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1、悬架,一、悬架的基本组成与分类,1、汽车悬架概述定义：汽车悬架是车架或车身与车轿之间一切传力连接装置 的统称。功用：1）汽车悬架弹性地连接车轿与车架或车身，缓和行 驶中车辆受到的由不平路面引起的冲击力；2）迅速衰减由于弹性系统引起的振动，传递垂直、纵向、侧向反力及其力矩；3）并起导向作用，使车轮按一定轨迹相对车身运动。,2、悬架的组成悬架一般由弹性元件、导向装置、减振器和横向稳定杆等组成，所示。,弹性元件：缓和冲击，并承受、传递垂直载荷。常见的主要由钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧、油气弹簧与空气弹簧等。减震器：限制弹簧自由震荡，衰减振动。横向稳定杆：使车身在转弯时不发生过度横向倾斜。导向装置:传
2、递侧向力、纵向力，并保证车轮相对车身的正确运动关系。钢板弹簧作为弹性元件时，它本身具有导向作用，可不另设导向装置。,3、悬架的分类按汽车导向装置的不同，悬架可分为独立悬架和非独立悬架。独立悬架的特点是车桥做成断开的，每侧车轮可以单独的通过弹性元件与车架或车身连接。,按控制形式不同，悬架可分为被动式悬架和主动式 悬架。目前多数汽车上采用被动式悬架。被动式悬架是汽车姿态(状态)只能被动地取决于路面、行驶状况和汽车的弹性元件、导向装置以及减振器这些机械零件。主动悬架可根据路面和行驶工况自动调整悬架刚度和阻尼，从而使车辆能主动控制垂直振动及其车身或车架的姿态。,二、弹性元件,1、钢板弹簧 钢板弹簧由若
3、干片长度不等、曲率半径不等、宽度相等的合金弹簧片叠加在一起组成。主要由主片、副片、弹簧夹、螺栓、套管、螺母等组成。,钢板弹簧最上面的一片(最长的一片)称为主片，其两端弯成卷耳，内装青铜或其它材料制成的衬套，用弹簧销与固定在车架上的支架或吊耳作铰链连接。钢板弹簧的中心部位用U形螺栓与车轿固定。,钢板弹簧在载荷作用下变形，各片之间因相对滑动而产生摩擦，可使车架的振动衰减。各片之间处于干摩擦，同时还要将车轮所受冲击力传递给车架，因此增大了各片的磨损。所以在装合时，各片之间涂上较稠的石墨润滑脂进行润滑，并应定期维护。,钢板弹簧本身还起导向装置的作用，可不必单设导向装置，使结构简化。有些高级轿车的后悬架
4、也采用钢板弹簧作弹性元件。近年来一些汽车上采用变厚度的单片或二至三片的钢板弹簧，可以减小片与片之间的干摩擦，同时减轻重量，如图所示。,与车架的连接,螺旋弹簧大多应用在独立悬架上，尤其是前轮独立悬架中。在有些轿车上，后轮非独立悬架中也使用螺旋弹簧作为弹性元件。螺旋弹簧用弹簧钢料卷制而成，有刚度不变的圆柱形等螺距螺旋弹簧和刚度可变的圆锥形不等螺距螺旋弹簧两种，如图所示。,2、螺旋弹簧,与钢板弹簧相比，螺旋弹簧具有不需润滑、防污性强、占用纵向空间小及弹簧本身质量小的优点，因而在现代轿车上被广泛采用。但螺旋弹簧只能承受垂直载荷，用它做弹性元件的悬架要加设导向装置。此外，螺旋弹簧变形时，不产生摩擦力，所
