汽车悬架基本知识-完整版本.ppt

培训内容 汽车悬架系统70分钟保密 宁营 20分钟 汽车悬架系统 2008年6月28日 概要 悬架的作用组成悬架的基本元件悬架的分类独立 非独立悬架介绍主 被动悬架介绍其它分类及介绍 悬架的作用 汽车悬架是保证乘坐舒适性的重要部件 同时 汽车悬架做为车架 或车身 与车轴 或车轮 之间作连接的传力机件 又是保证汽车行驶安全的重要部件 汽车悬架作用 1 缓和 抑制由不平路面引起的振动和冲击 保证乘员乘坐舒适和所运货物完好 2 除传递汽车垂直力以外 还传递其他各方面的力和力矩 并保证车轮和车身 或车架 之间有确定的运动关系 使汽车具有良好的驾驶性能 悬架的作用 汽车悬架负面影响 1 转向效应a 侧倾时的干涉转向 即车身倾斜时 使转向轮产生额外的转角 b 车轮外倾角变化引起的转向效应 即独立悬架汽车在转弯时 因侧向力作用会使车身倾斜 车轮倾角将产生变化 c 轮距变化引起的转向效应 即多数独立悬架一侧车轮上下运动时 轮胎接地点产生侧向位移 2 前俯及后仰汽车制动或加速时 由于前 后轴荷转移使前 后悬架变形不等 引起车身前俯 点头 或后仰 后沉 组成悬架的基本元件 一般悬架包括 1 弹性元件2 减震器3 导向机构4 横向稳定杆 弹性元件种类包括钢板弹簧 螺旋弹簧 扭杆弹簧 油气弹簧 空气弹簧和橡胶弹簧等 弹性元件用于传递垂向力 并缓和由路面不平度引起的冲击和振动 从轿车上来讲 弹性元件多指螺旋弹簧 它只承受垂直载荷 缓和及抑制不平路面对车体的冲击 具有占用空间小 质量小 无需润滑的优点 但由于本身没有摩擦而没有减振作用 组成悬架的基本元件 弹性元件 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 在压缩和伸张行程中均能起减振作用叫双向作用式减振器 新式减振器包括阻力可调式减震器和充气式减振器 汽车悬架系统中采用减振器多是筒式液力减振器 其工作原理是当车架 或车身 和车桥间受振动出现相对运动时 减振器内的活塞上下移动 减振器腔内的油液便反复地从一个腔经过不同的孔隙流入另一个腔内 此时孔壁与油液间的摩擦和油液分子间的内摩擦对振动形成阻尼力 使汽车振动能量转化为油液热能 并被油液和壳体所吸收并散发到大气中 人们为了更好地实现轿车的行驶平稳性和安全性 将阻尼系数不固定在某一数值上 而是能随轿车运行的状态而变化 使悬架性能总是处在最优的状态附近 因此 有些轿车的减振器是可调式的 将阻尼分成两级或三级 根据传感器信号自动选择所需要的阻尼级 组成悬架的基本元件 减震器 组成悬架的基本元件 减震器 双向作用筒式减振器 组成悬架的基本元件 减震器 充气式减振器 组成悬架的基本元件 减震器 阻力可调式减振器 减振器与弹性元件承担着缓冲击和减振的任务 阻尼力过大 将使悬架弹性变坏 甚至使减振器连接件损坏 因面要调节弹性元件和减振器这一矛盾 1 在压缩行程 车桥和车架相互K近 减振器阻尼力较小 以便充分发挥弹性元件的弹性作用 缓和冲击 这时 弹性元件起主要作用 2 在悬架伸张行程中 车桥和车架相互远离 减振器阻尼力应大 迅速减振 3 当车桥 或车轮 与车桥间的相对速度过大时 要求减振器能自动加大液流量 使阻尼力始终保持在一定限度之内 以避免承受过大的冲击载荷 组成悬架的基本元件 减震器 导向装置是指车架的上下摆臂等叉形刚架 转向节等元件 种类有单杆式或多连杆式的 用来传递 并保证车轮相对于车架 或车身 有确定的相对运动规律 导向机构用来传递车轮与车身间的纵向力 侧向力及力矩 同时保持车轮按一定运动轨迹相对车身跳动 钢板弹簧作为弹性元件时 可不另设导向机构 它本身兼起导向作用 组成悬架的基本元件 导向装置 