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懸掛系統(tǒng)

懸掛系統(tǒng)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?zhèn)鹘o車架或車身的沖擊力,并衰減由此引起的震動(dòng),以保證汽車平順行駛。

1 懸掛系統(tǒng)系統(tǒng)分類

懸掛系統(tǒng)
一般來(lái)說(shuō),汽車的懸掛系統(tǒng)分為非獨(dú)立懸掛和獨(dú)立懸掛兩種,非獨(dú)立懸掛的車輪裝在一根整體車軸的兩端,當(dāng)一邊車輪跳動(dòng)時(shí),另一側(cè)車輪也相應(yīng)跳動(dòng),使整個(gè)車身振動(dòng)或傾斜;獨(dú)立懸掛的車軸分成兩段,每只車輪由螺旋彈簧獨(dú)立安裝在車架下面,當(dāng)一邊車輪發(fā)生跳動(dòng)時(shí),另一邊車輪不受影響,兩邊的車輪可以獨(dú)立運(yùn)動(dòng),提高了汽車的平穩(wěn)性和舒適性。由于人們對(duì)車子乘坐舒適性及操縱安定性的要求愈來(lái)愈高,非獨(dú)立懸掛系統(tǒng)已漸漸被淘汰
因?yàn)檐嚿硐路降目臻g使汽車看起來(lái)好像是懸浮在半空中,要如何將看似懸浮在半空中的車身與接觸地面的車輪結(jié)合呢?這個(gè)結(jié)合的裝置就是懸掛系統(tǒng)。懸掛系統(tǒng)除了要支撐車身的重量之外,還負(fù)有降低行駛時(shí)的震動(dòng)以及車輛行駛的操控性能等重大責(zé)任。
懸掛系統(tǒng)懸掛系統(tǒng)是如何神奇的發(fā)揮功能去降低行駛時(shí)的震動(dòng),以及保持車輛行駛的操控性能呢?原來(lái)在懸掛系統(tǒng)中還包含了避震器、彈簧、防傾桿、連桿等機(jī)件。在車輪與車體之間,便是所謂的懸掛系統(tǒng),擔(dān)負(fù)起承載車體并吸收震動(dòng)的工作,提供最佳的乘坐舒適性。Toyota最新車型Wish的懸掛系統(tǒng),采用前方獨(dú)立麥弗遜結(jié)構(gòu)、后方ETA Beam結(jié)構(gòu),提供最大的車室空間。

2 懸掛系統(tǒng)機(jī)構(gòu)組件

彈簧
用來(lái)緩沖震動(dòng)的裝置,利用彈簧的變形來(lái)吸收能量。常見(jiàn)的彈簧型式為“圈形彈簧”,其它被使用在汽車上的彈簧還有“鋼板彈簧”和“扭力桿彈簧”兩種。
避震器
用來(lái)緩沖震動(dòng),并且吸收能量的裝置。避震器內(nèi)部藉由液體或氣體產(chǎn)生壓力來(lái)推動(dòng)閥體,以吸收震動(dòng)的能量,并且減緩震動(dòng)的作用。采用氣壓方式的避震器,其價(jià)格一般都比采用油壓方式者高。少部分高價(jià)位的避震器會(huì)采取液、氣壓共享的設(shè)計(jì)。
防傾桿
將類似“ㄇ”字形的桿件的二端分別連結(jié)在左、右懸掛裝置上面,當(dāng)左、右側(cè)的輪子分別上下移動(dòng)時(shí),會(huì)產(chǎn)生扭力并使桿件自體產(chǎn)生扭轉(zhuǎn),利用桿件受力所產(chǎn)生的反作用力去使車子的左、右兩邊維持相近的高度。因此“防傾桿”亦稱為“扭力桿”、“防傾扭力桿”、“平衡桿”、“扭力平衡桿”、“平穩(wěn)桿”等名稱。

3 懸掛系統(tǒng)連桿機(jī)構(gòu)

用來(lái)連結(jié)車輪與車身的桿子。連桿的形狀可以是一支外形簡(jiǎn)單的圓桿,也可能是以鋼板制成的一個(gè)結(jié)構(gòu)體。在了解懸掛系統(tǒng)的基本元素之后,你也可以和汽車工程師一樣的設(shè)計(jì)組合出一套懸掛系統(tǒng)。

