底盘讲座资料 I -20040306

1、底盘讲座资料 I 20040306一、 悬架系统1、 基本介绍悬挂是车身与车轮之间的一切传力连接装置的总称。它的作用是把路面作用于车轮上的垂直反力（支承力）、纵向反力（牵引力和制动力）和侧向反力以及这些反力所造成的力矩都传递到车身上，以保证汽车的正常行驶。汽车悬挂尽管有各种不同的结构形式，但一般都是由弹性元件、减振器和导向机构三部分组成。由于汽车行驶的路面不可能绝对平坦，路面作用于车轮上的垂直反力往往是冲击性的，特别是在坏路面上高速行驶时，这种冲击力将达到很大的数值。冲击力传到车身时，可能引起汽车机件的早期损坏；传给乘员和货物时，将使乘员感到极不舒适，货物也可能受到损伤。为了缓和冲击，在汽车行

2、驶系中，除了采用弹性的充气轮胎之外，在悬挂中还必须装有弹性元件，使车身与车轮之间作弹性联系。但弹性系统在受到冲击后，将产生振动。持续的振动易使乘员感到不舒适和疲劳。故悬挂系统还应具有减振作用，以使振动迅速衰减，振幅迅速减小。为此，在许多形式的悬挂系统中都设有专门的减振器。车轮相对于车身跳动时，车轮（特别是转向轮）的运动轨迹应符合一定的要求，否则就会影响汽车的操纵稳定性，因此，悬挂系统中还应具有导向机构，以使车轮按一定的轨迹相对于车身跳动。  由此可见，上述这三个组成部分分别起缓冲、减振和导向的作用，然而三者共同的任务则是传力。在多数的轿车和客车上，为防止车身在转向等情况下发生过大的横

3、向倾斜，在悬挂系统中还设有辅助弹性元件-横向稳定器。    应当指出，悬挂系统只要求具备上述各个功能，在结构上并非一定要设置上述这些单独的装置不可。例如常见的钢板弹簧，除了作为弹性元件起缓冲作用外，当它在汽车上纵向安置，并且一端与车架作固定铰链连接时，就可担负起决定车轮运动轨迹的任务，因而就没有必要再设置其它导向机构。此外，一般钢板弹簧是多片叠成的，它本身即具有一定的减振能力，因而对减振要求不高时，在采用钢板弹簧作为弹性元件的悬挂系统中，就可以不装减振器（例如，有的中型货车的后悬挂和重型货车悬挂中都不装减振器）。l 对汽车悬挂系统的要求  &#

4、160; 汽车悬挂系统对汽车的行驶平顺性和操纵稳定性都有较大的影响。所谓行驶平顺性是指汽车在行驶过程中，保持驾驶员和乘员处于振动环境中具有一定的舒适度，或保持所载物资完好的能力。汽车的操纵稳定性则包括两方面的含义：一是汽车是否具有正确遵守驾驶员操纵转向机构所给规定方向行驶的能力，即所谓的操纵性；二是汽车在外界条件（如地面不平、坡道、大风等）干扰下，能否保持原方向行驶的能力，即所谓的稳定性。在悬挂系统设计时应尽可能做到既能使行驶平顺性（即乘坐舒适性）达到令人满意的程度，又能使其操纵稳定性（即行驶安全性）也达到最佳的状态。然而，这两个要求在悬挂系统的设计中往往是矛盾的。  &#

5、160; 平顺性和操纵稳定性对汽车悬挂系统这一互为矛盾的要求，在传统的被动悬挂系统设计中几乎无法同时满足。即使经过慎重的权衡，通过最优控制理论使悬挂系统在平顺性和操纵稳定性之间寻求一个折衷的方案，而这种最优的折衷也只能是在特定的道路状态和速度下达到。   为了克服传统的被动悬挂系统对其性能改善的限制，在现代汽车中采用和发展了新型的电子控制悬挂系统。电子控制悬挂系统可以根据不同的路面条件，不同的载重质量，不同的行驶速度等，来控制悬挂系统的刚度、调节减振器的阻尼力大小，甚至可以调整车身高度，从而使车辆的平顺性和操纵稳定性在各种行驶条件下达到最佳的组合。l 汽车悬挂的分类及性能&

6、#160;   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

7、。    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

8、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

9、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，

10、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。（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

11、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。注：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。l 悬架的选型

