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1、汽车悬架系统引言悬架是现代汽车的重要总成之一。它是车架与车桥之间的一切传力连接装置的总称。典型的悬架结构由弹性元件、导向机构以及减震器等组成，个别结构则还有缓冲块、横向稳定杆等。弹性元件又有钢板弹簧、空气弹簧、螺旋弹簧以及扭杆弹簧等形式，而现代轿车悬架多采用螺旋弹簧和扭杆弹簧，个别高级轿车则使用空气弹簧。汽车悬架包括弹性元件，减振器和传力装置等三部分，这三部分分别起缓冲，减振和力的传递作用。弹性元件用力传递垂向力，并缓和由路面不平度引起的冲击和振动。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
2、没有减振作用。减振器指液力减振器，是为了加速衰减车身的振动，它是悬架机构中最精密和复杂的机械件。传力装置是指车架的上下摆臂等刚架、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(或车身)有确定的相对运动规律。一悬架结构、作用、类型（1）结构。悬架主要由弹性元件。减震器和导向装置三部分组成，一些悬架还设有辅助弹性元件、横向稳定器等，它们分别起到缓冲、减震、导向和力的传递等作用。（2）主要作用。 悬架的主要作用是把车架与车桥弹性地连接在一起，吸收和缓和路面对车架的冲击，衰减由此引起的承载系统的振动，把路面作用于车轮上的垂直反力（支承力）、纵向反力（驱动力和制动力）和侧向反力以及这
3、些反力所形成的力矩传递到车架上，以保证汽车平顺地行驶和乘坐的舒适。（3）类型。 按悬架构造的不同，通常可分为独立悬架和非独立悬架。独立悬架的车桥做成断开式的，每一侧的车轮单独地通过弹性悬架悬挂在车架的下面。非独立悬架是用一根整体式车桥连接两侧的车轮，车轮连同车桥一起通过弹性悬架悬挂在车架的下面。一些汽车悬架使用螺旋弹簧作为弹性元件，需加设横向稳定器。根据汽车两侧车轮运动是否相互关联, 汽车悬架可分为非独立悬架和独立悬架两种型式。非独立悬架的结构特点是汽车两侧车轮分别安装在一根整体式的车轴两端, 车轴则通过弹性元件与车架相连接。这种悬架当一侧车轮因道路不平而跳动时, 将要影响另一侧车轮的工作,
4、因此称为非独立悬架或相关悬架。独立悬架则是两侧车轮分别安装在断开式的车轴两端, 每段车轴和车轮单独弹性元件与车架相连。这样当一侧车轮跳动时, 对另一侧车轮不产生影响, 因此称为独立悬架。 独立悬架的前轮可调整其定位, 故在轿车上被广泛应用, 而非独立悬架因结构简单、制造和维修方便, 故中、重型汽车普遍采用。二、弹性元件汽车悬架所用的弹性元件可分为钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧、气体弹簧和橡胶弹簧等。一般载货汽车的独立悬架广泛采用钢板弹簧;大多数轿车的独立悬架应用螺旋弹簧和扭杆弹簧;而在重型载货汽车上气体弹簧得到广泛的应用。从截断面上看，扭杆弹簧有园形、管形、矩形、叠片及组合式等。使用最多是园形扭
5、杆，它呈长杆状，两端可以加工成花键、六角形等，以便将一端固定在车架而另一端通过控制臂固定在车轮上。扭杆用合金弹簧钢做成，具有较高的弹性，既可扭曲变形又可复原，实际上起到螺旋弹簧相同的作用，只不过表现形式不一样而已。汽车运行时，车轮受地面凹凸的影响上下运动，控制臂也会随之上升或下降。当车轮向上时控制臂上升，使扭杆被迫扭转变形，吸收冲击能量。当冲击力减弱时，杆的自然还原能力能迅速恢复到它原来的位置，使车轮回到地面，避免车架受到颠簸。扭杆弹簧能够储存较大的能量，比相等应力的螺旋弹簧和钢板弹簧大得多。杆越短越粗，刚度也越大。一般来讲，三种弹簧比较，扭杆弹簧单位重量的储能量较大，且占用的空间位置最小，易
6、于布置，还可以适度调整车身的高度，所以不少乘用车悬挂采用扭杆弹簧。厂家在制造扭杆弹簧时施加了预应力，增大疲劳强度。由于预应力是有方向的，所以扭杆弹簧也是有方向的。扭杆弹簧标记有左边或右边，用来识别安装在哪一侧。1. 钢板弹簧顾名思义，钢板弹簧就是用钢板做弹簧，它又称为叶片弹簧。为了充分利用材料，钢板弹簧做成接近于应力梁的形式。它有两种类型，一种是等厚度，宽度呈现两端狭，中间宽。传统的多片迭成的钢板弹簧就是这一类型，这种钢板弹簧是由多片长度不等，宽度一样的钢片所迭成，现在的大客车、货车多数使用这种钢板弹簧。另一种是等宽度，厚度呈现两端薄，中间厚。现在常见的少片钢板弹簧就是这一类型，少片钢板弹簧是