5、以在其悬架中必须装有减振器，用于衰减因冲击而产生的振动。,扭杆弹簧用铬钒或硅锰合金弹簧钢制成，并具有扭曲刚性。扭杆断面常为圆形，少数是矩形或管状。扭杆一端固定于车架上，另一端与悬架控制臂连接。车轮上下运动时扭杆便发生扭曲，起弹簧作用，借以保证车轮与车架的弹性联系。扭杆弹簧具有预应力，安装时左右扭杆不能更换。,3、扭杆弹簧,气体弹簧主要有空气弹簧和油气弹簧两种。气体弹簧是以空气做弹性介质，即在一个密闭的容器内装入压缩空气(气压为0.5-1MPa)，利用气体的可压缩性实现弹簧的作用。,a)囊式空气弹簧 b)膜式空气弹簧,3、气体弹簧,空气弹簧又可分为囊式和膜式两种。这种弹簧随着载荷的增加，容器内压
6、缩空气压力升高，其刚度也随之增加；载荷减少，刚度也随空气压力降低而下降，因而这种弹簧具有理想的变刚度特性。由于空气弹簧只能承受垂直载荷，因此采用这种弹簧的悬架也必须加设导向装置和减振器。,a)囊式空气弹簧 b)膜式空气弹簧,油气弹簧以气体(如氮等惰性气体)作为弹性介质，用油液作为传力介质，利用气体的可压缩性实现弹簧作用。由于油液流经阻尼阀时会产生阻尼力，因此油气弹簧还能起减振器的作用。这种弹簧多用于重型汽车和部分小客车上。,三、减振器,1、基本工作原理 汽车悬架系统中通常采用液力减振器，利用液体流动的阻尼来消耗冲击振动的能量。当车架或车身与车桥间受振动出现相对运动时，减振器内的活塞上下移动，减
7、振器内的油液便反复地从一个腔经过不同的孔隙流入另一个腔内。此时，孔壁与油液间的摩擦和油液分子间的内摩擦消耗了振动的能量，而对振动形成阻尼力，使汽车振动能量转化为油液热能，再由减振器吸收散发到大气中。,2、类型 减振器按工作原理分为单向作用式减振器和双向作用式减振器。在压缩和伸张两个行程中均能起减振作用的减振器称为双向作用式减振器，只在伸张行程中起减振作用的减振器称为单向作用式减振器。按结构可分为双筒式减振器和单筒式减振器。按工作介质分液压式和充气式减振器。目前，新型汽车大多采用具有双向作用式原理的双筒或单筒式结构的液压减振器。新型式的汽车中，开始采用充气式减振器。,3、双向作用筒式减振器 1)
8、工作原理 双向作用筒式减振器有三个同心钢筒，外面的钢筒是防尘罩，其上部的吊耳与车架相连。中间是储油缸筒，内装有一定量的油液(不装满)，其下端的吊耳与车桥相连。里面是工作缸筒，其内装满油液。它还有四个阀，即压缩阀、伸张阀、流通阀和补偿阀。,流通阀和补偿阀是一般的单向阀，其弹簧很弱，当阀上的油压作用力与弹簧弹力同向时，阀处于关闭状态，完全不通油液；而当油压作用力与弹簧弹力反向时只要很小的油压，阀便能开启。压缩阀和伸张阀是卸载阀，其弹簧较强，预紧力较大，只有当油压增高到一定程度时，阀才能开启；而当油压减低到一定程度时，阀即自行关闭。,2、压缩行程 减振器被压缩，汽车车轮移近车身，减振器内的活塞向下移
9、动，下腔的容积减小，油压升高。大部分油液冲开流通阀流入上腔，由于上腔被活塞杆占去了一部分空间，因而上腔增加的容积小于下腔减小的容积，于是另一部分油液就推开压缩阀，流回到储油缸内。油液通过阀孔时，受到一定的节流阻力。为克服这种节流阻力而消耗了振动能量，使振动衰减。,3、伸张行程 减振器受拉伸，车轮远离车身，减振器活塞向上移动，上腔油压升高，流通阀被关闭，上腔内的油液压开伸张阀流入下腔。由于活塞杆的存在，自上腔流来的油液不足以充满下腔增加的容积，促使下腔产生一定的真空度，以致储油缸中的油液推开补偿阀流进下腔进行补充。这些阀的节流作用对悬架在伸张运动时起到阻尼作用。,双向作用筒式减振器,结构：,伸张