12、首先根据传动系布置定出大致范围，然店根据车的风格和销售目标等整车定义，决定具体悬架方案。定方案时，要分析比较对车身结构的适应性、生产变型车的可能性、技术服务措施、重量、成本等项。轿车的前悬架不论传动方式如何,一般采用独立型，而后悬架则有独立型和非独立型两种。对前置发动机前轮驱动(FF)车型和后置发动机后轮驱动（RR）车型，从构造上考虑，采用后轮独立型是有利的，甚至是必要的，但对普通的前置发动机后轮驱动(FR)车型，后轮独立型和非独立型都可采用。此外，悬架的选型还取决于该车的销售政策,并是影响车辆风格的重要关键。前置发动机后轮驱动车型的运动型轿车、带有运动风格的轿车以及欧洲的高级轿车，多采用后轮

13、独立悬架；而其他车辆多采用非独立悬架。后轮独立悬架的优点：（1） 车身低，（2） 路面附着性好，（3） 操纵性好，（4） 能吸收路面噪声。（5） 能消除空腔共鸣声，（6） 行李箱宽敞。典型悬架介绍1。1双横臂独立悬架双横臂悬架装置的结构和形式也是多种多样的。一般的结构是上、下两个控制臂支承装有车轴的转向节，在上下控制臂之间安装减振器。上、下控制臂多为A型和V型，两点支承车身，这样可从前后方向稳固地支承车身。还有采用I型控制臂的，但由于前后方向的支承力弱，则由两根I型臂组合在一起。或者同时采用半径杆和后摆臂：一般来讲，下控制臂比上控制臂长，可以利用该长度(换言之，控制臂的支点位置)控制悬架上下活

14、动产生的车轴方向（即轮胎方向）的变化。从控制臂长度与轮胎方向变化的关系来看，上下控制臂长度相同时，不会由于悬架上下运动而产生外倾角的变化，但是轮距的变化增大。般情况下，加长下控制臂，减少悬架上下运动时轮距的变化，以避免轮胎磨偏。采用双横臂悬架，其结构复杂且成本高，若没有足够的空间则不能使其发挥出性能。这种悬架的最大特点是设计上的自由度大。即上述悬架控制臂的长度（臂的支点位置）可自由设定(若具有足够的空间)，可使汽车具有突出的转弯性能、直线行驶性能及乘坐舒适性的特征。这种悬架装置的基本性能优于其它形式的悬架装置。1。2撑杆式悬架因为减振器兼作悬架支柱(支撑杆)，用于前轮时称为麦弗逊式撑杆式悬架，

15、而用于后轮时被称为查普曼式撑杆式悬架。其结构是将装有减振器的撑杆上端安装在车身上，下端借助于控制臂与车轴连接。前悬桂采用此方式时，撑杆本身还兼起转向主销的作用。由于撑杆式悬架的零部件可起多种作用，所以构件数量少，重量轻，可节省空间。撑杆式悬架的缺点是当转弯时。减振器承受横向力，在伸缩中产生很大的摩擦力，影响悬架系的工作。另外。不能降低撑杆上端的安装高度，所以很难降低车头的高度，使汽车整体造型受到限制。1。3拖动臂式悬架（trailing arm）是主要用于后轮的独立式悬架之一。也有极少量的汽车将它用于前轮。车轮前方带有枢轴的拖动臂上下摆动。车轮以拖动臂枢轴为中心做圆弧状的上下运动。拖动臂是向汽

16、车行进方向被牵动的，按照拖动臂枢轴的位量可分为两种方式。 全拖动臂式悬架这种方式在汽车转弯时的侧倾刚度大。可同时保证操纵性及乘坐舒适性，用于FR车后轮的独立式恳架。拖动臂枢抽与车身中心线呈直角。车轮行程对于路面呈现水平状，所以外倾角和外胎面的对车身变化小。但侧倾时，对地外倾角变化增大，而且在制动时产生很大的倾头现象，曾经主要用于FF车后轮的悬架，现在基本很少采用。 半拖动臂式悬架（semitrailing arm）拖动臂与车身中心线呈现倾斜状态。车轮向斜方向运动，由于车轮行程划出的圆弧半径可以设定得大一些。所以车轮上下运动时不会导致外倾角及轮距有很大的变化。一般用于FR后悬架。1 4其他结构2

17、、悬架系选型及设计程序 普通的前置发动机后驱动轿车悬架设计大致可按下列程序进行。 (1)各种性能及重量的要求。(2)决定前后悬架构造，估计前后负荷分配，并研究车的姿势。(3)通过总布置草案要分析的项目：轮距、车轴系统所需要的空间及各杆系的排列，弹簧、减震器及缓冲块的布置，转向角、车轮上跳动量及动力总成等尺寸，悬架支承点与车身支承点，转向系布置、稳定杆布置以及打关车身的大略尺寸。(4)决定悬架在车身上的支承点。(5)决定防振、防噪声方式，研究动力总成的防振支承机构，核对驱动轴系统的刚度及悬架杆系支承刚度。(6)性能计算，要研究计算如下项目：簧上及簧下重量的振动频率、悬架刚度、车的姿态、缓冲器特性