7、指只有14片的变截面钢板弹簧，变截面钢板弹簧是指沿钢板长度方向中心较厚向两端逐渐变薄，或者片宽和片厚均渐变化的钢板弹簧。多用于轻型汽车，现在一些大中型客车也趋向于使用这一类钢板弹簧。钢板弹簧的中部通过U型螺栓（又称骑马螺栓）固定在车桥上，两端的卷耳用销子铰接在车架的支架上。这样，通过钢板弹簧将车桥与车身连接起来，起到缓冲、减振、传力的作用。多片钢板弹簧的各片钢板迭加成倒三角形状，最上端的钢板最长，最下端的钢板最短，钢板的片数与支承汽车的重量和减震效果相关，钢板越多越厚越短，弹簧刚性就越大。但是，当钢板弹簧挠曲时，各片之间就会互相滑动摩擦产生噪声。摩擦还会引起弹簧变形，造成行驶不平顺。因此，在承
8、载量不是很大的汽车上，就出现了少片钢板弹簧，以消除多片钢板弹簧的缺陷。有些少片钢板弹簧仅用一片钢板弹簧，它与多片钢板弹簧相比除了减少噪声和不会摩擦外，还可以节省材料，减轻重量，便于布置，降低整车高度，具有良好的平顺性。少片钢板弹簧的钢板截面变化大，从中间到两端的截面是逐渐不同，因此轧制工艺比较复杂。为了减轻重量和轧制工艺难度，近年出现了一种纤维增强塑料（FRP）代替钢板，可减小重量一半以上。这种纤维增强塑料是由玻璃纤维制成，用聚酯树脂聚合在一起。据计算一般的单片钢板弹簧每副重量约1120公斤，而纤维增强塑料弹簧每副重量约4公斤左右，而且行驶平稳，噪声很低。钢板弹簧：多用于厢式车及卡车，由若干片
9、长度不同的细长弹簧片组合而成。它比螺旋弹簧结构简单，成本低，可紧凑地装配于车身底部，工作时各片间产生摩擦，因此本身具有衰减效果。但如果产生严重的干摩擦，就会影响吸收冲击的能力。重视乘坐舒适性的现代轿车很少使用。钢板弹簧 钢板弹簧又叫叶片弹簧，它是由若干不等长的合金弹簧片叠加在一起组合成一根近似等强度的梁。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，可促使车架的振动衰减。各片间的干摩擦，车轮将所受冲击力传递给车架，且增大了各片的摩损。所以在装合时，各片间涂上较稠的润滑剂（石墨润滑脂），并应定期保养。 钢板弹簧本身还兼起导向机构的作用，可不必单设导向装置，使结构简化，并且由于弹簧各片之
10、间摩擦引起一定减振作用。有些高级轿车的后悬架采用钢板弹簧作弹性元件。目前一些国家汽车上采用变厚度的单片或二至三片的钢板弹簧，可以减少片与片间的干摩擦，减小动刚度，还提高使用应力，同时减轻重量。钢板弹簧是汽车悬架中应用最广泛的一种弹性元件。它由若干片长度不等、曲率半径不同、厚度相等或不等的弹簧钢片叠合在一起组成的一根近似等强度的弹性梁。 钢板弹簧的中部一般由U形螺栓与车桥刚性固定, 其两端用钢板弹簧销铰接在车架的支架上。为加强第一片的卷耳, 常将第二片末端也弯成卷耳, 把第一片卷耳包住。弹簧受压变形时为防止它们之间产生相对滑动, 在第一片与第二片卷耳之间留有较大的空隙。在车架加载弹簧变形时, 钢
11、板弹簧各片之间产生相对滑动进而产生摩擦，此时钢板弹簧本身具有一定的减振作用。如果钢板弹簧各片之间干摩擦时, 轮胎所受到的冲击要直接传给车架, 并直接使钢板弹簧各片磨损, 故安装钢板弹簧时, 应在各片之间涂上适量的石墨润滑剂。为了进一步改善弹簧钢板的受力状况, 可采用不同形状的断面。矩形断面钢板弹簧结构简单, 但受拉应力一面的棱角处易产生疲劳裂纹。采用上下不对称的横断面, 由于断面抗弯的中性轴线上移, 不但可减小拉应力, 而且节省了材料。钢板弹簧端部有三种结构型式。2螺旋弹簧螺旋弹簧 螺旋弹簧是用弹簧钢钢棒料卷制而成，它们有刚度不变的圆柱形螺旋弹簧和刚度可变的圆锥形螺旋弹簧。 螺旋弹簧大多应用在
12、独立悬架上， 尤以前轮独立悬架采用广泛。有些轿车后轮非独立悬架也有采用螺旋弹簧作弹性元件的。由于螺旋弹簧只承受垂直载荷，它用做弹性元件的悬架要加设导向机构和减振器。它与钢板弹簧相比具有不需润滑，防污性强，占用纵向空间小，弹簧本身质量小的特点，因而现代轿车上广泛采用。螺旋弹簧：是现代汽车上用得最多的弹簧。它的吸收冲击能力强，乘坐舒适性好；缺点是长度较大，占用空间多，安装位置的接触面也较大，使得悬架系统的布置难以做到很紧凑。由于螺旋弹簧本身不能承受横向力，所以在独立悬架中不得不采用四连杆螺旋弹簧等复杂的组合机构。出于乘坐舒适性的考虑，希望对于频率高且振幅小的地面冲击，弹簧能表现得柔软一点，而当冲击