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 在悬架系统中加设横向稳定杆 目的是提高横向刚度 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 组成悬架的基本元件 横向稳定杆 一 根据汽车导向机构不同 悬架又可分为 非独立悬架半独立悬架独立悬架 悬架的分类 非独立悬架独立悬架 悬架的分类 非独立悬架的左 右车轮装在一根整体轴上 再通过其悬架与车架 或车身 相连 其特点是两侧车轮安装于一整体式车桥上 当一侧车轮受冲击力时会直接影响到另一侧车轮上 当车轮上下跳动时定位参数变化小 若采用钢板弹簧作弹性元件 它可兼起导向作用 使结构大为简化 降低成本 目前广泛应用于货车和大客车上 有些轿车后悬架也有采用的 非独立悬架由于非簧载质量比较大 高速行驶时悬架受到冲击载荷比较大 平顺性较差 非独立悬架 钢板弹簧式多连杆式空气式独立弹簧式扭转梁式 悬架的分类 非独立悬架 悬架的分类 钢板弹簧式纵置钢板弹簧悬架是目前汽车上应用最广泛的一种结构型式 主要特点是结构简单 可靠 但由于板簧刚度不宜设计得很低 加之片间有摩擦阻力 汽车平顺性相对较差 另外 在制动或驱动力矩作用下 容易引起车桥扭转振动 为了减少弹簧片间摩擦 以消除振动噪声 在弹簧片间加入塑料减摩垫片 非独立悬架 悬架的分类 四连杆式是用四根 也有三根或五根的 推力杆控制车桥位置的非独立悬架 多用于轿车后悬架和客车 载货车的空气弹簧悬架 为了克服钢板弹簧悬架缺点 用螺旋弹簧或空气弹簧代替钢板弹簧 但是由于这些弹簧元件只能承受垂直力 为了传递除垂直力之外的力和力矩 采用了推力杆结构 推力杆布置形式 非独立悬架 悬架的分类 空气式汽车在行驶时由于载荷和路面的变化 要求悬架刚度随着变化 当空车时车身被抬高 满载时车身则被压低 会出现撞击缓冲块的情况 因而对于不同类型汽车提出不同的要求 比如追求舒适性为先的大客车 其空车与满载时的车身载重变化较大 而且要求在好路上降低车身高度 提高车速行驶 在坏路上提高车身 可以增大通过能力 因而要求车身高度随使用要求可以调节 空气弹簧非独立主动悬架则可以满足此要求 非独立悬架 悬架的分类 扭转梁式 非独立悬架 双横臂式单横臂式双纵臂式单纵臂式单斜臂式麦弗逊式和扭转梁随动臂式 独立悬架 悬架的分类 悬架的分类 独立悬架 麦弗逊式独立悬架 悬架的分类 麦弗逊式独立悬架 又叫滑柱摆臂式或支柱式 结构简单 从构成部件来看 它仅仅由两大部分构成 支柱式减震器 简称 滑柱 和A字型下托臂 与复杂的多连杆式以及占用空间的横臂式相比 麦弗逊式独立悬架在结构上已经作了最大化精简 并且经过半个多世纪的检验 其结构充分可靠 麦弗逊式独立悬架的物理结构为支柱式减震器兼作主销 承受来自于车身抖动和地面冲击的上下预应力 转向节 也可说车轮 因为转向节作用于车轮 则沿着主销转动 此外 其主销可摆动 特点是主销位置和前轮定位角随车轮的上下跳动而变化 且前轮定位变化小 拥有良好的行驶稳定性 在麦弗逊式独立悬架中 支柱式减震器除具备减震效果外 还要担负起支撑车身的作用 所以它的结构必须紧凑且刚度足够 并且套上螺旋弹簧后还要能减震 而弹簧与减震器一起 构成了一个可以上下运动的滑柱 独立悬架 悬架的分类 在麦弗逊悬架结构中 还有一个关键部件 A字型下托臂 它的作用是为车轮提供横向支撑力 并能承受来自前后方向的预应力 车辆在运动过程中 车轮所承受的所有方向的冲击力量就要靠支柱减震器和A字型下托臂这两个部件承担 而这两个部件的高强度和轻质量也就成为当下最前卫的设计思路 于是就有厂商用空气减震取代传统的液压减震 不过由于成本高昂而难以形成气候 推广不了成本与舒适性成正比的空气减震 还是继续使用液压的吧 