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什麼是懸架?

1、概述

麥佛遜式懸架典型的懸架結構由彈性元件、導向機構以及減震器等組成,個別結構則還有緩沖塊、橫向穩定桿等。彈性元件又有鋼板彈簧、空氣彈簧、螺旋彈簧以及扭桿彈簧等形式,而現代轎車懸架多采用螺旋彈簧和扭桿彈簧,個別高級轎車則使用空氣彈簧。

懸架是汽車中的一個重要總成,它把車架與車輪彈性地聯系起來,關系到汽車的多種使用性能。從外表上看,轎車懸架僅是由一些桿、筒以及彈簧組成,但千萬不要以為它很簡單,相反轎車懸架是一個較難達到完美要求的汽車總成,這是因為懸架既要滿足汽車的舒適性要求,又要滿足其操縱穩定性的要求,而這兩方面又是互相對立的。比如,為瞭取得良好的舒適性,需要大大緩沖汽車的震動,這樣彈簧就要設計得軟些,但彈簧軟瞭卻容易使汽車發生剎車“點頭”、加速“抬頭”以及左右側傾嚴重的不良傾向,不利於汽車的轉向,容易導致汽車操縱不穩定等。

2、形式

非獨立懸架


桑塔納2000前懸架非獨立懸架的結構特點是兩側車輪由一根整體式車架相連,車輪連同車橋一起通過彈性懸架懸掛在車架或車身的下面。非獨立懸架具有結構簡單、成本低、強度高、保養容易、行車中前輪定位變化小的優點,但由於其舒適性及操縱穩定性都較差,在現代轎車中基本上已不再使用,多用在貨車和大客車上。

獨立懸架
獨立懸架是每一側的車輪都是單獨地通過彈性懸架懸掛在車架或車身下面的。其優點是:質量輕,減少瞭車身受到的沖擊,並提高瞭車輪的地面附著力;可用剛度小的較軟彈簧,改善汽車的舒適性;可以使發動機位置降低,汽車重心也得到降低,從而提高汽車的行駛穩定性;左右車輪單獨跳動,互不相幹,能減小車身的傾斜和震動。不過,獨立懸架存在著結構復雜、成本高、維修不便的缺點。現代轎車大都是采用獨立式懸架,按其結構形式的不同,獨立懸架又可分為橫臂式、縱臂式、多連桿式、燭式以及麥弗遜式懸架等。

橫臂式懸架
橫臂式懸架是指車輪在汽車橫向平面內擺動的獨立懸架,按橫臂數量的多少又分為雙橫臂式和單橫臂式懸架。


懸架減振器和螺旋彈簧單橫臂式具有結構簡單,側傾中心高,有較強的抗側傾能力的優點。但隨著現代汽車速度的提高,側傾中心過高會引起車輪跳動時輪距變化大,輪胎磨損加劇,而且在急轉彎時左右車輪垂直力轉移過大,導致後輪外傾增大。減少瞭後輪側偏剛度,從而產生高速甩尾的嚴重工況。單橫臂式獨立懸架多應用在後懸架上,但由於不能適應高速行駛的要求,目前應用不多。

雙橫臂式獨立懸架按上下橫臂是否等長,又分為等長雙橫臂式和不等長雙橫臂式兩種懸架。等長雙橫臂式懸架在車輪上下跳動時,能保持主銷傾角不變,但輪距變化大(與單橫臂式相類似),造成輪胎磨損嚴重,現已很少用。對於不等長雙橫臂式懸架,隻要適當選擇、優化上下橫臂的長度,並通過合理的佈置,就可以使輪距及前輪定位參數變化均在可接受的限定范圍內,保證汽車具有良好的行駛穩定性。目前不等長雙橫臂式懸架已廣泛應用在轎車的前後懸架上,部分運動型轎車及賽車的後輪也采用這—懸架結構。

