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一篇文章了解汽车悬架:悬架的作用?独立悬架非独立悬架的优缺点...

车图腾·2015-05-05 08:21
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悬架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。

(悬架安放位置示意图)

典型的汽车悬架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。绝大多数悬架多具有螺旋弹簧减振器结构,但不同类型的悬架的导向机构差异却很大,这也是悬架性能差异的核心构件。根据结构不同可分为非独立悬架和独立悬架两种。

悬架把车架与车轮弹性地联系起来,关系到汽车的多种使用性能,是汽车最重要的三大总成之一(其它两个分别是:发动机和变速箱)。从结构上看,汽车悬架仅是由一些杆、筒以及弹簧等简单构件组成,但汽车悬架却是一个非常难达到完美要求的汽车总成,这是因为悬架既要满足汽车操纵稳定性的要求,又要保证汽车的舒适性要求,而这两方面又是相互矛盾的。为了取得良好的舒适性,需要大大缓冲汽车的震动,这样弹簧就要设计得软些,但弹簧软了却容易使汽车发生刹车“点头”、加速“抬头”以及严重侧倾偏向,不利于汽车的转向,容易导致汽车操纵不稳定等。

帕萨特B6前麦弗逊、后多连杆悬架)

悬架的构件虽然简单但参数的确定却相当的复杂,厂家不但要考虑汽车的舒适性,操控稳定性还要考虑到成本问题。基于这三个问题不同厂家有不同的倾向性策略。也就产生了国内现在比较常见的五种悬架:麦弗逊式独立悬架、双叉臂式独立悬架、单纵臂扭杆梁式半独立悬架、连杆支柱式独立悬架、多连杆式独立悬架。

前悬架类型

一般来说,乘用车的前悬架绝大多数为独立悬架,形式一般是麦弗逊式、多连杆、双横臂或双叉臂式。

后悬架类型

根据车型的不同,汽车的悬架分为独立悬架和非独立悬架。一般来说,微型车、小型车以及紧凑型车的部分车型多采用非独立悬架,而独立悬架则主要应用在紧凑级以上的车型。

非独立悬架

非独立悬架系统的结构特点是两侧车轮由一根整体式车架相连,车轮连同车桥一起通过弹性悬架系统悬架在车架或车身的下面。非独立悬架系统具有结构简单、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相对较差,在现代轿车中只有成本控制比较严格的车型才会使用,更多的用于货车和大客车上。

非独立悬架系统的优点:

1.左右轮在弹跳时会相互牵连,轮胎角度的变化量小使轮胎的磨耗小。

2.在车身高度降低时还不容易改变车轮的角度,使操控的感觉保持一致。

3.构造简单,制造成本低,容易维修。

4.占用的空间较小,可降低车底板的高度。

非独立悬架系统的缺点:


1.左右轮在弹跳时,会相互牵连,而降低乘坐的舒适性及操控的安定性。

2.因构造简单使设计的自由度小,操控的安定性较差。

(非独立悬架)

独立悬架

独立悬架系统是每一侧的车轮都是单独地通过弹性悬架系统悬架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,独立悬架系统存在着结构复杂、成本高、维修不便的缺点,同时因为结构复杂,会侵占一些车内乘坐空间。

现代轿车大都是采用独立式悬架系统,按其结构形式的不同,独立悬架系统又可分为横臂式纵臂式多连杆烛式以及麦弗逊悬架系统等。

麦弗逊悬架

麦弗逊悬架(MacPherson),是现在非常常见的一种独立悬架形式,大多应用在车辆的前轮。简单地说,麦弗逊式悬架的主要结构即是由螺旋弹簧加上减震器以及A字下摆臂组,减震器可以避免螺旋弹簧受力时向前、后、左、右偏移的现象,限制弹簧只能作上下方向的振动,并且可以通过对减震器的行程、阻尼以及搭配不同硬度的螺旋弹簧对悬架性能进行调校。

麦弗逊悬架最大的特点就是体积比较小,有利于对比较紧凑的发动机舱布局。不过也正是由于结构简单,对侧向不能提供足够的支撑力度,因此转向侧倾以及刹车点头现象比较明显。下面就为大家详细的介绍一下麦弗逊悬架的构造以及性能表现。

● 麦弗逊悬挂的历史:

麦弗逊式悬架是应前置发动机前轮驱动(ff)车型的出现而诞生的。ff车型不仅要求发动机要横向放置,而且还要增加变速箱、差速器、驱动机构、转向机,以往的前悬架空间不得不加以压缩并大幅删掉,因此工程师才设计出节省空间、成本低的麦弗逊式悬架,以符合汽车需求。