13、力大时，又能表现出较大的刚性，减小冲击行程，因此需要弹簧同时具有两种甚至两种以上的刚度。可采用钢丝直径不等的弹簧或螺距不等的弹簧，它们的刚度随负载的增加而增加。螺旋弹簧 螺旋弹簧形似螺旋线而得名，具有重量小且占位置少的优点，当路面对轮子的冲击力传来时，螺旋弹簧产生变形，吸收轮子的动能转换为螺旋弹簧的位能（势能），从而缓和了地面的冲击对车身的影响。钢板弹簧的中部通过U型螺栓（又称骑马螺栓）固定在车桥上，两端的卷耳用销子铰接在车架的支架上，通过钢板弹簧将车桥与车身连接起来，当路面对轮子的冲击力传来时，钢板产生变形，起到缓冲、减振的作用。扭杆弹簧一端与车架固定连接，另一端与悬架控制臂连接，通过扭杆的
14、扭转变形达到缓冲作用。在三种弹簧中，螺旋弹簧和钢板弹簧都是常见的汽车弹簧，它们的作用比较好理解。而许多人对扭杆弹簧的形状与作用则不太明了。螺旋弹簧广泛地应用于前独立悬架。螺旋弹簧与钢板弹簧相比,具有无需润滑, 不忌泥污, 所占纵向空间不大，螺旋质量小等优点。螺旋弹簧本身没有减振作用, 因此在螺旋弹簧悬架中必须另装减振器。此外, 螺旋弹簧只能承受垂直载荷，故必须装设导向机构以传递垂直力以外的各种力和力矩。螺旋弹簧常用弹簧钢棒料卷制而成, 可做成等螺距或变螺距的，前者刚度不变, 后者刚度是可变的。2. 扭杆弹簧3. 扭杆弹簧：是利用具有扭曲刚性的弹簧钢制成的长杆。一端固定于车身，一端与悬架上臂相连
15、，车轮上下运动时，扭杆发生扭转变形，起到弹簧的作用。扭杆弹簧总成用铬钒合金弹簧钢制成，它的表面经过加工很光滑。通常为保护扭杆表面，在其上涂有环氧树脂，并包一层玻璃纤维，再涂一层环氧树脂，最后涂上沥青和防锈油漆，以防摩蚀和损坏表面，从而提高扭杆弹簧的使用寿命。 扭杆弹簧在制造时，经热处理后施加一定的扭转力矩载荷，使它有一个永久变形，而具有一定的预应力，这样可以在实际工作中减小工作时的实际应力，有利于延长扭杆弹簧的寿命。但应注意左右扭杆由于施加应力有方向性，装在车上后承受工作载荷时扭转的方向应与所预加在扭杆上的扭转方向相一致，因而左右扭杆做有标记，安装时应加以注意。 采用扭杆弹簧做弹性元件的悬架要
16、设导向机构和减振器。扭杆弹簧与钢板弹簧相比质量轻于钢板弹簧，而且不需润滑，保养维修简便。 扭杆弹簧是一根具有扭转弹性的直线金属杆件。其断面一般为圆形, 少数为矩形或管形。它的两端可以做成花键、方型、六角形或带平面的圆柱等, 以便将一端固定在车架上, 另一端通过摆臂固定在车轮上。当车轮跳动时，摆臂便绕着扭杆轴线而摆动, 使扭杆产生扭转弹性变形, 借以保证车轮与车架的弹性联系。有的扭杆由一些矩形断面的薄扭片组合而成, 这样弹簧更为柔软。扭杆本身的扭转刚度虽然是常数, 但采用扭杆的悬架刚度却是可变的。若将扭杆的固定端转过一个角度, 则摆臂的初始位置将改变,借以可调节车架与车轮间的距离，即调节车身高度
17、。扭杆是用锘钒合金弹簧钢制成, 表面经过加工后很光滑。为保护其表面, 通常涂以沥青和防锈油漆或者包裹一层玻璃纤维布, 以防碰撞、刮伤和腐蚀。扭杆具有预扭应力, 安装时左右扭杆预加扭转的方向都与扭杆安装在车上后承受工作载荷时扭转的方向相同, 不能互换, 为此，在左右扭杆上刻有不同的标记。扭杆弹簧与钢板弹簧相比较, 具有质量小, 不需润滑的优点。4.气体弹簧气体弹簧 气体弹簧主要有空气弹簧和油气弹簧两种。如下图所示。空气弹簧在轿车上有采用尤其在主动悬架中被采用。这种弹簧随着载荷的增加，容器内压缩空气压力升高，使其弹簧刚度也随之增加，载荷减少，弹簧压力也随空气压力减少而下降，因而这种弹簧有其理想的弹
18、性特性。我们知道，乘用车独立悬挂的弹性元件多用螺旋弹簧，非独立悬挂的弹性元件多用钢板弹簧。由于钢结构简单，使用可靠，钢板弹簧使用很广泛，例如一些越野车、皮卡或面包车。而大客车、货车则大多数是使用钢板弹簧。另一种是等宽度，厚度呈现两端薄，中间厚。现在常见的少片钢板弹簧就是这一类型，少片钢板弹簧是指只有14片的变截面钢板弹簧，变截面钢板弹簧是指沿钢板长度方向中心较厚向两端逐渐变薄，或者片宽和片厚均渐变化的钢板弹簧。多用于轻型汽车，现在一些大中型客车也趋向于使用这一类钢板弹簧。 气体弹簧是在一个密封的容器中充入压缩气体, 利用气体的可压缩性实现其弹性作用的。这种弹簧的刚度是可变的, 因为作用在弹簧上