不过由减震器和A字型下托臂构成的L型麦弗逊悬架还是能为时下流行的小车装大排量发动机预留充足的空间 麦弗逊式独立悬架 独立悬架 双叉臂式悬挂又称双A臂式独立悬挂 双叉臂悬挂拥有上下两个叉臂 横向力由两个叉臂同时吸收 支柱只承载车身重量 因此横向刚度大 双叉臂式悬挂的上下两个A字形叉臂可以精确的定位前轮的各种参数 前轮转弯时 上下两个叉臂能同时吸收轮胎所受的横向力 加上两叉臂的横向刚度较大 所以转弯的侧倾较小 双叉臂式悬挂通常采用上下不等长叉臂 上短下长 让车轮在上下运动时能自动改变外倾角并且减小轮距变化减小轮胎磨损 并且能自适应路面 轮胎接地面积大 贴地性好 悬架的分类 双叉臂独立悬架 独立悬架 如图1所示为双横臂式独立悬架 上下两摆臂不等长 选择长度比例合适 可使车轮和主销的角度及轮距变化不大 这种独立悬架被广泛应用在轿车前轮上 双横臂的臂有做成A字形或V字形 如图2所示 V形臂的上下2个V形摆臂以一定的距离 分别安装在车轮上 另一端安装在车架上 相比麦弗逊式悬挂双叉臂多了一个上摇臂 不仅需要占用较大的空间 而且其定位参数较难确定 因此小型轿车的前桥出于空间和成本考虑一般不会采用此种悬挂 但其具有侧倾小 可调参数多 轮胎接地面积大 抓地性能优异 因此绝大部分纯正血统的跑车的前悬挂均选用双叉臂式悬挂 可以说双叉臂式悬挂是为运动而生的悬挂 法拉利 玛莎拉蒂等超级跑车以及F1方程式赛车均采用了双叉臂式前悬挂 一汽丰田皇冠和锐志也都采用了双叉臂式前悬挂 悬架的分类 双叉臂独立悬架 独立悬架 悬架的分类 双叉臂独立悬架 独立悬架 多连杆悬挂 通过各种连杆配置 通常有三连杆 四连杆 五连杆 可分为前悬挂和后悬挂系统 其中前悬挂一般为3连杆或4连杆式独立悬挂 后悬挂则一般为4连杆或5连杆式后悬挂系统 其中5连杆式后悬挂应用较为广泛 首先能实现双叉臂悬挂的所有性能 然后在双叉臂的基础上通过连杆连接轴的约束作用使得轮胎在上下运动时前束角也能相应改变 这就意味着弯道适应性更好 如果用在前驱车的前悬挂 可以在一定程度上缓解转向不足 给人带来精确转向的感觉 如果用在后悬挂上 能在转向侧倾的作用下改变后轮的前束角 这就意味着后轮可以一定程度的随前轮一同转向 达到舒适操控两不误的目的 跟双叉臂一样 多连杆悬挂同样需要占用较多的空间 而且多连杆悬挂无论是制造成本还是研发成本都是最高的 悬架的分类 多连杆式独立悬架 独立悬架 悬架的分类 多连杆式独立悬架 独立悬架 独立悬架中多采用螺旋弹簧 因而对于侧向力 垂直力以及纵向力需加设导向装置即采用杆件来承受和传递这些力 因而一些轿车上为减轻车重和简化结构采用多杆式悬架 如图5所示 上连杆9用支架11与车身 或车架 相连 上连杆9外端与第三连杆7相连 上杆9的两端都装有橡胶隔振套 第三连杆7的下端通过重型止推轴承与转向节连接 下连杆5与普通的下摆臂相同 下连杆5的内端通过橡胶隔振套与前横梁相连接 球铰将下连杆5的外端与转向节相连 多杆纱前悬架系统的主销轴线从下球铰延伸到上面的轴承 它与上连杆和第三连杆无关 多杆悬架系统具有良好操纵稳定性 可减小轮胎摩损 这种悬架减振器和螺旋弹簧不象麦弗逊悬架那样沿转向节转动 如图5所示 这种悬架是单横臂和单纵臂 如下图所示 独立悬架的折衷方案 其摆臂绕与汽车纵轴线具有一定交角的轴线摆动 选择合适的交角可以满足汽车操纵稳定性要求 这种悬架适于做后悬架 悬架的分类 斜置单臂式独立悬架 独立悬架 连杆支柱悬挂严格意义上来说没有这种称谓 但是随着国内广州丰田凯美瑞的热销 凯美瑞采用了这种悬挂 连杆支柱这个名字被越来越多的人熟悉 我们也就姑且把这种悬挂称为连杆支柱悬挂 悬架的分类 悬架的分类 连杆支柱式独立悬架 独立悬架 连杆支柱与麦弗逊悬挂一样 