麦弗逊(Macpherson)是这套悬架系统发明者的名字,他是美国伊利诺伊州人,1891年生。大学毕业后他曾在欧洲搞了多年的航空发动机,并于1924年加入通用汽车公司的工程中心。30年代,通用的雪佛兰公司想设计一种真正的小型汽车,总设计师就是麦弗逊。他对设计小型轿车非常感兴趣,目标是将这种四座轿车的质量控制在0.9吨以内,轴距控制在2.74米以内,设计的关键是悬架。麦弗逊一改当时盛行的板簧与扭杆弹簧的前悬架方式,创造性地将减振器和螺旋弹簧组合在一起,装在前轴上。实践证明这种悬架形式的构造简单,占用空间小,而且操纵性很好。后来,麦弗逊跳槽到福特,1950年福特在英国的子公司生产的两款车,是世界上首次使用麦弗逊悬架的商品车。

● 麦弗逊悬架的构造:

麦弗逊式悬架由螺旋弹簧、减震器、A字形下摆臂组成,绝大部分车型还会加上横向稳定杆。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。还有一个关键部件---A字型下摆臂,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。

● 麦弗逊悬架的优缺点:

从上面的构造图可以看出,麦弗逊悬架的构造其实非常简单,而这种简单带来的最大好处就是其质量很轻,并且体积很小,对于很多前置发动机前轮驱动的车辆来说,车头部分的大部分空间都要用来布置横置的发动机以及变速箱,留给悬架的空间并不大,因此麦弗逊悬架体积小质量轻的优势就会表现的非常明显。

而结构简单也是麦弗逊悬架最大的软肋。与双叉臂以及多连杆悬架相比,由于减震器和螺旋弹簧都是对车辆上下的晃动起到支撑和缓冲,因此对于侧向的力量没有提供足够的支撑力度。这样就使得车辆在转向的时候车身有比较明显的侧倾,并且在刹车的时候有比较明显的点头现象。很多采用麦弗逊悬架的小型车为了控制成本,也只能将这样的缺陷保留。虽然通过增加防倾杆能减小车辆侧倾,但是却不能根治这种情况。不过象宝马M3保时捷911这样的高性能车型上,通过调整弹性元件以及增加拉杆等调校,麦弗逊悬架也一样可以变得非常强悍,但这也背离了麦弗逊悬架体积小,质量轻,成本低的特点。

麦弗逊悬架是非常常见的悬架类型,在全球汽车市场都有非常广泛的应用。

● 由麦弗逊悬架而衍生出来的悬架:

由于麦弗逊悬架先天性的侧向支撑不足,由此很多厂家也在尽可能保留麦弗逊悬架体积小、质量轻的优势的同时,通过各种调整和变化以加强其侧向支撑的能力。由麦弗逊悬架演变而来的悬架主要有宝马1系和3系上采用的宝马双球节减震支柱前悬架,还有专门针对后悬架的连杆支柱式悬架。下面就为大家简单介绍一下这几种麦弗逊悬架的衍生产物。

宝马双球节减震支柱前悬架

麦弗逊悬架的另外一种衍生产品,就是宝马在1系和3系上采用的改良型麦弗逊悬架,宝马将其称为“Double pivot strut type”(宝马官方中文名称为双球节减震支柱悬架)。与标准的麦弗逊悬架相比,宝马将这套悬架的A字型下摆臂换成了一上一下两根连杆,两支点的变化也使得两根连杆在抑制车轮跳动的过程中互不干涉,将车轮各个定位参数的变化控制在了更小的范围内,从而提升了由此影响到的车身稳定性。同时,宝马采用的改良型麦弗逊悬架也良好的继承了标准版麦弗逊悬架体积小、质量轻的优势。不过双球节减震支柱前悬与标准麦弗逊悬架相比也有一些不足,那就是较为复杂的结构使其转向灵敏度有所下降。

双叉臂式悬架

(典型的双叉臂式独立悬架结构图)

双叉臂式悬架又称双A臂式独立悬架,双叉臂悬架拥有上下两个叉臂,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。双叉臂式悬架的上下两个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。

(阿尔法·罗密欧159的前悬采用了双叉臂式悬架)

(大众途锐的双叉臂悬架结构)

双叉臂式悬架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。

(双叉臂式悬架运动性出色,为法拉利玛莎拉蒂等超级跑车所运用)