19、 的载荷增加时, 容器内的定量气体气压升高, 弹簧的刚度增大。反之,当载荷减小时 ,弹簧内的气压下降, 刚度减小, 故它具有较理想的弹性特性。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0.51MPa），利用气体的可压缩性实现弹簧的作用。这种弹性元件叫空气弹簧，它分为囊式和膜式空气弹簧气体弹簧：利用气体的可压缩性代替金属弹簧。它最大的优点就是具有可变的刚度，随气体的不断压缩渐渐增加刚度，且这种增加是一个连续的渐变过程，而不象金属弹簧是分级变化的。它的另一个优点是具有可调整性，即弹簧的刚度和车身的高度是可以主动调节的。通过主副气室的配合使用，使弹簧可以处在两种刚度的工作状
20、态下：主副气室同时使用，气体容量变大，刚度变小，反之(只使用主气室)则刚度变大。气体弹簧刚度由计算机控制，在汽车高速、低速、制动、加速以及转弯等状态下，根据所需刚度进行调节。气体弹簧也有弱点，*压力变化控制车高必须装备气泵，还有各种控制附件，如空气干燥器，如保养不善会使系统内部生锈发生故障。另外如果不同时采用金属弹簧，一旦发生漏气，汽车将无法行驶。气体弹簧有空气弹簧和油气弹簧两种(1)空气弹簧 空气弹簧是利用压缩空气作弹簧的。根据压缩空气所用容器的不同, 又有囊式和膜式两种型式。囊式空气弹簧是由夹有帘线的橡胶气囊和密闭在其中的压缩空气所组成。气囊的内层用气密性好的橡胶制成, 而外层则用耐油橡胶
21、制成。气囊一般做成图示的两节, 节与节之间围有钢质的腰环, 使中间部分不致有径向扩张, 并防止两节之间相互摩擦。气囊的上下盖板将气囊密封。膜式空气弹簧的密闭气囊由橡胶膜片和金属压制件组成。(2)油气弹簧 在密闭的容器中充入压缩气体和油液, 利用气体的可压缩性实现弹簧作用的装置称油气弹簧。油气弹簧以惰性气体(氮气)作为弹性介质, 用油液作为传力介质, 一般是由气体弹簧和相当于液力减振器的液压缸所组成的。根据结构的不同, 油气弹簧分为单气室、双气室以及两级压力式等三种型式。空气弹簧和油气弹簧都同螺旋弹簧一样，只能承受轴向载荷，因此气体弹簧悬架中必须设置纵向和横向推力杆等导向机构, 同时还必须设有减
22、振器。气体弹簧可以通过专门的高度控制阀自动调节气室中的原始充气压力, 以调节车身与地面的高度。5.橡胶弹簧橡胶弹簧是利用橡胶本身的弹性来缓和冲击、减小振动的。它可以承受压缩载荷与扭转载荷。橡胶弹簧的优点是: 单位质量的储能量较金属弹簧多, 隔音性能好, 多用在悬架的副簧和缓冲块。三减振器汽车行驶中如受到冲击力，弹性元件受力后产生的振动将持续一段时间，直到冲击能量完全被耗尽为止，故乘坐舒适性差。现在，大多数汽车中都装有减振器。减振器和弹性元件是并联安装的。系统中由于弹性元件受冲击产生振动，为改善汽车行驶平顺性，悬架中与弹性元件并联安装减振器，为衰减振动，汽车悬架系统中采用减振器多是液力减振器，其
23、工作原理是当车架（或车身）和车桥间受振动出现相对运动时，减振器内的活塞上下移动，减振器腔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。在油液通道截面和等因素不变时，阻尼力随车架与车桥（或车轮）之间的相对运动速度增减，并与油液粘度有关。减振器与弹性元件承担着缓冲击和减振的任务，阻尼力过大，将使悬架弹性变坏，甚至使减振器连接件损坏。因面要调节弹性元件和减振器这一矛盾。 (1) 在压缩行程（车桥和车架相互靠近），减振器阻尼力较小，以便充分发挥弹性元件的弹性作用，缓和冲击。这时
24、，弹性元件起主要作用。(2) 在悬架伸张行程中（车桥和车架相互远离），减振器阻尼力应大，迅速减振。(3) 当车桥（或车轮）与车桥间的相对速度过大时，要求减振器能自动加大液流量，使阻尼力始终保持在一定限度之内，以避免承受过大的冲击载荷。 在汽车悬架系统中广泛采用的是筒式减振器，且在压缩和伸张行程中均能起减振作用叫双向作用式减振器，还有采用新式减振器，它包括充气式减振器和阻力可调式减振器。（1）主要作用。减振器的作用是吸收钢板弹簧起落时车辆的振动，使其迅速恢复平稳的状态, 以改善汽车行驶的平稳性（2）类型。 减振器根据作用所在行程的不同，可分为单向（只在伸张行程中起作用）作用式减振器和双向（在压缩