4 懸掛系統(tǒng)分類

非獨(dú)立懸掛系統(tǒng)
非獨(dú)立懸掛系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是兩側(cè)車輪由一根整體式車架相連,車輪連同車橋一起通過(guò)彈性懸掛系統(tǒng)懸掛在車架或車身的下面。非獨(dú)立懸掛系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、強(qiáng)度高、保養(yǎng)容易、行車中前輪定位變化小的優(yōu)點(diǎn),但由于其舒適性及操縱穩(wěn)定性都較差,在現(xiàn)代轎車中基本上已不再使用,多用在貨車和大客車上。
獨(dú)立懸掛系統(tǒng)
獨(dú)立懸掛系統(tǒng)是每一側(cè)的車輪都是單獨(dú)地通過(guò)彈性懸掛系統(tǒng)懸掛在車架或車身下面的。其優(yōu)點(diǎn)是:質(zhì)量輕,減少了車身受到的沖擊,并提高了車輪的地面附著力;可用剛度小的較軟彈簧,改善汽車的舒適性;可以使發(fā)動(dòng)機(jī)位置降低,汽車重心也得到降低,從而提高汽車的行駛穩(wěn)定性;左右車輪單獨(dú)跳動(dòng),互不相干,能減小車身的傾斜和震動(dòng)。不過(guò),獨(dú)立懸掛系統(tǒng)存在著結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、維修不便的缺點(diǎn)。獨(dú)立懸掛系統(tǒng)又可分為橫臂式、縱臂式、多連桿式、燭式以及麥弗遜式懸掛系統(tǒng)等。
橫臂式懸掛系統(tǒng)
橫臂式懸掛系統(tǒng)是指車輪在汽車橫向平面內(nèi)擺動(dòng)的獨(dú)立懸掛系統(tǒng),按橫臂數(shù)量的多少又分為雙橫臂式和單橫臂式懸掛系統(tǒng)。 單橫臂式具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,側(cè)傾中心高,有較強(qiáng)的抗側(cè)傾能力的優(yōu)點(diǎn)。但隨著現(xiàn)代汽車速度的提高,側(cè)傾中心過(guò)高會(huì)引起車輪跳動(dòng)時(shí)輪距變化大,輪胎磨損加劇,而且在急轉(zhuǎn)彎時(shí)左右車輪垂直力轉(zhuǎn)移過(guò)大,導(dǎo)致后輪外傾增大,減少了后輪側(cè)偏剛度,從而產(chǎn)生高速甩尾的嚴(yán)重情況。單橫臂式獨(dú)立懸掛系統(tǒng)多應(yīng)用在后懸掛系統(tǒng)上,但由于不能適應(yīng)高速行駛的要求,又分為等長(zhǎng)雙橫臂式和不等長(zhǎng)雙橫臂式兩種懸掛系統(tǒng)。等長(zhǎng)雙橫臂式懸掛系統(tǒng)在車輪上下跳動(dòng)時(shí),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(yán)重,現(xiàn)已很少用。對(duì)于不等長(zhǎng)雙橫臂式懸掛系統(tǒng),只要適當(dāng)選擇、優(yōu)化上下橫臂的長(zhǎng)度,并通過(guò)合理的布置、就可以使輪距及前輪定位參數(shù)變化均在可接受的限定范圍內(nèi),保證汽車具有良好的行駛穩(wěn)定性。
雙叉臂獨(dú)立懸掛
雙叉臂式懸架被公認(rèn)是操控性最出色一種,絕大多數(shù)的性能跑車乃至于F1賽車使用的都是雙叉臂的懸架結(jié)構(gòu)也叫做雙A臂懸掛或者雙搖臂懸掛,屬于雙橫臂懸架中的一種。從結(jié)構(gòu)學(xué)上講,雙叉臂懸掛可以說(shuō)是最堅(jiān)固的獨(dú)立懸架。我們都知道,三角形是最穩(wěn)固幾何形狀,雙叉臂懸掛的上下兩根A字臂擁有類似三角形的穩(wěn)定結(jié)構(gòu),不僅擁有足夠的抗扭強(qiáng)度,而且上下兩根A臂對(duì)橫向力都具有很好的導(dǎo)向作用,因此當(dāng)雙叉臂懸掛使用在性能跑車上時(shí),它可以很好的抑制車輛在過(guò)彎時(shí)的側(cè)傾,【同時(shí),如果使用在SUV上時(shí),它也能夠應(yīng)付極限越野的路況下所帶來(lái)的巨大沖擊?!勘娝苤囕喌乃膫€(gè)定位參數(shù)前后外傾角、前輪前束量、主銷內(nèi)傾角和主銷后傾角對(duì)于車輛的行駛性能,特別是車輛操控性能的影響很大。當(dāng)車輛在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,這幾個(gè)數(shù)值就會(huì)隨之發(fā)生變化,一旦這幾項(xiàng)參數(shù)變化范圍過(guò)大,就會(huì)加劇車輪和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的磨損,從而導(dǎo)致車輛的操控性能大幅降低。