18、、纵倾特性、重心高度、侧倾中心、前后侧倾刚度、转弯时负荷转移量、侧倾角、车轮上下跳动量和前轮定位参数变化的关系、抗前俯(Anti dive)、轴转向特性(axle steer)、转向节主销回正力矩、驱动扭矩等。(7)总布置草图，决定杆件几何形状和前轮定位参数，确定车轮、车轴、制动、转向、动力总成等的相互义系、各支承点结构、轴承部分的密封结构、球节动作角度、各部件形状、离地间隙等。分析研究保养和注油方法等。 (8)负荷及强度计算，求出车轮上跳动极限，制动、转向时各杆系支承点的负荷，弹簧、缓冲块安装位置及车身支承点的负荷，从而决定主要部件的刚度和强度。对驱动轮的悬架必须核对加速时的刚度和强度。准备

19、性试验对解决上述问题可提供宝贵资料，所以在规划初期阶段就应进行，并将其结果反映到设计中去。 (9)各零件的设计，具体地指出尺寸、刚度、强度同有关零件的关系以及准备性试验的结果，并在重量和成本的限制范围内进行各零件的设计。二、 转向系 a 基本方式的分析 转向机构和悬架布置有密切关系，一般应同时设计。轿车的前悬架几乎部采用独立悬架方式，对于杆系排列必须慎重研究。其基本方式有：齿条齿轮式、蜗杆滚轮式与带循环球的齿条齿扇式的转向器等。齿条齿轮式的杆件数量少，重量轻，成本低。效率较高，操作也比较轻快。但是回位反冲(Kick back)大，应设法解决。为了缓和对转向盘的冲击和补偿安装误差，多采用橡胶联轴

20、节。此方式由于同发动机的位置关系，大部把齿条中心位置放低，减小了转向轴柱的倾斜，因此，必须相应研究才能得到良好的驾驶姿势。以前小型运动型轿车上参采用齿条齿轮式转向机构。目前由于其在重量、成本方面的优点，也逐渐用在2升级的轿车上。b 设计的目标 转向盘的手感是汽车的重要特性之一。而不足转向或过度转向特性，又几乎决定于前后悬架的特性。因此，转向系设计追求的目标是：(1)吸收悬架引起的冲击，(2)防止杆系的振动，确保安全性，(3)保证最小转弯半径，(4)在转向角全部范围内都能轻快操纵，(5)左右转向角的平衡，(6)确保强度及寿命等。对于延长加油周期，降低重量与成本等问题，都应在初期阶段研究并定出目标

21、。c 设计程序 转向系设计和悬架都是决定整体布置的重大因素，因此在总体规划的最初阶段就要进行研究并绘制总布置草图。要考虑的内容有：同前轮负荷相适应的转向系部件的大小及强度，转向器和拉杆系布置与发动机室、油底壳、前悬架的对应关系相适应，以及转向柱在驾驶室内的布置方式等等。同时，也要考虑右转向盘的设置以及排气管、离合器和转向器的装卸方便程度等。根据对最小转弯半径的要求，定出轮胎的转向角及杆系的布置型式转向柱固定在车身上，而转向器则固定在车架上。这时可用一个或两个联轴节来补偿安装误差，并免受振动的影响。同时可使转向柱具有较大的倾斜自由度，且可减轻转向盘受到的冲击。根据路面对转向盘造成的冲击和上下跳动

22、所造成的外倾角变化，如何拟定前束是个极为重要的问题。d 其他 从安全着眼，转向装置也应有足够的强度和寿命。为了在撞车时保护司机免于受到转向柱、变速杆及转向盘的危害，转向装置应具备吸收冲击能量的能力。但撞车时应注意研究使转向柱具有可压缩性。三、 制动系 a 基本方式的分析 从安全出发对制动系提出许多要求，应通过对重量和成本全面的分析选定最好的型式。法规的要求、用户的需要、销售情况、维修服务部门的意见以及财务部门所规定的成本等都是决定汽车基本参数的外在因素。当然同时应考虑作为汽车内在因素的车的风格，如高速行驶车、雅致的家庭用轿车或出租车等，对制动速度和频率、减速度等要求显著不同，因而对踏板力、摩擦