10、阀,流通阀,压缩阀,补偿阀,活塞杆,防尘罩,活塞,储油钢桶,导向座,工作原理,压缩行程：车轮靠近车架,容积减少，油压升高，油液打开流通阀，经过流通阀流入上腔。,由于上腔容积被活塞杆用去部分空间，所以油液一部分油液打开压缩阀流入储油缸。,由于各阀门的节流作用，便造成对悬架压缩运动的阻力，使振动能量衰减。,伸张行程,车轮下跳，减振器受拉伸活塞上移。,上腔容积减少，油压升高，油液推开伸张阀，流入下腔。,由于活塞杆占去一定空间，所以自上腔流入的油液不足以充满下腔容积的增加。储油缸中油液推开补偿阀流入下腔补充。,由于各阀门的节流作用，便造成对悬架伸张运动的阻力，使振动能量衰减。,减振器工作过程,伸张阀弹
11、簧的刚度和预紧力比压缩阀的大，在同样油压作用下，伸张行程产生阻尼力远大于压缩行程的阻尼力。,4、构造 下图所示为解放CAl092型汽车所用的双向作用筒式减振器。,非独立悬架,1、钢板弹簧式非独立悬架 1）基本结构 在采用钢板弹簧为弹性元件的非独立悬架中，通常是将钢板弹簧纵向布置，故也称之为纵置板簧式非独立悬架。如所示为汽车前悬架。,2）变刚度钢板弹簧悬架 如图所示为汽车后悬架，采用主副簧结构。其主簧(下弹簧)后端采用装配式结构，前端用螺栓和U形螺栓将吊耳与钢板弹簧联成为一体，再通过钢板弹簧销与车架上的钢板弹簧支架相连接。为了防止滑脱，将第三片钢板做成直角弯边。,3）渐变刚度的钢板弹簧 主簧由五
12、片较薄的钢板弹簧片组成，副簧由五片较厚的钢板弹簧片组成，用中心螺栓固定在一起。在小载荷的情况下，仅由主簧起作用，而当载荷增加到一定值时，副簧开始与主簧接触，悬架刚度得到提高，弹簧特性为非线性。当副簧全部参加工作后，弹簧特性又变为线性。由于副簧逐渐随载荷增加而参与工作，悬架刚度逐渐变化，从而提高了汽车行驶平顺性。,2、螺旋弹簧非独立悬架 螺旋弹簧非独立悬架常用于轿车的后悬架，由于使用螺旋弹簧作为弹性元件，仅仅能受垂直载荷，所以必须设置导向装置来承受并传递纵向力和横向力。,如图所示为典型的螺旋弹簧非独立悬架结构。导向装置包括纵向推力杆和横向导向杆。两根纵向下推力杆和两根纵向上推力杆的一端均与车身相
13、铰接，另一端则均与后桥相铰接。,3、空气弹簧非独立悬架 汽车在行驶时由于载荷和路面的变化，要求悬架刚度随着变化。当空车时车身被抬高，满载时车身则被压低，会出现撞击缓冲块的情况。因而对于不同类型汽车提出不同的要求，比如追求舒适性为先的大客车，其空车与满载时的车身载重变化较大；而且要求在好路上降低车身高度，提高车速行驶；在坏路上提高车身，可以增大通过能力。因而要求车身高度随使用要求可以调节。空气弹簧非独立主动悬架则可以满足此要求。,独立悬架,独立悬架中的弹性元件往往都使用螺旋弹簧和扭杆弹簧，钢板弹簧和其它形式的弹簧较少使用。主要分为四类，分别是：1)横臂式独立悬架：车轮可以在横向平面内摆动；2)纵