25、行程和伸张行程均起作用）作用式减振器；根据其减振介质不同，可分为液力减振器和油气减振器两种。目前，使用较多的是液力减振器。根据液力减振器的结构不同，又可分为摆臂式和筒式两种。（3）工作原理。汽主悬架系统中广泛采用液力减振器。其作用原理是利用液体流动的阻力来消耗振动的能量。当车架与车桥相对运动时, 活塞在缸筒上下移动, 减振器壳体内的油液便反复地从一个内腔通过一些窄小的孔隙流入另一内腔。此时孔壁与油液间的摩擦及液体分子内磨擦便形成对振动的阻尼, 使车身和车架的振动能量转化为热能而被油液和减振器壳体所吸收, 最后散到大气中去。减振器的阻尼力大小随车架与车桥的相对运动速度的增减而增减,并且与油液的粘
26、度有关。1双向作用筒式减振器双向作用筒式减振器示意图双向作用筒式减振器工作原理说明。在压缩行程时，指汽车车轮移近车身，减振器受压缩，此时减振器内活塞3向下移动。活塞下腔室的容积减少，油压升高，油液流经流通阀8流到活塞上面的腔室（上腔）。上腔被活塞杆1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，一部分油液于是就推开压缩阀6，流回贮油缸5。这些阀对油的节约形成悬架受压缩运动的阻尼力。减振器在伸张行程时，车轮相当于远离车身，减振器受拉伸。这时减振器的活塞向上移动。活塞上腔油压升高，流通阀8关闭，上腔内的油液推开伸张阀4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，
27、主使下腔产生一真空度，这时储油缸中的油液推开补偿阀7流进下腔进行补充。由于这些阀的节流作用对悬架在伸张运动时起到阻尼作用。由于伸张阀弹簧的刚度和预紧力设计的大于压缩阀，在同样压力作用下，伸张阀及相应的常通缝隙的通道载面积总和小于压缩阀及相应常通缝隙通道截面积总和。这使得减振器的伸张行程产生的阻尼力大于压缩行程的阻尼力，达到迅速减振的要求。双向筒式减振器。 液力减振器是在压缩和伸张行程中均能起减振作用的减振器，故称为双向作用式减振器。如仅能在伸张行程内起作用的，则称为单向作用式减振器。目前，使用较多的为双向作用式减振器。双向筒式减振器的基本工作原理：（a）压缩行程。当车轮与车架靠近时，减振器被压
28、缩，活塞由上往下运动，活塞下腔内的油压升高，推开流通阀进入活塞上腔室，在此过程中产生一定的阻尼效果，并由于上腔室的容积小于下腔室的容积，致使下腔室的油液不能全部流入上腔室，多出的油液推开压缩阀，通过阀杆上的径向孔流入储油筒。此时，补偿阀和伸张阀关闭。（b）伸张行程。当车轮与车架的距离被拉开时，活塞由下往上运动，使活塞上方的压力升高，上腔室的油液经活塞内圈孔（较流通阀的孔小）并推开伸张阀流入下腔室，此时阻尼效果较压缩行程时强。由于活塞上腔室的容积小于下腔室的容积，上腔室的油量不足以补充下腔室容积，致使储油缸内的油压高于下腔室的油压，补偿阀打开，储油缸筒内的油流入工作筒（活塞下腔室）。此时，流通阀
29、和压缩阀关闭。2 充气式减振器(1)充气式减振器 充气式减振器的结构特点是:在减振器缸筒的下部有一个浮动活塞, 使工作腔形成三个部分。在浮动活塞与缸筒一端形成的腔室中充入高压氮气; 浮动活塞的上面是减振器油液, 浮动活塞上装有大断面的O形密封圈，把油和气完全隔开, 形成封气活塞; 工作活塞上装有随其运动速度大小而改变通道截面积的压缩阀和伸张阀, 此二阀均由一组厚度相同, 直径不等, 由大到小而排列的弹簧钢片组成。当车轮跳动时, 减振器的工作活塞在油液中往复运动, 使工作活塞的上腔与下腔之间产生油压差, 压力油便推开压缩阀或伸张阀而来回流动。由于阀对压力油产生较大的阻尼力而使振动衰减。由于下腔高
30、压氮气的存在, 便可以利用氮气的膨胀和压缩, 借助浮动活塞的上下运动来补偿因活塞杆的进出而引起的缸筒容积的变化。 因此不再需要贮油腔, 当然也就不需要贮油缸筒了, 所以这种减振器也称为单筒式减振器。而前述的双向作用筒式减振器既有工作缸筒，又有贮油缸筒, 故亦称双筒式减振器。充气式减振器作为一种新型减振器, 与双向作用筒式减振器相比, 具有以下优点: 由于采用浮动活塞, 不需要贮油缸筒还减少了一套阀门系统, 使结构大为减化; 在防尘罩直径相同的条件下, 充气式减振器工作缸筒及活塞直径大, 可以产生更大的阻尼力; 减振器中的高压氮气能减少车轮遇到冲击力时产生的高频振动, 且有助于消除噪声; 充气式
