技术控 详解汽车悬挂的分类及性能.doc

技术控 详解汽车悬挂的分类及性能首先让我们来了解一下什么是悬挂：悬挂是汽车的车架与车桥或车轮之间的一切传力连接装置的总称，悬架的主要作用是传递作用在车轮和车身之间的一切力和力矩，比如支撑力、制动力和驱动力等，并且缓和由不平路面传给车身的冲击载荷、衰减由此引起的振动、保证乘员的舒适性、减小货物和车辆本身的动载荷。悬挂基本功用：对不平整路面所造成的汽车行驶中的各种颤动、摇摆和震动等，与轮胎一起，予以吸收和减缓。从而保障乘客和货物的安全，并提高驾驶稳定性。将路面与车轮之间的磨擦所产生的驱动力和制动力，传输至底盘和车身。支承车桥上的车身，并使车身与车轮之间保持适当的几何关系。典型的汽车悬挂结构由弹性元件、减震器以及导向机构等组成，这三部分分别起缓冲，减振和力的传递作用。绝大多数悬挂多具有螺旋弹簧和减振器结构，但不同类型的悬挂的导向机构差异却很大，这也是悬挂性能差异的核心构件。悬架的组成悬架一般有弹性元件、导向装置、减振器和横向稳定杆组成弹性元件：弹性元件用来承受并传递垂直载荷、缓和不平路面、紧急制动、加速和转弯引起的冲击或车身位置的变化。常见的弹性元件包括钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧、油气弹簧、空气弹簧和橡胶弹簧。减震器：减振器用来衰减由于弹性系统引起的振动。减振器的类型有筒式减振器、阻力可调式减振器和充气式减振器。用于限制弹簧的自由振荡，提高乘坐舒适性。导向装置：导向装置用来使车轮按一定运动轨迹相对车身运动，同时起传递力作用。通常导向装置由控制摆臂式杆件组成，有单杆式和连杆式的。钢板弹簧作为弹性元件时，它本身兼导向作用，可不另设导向装置。用于使上述部件定位，并控制车轮的横向和纵向运动。横向稳定器：横向稳定器也归属于导向装置。在有些轿车和客车上，为防止车身在转向等情况下发生过大的横向倾斜，在悬架系统中加设有横向稳定杆，目的是提高侧倾刚度，使汽车具有不足转向特性，改善汽车的操纵稳定性和行驶平顺性。用于防止汽车横向摆动。悬挂的结构形式很多，分类方法也不尽相同。若按导向机构的形式来分可分为独立悬挂和非独立悬挂两大类。如果从控制力的角度来分，则可把悬挂分为被动悬挂、半主动悬挂和主动悬挂三大类。1、被动悬挂一般的汽车绝大多数装有由弹簧和减振器组成的机械式悬挂。由于这种常规悬挂系统内无能源供给装置，悬挂的弹性和阻尼参数不会随外部状态而变化，因而称这种悬挂为被动悬挂。这种悬挂虽然往往采用参数优化的设计方法，以求尽量兼顾各种性能要求，但在实际上由于最终设计的悬挂参数是不可调节的，所以在使用中很难满足高的行驶要求。2.半主动悬挂半主动悬挂可视为由可变特性的弹簧和减振器组成的悬挂系统，虽然它不能随外界的输入进行最优控制和调节，但它可按存贮在计算机内部的各种条件下弹簧和减振器的优化参数指令来调节弹簧的刚度和减振器的阻尼状态。半主动悬挂又称无源主动悬挂，因为它没有一个动力源为悬挂系统提供连续的能量输入，所以在半主动悬挂系统中改变弹簧刚度要比改变阻尼状态困难得多，因此在半主动悬挂系统中以可变阻尼悬挂系统最为常见。半主动悬挂系统的最大优点是工作时几乎不消耗动力，因此越来越受到人们的重视。3.主动悬挂主动悬挂是一种具有作功能力的悬挂，通常包括产生力和扭矩的主动作用器（油缸、汽缸、伺服电机、电磁铁等）、测量元件（如加速度、位移和力传感器等）和反馈控制器等。