而在雙叉臂懸掛結(jié)構(gòu)中,這幾項(xiàng)定位參數(shù)都是精確可調(diào)的,且由于雙叉臂的結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)擁有較高的自由度,工程師可以通過(guò)合理安排空間導(dǎo)向桿的鉸接點(diǎn)位置和控制臂長(zhǎng)短,將定位參數(shù)的變化范圍縮小,從而提升了車輛的整體操控穩(wěn)定性。市面上還有不少家用車使用了類似雙叉臂結(jié)構(gòu)的雙橫臂懸掛,如果按照結(jié)構(gòu)來(lái)分,雙叉臂懸架是雙橫臂懸架中的一種特殊類型,它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)的本質(zhì)上是相同的,只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(yù)留足夠運(yùn)動(dòng)的空間,這類型的雙橫臂懸掛的上橫臂通常也會(huì)使用叉臂的結(jié)構(gòu),而下橫臂則會(huì)使用L臂或者連桿臂。雙橫臂式懸掛和雙叉臂式懸掛有著許多的共性,只是結(jié)構(gòu)比雙叉臂式簡(jiǎn)單些,也可以稱之為簡(jiǎn)化版的雙叉臂式懸掛。同雙叉臂式懸掛一樣雙橫臂式懸掛的橫向剛度也比較大,一般也采用上下不等長(zhǎng)的搖臂設(shè)置。而有的雙橫臂的上下臂不能起到縱向?qū)蜃饔?,還需要另加拉桿導(dǎo)向。這種結(jié)構(gòu)較雙叉臂更簡(jiǎn)單的雙橫臂懸掛性能介于麥弗遜懸掛和雙叉臂懸掛之間,擁有不錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)性能,前雙叉臂后整體橋的結(jié)構(gòu)也是硬派越野SUV的經(jīng)典結(jié)構(gòu)。像是吉普大切諾基,豐田普拉多和大眾途銳等,前懸都用了雙叉臂的懸掛結(jié)構(gòu)。當(dāng)然,雙叉臂懸掛也有它的缺點(diǎn),那就是相對(duì)于麥弗遜懸掛,它的結(jié)構(gòu)更復(fù)雜,占用空間較大,成本較高,因此并不適用于小型車前懸掛,此外,定位參數(shù)的確定需要精確計(jì)算和調(diào)校,對(duì)于制造商的技術(shù)實(shí)力要求也比較高。
多連桿式懸掛系統(tǒng)
多連桿式懸掛系統(tǒng)是由(3—5)根桿件組合起來(lái)控制車輪的位置變化的懸掛系統(tǒng)。多連桿式能使車輪繞著與汽車縱軸線成二定角度的軸線內(nèi)擺動(dòng),是橫臂式和縱臂式的折衷方案,適當(dāng)?shù)剡x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掛系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn),能滿足不同的使用性能要求。多連桿式懸掛系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是:車輪跳動(dòng)時(shí)輪距和前束的變化很小,不管汽車是在驅(qū)動(dòng)、制動(dòng)狀態(tài)都可以按司機(jī)的意圖進(jìn)行平穩(wěn)地轉(zhuǎn)向,其不足之處是汽車高速時(shí)有軸擺動(dòng)現(xiàn)象。
縱臂式懸掛系統(tǒng)
縱臂式獨(dú)立懸掛系統(tǒng)是指車輪在汽車縱向平面內(nèi)擺動(dòng)的懸掛系統(tǒng)結(jié)構(gòu),又分為單縱臂式和雙縱臂式兩種形式。單縱臂式懸掛系統(tǒng)當(dāng)車輪上下跳動(dòng)時(shí)會(huì)使主銷后傾角產(chǎn)生較大的變化,因此單縱臂式懸掛系統(tǒng)不用在轉(zhuǎn)向輪上。雙縱臂式懸掛系統(tǒng)的兩個(gè)擺臂一般做成等長(zhǎng)的,形成一個(gè)平行四桿結(jié)構(gòu),這樣,當(dāng)車輪上下跳動(dòng)時(shí)主銷的后傾角保持不變。雙縱臂式懸掛系統(tǒng)多應(yīng)用在轉(zhuǎn)向輪上。
燭式懸掛系統(tǒng)
燭式懸掛系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是車輪沿著剛性地固定在車架上的主銷軸線上下移動(dòng)。燭式懸掛系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是:當(dāng)懸掛系統(tǒng)變形時(shí),主銷的定位角不會(huì)發(fā)生變化,僅是輪距、軸距稍有變化,因此特別有利于汽車的轉(zhuǎn)向操縱穩(wěn)定和行駛穩(wěn)定。但燭式懸掛系統(tǒng)有一個(gè)大缺點(diǎn):就是汽車行駛時(shí)的側(cè)向力會(huì)全部由套在主銷套筒的主銷承受,致使套筒與主銷間的摩擦阻力加大,磨損也較嚴(yán)重。燭式懸掛系統(tǒng)現(xiàn)已應(yīng)用不多。
