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汽车悬架发展史 李长安 周亚俊 高宇征 蓝小明 宋健伟 曹野李超 吴红杰 李建能 李笔成 悬架定义 悬架系统是指车身 车架和车轮之间的一个连接结构系统 而这个结构系统包含了避震器 悬架弹簧 防倾杆 悬吊副梁 下控臂 纵向杆 转向节臂 橡皮衬套和连杆等部件 当汽车行驶在路面上时因地面的变化而受到震动及冲击 这些冲击的力量其中一部份会由轮胎吸收 但绝大部分是依靠轮胎与车身间的悬架装置来吸收的 汽车悬架的组成示意图 在马车出现的时候 为了乘坐更舒适 人类就开始对马车的悬架 叶片弹簧进行孜孜不倦的探索 在1776年 马车用的叶片弹簧取得了专利 直到20世纪30年代 叶片弹簧才逐渐被螺旋弹簧代替 汽车诞生后 相继相继出现了扭杆弹簧 气体弹簧 橡胶弹簧 钢板弹簧等弹性件 年世界上出现了第一个由螺旋弹簧组成的被动悬架 被动悬架的参数根据经验或优化设计的方法确定 在行驶过程中保持不变 但它很难适应各种复杂路况 减振的效果较差 被动悬架主要应用于中低档轿车上 现代轿车的前悬架一般采用带有横向稳定杆的麦弗逊式悬架 比如桑塔纳 夏利 赛欧等车 后悬架主要有复合式纵摆臂悬架和多连杆悬架等 半主动悬架的研究工作始于1973年由D C Karnopp首先提出 现在仍具有很好的发展前景 按汽车悬架的结构特点分为 非独立悬架 两侧车轮由整体式车桥刚性的连接在一起 只能共同运动的悬架 广泛应用于货车 客车和轿车后悬架 独立悬架 两侧车轮由断开式车桥连接 车轮单独通过悬架于车架连接 可以单独跳动 广泛应用于轿车前悬架 独立悬架 麦弗逊滑柱式独立悬架 烛式独立悬架 横臂式独立悬架 单横臂式独立悬架 双横臂式悬架 多连杆式悬架 纵臂式独立悬架 单纵臂式独立悬架 双纵臂式独立悬架 单横臂式独立悬架 横臂的内端与车身铰接 外端与车轮相接 弹性元件装在横臂与车身之间 当弹性元件变形时 横臂以铰接点为中心带动车轮在汽车横向平面内摆动 双横臂式独立悬架 双横臂式悬架特点 这种类型的独立悬架广泛用于小型卡车的前悬架及客车的前后悬架上 从对驾乘舒适性要求高的高级豪华轿车到需要硬悬架的运动车和赛车 都能看到这种悬架 车身和车桥由两个悬架臂连接 一个悬架臂称为上控制臂 或称为上连接臂 另一个悬架臂称为下控制臂 或称为下连接臂 麦弗逊式悬架 结构 减振器上端连车身 下端连转向节球铰连横摆臂特点 受力好车轮上下运动时主销定位角和轮距变化 随着道路交通的不断发展 汽车车速的提高 被动悬架的缺陷逐渐成为提高汽车性能的瓶颈 年 美国通用汽车公司在悬架设计中率先提出了主动悬架的概念 它在被动悬架的基础上 增加可调节刚度和阻尼的控制装置 控制装置通常由测量系统 反馈控制系统 能源系统等组成 可以使汽车的悬架在任何路面上保持最佳的运行状态 世纪 年代 世界各大著名的汽车公司和生产厂家竞相研制开发这种悬架 丰田 洛特斯 沃尔沃 奔驰等在汽车上进行了较为成功的试验 装备主动悬架的汽车 行驶中车身非常平稳 轮胎的噪音小 但结构复杂 能耗高 成本昂贵 可靠性存在问题 空气悬架诞生于十九世纪中期 早期用于机械设备隔振 1947年 美国首先在普耳曼汽车上使用空气悬架 意大利 英国 法国及日本等国家相继对汽车空气悬架作了应用研究 经历了一个世纪的发展 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 如美国的林肯等 在一些特种车辆 如对防震要求较高的仪表车 救护车 特种军用车及要求高度调节的集装箱运输车等 上 空气悬架的使用几乎为唯一选择 国外汽车空气悬架发展经历了 钢板弹簧 气囊复合式悬架 被动全空气悬架 主动全空气悬架 即ECAS电控空气悬架系统 的变化型式 主动全空气悬架应用了电子控制系统 使传统的空气悬架系统的性能得到很大改善 汽车在各种路面 各种工况条件下能实现主动调节 主动控制 并增加了许多辅助功能 如故障诊断功能等 目前ECAS系统在欧洲一些国家的大客车上已经大量应用 随着人们生活水平的提高 对汽车舒适性的要求越来越高 可以预见 ECAS这一先进的空气悬架系统在汽车上的应用将越来越普及 发展趋势 被动悬架智能可控悬架 在多变环境或性能要求高且影响因素复杂的情况下 被动悬架难以满足期望的性能要求 而智能悬架能够对行驶路面 汽车的工况和载荷等状况进行监测 进而控制悬架本身特性及工作状态 使汽车的整体行驶性能达到最佳 智能悬架中主动 半主动悬架在近年来得到了迅速发展 较好地解决了安全性和舒适性这一对卜矛盾 将其缓和至相对较低 主动与半主动悬架对比 主动悬架是一个动力驱动系统 包括测量系统 反馈控制中心 能量源和执行器四个部分 其原理是测量系统通过传感器获得车辆振动信息 传递给控制中心进行处理 进而由控制中心发出指令给能量源产生控制力 再由执行器进行控制 衰减悬架的振动 由于主动悬架结构复杂 成本高 需要很大的能量消耗 它的发展受到了一定的制约 只在少数高级轿车中有所应用 与之相比 半主动悬架具有结构简单 成本较低 基本不需要消耗能量等优点 而对振动的控制效果在一定程度上却可以接近主动悬架 远远优于被动悬架 因而越来越受到业界的重视 得到了飞速发展 由于种种原因 我国的汽车在半主动和主动悬架的研究方面起步晚 与国外的差距大 绝大部分采用被动悬架 在西方发达国家 半主动悬架在 年代后期趋于成熟 福特公司和日产公司首先在轿车上应用 取得了较好的效果 主动悬架由于控制复杂 到上世纪 年代 仍仅应用于排气量大的豪华汽车 汽车行驶的平顺性和操纵稳定性的要求 使具有安全 智能和清洁的绿色智能悬架将是今后汽车悬架发展的趋势 悬架技术的每次跨越 都和相关学科的发展密切相关 计算机技术