4.文献查阅概况 4.1底盘悬挂系统的定义及作用
底盘悬挂系统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。 4.2.底盘悬挂系统的基本构成
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。
4.2.1弹性元件
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。
4.2.2减振器
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。
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。
4.2.3传力装置
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。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。
4.3对底盘悬挂系统的基本要求:
1)保证汽车有良好的行驶平顺性。 2)具有合适的衰减振动的能力。 3)保证汽车具有良好的操纵稳定性。
4)汽车制动或加速时,要保证车身稳定,减少车身纵倾,转弯时车身侧倾角要合适。 5)有良好的隔声能力。
6)结构紧凑,占用空间尺寸要小。
7)可靠的传递车身与车轮之间的各种力和力矩,在满足零部件质量要小的同时,还要保证有足够的强度的寿命。 4.4底盘悬挂系统的发展现状
一般说来汽车的悬挂系统分为二种即非独立悬挂和独立悬挂,由于人们对车子操控性与乘坐舒适性的要求越来越高,所以非独立悬挂系统已渐渐淘汰。乘用车的前悬挂绝大多数为独立悬挂,形式一般是麦弗逊式、多连杆、双叉臂或双横臂式。麦弗逊式是当今最为流行的独立悬挂之一。
4.4.1非独立悬挂系统
非独立悬挂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挂系统悬挂在车架或车身的下面。非独立悬挂系统具有结构简单、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。
非独立悬挂系统的优点:?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。?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。?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。非独立悬挂系统的缺点:?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。?因构造简单使设计的自由度小,操控的安定性较差。
4.4.2独立悬挂系统
独立悬挂系统是每一侧的车轮都是单独地通过弹性悬挂系统悬挂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,独立悬挂系统存在着结构复杂、成本高、维修不便的缺点。现代轿车大都是采用独立式悬
挂系统,按其结构形式的不同,独立悬挂系统又可分为横臂式、纵臂式、多连杆式、烛式以及麦弗逊式悬挂系统等。 4.4.2.1麦弗逊式悬挂系统 麦弗逊悬架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振器以及A字下摆臂组成。减振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,并且可以通过对减振器的行程、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。下面详细的介绍一下麦弗逊悬架。 1)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。 2)麦弗逊悬架的优缺点 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,由于减振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。
3)麦弗逊悬架在车型上的应用
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。在国内市场,麦弗逊悬架也是众多车型的首选悬架,其中最新应用麦弗逊前悬架的车型有上海通用别克新君威、新君越、北京现代ix35、一汽大众高尔夫6、比亚迪F0等车型。从这我们也能看出麦弗逊悬架应用的广泛,微型车、紧凑型车、中级车以及SUV车型上,都能见到麦弗逊悬架的身影。而德国跑车的代表保时捷911也同样全系采用麦弗逊悬架,这足以表现出麦弗逊悬架应用的广泛。
4)由麦弗逊悬架衍生出来的悬架
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。下面是两种由麦弗逊悬架衍生出来的悬架:
(1)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
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