麥弗遜式懸掛系統(tǒng)
麥弗遜式懸掛系統(tǒng)的車輪也是沿著主銷滑動(dòng)的懸掛系統(tǒng),但與燭式懸掛系統(tǒng)不完全相同,它的主銷是可以擺動(dòng)的,麥弗遜式懸掛系統(tǒng)是擺臂式與燭式懸掛系統(tǒng)的結(jié)合。與雙橫臂式懸掛系統(tǒng)相比,麥弗遜式懸掛系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是:結(jié)構(gòu)緊湊,車輪跳動(dòng)時(shí)前輪定位參數(shù)變化小,有良好的操縱穩(wěn)定性,加上由于取消了上橫臂,給發(fā)動(dòng)機(jī)及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的布置帶來(lái)方便;與燭式懸掛系統(tǒng)相比,它的滑柱受到的側(cè)向力又有了較大的改善。麥弗遜式懸掛系統(tǒng)多應(yīng)用在中小型轎車的前懸掛系統(tǒng)上,保時(shí)捷911、國(guó)產(chǎn)奧迪、桑塔納、夏利、富康等轎車的前懸掛系統(tǒng)均為麥弗遜式獨(dú)立懸掛系統(tǒng)。雖然麥弗遜式懸掛系統(tǒng)并不是技術(shù)含量最高的懸掛系統(tǒng)結(jié)構(gòu),但它仍是一種經(jīng)久耐用的獨(dú)立懸掛系統(tǒng),具有很強(qiáng)的道路適應(yīng)能力。
主動(dòng)懸掛系統(tǒng)
主動(dòng)懸掛系統(tǒng)是近十幾年發(fā)展起來(lái)的、由電腦控制的一種新型懸掛系統(tǒng)。它匯集了力學(xué)和電子學(xué)的技術(shù)知識(shí),是一種比較復(fù)雜的高技術(shù)裝置。例如裝置了主動(dòng)懸掛系統(tǒng)的法國(guó)雪鐵龍桑蒂雅,該車懸掛系統(tǒng)系統(tǒng)的中樞是一個(gè)微電腦,懸掛系統(tǒng)上的5種傳感器分別向微電腦傳送車速、前輪制動(dòng)壓力、踏動(dòng)油門踏板的速度、車身垂直方向的振幅及頻率、轉(zhuǎn)向盤角度及轉(zhuǎn)向速度等數(shù)據(jù)。電腦不斷接收這些數(shù)據(jù)并與預(yù)先設(shè)定的臨界值進(jìn)行比較,選擇相應(yīng)的懸掛系統(tǒng)狀態(tài)。同時(shí),微電腦獨(dú)立控制每一只車輪上的執(zhí)行元件,通過(guò)控制減振器內(nèi)油壓的變化產(chǎn)生抽動(dòng),從而能在任何時(shí)候、任何車輪上產(chǎn)生符合要求的懸掛系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)。因此,桑蒂雅轎車備有多種駕駛模式選擇,駕車者只要扳動(dòng)位于副儀表板上的“正?!被颉斑\(yùn)動(dòng)”按鈕,轎車就會(huì)自動(dòng)設(shè)置在最佳的懸掛系統(tǒng)狀態(tài),以求最好的舒適性能。主動(dòng)懸掛系統(tǒng)具有控制車身運(yùn)動(dòng)的功能。當(dāng)汽車制動(dòng)或拐彎時(shí)的慣性引起彈簧變形時(shí),主動(dòng)懸掛系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與慣力相對(duì)抗的力,減少車身位置的變化。例如德國(guó)奔馳2000款Cl型跑車,當(dāng)車輛拐彎時(shí)懸掛系統(tǒng)傳感器會(huì)立即檢測(cè)出車身的傾斜和橫向加速度。電腦根據(jù)傳感器的信息,與預(yù)先設(shè)定的臨界值進(jìn)行比較計(jì)算,立即確定在什么位置上將多大的負(fù)載加到懸掛系統(tǒng)上,使車身的傾斜減到最小。
空氣車懸架系統(tǒng)赫升空氣懸掛與傳統(tǒng)的鋼制彈簧懸掛相比較,空氣懸掛具有很多優(yōu)勢(shì),最重要的一點(diǎn)就是彈簧的彈性系數(shù)也就是彈簧的軟硬能根據(jù)需要自動(dòng)調(diào)節(jié)。例如,高速行駛時(shí)懸掛可以變硬,以提高車身穩(wěn)定性;而長(zhǎng)時(shí)間低速行駛時(shí),控制單元會(huì)認(rèn)為正在經(jīng)過(guò)顛簸路面,進(jìn)而調(diào)節(jié)懸掛變軟來(lái)提高舒適性。但缺點(diǎn)是技術(shù)還不是很成熟,密封系統(tǒng)容易破損從而影響懸掛系統(tǒng)!

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