31、减振器由于浮动活塞的存在, 消除了油液的乳化现象。充气式减振器的缺点是: 对油封要求高; 充气工艺复杂,修理困难; 当缸筒受到冲击而变形时, 减振器就不能工作。(2)阻力可调式减振器 阻力可调式减振器的悬架系统采用了刚度可变的空气弹簧。其工作原理是, 当汽车载荷增加时, 空气囊中的气压升高, 与之相通的气室内的气压也随之升高, 促使膜片向下移动与弹簧产生压力相平衡。同时, 膜片带动与它相连的柱塞杆和柱塞下移, 因而使得柱塞相对空心连杆上的节流孔的位置发生变化, 结果减小了节流孔的通道截面面积, 也就是减小了油液流经节流孔的流量, 从而增加了油液的流动阻力。当汽车载荷减小时, 柱塞上移, 增大了
32、节流孔的通道截面面积, 结果减小了油液的流动阻力, 达到了随汽车载荷的变化而改变减振器阻力的目的, 保证了悬架系统具有良好的振动特性。某些高级轿车上装用了阻力可调式减振器。四、非独立悬架非独立悬架特点是两侧车轮安装于一整体式车桥上，当一侧车轮受冲击力时会直接影响到另一侧车轮上，当车轮上下跳动时定位参数变化小。若采用钢板弹簧作弹性元件，它可兼起导向作用，使结构大为简化，降低成本。目前广泛应用于货车和大客车上，有些轿车后悬架也有采用的。非独立悬架由于非簧载质量比较大，高速行驶时悬架受到冲击载荷比较大，平顺性较差。非独立悬架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悬挂在
33、车架或车身的下面。非独立悬架具有结构简单、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较差，在现代轿车中基本上已不再使用，多用在货车和大客车上。 一般载货汽车均采用钢板弹簧作为弹性元件的非独立悬架, 因钢板弹簧既有缓冲、减振的功能, 又起传力和导向的作用, 使得悬架结构大为简化。而采用螺旋弹簧或气体弹簧则需要有较复杂的导向机构。1.纵置板簧式非独立悬架日本日野K2汽车的后悬架。它采用纵置板簧式非独立悬架结构。在板簧式非独立悬架中, 钢板弹簧一般是纵向安置的, 它与车桥的连接绝大多数是用两个U形螺栓, 将钢板弹簧的中部刚性地固定在车桥上部。 钢板弹簧两端通过
34、钢板弹簧销与车架支座活动饺接,以起传力和导向作用。由于载货汽车后悬架载质量变化较大, 为了保持悬架的频率不变或变化不大, 广泛地在后悬架中采用后副钢板弹簧总成立。副钢板弹簧总成一般装在主钢板弹簧总成上方, 当后悬架负荷较小时, 仅由主钢板弹簧起作用。在负荷增加到一定程度时, 副钢板弹簧总成与车架上的支架接触, 开始起作用。此时, 主、副钢板弹簧一起工作, 一起承受载荷, 使悬架刚度增大, 保证车身振动频率不致因载荷增加而变化过大。钢板弹簧变形时, 为保证车架两端与钢板弹簧连接的卷耳间的距离有伸缩的余地, 钢板弹簧后端与车架的连接通常采用了以下几种结构型式:a)吊耳支架式, 解放CA1091载货
35、汽车前悬架采用。b)滑板支承式, 东风EQ1090E载货汽车前悬架采用。c)橡胶块支承式, 一汽早期生产的2.5t越野汽车CA30A前悬架采用。2.螺旋弹簧非独立悬架因为螺旋弹簧作为弹性元件，只能承受垂直载荷，所以其悬架系统要加设导向机构和减振器。螺旋弹簧非独立悬架一般只用作轿车的后悬架。一汽红旗CA7220型轿车后悬架。减振器下端是吊耳, 通过螺栓、自锁螺母和后桥相连。减振器外面装有防尘罩, 保护套下端装有弹簧下座, 保护套上端装有限位块。减振环、弹簧上座和螺旋弹簧就固定在弹簧上、下座和之间。弹簧上座上端有座圈孔, 弹簧上座橡胶支承就装在里边。减振器的活塞杆由弹簧上座和弹簧上座橡胶支承中间的
36、通孔穿出,然后将自锁螺母拧入减振器活塞杆上的螺纹, 将活塞杆上部固定在弹簧上座上。弹簧上座法兰上有四个螺栓孔, 以便通过螺栓、自锁螺母固定在和车身相连的连接件上。后悬架中, 导向元件横向推力杆,下连后桥, 上连车身, 用来传递车桥和车身之间的横向作用力及其力矩。加强杆也是下连车桥, 上连车身, 此杆的作用是加强横向推力杆的安装强度, 并可减轻车重和使车身受力均匀。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，满载时车身则被压得很低，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，矿山及大型客车要求 其空车与满载时的车身高度变化不大；
