一、定义
悬架是汽车的车架(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,其作用是传递作用在车轮和车架之间的力和力扭,并且缓冲由不平路面传给车架或车身的冲击力,并减少由此引起的震动,以保证汽车能平顺地行驶。
二、组成
悬架由弹性元件、导向装置和减振器三部分组成。
1.弹性元件:支撑垂直载荷,缓和和抑止不平路面引起的振动和冲击.弹性元件主要有钢板弹簧,螺旋弹簧,扭杆弹簧,空气弹簧和橡胶弹簧等。用具有弹性较高材料制成的零件,在车轮受到大的冲击时,动能转化为弹性势能储存起来,在车轮下跳或回复原行驶状态时释放出来。
2.导向装置:导向机构的作用是传递力和力矩,同时兼起导向作用。在汽车的行驶过程当中,能够控制车轮的运动轨迹。
3.减振器:减振器是产生阻尼力的主要元件,其作用是迅速衰减汽车的振动,改善汽车的行驶平顺性,增强车轮和地面的附着力.另外,减振器能够降低车身部分的动载荷,延长 汽车的使用寿命.目前在汽车上广泛使用的减振器主要是筒式液力减振器,其结构可分为双筒式,单筒充气式和双筒充气式三种。
三、悬架的分类
按其导向装置的基本形式不同可分为非独立悬架和独立悬架两大类。
1.非独立式悬架
非独立悬架的结构特点是两侧车轮由一根整体式车桥相连,车轮连同车桥一起通过弹性悬架悬挂在车架或车身的下面。非独立悬架具有结构简单、成本低、强度高、保 养容易、行车中前轮定位变化小的优点,但由于其舒适性及操纵稳定性都较差,在现代轿车中基本上已不再使用,多用在货车和大客车上。这里不做过多介绍。
2.独立悬架
独立悬架是每一侧的车轮都是单独地通过弹性悬架悬 挂在车架或车身下面的。其优点是:质量轻,减少了车身受到的冲击,并提高了车轮的地面附着力;可用刚度小的较软弹簧,改善汽车的舒适性;可以使发动机位置 降低,汽车重心也得到降低,从而提高汽车的行驶稳定性;左右车轮单独跳动,互不相干,能减小车身的倾斜和震动。不过,独立悬架存在着结构复杂、成本高、维 修不便的缺点。现代轿车大都是采用独立式悬架,按其结构形式的不同,独立悬架又可分为横臂式、纵臂式、多连杆式、烛式以及麦弗逊式悬架等。
a.横臂式悬架
横臂式悬架是指车轮在汽车横向平面内摆动的独立悬架,按横臂数量的多少又分为双横臂式和单横臂式悬架。
单横臂式具有结构简单,侧倾中心高,有较强的抗侧倾能力的优点。但随着现代汽车速度的提高,侧倾中心过高会引起车轮跳动时轮距变化大,轮胎磨损加剧,而 且在急转弯时左右车轮垂直力转移过大,导致后轮外倾增大。减少了后轮侧偏刚度,从而产生高速甩尾的严重工况。单横臂式独立悬架多应用在后悬架上,但由于不能适应高速行驶的要求,目前应用不多。
双横臂式独立悬架按上下横臂是否等长,又分为等长双横臂式和不等长双横臂式两种悬架。等长双横臂式悬架在车轮上下跳动时,能保持主销倾角不变,但轮距变 化大(与单横臂式相类似),造成轮胎磨损严重,现已很少用。对于不等长双横臂式悬架,只要适当选择、优化上下横臂的长度,并通过合理的布置,就可以使轮距 及前轮定位参数变化均在可接受的限定范围内,保证汽车具有良好的行驶稳定性。目前不等长双横臂式悬架已广泛应用在轿车的前后悬架上,部分运动型轿车及赛车的后轮也采用这—悬架结构。
b.纵臂式悬架
纵臂式独立悬架是指车轮在汽车纵向平面内摆动的悬架结构,又分为单纵臂式和双纵臂式两种形式。单纵臂式悬架当车轮上下跳动时会使主销后倾角产生较大的变化, 因此单纵臂式悬架不用在转向轮上。双纵臂式悬架的两个摆臂一般做成等长的,形成一个平行四杆结构,这样,当车轮上下跳动时主销的后倾角保持不变。双纵臂式 悬架多应用在转向轮上。
c.多连杆式悬架
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一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。