14、臂式独立悬架：车轮可以在纵向平面内摆动；3)车轮沿主销轴线移动的悬架：包括烛式悬架和麦弗逊式悬架；4)多连杆悬架：车轮可以在有摆臂和多连杆等多杆件共同决定的斜向平面内摆动。,1、独立悬架分类,独立悬架,1、单横臂式独立悬架 单横臂式具有结构简单，侧倾中心高，有较强的抗侧倾能力的优点。但随着现代汽车速度的提高，侧倾中心过高会引起车轮跳动时轮距变化大，轮胎磨损加剧，而且在急转弯时左右车轮垂直力转移过大，导致后轮外倾增大，减少了后轮侧偏刚度。单横臂式独立悬挂系统多应用在后悬挂系统上，但由于不能适应高速行驶的要求，目前应用不多。,2、横臂式独立悬架,2、双横臂式独立悬架 双横臂独立悬架有两臂等长与不等
15、长两种。,下图所示为红旗CA7560型轿车前悬架，该悬架两摆臂长度不相等，为不等长双横臂式独立悬架。,双横臂悬挂拥有上下两个不等长的摇臂，双横臂的臂有做成A字形或V字形。V形臂的上下2个V形摆臂以一定的距离，分别安装在车轮上，另一端安装在车架上。由于上下摇臂不等长（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，上臂比下臂运动弧度小，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。,Alfa_Romeo_159_2.4_JTDM_2005_双摇臂,Acura_RL_SH-AWD_C
16、hinese_Version_2006_前摇臂悬挂,Jaguar_S-Type_R_2003_前双摇臂悬挂,Maserati_Quattroporte_2004_前双摇臂悬架,Volkswagen_Phaeton_2002_前双摇臂悬架,1、单纵臂式独立悬架,3、纵臂式独立悬架,2、双纵臂式独立悬架 图中所示为双纵臂式扭杆弹簧独立悬架。这种悬架的两个纵臂一般长度相等，形成平行四连杆机构。当车轮上下跳动时，车轮外倾角、主销后倾角和轮距保持不变，故这种形式的悬架适用于转向轮。,在车架的两根管式横梁中装有若干层矩形断面的薄钢片叠成的扭杆弹簧。与摆臂轴连接在一起。,4、麦弗逊式独立悬架 麦弗逊式独立悬
17、架又称为滑柱摆臂式独立悬架，目前广泛应用于发动机前置前轮驱动轿车前悬架。这种悬架如图所示，由减振器、螺旋弹簧、横摆臂和横向稳定杆（图中未画出）等组成。,减振器与螺旋弹簧装于一体，作为引导车轮跳动的滑柱，有的还兼起转向主销作用。悬架有一下横摆臂，其上端以橡胶做支承，允许滑柱上端有少许角位移。采用这种悬架的汽车前端空间大，有利于发动机布置，并可降低整车的重心。,优点：麦弗逊悬挂拥有良好的响应性和操控性，而且结构简单，占用空间小，成本低，适合布置大型发动机以及装配在小型车身上。缺点：稳定性差，抗侧倾和制动点头能力弱，增加稳定杆以后有所缓解但无法从根本上解决问题，耐用性不高，减震器容易漏油需要定期更换
18、。,Volvo_S40_2004_前麦佛逊悬挂,Mercedes-Benz_B150_2006_前麦佛逊悬挂,桑塔纳2000AT车型前悬架：麦弗逊式独立悬架,4、多连杆独立悬架 多连杆悬挂，就是通过各种连杆配置把车轮与车身相连的一套悬挂机构。而连杆数量在3根以上才称为多连杆，目前主流的连杆数量为4或5连杆。因此其结构要比双摇臂和麦弗逊复杂很多。优点：调教功能强大，定位精确。缺点：成本较高，占用空间较多。,Mercedes-Benz_CLK240_Cabriolet_Elegance_2004_后多连杆,Mercedes-Benz_E-Class_后多连杆,Mercedes-Benz_R500_