多連桿式懸架

懸架多連桿式懸架是由(3—5)根桿件組合起來控制車輪的位置變化的懸架。多連桿式能使車輪繞著與汽車縱軸線成一定角度的軸線內擺動,是橫臂式和縱臂式的折衷方案,適當地選擇擺臂軸線與汽車縱軸線所成的夾角,可不同程度地獲得橫臂式與縱臂式懸架的優點,能滿足不同的使用性能要求。多連桿式懸架的主要優點是:車輪跳動時輪距和前束的變化很小,不管汽車是在驅動、制動狀態都可以按司機的意圖進行平穩地轉向,其不足之處是汽車高速時有軸擺動現象。

縱臂式懸架
縱臂式獨立懸架是指車輪在汽車縱向平面內擺動的懸架結構,又分為單縱臂式和雙縱臂式兩種形式。單縱臂式懸架當車輪上下跳動時會使主銷後傾角產生較大的變化,因此單縱臂式懸架不用在轉向輪上。雙縱臂式懸架的兩個擺臂一般做成等長的,形成一個平行四桿結構,這樣,當車輪上下跳動時主銷的後傾角保持不變。雙縱臂式懸架多應用在轉向輪上。

燭式懸架
燭式懸架的結構特點是車輪沿著剛性地固定在車架上的主銷軸線上下移動。燭式懸架的優點是:當懸架變形時,主銷的定位角不會發生變化,僅是輪距、軸距稍有變化,因此特別有利於汽車的轉向操縱穩定和行駛穩定。但燭式懸架有一個大缺點:就是汽車行駛時的側向力會全部由套在主銷套筒的主銷承受,致使套筒與主銷間的摩擦阻力加大,磨損也較嚴重。燭式懸架現已應用不多。

麥弗遜式懸架
麥弗遜式懸架的車輪也是沿著主銷滑動的懸架,但與燭式懸架不完全相同,它的主銷是可以擺動的,麥弗遜式懸架是擺臂式與燭式懸架的結合。與雙橫臂式懸架相比,麥弗遜式懸架的優點是:結構緊湊,車輪跳動時前輪定位參數變化小,有良好的操縱穩定性,加上由於取消瞭上橫臂,給發動機及轉向系統的佈置帶來方便;與燭式懸架相比,它的滑柱受到的側向力又有瞭較大的改善。

麥弗遜式懸架多應用在中小型轎車的前懸架上,保時捷911、國產奧迪、桑塔納、夏利、富康等轎車的前懸架均為麥弗遜式獨立懸架。雖然麥弗遜式懸架並不是技術含量最高的懸架結構,但它仍是一種經久耐用的獨立懸架,具有很強的道路適應能力。

主動懸架
主動懸架是近十幾年發展起來的、由電腦控制的一種新型懸架。它匯集瞭力學和電子學的技術知識,是一種比較復雜的高技術裝置。例如裝置瞭主動懸架的法國雪鐵龍桑蒂雅,該車懸架系統的中樞是一個微電腦,懸架上的5種傳感器分別向微電腦傳送車速、前輪制動壓力、踏動油門踏板的速度、車身垂直方向的振幅及頻率、轉向盤角度及轉向速度等數據。電腦不斷接收這些數據並與預先設定的臨界值進行比較,選擇相應的懸架狀態。同時,微電腦獨立控制每一隻車輪上的執行元件,通過控制減振器內油壓的變化產生抽動,從而能在任何時候、任何車輪上產生符合要求的懸架運動。因此,桑蒂雅轎車備有多種駕駛模式選擇,駕車者隻要扳動位於副儀表板上的“正常”或“運動”按鈕,轎車就會自動設置在最佳的懸架狀態,以求最好的舒適性能。

主動懸架具有控制車身運動的功能。當汽車制動或拐彎時的慣性引起彈簧變形時,主動懸架會產生一個與慣力相對抗的力,減少車身位置的變化。例如德國奔馳2000款CL型跑車,當車輛拐彎時懸架傳感器會立即檢測出車身的傾斜和橫向加速度。電腦根據傳感器的信息,與預先設定的臨界值進行比較計算,立即確定在什麼位置上將多大的負載加到懸架上,使車身的傾斜減到最小。