相比麦弗逊式悬架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架。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架均选用双叉臂式悬架,可以说双叉臂式悬架是为运动而生的悬架,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架。

优点:横向刚度大、抗侧倾性能优异、抓地性能好、路感清晰;

缺点:制造成本高、悬架定位参数设定复杂。

适用车型:运动型轿车、超级跑车以及高档SUV前后悬架。

连杆支柱式独立悬架

连杆支柱是麦弗逊悬架用在后轮的一种方式,它将麦弗逊悬架的下A字摆臂换成了两根横向连杆以及一根纵向拉杆,这能让它具有与麦弗逊悬架相近的操控性能,又有比麦弗逊悬架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架的缺点,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。连杆支柱在一些日韩系车型的后悬架上面有较多的应用,主要倾向舒适性。

从上面的介绍中相信大家已经对麦弗逊悬架有了一定的了解,麦弗逊悬架体积小,重量轻的特点,注定了它会大范围的应用在各种车型上,虽然麦弗逊悬架的先天不足也让其在操控性上有些不足,但是通过加装横向稳定杆以及调整弹性元件可以改善侧向支撑力不足的情况。

双横臂式悬挂和双叉臂式悬挂有着许多的共性,只是结构比双叉臂式简单些,也可以称之为简化版的双叉臂式悬挂。同双叉臂式悬挂一样双横臂式悬挂的横向刚度也比较大,一般也采用上下不等长的摇臂设置。而有的双横臂的上下臂不能起到纵向导向作用,还需要另加拉杆导向。这种结构较双叉臂更简单的双横臂悬挂性能介于麦弗逊悬挂和双叉臂悬挂之间,拥有不错的运动性能,一般使用在A级或者B级家用车上。

多连杆独立悬架

(典型的多连杆独立悬架结构图)

多连杆独立悬架,可分为多连杆前悬架和多连杆后悬架系统。其中前悬架一般为3连杆或4连杆式独立悬架;后悬架则一般为4连杆或5连杆式后悬架系统,其中5连杆式后悬架应用较为广泛。

(奔驰S级的多连杆前悬架)

多连杆悬架结构相对复杂,材料成本、研发实验成本以及制造成本远高于其它类型的悬架、而且其占用空间大,中小型车出于成本和空间考虑极少使用这种悬架。

多连杆式悬架舒适性能是所有悬架中最好的,操控性能也和双叉臂式悬架难分伯仲,高档轿车由于空间充裕、且注重舒适性能和操控稳定性,所以大多使用多连杆悬,可以说多连杆悬架是高档轿车的绝佳搭档。

拖曳臂悬架

拖曳臂式悬架我们姑且称之为半独立悬架,从悬架的大分类来看,所有的悬架可以被分成两大类,即:独立悬架和非独立悬架。但是在但纵臂扭转梁悬架上,这两个分类变得有些模糊。从悬架结构来看属于不折不扣的非独立悬架,因为左右纵向摇臂被一跟粗大的扭转梁焊接在一起,但是从悬架性能来看,这种悬架实现的是具有更高稳定性的全拖式独立悬架的性能。

(典型的拖曳臂式后悬架)

(加装了防倾杆拖曳臂式悬架)

拖曳臂式悬架本身具有非独立悬架的存在的缺点但同时也兼有独立悬架的优点,拖曳臂式悬架的最大优点是左右两轮的空间较大,而且车身的外倾角没有变化,避震器不发生弯曲应力,所以摩擦小。拖曳臂式悬架的舒适性和操控性均有限,当其刹车时除了车头较重会往下沉外,拖曳臂悬架的后轮也会往下沉平衡车身,无法提供精准的几何控制。

不同厂家对这种悬架的称谓不同:如:纵臂扭转梁独立悬架,纵臂扭转梁非独立悬架,H型纵向摆臂悬架等等。归根结底他们都是同一种悬架结构——拖曳臂式悬架,只是调教稍有不同。

(中小型车大多采用拖曳臂式悬架)

在拖曳臂式悬架的设计过程中,横梁在纵臂上的安装位置不同其表现出来的性能会非常的大,若横梁安装越靠近纵臂与车身的连接点,车子的舒适性就会越好但转弯时的侧倾也会大些。若横梁的安装在越靠近纵臂接近车轮中心,舒适性能会大打折扣,表现出来的特性则是以通过性和承载性为主。也更接近整体桥的设计。

优点:结构简单实用、占用空间最小、制造成本低 。

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