37、对于轿车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。空气弹簧非独立悬架可以满足要求。 空气弹簧非独立悬架 囊式空气弹簧的上下端分别固定在车架和车桥上。从压气机产生的压缩空气经油水分离器和压力调节器进入贮气筒。压力调节器可使贮气筒中的压缩空气保持一定的压力。储气罐通过管路与两个空气弹簧相通。储气罐和空气弹簧中的空气压力由车身高度控制阀控制。空气弹簧和螺旋弹簧一样只能传递垂直力; 其纵向力和横向力及其力矩也是由纵向推力杆和横向推力杆来传递。采用空气弹簧悬架时, 可以通过车身高度控制阀来改变空气弹簧内的空气压力, 从而自动调节车身高
38、度, 以保证车身高度不因载荷变化而变化。4.油气弹簧非独立悬架上海SH3504自卸汽车的油气弹簧非独立悬架。油气弹簧的两端分别固定在前桥上的支架和纵梁上的支架上。左、右两侧各有一根下纵向推力杆, 装在前桥和纵梁之间。一根上纵向推力杆安装在前桥上的支架和纵梁的内侧支架上。上、下两纵向推力杆构成平行四边形,既可传递纵向力, 承受制动力引起的反作用力矩, 又可保证车轮上下跳动时主销后倾角不变, 有利于汽车操纵的稳定性。一根横向推力杆装在左侧纵梁与前桥右侧的支架上, 传递侧向力。在两纵梁下面装有缓冲块, 以避免在很大的冲击载荷下前桥直接碰撞车架。采用油气弹簧的非独立悬架具有变刚度特性, 特别适合应用在
39、其道路条件和装载条件都很恶劣的工地和矿山上的大型自卸汽车上。五、独立悬架 独立悬架的结构特点是两侧的车轮各独自立地与车架或车身弹性连接。与非独立悬架相反, 独立悬架很少用钢板弹簧作为弹性元件, 而多采用螺旋弹簧和扭杆弹作为弹性元件, 因而具有导向机构。独立悬架具有以优点: 悬架弹性元件的变形在一定的范围内，两侧车轮可以单独运动而互不影响, 这样可减少车架和车身在不平道路上行驶时的振动, 而且有助于消除转向轮不断偏摆的现象; 减轻了汽车上非弹簧承载部分的质量(非簧载质量), 从而减小了悬架所受到的冲击载荷, 可以提高汽车的平均行驶速度; 由于采用断开式车桥, 发动机位置可降低和前移并使汽车重心下
40、降, 有利于提高汽车行驶的稳定性。同时能给予车轮较大的上下运动空间, 悬架刚度可设计得较小, 使车身振动频率降低, 以改善行驶平顺性; 可保证汽车在不平道路上行驶时, 车轮与路面有良好的接触, 增大了驱动力。此外具有特殊要求的某些越野汽车采用独立悬架后, 可增大汽车的离地间隙。提高了汽车的通过性能。独立悬架按车轮的运动形式可分为横臂式独立悬架(车轮在汽车横向平面内摆动的悬架)、纵臂式独立悬架(车轮在汽车纵向平面内摆动的悬架)、烛式和麦弗逊式悬架(车轮沿主销移动的悬架)三种类型。 1.横臂式独立悬架横臂式独立悬架分为单横臂式独立悬架和双横臂式独立悬架两种。(1)单横臂式独立悬架 采用单横臂式独立
41、悬架的车轮上下运动时，车轮平面将产生倾斜而改变轮距的大小, 并使主销内倾角及车轮外倾角均发生较大变化。轮距变化使轮胎产生横向滑移，破坏轮胎与地面的附着，因此这种悬架很少在转向轮中采用。（2）双横臂式独立悬架 这种悬架的两个横臂长度可以相等, 也可以不相等。等臂长的双横臂式独立悬架在车轮上下跳动时，虽然车轮平面不发生倾斜, 却会使轮距发生较大的变化。这将使车轮产生横向滑移。不等臂长的双横臂式独立悬架若两臂长度选择合适，则可以使主销角度与轮距的变化均不过大，因此不等臂长的双横臂式独立悬架在轿车的前轮上应用较为广泛。2.纵臂式独立悬架(1)单纵臂式独立悬架 单纵臂式独立悬架在车轮上下运动时, 主销后
42、倾角会产生很大变化, 一般不用在前悬架中。 (2) 双纵臂式独立悬架 这种悬架的两个纵臂长度一般做成相等, 形成平行四连杆机构。这样可使车轮上下运动时，主销后倾角不变, 因而这种型式的悬架适用于转向轮。3车轮沿主销移动的悬架车轮沿主销移动的悬架包括两种型式: 一种是车轮沿固定不动的主销轴线移动的烛式独立悬架；另一种是车轮沿摆动的主销轴线移动的麦弗逊式式独立悬架。(1)烛式独立悬架 转向节主销在固定与车身上的圆筒内往复运动, 同时安装在圆筒内的弹簧支承在与主销相连的弹簧座上, 与主销一起上下移动以缓和冲击。当悬架变形时，主销的定位角不会发生变化, 仅轮距、轴距稍有改变，有利于汽车的转向操纵和行驶