19、2006_多连杆后悬挂,Mercedes-Benz_S500_4MATIC_2003_前多连杆悬挂,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摇臂。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，所以成本相对较高（特别是多连杆）。,六、电子控制悬架系统,现代汽车电子控制悬架系统有多种形式，根据控制目的不同，可分为车高控制系统、刚度控制系统、阻尼控制系统、综合控制系统等。按悬架系统结构形式不同，可分为电控空气悬架系统和电控液压悬架系统。根据控制系统有源和无源，可分为半主动悬架和主动悬
20、架。电子控制悬架系统一般由传感器、电子控制单元和执行机构三部分组成。,1、概述,传感器用来感受汽车运动状态(路况和车速及起动、加速、转向、制动等工况)。并将各种状态转换为电信号输送给电控单元(ECU)。电子控制单元对传感器输入的电信号进行综合处理，向执行机构发出控制指令。悬架控制系统的执行机构是电磁阀、步进电机和空气压缩机。它们接受来自电子控制单元的控制指令，准确、快速和及时地做出动作反应，实现对弹簧刚度、减振器阻尼和车身高度的调节。,2、传感器的结构与工作原理 1）车高传感器 车身高度传感器的作用是不断检测车身和悬架之间距离，以检测车辆高度。如图a)和d)所示，传感器由一个开口盘和四组光电传
21、感器组成。,2）转向传感器 转向传感器装在转向器上，用来检测转向时的转向角度和汽车转弯的方向，主要为转弯时提高操纵稳定性，防止侧倾，向ECU提供车态信号。如图所示，转向传感器由转向传感器组件和开缝盘组成。,任务五 悬架,3）其它传感器和开关 车速传感器安装在车轮上，检测出转速信号，ECU接收该信号与转向盘转动角度信号，计算出车身的侧倾程度。节气门开度传感器可以间接检测汽车加速度信号。ECU利用此信号作为防车身后坐控制的一个工作状态参数。车门传感器是为了防止行驶过程中车门末关闭而设置的。高度控制开关用来选择汽车高度，ECU检测高度控制开关的状态和相应使汽车高度升高或下降。有的车辆上还有高度控制O
22、NOFF开关，用于停止车高控制。,模式选择开关用来选择悬架的“软”、“中”或“硬”状态，ECU检测到开关的状态后，操纵悬架控制执行器，从而改变减振器的弹簧刚度和阻尼系数。停车灯开关是当踩下制动踏板时，停车灯开关接通，ECU接收这个信号作为防车身前倾控制的一个工作状态参数。,3、执行机构结构与工作原理 1）空气弹簧 电控悬架采用空气弹簧代替传统悬架的螺旋弹簧或钢板弹簧，空气弹簧在其气室内装入惰性压缩空气而具有弹性功能。空气弹簧由主气室、副气室和空气阀控制杆等组成。,2）减振器 减振器的阻尼调节采用简单的控制阀，通过在最大、中等、最小的通流面积之间的变换，改变减振液的流通快慢，达到阻尼系数的有级调
23、节。减振器的阻尼调节原理如图所示，在空气弹簧的下方，与控制杆连接的回转阀上有三个阻尼孔(油孔)，回转阀外面的活塞杆上有两个阻尼孔(油孔)，控制机构可以带动控制杆使回转阀旋转，从而改变阻尼孔的开闭组合，实现阻尼系数“软、中、硬”的有级转换。,3）执行机构 悬架控制执行机构的功用是驱动主、副气室的空气阀芯和减振器阻尼孔的回转阀转动。如图所示，步进电机带动小齿轮驱动扇形齿轮转动，与扇形齿轮同轴的阻尼控制杆带动回转阀转动，使阻尼孔开闭变化，从而调节减振器阻尼；同时阻尼调节杆驱动齿轮带动空气阀驱动齿轮和空气阀控制杆转动，随着阀芯角度的改变，悬架的刚度得到调节。,4）车身高度控制 车身高度调节装置如图所示