因此，主动悬挂需要一个动力源（液压泵或空气压缩机等）为悬挂系统提供连续的动力输入。当汽车载荷、行驶速度、路面状况等行驶条件发生变化时，主动悬挂系统能自动调整悬挂刚度（包括整体调整和各轮单独调整），从而同时满足汽车的行驶平顺性，操纵稳定性等各方面的要求，其优点可归纳为如下几个方面：（1）悬挂刚度可以设计得很小，使车身具有较低的自然振动频率，以保证正常行驶时的乘坐舒适性。汽车转向等情况下的车身侧倾，制动、加速等情况下的纵向摆动等问题，由主动悬挂系统通过调整有关车轮悬挂的刚度予以解决。而对于传统的被动悬挂系统，为同时兼顾到侧倾、纵摆等问题，不得不把悬挂刚度设计得较大，因而正常行驶时汽车的乘坐舒适性受到损失。（2）采用主动悬挂系统，因不必兼顾正常行驶时汽车的乘坐舒适性，可将汽车悬挂抗侧倾、抗纵摆的刚度设计得较大，因而提高了汽车的操纵稳定性，即汽车的行驶安全性得以提高。（3）先进的主动悬挂系统，还能保证在车轮行驶中碰抵砖石之类的障碍物时，悬挂系统在瞬时将车轮提起，避开障碍行进，因而汽车的通过性也得以提高。 （4）汽车载荷发生变化时，主动悬挂系统能自动维持车身高度不变。在各轮悬挂单独控制的情况下，还能保证汽车在凸凹不平的道路上行驶时，车身稳定。（5）普通悬挂在汽车制动时，车头向下俯冲。而装有某些主动悬挂系统的汽车（如沃尔沃740型小轿车）却不存在这种情况。制动时，该车尾部下倾，因而可以充分利用后轮与地面间的附着条件，加速制动过程，缩短制动距离。（6）装有某些主动悬挂系统的汽车在转向时，车身不但不向外倾斜，反而向内倾斜，从而有利于转向时的操纵稳定性。TOP（7）主动悬挂可使车轮与地面保持良好接触，即车轮跳离地面的倾向减小，保持与地面垂直，因而可提高车轮与地面间的附着力，使车轮与地面间相对滑动的倾向减小，汽车抗侧滑的能力得以提高。轮胎的磨损也得以减轻，转向时车速可以提高。（8）在所有载荷工况下，由于车身高度不变，保证了车轮可全行程跳动。而传统的被动悬挂系统中，当汽车载荷增大时，由于车身高度的下降，车轮跳动行程减少，为不发生运动干涉，不得不把重载时的悬挂刚度设计得偏高，因而轻载时的平顺性受到损失。而主动悬挂系统则无此问题。（9）由于车身高度不变，侧倾刚度、纵摆刚度的提高，消除或减少了转向传动机构运动干涉而发生的制动跑偏、转向特性改变等问题，因而可简化转向传动机构的设计。（10）因车身平稳，不必装大灯水平自调装置。主动悬挂系统的主要缺陷是成本较高，液压装置噪音较大，功率消耗较大。主动悬挂和半主动悬挂系统按其控制方式又可分为机械控制悬挂系统和电子控制悬挂系统。 最早在英国伦敦的公共汽车上采用的一种主动悬挂系统，是纯机械式控制系统。系统中有四个油气弹簧和高度控制阀，油泵和贮压器可使供油管路中维持稳定的高压，四个高度控制阀则分别控制四个油气弹簧中的油压，从而控制了四个油气弹簧的刚度。汽车载荷增大时，高度控制阀动作，油气弹簧中油压上升，反之则油压下降，直至车身高度达到设定值为止。汽车转向时，外侧两个高度控制阀增大两个外侧油气弹簧的油压，内侧两个油气弹簧油压则下降，从而维持车身水平，即提高了车身抗侧倾能力。制动（或加速）时，则前面两个（或后面两个）高度控制阀使前面两个（或后面两个）油气弹簧中的油压上升，另外两个油气弹簧中的油压下降，维持车身水平，即提高了车身的抗纵摆能力。为了保证车轮正常跳动时防止高度控制阀误动作，在高度控制阀与车轮摆臂的连接传感元件中装有缓冲减振装置。