43、稳定性,常用于微型轿车上。缺点是侧向力全部由套在主销上的长套筒承受, 套筒与主销之间的摩擦阻力大, 磨损严重。（2）麦弗逊式悬架 这种悬架是车轮沿摆动的主销轴线移动。横摆臂以球铰链与转向节相连接。外面套有螺旋弹簧的减振器上端通过螺栓与橡胶垫圈与车身相连接, 下端固定在转向节上。主销的轴线为上下铰链中心的联线。当车轮上下跳动时, 因减振器的下支点随横摆臂摆动, 故主销轴线的角度是变化的, 显然车轮是沿着摆动的主销 轴线运动。因此, 这种悬架变形时, 使主销的定位角和轮距都有些变化。合理地调整杆系的布置, 可使车轮的这些定位参数变化极小。这种悬架的突出优点是两前轮内侧空间较大, 便于发动机等机件的
44、布置。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。一汽红旗CA7220、奥迪100、捷达、高尔夫及上海桑塔纳轿车均采用麦弗逊式独立悬架。六、多轴汽车的平衡悬架多轴汽车的全部车轮如果都是单独刚性地悬挂在车架上, 则在不平道路上行驶时将不能保证所有的车轮同时接触地面。当有弹性悬架而道路不平度较小时
45、, 虽然不一会出现车轮悬空现象，但各个车轮间的垂直载荷分配比例会有很大的改变。当车轮垂直载荷小甚至为零时，车轮对地面的附着力也将随之变小甚至等于零。在这种情况下, 转向车轮将使汽车操纵能为大大降低以致失去操纵; 驱动车轮不能产生足够的(甚至为零)驱动力; 此外, 一个车轮上垂直载荷减小, 将引起其他车轮上垂直载荷的增加, 严重时还会发生车桥及车轮超载的危险。为解决这一问题, 理论上, 全部车轮均采用独立悬架, 可以保证所有车轮与地面的良好接触, 但将使汽车结构变得相当复杂。为此, 常采用多轴汽车的平衡悬架解决这一主问题。若将两个车桥(如三轴汽车的中桥和后桥)装在两根平衡杆的两端, 而将平衡杆中
46、部与车架铰链。这样, 当一个车桥抬高将使另一车桥降低。如果平衡杆两臂等长, 则两个车桥上的垂直载荷在任何情况下都会相等。这种能保证中、后桥车轮垂直载荷相等的悬架，称为平衡悬架。一. 电子控制悬架悬架的电子控制系统能够根据汽车的瞬时驾驶条件自动调节悬架组件的性能，即通过各种传感器对汽车的运行状况进行检测，当车载计算机收到传感器检测到的转向和制动状况信号后，能自适应地处理车辆的侧倾、前后仰，并自动调整减振器阻尼力的控制系统。它能防止车体倾斜并提高车轮的地面附着力。其结果是使汽车更易于控制，具有更好的操纵响应性。1. 气动弹簧在不同的搭载条件下，如拖拽一个拖车装置或增加行李或乘员的情况下，气动弹簧能
47、够自动保持一贯的车辆乘坐高度。一个高度传感器对乘坐基准高度进行测量，当需要时，空气压缩机通过对气动弹簧进行充气或放气维持自动调节来保持车辆的乘坐高度。其结果是增加了操纵性和汽车大灯照明的连贯性。2.双阻尼缓冲装置这一具有创新意义的系统能够在瞬间完成车辆驾驶由软到硬的变化，从而进一步提高了汽车可控性。采用先进技术的传感器装置对驾驶者的转向、制动和加速进行监测。在快速加速、强烈制动和打弯的过程中，该系统将自动将缓冲装置转换到“坚固”设置，以减少在非此状态下经常出现的汽车的升浮、栽头或横向摇振的程度。其结果是使汽车具有了更好的可控性。装备在电子悬架内的传感器也可以监测车轮垂直运动率。当车轮垂直运动率
48、超过预先设置值时，缓冲装置将自动调节到“坚固”设置，以实现车身在悬架上“上跳”和“下垂”的最小化。二. 速度控制动力转向自从1950年以来，动力转向装置就开始在汽车上装备，以使汽车停放和低速行驶时的调动更加容易。而现代汽车上应用的速度控制转向提供了根据汽车的速度自动调节转向力的特性。它由电子装置控制，在低车速情况下，动力辅助转向提供较大的动力辅助，使汽车停放和市区路况下行驶所需的转向力最小；当车速提高时，通过速度传感器的判断，电子控制的动力转向辅助力精确地逐渐减少，随着动力转向辅助力的减少，驾驶者需施加的转向力逐渐增大，增加了在公路速度下驾驶者与道路的“交流”，并减少了高速行驶时意外动作造成汽车行驶方向错误的可能性。汽车的固有频率是衡量汽车平顺性的重要参数，它由悬架刚度和悬架弹簧支承的质量（簧载质量）所决定。人体所习惯的垂直振动频率约为11.6Hz。车身振动的固有频率应接近或处于人体适应的频率范围，才能满足舒适性要求。悬架系的检测与诊断汽车行驶时，悬架系工作条件恶劣，既传递驱动力、制动力及其他力矩，又承受整车载荷及路面的冲击。因此，在汽车长时间工作后，其悬架系的某些杆件将不同程
