汽车悬挂系统的基本原理和构成

汽车悬挂系统的基本原理和构成
兰格钢铁2004年6月10日
现代的汽车越来越注重乘坐的舒适性，以致消费者往往将车的舒适性列为购买的一个重要衡量标准。

事实上，汽车乘坐的舒适性除了座椅的柔软程度、支撑力等因素外，关系最大的就是汽车的悬挂系统它还是车架与车轴之间连接的传力机件，对其他性能诸如行驶的安全性、通过性、稳定性以及附着性能都有重大影响。

悬挂系统的基本构成
简单说来，汽车悬挂包括弹性元件、减振器和传力装置等三部分，分别起缓冲、减振和受力传递的作用。

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。

减振器又指液力减振器，其功能是为加速衰减车身的振动，它也是悬挂系统中最精密和复杂的机械件。

传力装置则是指车架的上下摆臂等叉形钢架、转向节等元件，用来传递纵向力、侧向力及力矩，并保证车轮相对于车架有确定的相对运动规律。

在实际中，只要具备上述三种作用也一样可行。

轿车配独立悬挂成趋势
悬挂系统的两种分类：
(l)非独立式悬挂：将非独立悬挂的车轮装在一根整体车轴的两端，这样当一边车轮运转跳动时，就会影响另一侧车轮也作出相应的跳动，使整个车身振动或倾斜。

采取这种悬挂系统的汽车一般平稳性和舒适性较差，但由于其构造较简单，承载力大，该悬挂多用于载重汽车、普通客车和一些其他特种车辆上。

(2)独立式悬挂：独立悬挂的车轴分成两段，每只车轮用螺旋弹簧独立地安装在车架下面，这样当一边车轮发生跳动时，另一边车轮不受波及，车身的震动大为减少，汽车舒适性也得以很大的提升，尤其在高速路面行驶时，它还可提高汽车的行驶稳定性。

不过，这种悬挂构造较复杂，承载力小，还会连带使汽车的驱动系统、转向系统变得复杂起来。

目前大多数轿车的前后悬挂都采用了独立悬挂的形式，并已成为一种发展趋势。

独立悬挂的结构分有烛式、麦弗逊式、连杆式等多种，其中烛式和麦弗逊式形状相似，两者都是将螺旋弹簧与减振器组合在一起，但因结构不同又有重大区别。

烛式采用车轮沿主销轴方向移动的悬挂形式，形状似烛形而得名，特点是主销位置和前轮定位角不随车轮的上下跳动而变化，有利于汽车的操控和稳定性。

麦弗逊式是绞结式滑柱与下横臂组成的悬挂形式，减振器可兼做转向主销，转向节可以绕着它转动，特点是主销位置和前轮定位角随车轮的上下跳动而变化，与烛式悬架正好相反。

这种悬架构造简单、布置紧凑、前轮定位变化小，具有良好的行驶稳定性。

所以，目前轿车使用最多的独立悬挂是麦弗逊式悬挂。

弹性元件优劣各异
(1)钢板弹簧：由多片不等长和不等曲率的钢板叠合而成。

安装好后两端自然向上弯曲。

钢板弹簧除具有缓冲作用外，还有一定的减振作用，纵向布置时还具有导向传力的作用。

非独立悬挂大多采用钢板弹簧做弹性元件，可省去导向装置和减振器，结构简单。

(2)螺旋弹簧：只具备缓冲作用，多用于轿车独立悬挂装置。

由于没有减振和传力的功能，还必须设有专门的减振器和导向装置。

(3)油气弹簧：以气体作为弹性介质，液体作为传力介质，它不但具有良好的缓冲能力，还具有减振作用，同时还可调节车架的高度，适用于重型车辆和大客车使用。

(4)扭杆弹簧：将用弹簧杆做成的扭杆一端固定于车架，另一端通过摆臂与车轮相连，利用车轮跳动时扭杆的扭转变形起到缓冲作用，适合于独立悬挂使用。

筒式减振器更受欢迎
减振器上端与车身或者车架相连，下端与车桥相连。

当轿车在不平坦路上行驶，车身会发生振动，减振器能迅速衰减车身振动，利用本身油液流动的阻力来消耗振动的能量。

现代轿车大多都是采用筒式减振器，当车架与车轴相对运动时，减振器内的油液与孔壁间的摩擦形成了对车身振动的阻力，这种阻力工程上称为阻尼力。

阻尼力会将车身的振动能转化为热能，被油液和壳体所吸收。

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，而是随轿车运行的状态而变化，使悬挂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可根据传感器信号自动选择。

传力装置必须另设
独立悬挂上的弹性元件，大多只能传递垂直载荷而不能传递纵向力和横向力，必须另设导向传力装置，如上、下摆臂和纵向、横向稳定器等。

说到独立悬架，现在最流行的也是我们最常听到的就是麦弗逊，双叉臂和多连杆三种形式。

那么这三种主流悬架有些什么特点？各自有哪些性能特征呢？
虽然按照悬架的档次和复杂程度以及用料来排名的话，多连杆是最好的，其次是双叉臂再其次是麦弗逊，虽然档次可以这样划分，但世界上的事物都是有利有弊的，这三种悬架之所以能在各种车型上大量存在当然有着各自的性能优点。

在这三种悬架中，麦弗逊是结构最简单的，也是制造成本最低用途最广的。

它主要用在大多数中小型车的前桥上。

它以简单独霸天下。

也正是因为他简单所以他轻，响应速度快。

并且在一个下摇臂和支柱的几何结构下能自动调整车轮外倾角，让其能在过弯时自适应路面，让轮胎的接地面积最大化，而且占用空间小适合小型车以及大部分中型车使用。

但是由于结构简单使得悬挂刚度较弱，稳定性差，转弯侧倾明显。

双差臂悬挂拥有上下两个摇臂，起横向力由两个摇臂同时吸收，支柱只承载车身重量。

因此横向刚度大。

由于上下使用不等长摇臂（上长下短），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。

并且也能自适应路面，轮胎接地面积大，贴地性好。

但是由于多了一个上摇臂，所以需要站用较大的空间，因此小型车的前桥一般布置不下此种悬挂。

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），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所以常用在中高级车的后桥上。

所以总的来说，现在最经济适用，性价比最高的前独立悬挂是麦弗逊，能做高性能调校和匹配的悬挂是多连杆和双叉臂。

结构最复杂实现性能最多的是多连杆。

但由于后两者在结构上使其质量较重所以为了达到更好的响应速度常用铝合金打造，那么成本就可想而知了。