该缓冲减振装置的振动特性必须与车轮悬挂的振动特性良好匹配才能保证系统正常工作。这一点完全靠机械振动系统的合理设计来保证。法国某些雪铁龙汽车上采用的主动悬挂系统（由英国开发），也是一种纯机械控制系统，其主要特点是：前桥采用了两个高度控制阀，两个油气弹簧；后桥采用了一个高度控制阀，一个油气弹簧。两个前油气弹簧的液压缸分别于对角线处的两个对应的后液力滑柱的下腔相通，两个后液力滑柱的上腔均与后油气弹簧的液压腔相通。主液压管路中的液压由油泵和贮压器维持。机械控制悬挂系统的特点是结构简单，成本低，但是机械控制悬挂系统存在着控制功能少，控制精度低，不能适应多种使用工况等问题。所以，近年来随着电子技术的飞速发展，随着车用微机、各种传感器、执行元件的可靠性和寿命的大幅度提高，电子控制技术被有效地应用于悬挂系统控制中。电子控制悬挂系统简单说，就是电脑可以控制悬架的弹簧刚度和阻尼，有的还可调节悬架高度（车身高度）。可调式悬挂就是根据车辆不同的需求状态来对悬挂的高度和软硬进行调整，从而使车辆处在最佳的形式状态。当下汽车的可调式悬挂按控制类型可分为三大类。1、空气式可调悬挂空气式可调悬挂就是指利用空气压缩机形成压缩空气，并通过压缩空气来调节汽车底盘的离地间隙一种悬挂方式。一般装备空气式可调悬挂的车型在前轮和后轮的附近都设有离地距离传感器，按离地距离传感器的输出信号，行车电脑判断出车身高度的变化，再控制空气压缩机和排气阀门，使弹簧自动压缩或伸长，从而起到减震的效果。空气式可调悬挂济南汽车报价中的空气弹簧的软硬能根据需要自动调节。当在高速行驶时，空气悬挂可以自动变硬来提高车身的稳定性，而长时间在低速不平的路面行驶时，行车电脑则会使悬挂变软来提高车辆的舒适性。代表车型：奥迪A8、奔驰S级350 、保时捷卡宴。空气式悬挂结构示意图2、液压式可调悬挂液压式可调悬挂就是指根据车速和路况，通过增减液压油的方式调整汽车底盘的离地间隙来实现车身高度升降变化的一种悬挂方式。内置式电子液压集成模块是液压式可调悬挂的核心，可根据车速、减振器伸缩频率和伸缩程度的数据信息，在汽车重心附近安装有纵向、横向加速度和横摆陀螺仪传感器，用来采集车身振动、车轮跳动、车身高度和倾斜状态等信号，这些信号被传送给行车电脑，行车电脑在根据输入信号和预先设定的程序操纵前后四个执行油缸工作。通过增减液压油的方式实现车身高度的升或降，也就是根据车速和路况自动调整离地间隙，从而提高汽车的平顺性和操纵稳定性。代表车型：宝马7系3、电磁式可调悬挂电磁式可调悬挂就是指利用电磁反应来实现汽车底盘的高度升降变化的的一种悬挂方式。它可以针对路面情况，在1毫秒时间内作出反应，抑制振动，保持车身稳定，特别是在车速很高又突遇障碍时更能显出它的优势。它的反应速度比传统的悬挂快5倍，即使是在最颠簸的路面，也能保证车辆平稳行驶。电磁悬挂系统是由行车电脑、车轮位移传感器、电磁液压杆和直筒减振器组成。在每个车轮和车身连接处都有一个车轮位移传感器，传感器与行车电脑相连，行车电脑又与电磁液压杆和直筒减振器相连。直筒减振器有别于传统的液压减振器，没有细小的阀门结构，不是通过液体的流动阻力达到减振的目的。电磁减振器中也有减振液，但是，那是一种被称为电磁液的特殊液体，是由合成的碳氢化合物和微小的铁粒组成。平时，磁性金属粒子杂乱无章地分布在液体里，不起什么作用。如果有磁场作用，它们就会排列成一定结构，减振液就会变成近似塑料的状态。减振液的密度可以通过控制电流流量来精确控制，并且是适时连续的控制。电磁式可调悬挂的