d.烛式悬架
烛式悬架的结构特点是车轮沿着刚性地固定在车架上的主销轴线上下移动。烛式悬架的优点是:当悬架变形时,主销的定位角不会发生变化,仅是轮距、轴距稍有 变化,因此特别有利于汽车的转向操纵稳定和行驶稳定。但烛式悬架有一个大缺点:就是汽车行驶时的侧向力会全部由套在主销套筒的主销承受,致使套筒与主销间 的摩擦阻力加大,磨损也较严重。烛式悬架现已应用不多。
e.麦弗逊式悬架
麦弗逊式悬架的车轮也是沿着主销滑动的悬架,但与烛式悬架不完全相同,它的主销是可以摆动的,麦弗逊式悬架是摆臂式与烛式悬架的结合。与双横臂式悬架相 比,麦弗逊式悬架的优点是:结构紧凑,车轮跳动时前轮定位参数变化小,有良好的操纵稳定性,加上由于取消了上横臂,给发动机及转向系统的布置带来方便;与 烛式悬架相比,它的滑柱受到的侧向力又有了较大的改善。
四、空气悬架
一辆高品质的SUV既要拥有轿车的舒适性,又要兼顾越野车的通过性能,空气悬挂系统是实现这目标的最佳选择,根据路况的不同以及距离传感器的信号,行车电脑 会判断出车身高度变化,再控制空气压缩机和排气阀门,使弹簧自动压缩或伸长,从而降低或升高底盘离地间隙,以增加高速车身稳定性或复杂路况的通过性。
1.空气悬架的产生背景
空气悬架从十九世纪中期诞生以来,经历了一个世纪的发展,经历了“气动弹簧→空气悬架→气囊复合式悬架→半主动空气悬架→中央充放气悬架(即ECAS电控空气悬架系统)”等多种变化型式。到二十世纪五十年代才被应用在载重车、大客车、小轿车及 铁道汽车上。目前国外高级大客车几乎全部使用空气悬架,重型载货车使用空气悬架的比例已达80%以上,空气悬架在轻型汽车上的应用量也在迅速上升。
部分轿车也逐渐安装使用空气悬架,在一些特种车辆(如对防震要求较高的仪表车、救护车、特种军用车及要求的集装箱运输车等)上,空气悬架的使用几乎为唯一选择。而我国仍处于起步阶段,空气悬架系统只应用在一些豪华客车和少部分重型货车和挂车上。空气悬架在1991年海湾战争中,由于科威特全是沙漠,而且是细沙和软沙总成。美军的悍马车配备中央充放气系统,也就是空气悬架;把胎压降低轮胎和地面的 摩擦力升高这样在沙漠中可以防止轮胎打滑的情况,在雪地路面时降低胎压也和沙漠一样轮胎的摩擦力会增强。这就是液压悬架的弊端,空气悬架和液压悬架各有优势。空气悬架能降低胎压防滑,液压悬架能上高速,能跑山路过河等就是各自的优势。
2.空气悬架的功能作用
通常来讲,装备空气式可调悬架的车型前轮和后轮的附近都会设有离地距离传感器,按离地距离传感器的输出信号,行车电脑会判断出车身高度变化,再控制空气压缩机和排气阀门,使空气弹簧压缩或伸长。从而降低或升高底盘离地间隙,以增加高速车身稳定性或复杂路况的通过性。
而在日常调节中,空气悬架会有几个状态。
a.保持状态。当车辆被举升器举起,离开地面时,空气悬架系统将关闭相关的电磁阀,同时电脑记忆车身高度,使车辆落地后保持原来高度。
b.正常状态,即发动机运转状态。行车过程中,若车身高度变化超过一定范围,空气悬架系统将每隔一段时间调整车身高度。
c.唤醒状态。当空气悬架系统被遥控钥匙、车门开关或行李厢盖开关唤醒后,系统将通过车身水平传感器检查车身高度。如果车身高度低于正常高度一定程度,储气罐将提供压力使车身升至正常高度。同时,空气悬架可以调节减震器软硬度,包括软态、正常及硬态3个状态(也有标注成舒适、普通、运动三个模式等),驾驶者可以通过车内的控制钮进行控制。
当然,相比传统悬架,由于空气式可调悬架结构较为复杂,其出现故障的几率和频率也会高于螺旋弹簧悬架系统,而用空气作为调整底盘高度的动力来源,相关部件的密封性也是一个问题。另外,如果频繁地调整底盘高度,还有可能造成气泵系统局部过热,会大大缩短气泵的使用寿命。当然,随着技术水平的不断提高,很多问题都得到了良好的解决。同时,应用的车型也越来越广泛。