24、，由空气压缩机、直流电机、高度控制阀、排气电磁阀、空气干燥器等组成。悬架ECU根据车高传感器送来的信号和控制模式指令，向高度控制阀发出指令。当车高需要升高时，高度控制阀打开，压缩空气进入空气弹簧的主气室，车身升高。,七、悬架系统故障诊断与检修,1、减振器的检查 如图所示，检查时应固定住减振器，上下运动活塞杆时应有一定阻力，而且向上比向下的阻力要大一些。若阻力过大，应检查活塞杆是否弯曲；若无阻力，则表示前减振器油已漏光或失效，必须更换。减振器为免维护机构，减振器外面有轻微的油迹，不必更换减振器。如有大量油迹即漏油时，减振器在压缩到底或伸展时会产生跳动现象。车辆行驶时，有缺陷的减振器会发出冲击噪音
25、，减振器失效后用手模其外壳不发热，这时应更换减振器。,2、减振器悬架轴承主橡胶挡块的检查 检查减振器悬架轴承的磨损与损坏情况，轴承应能灵活转动，损坏时必须整体更换；检查橡胶挡块的损坏与老化情况，如损坏应及时更换。3、螺旋弹簧的检查 检查减振器螺旋弹簧有无损坏与变形，并测量螺旋弹簧的自由长度A，若比标准弹簧长度减少5，即表示螺旋弹簧已产生永久变形，必须更换。更换时必须更换左右两侧的两个弹簧，以保持车辆两侧高度相同。若螺旋弹簧上有裂纹也要更换。,4、钢板弹簧的检修与维护 钢板弹簧日常维护作业是检查、紧固U形紧固螺栓。紧固力矩必须符合原厂规定，绝非越紧越好。其次是按时向钢板弹簧销加注润滑脂。若发现断
26、片，钢板弹簧固定卡、隔套、卡子螺栓缺少时应及时进行小修。二级维护时，拆检钢板弹簧，并向片间涂抹石墨润滑脂。钢板弹簧禁止加片。,5、非独立悬架系统的常见故障 1、车身倾斜和行驶跑偏（1）现象：汽车调整后停放在平坦地面上，车身横向或纵向歪斜，汽车行驶中方向自动跑偏。（2）原因：钢板弹簧、螺旋弹簧断裂；弹簧弹力下降；弹簧刚度不一致；U形螺栓松动等。,钢板弹簧折断，尤其是主片折断，会因弹力不足等原因，使车身歪斜。前钢板弹簧一侧主片折断时，车身在横向平面内倾斜；后钢板弹簧一侧主片折断时，车身在纵向平面内倾斜。当某一侧的钢板弹簧由于疲劳导致弹力下降，或者更换的钢板弹簧与原弹簧刚度不一致时会使车身倾斜。钢板
27、弹簧销、衬套和吊耳磨损过量时，会出现车身倾斜、行驶跑偏、行驶摆振、异响等故障现象。U形螺栓松动或折断(或钢板弹簧第一片折断)，会由于车桥移位倾斜，导致汽车跑偏。,2、异响（1）现象：在行驶过程中，特别是道路颠簸、突然制动、转弯时从悬架部位发出噪声。（2）原因：减振器漏油，油量不足；活塞与缸筒磨损，配合松旷；连接部位脱落或橡胶隔套损坏；铰链点磨损、老化或损坏；弹簧折断等。,6、独立悬架系统的常见故障 1）现象（1）异响，尤其在不平路面上转弯时；（2）车身倾斜，汽车在转弯时车身过度倾斜等；（3）前轮定位参数改变；（4）轮胎异常磨损；（5）车辆摆振及行驶不稳。2）原因（1）螺旋弹簧弹力不足；（2）稳定杆变形；（3）上、下摆臂变形；（4）连接部位脱落或橡胶隔套损坏；（5）各铰接点磨损、松旷。,