23、片寿命、稳定性要有周到的考虑。要求改善高速行驶时制动衰退性和稳定性。在这方此以盘式制动器最好。b 设计程序 根抿总体规划提供的设计上所需的重量分配、轴距和重心高度，计算出制动力、踏板力及踏板行程的关系。 采用鼓式制动器，一般是向专业协作厂提出参数和性能要求，由专业厂自行设计并制造的。但有时也由汽车厂自己设计。由于盘式制动器向悬架部分大量伸出，必须全面研究有关各部件之间的关系，所以通常由汽车厂进行布置设计。制动钳分泵则由专业协作厂设计。c 停车制动 d 共他 制动液的双管路系统式、前轮驱动车辆的后燥防抱死控制装翌、制动助力装置、间隙自动调整装置的安装以及随之而来的问题，都应该在设计初期进行研究。

24、附：几种驱动系统布置情况介绍FF方式发动机、变速箱装置在驾驶室前驱动前轮的介式。FF方式不需要像FR方式那样在底板下穿一根很长的传动轴。可减轻重量，使驾驶室内宽敞，在车身布置上这种方式是十分合理的，很多FF车部是横置发动机(即发动机曲轴与车身呈横向设置)。这样可以有效的利用发动机室内的空间。而且无需在动力传动系统的中途扭转90deg，动力传动效率好。FF方式也有其弱点。在需要靠驱动力进行加速时，前轮负载变小，所以在关健的加速时的牵引力下降了。但是，由于FF车的重心处于前方，重量分配为前轮60，后轮40，前轮的重量较大。发动机纵置可减小汽车前部比重。由于FF车的前轮即是转向轮又是驱动轮。因此前轮

25、胎的负担很大，前轮制动力的负担也相应增大，很难实现前后轮的平衡。在正常行驶时这些都不成问题，而且相比之下还是FF车的操纵稳定性好，比FR车易于操作。从FF车基本的操纵性来看，在恒定环行(按不变半径转弯)过程中当节气门打开逐渐加速时，前轮的偏离角比后轮大，出现转向不足的倾向。也就是转向盘的角度不变，而行驶轨迹向外侧扩张，使转弯困难。相反，在恒定环行中节气门关闭，利用发动机制动，这样前轮的偏离角会小于后轮。出现过度转向的倾向。过去FF车最忌讳的就是这些问题。近来随着轮胎和悬架装置的改进，使得操纵性的变化很小，在正常行驶中不必担心这一问题。FF车具有的另一个优点是，在行驶雪路或易滑路面时，由于靠前轮

26、牵拉车身，所以易于保证方向稳定性。FR方式FR为前置发动机后轮驱动的缩写。发动机装在驾驶室前方，由传动轴经过装在后车轴上的差速器来驱动后轮。这是一种最传统的方式。主要应用于大、中型车。由于重量前后分散，重量分配接近于理想，即前轮50，后轮50。但是，驱动轮与发动机安装位置分开后，需要一根很长的传动轴将它们连起。这样不仅增加了车重，泡影响了动力传动系统的效率。由于发动机是纵置，所U变速器伸入驾驶室内。再加上传动轴就更加缩小了驾驶室内空间，这种结构在有效利用空间方面是不利的。FR车在雪路或易滑路面进行起动加速时。后轮推动车身，而产生摆尾现象，汽车很不稳定。但是。在良好的路面上起动加速或爬坡时，由于

27、驱动轮的负载增大，其牵引性能大FF车好。FR方式的基本操纵性处于中等水平。恒定环行中打开节气门后，后轮的偏离角很大，往往出现转弯过小的现象。由于打开节气门可控制行驶中的车身姿势，所以FR方式很适用于突出运动型的汽车。FR车具有上述特性，与FF车相比不能说是合理的驱动方式，但至今仍知经久不衰。FR方式的小型车很少，这是由它的性质决定的。但传统结构的可靠感和运动车的操纵性使它仍受人们的喜爱。MR方式MR是中置发动机后轮驱动的缩写。发动机装于驾驶室后面，后轮驱动。与FF方式相同，发动机与驱动轮很接近，可以实现在最短距离内驱动，所以无需传动袖，减轻车重。MR方式近似于下述的RR方式，不同的是MR方式将发动机装于后车轴前面，在前置发动机的汽车中有一种很少见的方式，就是将发动机装于前车轴后方，称为“前中置发动机方式。采用MR方式，便于对前后轮进行较为理想的重量分配，发动机和变速器等很重的部件集中于车身的重心部位。