用来支撑车体也是减振器支柱 他把减振器 减振弹簧组装在一个总成中 连杆支柱悬挂也有一跟粗大的减振器支柱 与麦弗逊悬挂的主要区别在于 悬挂下部与车身连接的A字型控制臂改成了三根连杆定位 转弯时产生的横向力来 主要由减振器支柱和横拉杆来承担 它具有与麦弗逊悬挂相近的操控性能 又有比麦弗逊悬挂更高的连接刚度和相对较好的抗侧倾性能 但是同样也存在麦弗逊悬挂的缺点 就是稳定性不好 转向侧倾还是较大 需要加装平衡杆来减小转向侧倾 相对纵臂扭转梁来说 它达到了全独立悬挂的结构要求 并且运动部件质量轻 悬挂响应性好 舒适性和操控性要优于纵臂扭转梁的 但比真正的多连杆悬架要差一些 不过其占有空间小于真正的多连杆式悬挂 成本也低于多连杆悬挂故被不少厂家采用 国内采用这种后悬挂的主要有昌河铃木利亚纳 东风悦达起亚赛拉图 北京现代伊兰特 广州丰田凯美瑞等 悬架的分类 连杆支柱式独立悬架 独立悬架 不等臂双横臂上臂比下臂短 当汽车车轮上下运动时 上臂比下臂运动弧度小 这将使轮胎上部轻微地内外移动 而底部影响很小 这种结构有利于减少轮胎磨损 提高汽车行驶平顺性和方向稳定性 悬架的分类 不等臂式独立悬架 独立悬架 根据减振材料不同 悬架又可分为 液力悬架空气悬架电磁悬架 悬架的分类 悬架的分类 根据控制力及控制形式的不同 悬架可分为 被动悬架主动悬架半主动悬架 悬架的分类 传统式的悬架均为被动悬架 是由弹簧 减振器 减振筒 导向机构等组成 它的功能是减弱路面传给车身的冲击力 衰减由冲击力而引起的承载系统的振动 其中弹簧主要起减缓冲击力的作用 减振器的主要作用是衰减振动 由于这种悬架是由外力驱动而起作用的 所以称为从动悬架 汽车状态只能被动地取决于路面及行驶状况和汽车的弹性元件 导向机构以及减振器这些机械零件 目前多数汽车上都采用被动悬架 被动悬架 主动悬架的控制环节中安装了能够产生抽动的装置 采用一种以力抑力的方式来抑制路面对车身的冲击力及车身的倾斜力 由于这种悬架能够自行产生作用力 因此称为主动悬架 主动悬架有作为直接力发生器的动作器 可以根据输入与输出进行最优的反馈控制 使悬架有最好的减震特性 以提高汽车的平顺性和操纵稳定性 它由弹性元件和一个力发生器组成 20世纪80年代以来主动悬架开始在一部分汽车上应用 并且目前还在进一步研究和开发中 主动悬架可以能动地控制垂直振动及其车身姿态 根据路面和行驶工况自动调整悬架刚度和阻尼 悬架的分类 主动悬架 动态驾驶控制系统 EDC C电控无级可调空气悬架 主动防侧倾连杆 通俗的来讲一般的轿车在正常行驶时前后桥的悬架系统是独立的 但是车辆在高速过弯时车轮如果是独立悬架的话那此时的四个轮胎是各顾各了 当然一般的驾驶者是不会挑战物理定律的 不会高速过弯还不踩刹车 车辆会产生非常明显的侧倾 感觉几乎有翻车的可能 于是宝马发明了主动防倾杆 前后车桥有两个防倾杆 在一般的驾驶状态时俩个防倾杆是断开的 如果车辆是运动模式 在车辆高速转弯时由车辆的传感器预先针测到车辆即将侧倾 此时主动悬架系统会在瞬间通过两个旋转液压电子压力控制阀把前后桥的两个断开的防倾杆连接成为一个整体 同时向内侧倾斜受压一侧的悬架减震器也会在瞬间调节为最大行程及最硬的状态来对应侧倾时的像内侧的压力 此时车辆悬架变为非独立悬架 利用内侧车轮牵制外侧车轮及车身的侧倾 驾驶者即便是高速过弯也不会有明显侧倾的感觉 悬架的分类 半主动悬架可看作由可变特性的弹簧和减振器组成的悬架系统 虽然它不能随外界的输入进行最优的控制和调节 但它可按存储在计算机的各种条件下最优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 它由弹性元件C和一个一个阻尼系数能在较大范围内调节的阻尼器组成 半主动悬架 电控悬架