3、懸架系統

多連桿懸架的結構圖 (本田雅閣)懸架是車架(或承載式車身)與車橋(或車輪)之間的一切傳力連接裝置的總稱。一般由彈性元件、減震器和導向機構三部分組成。

前懸架系統
前懸架目前基本上都采用獨立懸架系統,即左右兩個車輪各自獨立地通過懸掛裝置與車體相連,也就意味著可以各自獨立地上下跳動。懸架系統由連桿機構和彈簧、減震器組成三角形、四邊形或其它形狀的連接方式以固定車輪與車身的相對位置,在彈簧的作用下使車輪可以相對車身上下運動。最常見的有雙橫臂式和麥佛遜(又稱滑柱擺臂式)。


雙橫臂式懸架由上短下長兩根橫臂連接車輪與車身,兩根橫臂都非真正的桿狀,而是大體上類似英文字母Y或C,這樣的設計既是為瞭增加強度,提高定位精度,也為減震器和彈簧的安裝留出瞭空間和安裝位置。同時,下橫臂的長度較長,且與車輪中心大致處於同一水平線上,這樣做的目的是為瞭在車輪跳動導致下橫臂擺動時,不致產生太大的擺動角,也就保證瞭車輪的傾角不會產生太大變化。這種結構比較復雜,但經久耐用,同時減震器的負荷小,壽命長。


滑柱擺臂式懸架結構相對比較簡單,隻有下橫臂和減震器-彈簧組兩個機構連接車輪與車身,它的優點是結構簡單,重量輕,占用空間小,上下行程長等。缺點是由於減震器——彈簧組充當瞭主銷的角色,使它同時也承受瞭地面作用於車輪上的橫向力,因此在上下運動時阻力較大,磨損也就增加瞭。且當急轉彎時,由於車身側傾,左右兩車輪也隨之向外側傾斜,出現不足轉向,彈簧越軟這種傾向越大。


後懸架系統


後懸架系統的種類比前懸架要多,原因之一是驅動方式的不同決定著後車軸的有無,也與車身重量有關。主要有連桿式和擺臂式兩種。


主動式液壓懸架連桿式主要是在FR驅動方式,並且後車軸左右一體化(與中間的差速器剛性連接)的情況下使用的,過去多采用鋼板彈簧支撐車身,現在從提高行車平順性考慮,多使用連桿式和後面要說的擺臂式,並且使用平順性好的螺旋彈簧。連桿在左右兩側各有一對,分為上拉桿和下拉桿,作為傳遞橫向力(汽車驅動力)的機構,通常再與一根橫向推力桿一起組成五連桿式構成。橫向推力桿一端連接車身,一端連接車軸,其目的是為瞭防止車軸(或車身)橫向竄動。當車軸因顛簸而上下運動時,橫向推力桿會以與車身連接的接點為軸做畫圓弧的運動,如果擺動角度過大會使車軸與車身之間產生明顯的橫向相對運動,與下擺臂的原理類似,橫向推力桿也要設計得比較長,以減小擺動角。

連桿式懸架與車軸形成一體,彈簧下方質量大,且左右車輪不能獨立運動,所以顛簸路面對車身產生的沖擊能量比較大,平順性差。因此采用瞭擺臂方式,這種方式是僅車軸中間的差速器固定,左右半軸在差速器與車輪之間設萬向節,並以其為中心擺動,車輪與車架之間用Y型下擺臂連接。“Y”的單獨一端與車輪剛性連接,另外兩個端點與車架連接並形成轉動軸。根據這個轉動軸是否與車軸平行,擺臂式懸架又分為全拖動式擺臂和半拖動式擺臂,平行的是全拖動式,不平行的叫半拖動式。

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