挂。同雙叉臂式懸挂一樣雙橫臂式懸挂的橫向剛度也比較大,一般也采用上下不等長的搖臂設置。而有的雙橫臂的上下臂不能起到縱向導向作用,還需要另加拉杆導向。
這種結構較雙叉臂更簡單的雙橫臂懸挂性能介于麥弗遜懸挂和雙叉臂懸挂之間,擁有不錯的運動性能,
前雙叉臂後整體橋的結構也是硬派越野SUV的經典結構。像是吉普大切諾基,豐田普拉多和大衆途銳等,前懸都用了雙叉臂的懸挂結構。
當然,雙叉臂懸挂也有它的缺點,那就是相對于麥弗遜懸挂,它的結構更複雜,占用空間較大,成本較高,因此并不适用于小型車前懸挂,此外,定位參數的确定需要精确計算和調校,對于制造商的技術實力要求也比較高。
多連杆式懸挂系統
多連杆式懸挂系統是由(3—5)根杆件組合起來控制車輪的位置變化的懸挂系統。多連杆式能使車輪繞着與汽車縱軸線成二定角度的軸線内擺動,是橫臂式和縱臂式的折衷方案,适當地選擇擺臂軸線與汽車縱軸線所成的夾角,可不同程度地獲得橫臂式與縱臂式懸挂系統的優點,能滿足不同的使用性能要求。
多連杆式懸挂系統的主要優點是:車輪跳動時輪距和前束的變化很小,不管汽車是在驅動、制動狀态都可以按司機的意圖進行平穩地轉向,其不足之處是汽車高速時有軸擺動現象。
縱臂式懸挂系統
縱臂式獨立懸挂系統是指車輪在汽車縱向平面内擺動的懸挂系統結構,又分為單縱臂式和雙縱臂式兩種形式。單縱臂式懸挂系統當車輪上下跳動時會使主銷後傾角産生較大的變化,因此單縱臂式懸挂系統不用在轉向輪上。
雙縱臂式懸挂系統的兩個擺臂一般做成等長的,形成一個平行四杆結構,這樣,當車輪上下跳動時主銷的後傾角保持不變。雙縱臂式懸挂系統多應用在轉向輪上。
燭式懸挂系統
燭式懸挂系統的結構特點是車輪沿着剛性地固定在車架上的主銷軸線上下移動。燭式懸挂系統的優點是:當懸挂系統變形時,主銷的定位角不會發生變化,僅是輪距、軸距稍有變化,因此特别有利于汽車的轉向操縱穩定和行駛穩定。
但燭式懸挂系統有一個大缺點:就是汽車行駛時的側向力會全部由套在主銷套筒的主銷承受,緻使套筒與主銷間的摩擦阻力加大,磨損也較嚴重。燭式懸挂系統現已應用不多。
麥弗遜式懸挂系統
麥弗遜懸挂是最為常見的一種懸挂,主要有A型叉臂和減振機構組成。叉臂與車輪相連,主要承受車輪下端的橫向力和縱向力。減振機構的上部與車身相連,下部與叉臂相連,承擔減振和支持車身的任務,同時還要承受車輪上端的橫向力。
麥弗遜的設計特點是結構簡單,懸挂重量輕和占用空間小,響應速度和回彈速度就會越快,所以懸挂的減震能力也相對較強。然而麥弗遜結構結構簡單、質量輕,那麼抗側傾和制動點頭能力弱,穩定性較差。目前麥弗遜懸挂多用于家用轎車的前懸挂。
主動懸挂系統
主動懸挂系統是近十幾年發展起來的、由電腦控制的一種新型懸挂系統。它彙集了力學和電子學的技術知識,是一種比較複雜的高技術裝置。
例如裝置了主動懸挂系統的法國雪鐵龍桑蒂雅,該車懸挂系統系統的中樞是一個微電腦,懸挂系統上的5種傳感器分别向微電腦傳送車速、前輪制動壓力、踏動油門踏闆的速度、車身垂直方向的振幅及頻率、轉向盤角度及轉向速度等數據。電腦不斷接收這些數據并與預先設定的臨界值進行比較,選擇相應的懸挂系統狀态。
同時,微電腦獨立控制每一隻車輪上的執行元件,通過控制減振器内油壓的變化産生抽動,從而能在任何時候、任何車輪上産生符合要求的懸挂系統運動。因此,桑蒂雅轎車備有多種駕駛模式選擇,駕車者隻要扳動位于副儀表闆上的“正常”或“運動”按鈕,轎車就會自動設置在最佳的懸挂系統狀态,以求最好的舒适性能。
主動懸挂系統具有控制車身運動的功能。當汽車制動或拐彎時的慣性引起彈簧變形時,主動懸挂系統會産生一個與慣力相對抗的力,減少車身位置的變化。例如德國奔馳2000款Cl型跑車,當車輛拐彎時懸挂系統傳感器會立即檢測出車身的傾斜和橫向加速度。
電腦根據傳感器的信息,與預先設定的臨界值進行比較計算,立即确定在什麼位置上将多大的負載加到懸挂系統上,使車身的傾斜減到最小。
赫升空氣車懸架系統
與傳統的鋼制彈簧懸挂相比較,赫升空氣懸挂具有很多優勢,最重要的一點就是彈簧的彈性系數也就是彈簧的軟硬能根據需要自動調節。例如,高速行駛時懸挂可以變硬,以提高車身穩定性;
而長時間低速行駛時,控制單元會認為正在經過颠簸路面,進而調節懸挂變軟來提高舒适性。但缺點是技術還不是很成熟,密封系統容易破損從而影響懸挂系統!


















