詳細圖解主流汽車懸掛

很多消費者在選擇汽車時考慮更多的是外形、內飾,也有部分消費者是過度關注發動機的各種參數,而極少有人關注對整車性能至關重要的懸掛技術含量。因此常聽到有消費者抱怨車子「發飄」、「轉向時速度不敢過快、擔心側翻」、「路況稍一不好、就感覺顛簸」等等。出現這種情況的原因很多,但最重要的因素恐怕還要在懸掛方面找原因。懸掛如同汽車的基座,即使汽車的外形再漂亮,內飾再高檔,如果懸掛系統技術水平低下,那麼就別指望這個車子有很好的操控和舒適的乘坐感覺。

汽車懸掛動畫而汽車廠商的說明書車書對懸掛不是一筆帶過,就是懸掛名稱五花八門,讓一些想了解懸掛系統的消費者也不知所從。我們今天就目前汽車所採用的一些主要懸掛系統進行介紹,以增加消費者這方面的知識。橫臂式獨立懸掛代表車型:廣本雅閣、奧德賽……就是車輪在汽車橫向平面內擺動的獨立懸掛系統。按照橫臂的數量又分為雙橫臂和單橫臂兩種。在國內熱銷了10多年的廣本雅閣的前懸掛就是雙橫臂懸掛。這種懸掛在成本和操控性之間取得了較完美的平衡,是本田比較喜歡使用的一種懸掛,奧德賽的四輪全部採用這種懸掛。不過使用這種懸掛最多的當屬F1賽車了。

 雙橫臂式懸掛

不等臂懸掛評價:橫臂式懸掛的優點是摩擦較小,能夠兼顧懸掛的剛度和對震動的緩衝,所以採用這種懸掛的車子對路面的震動過濾的非常快,舒適度沒的說,但零件較多,具有獨立懸掛的明顯缺點,對汽車側傾的控制不夠好,如果在轉速過快、側向風較大等情況下容易翻車。

雙橫臂雙叉臂懸掛雙叉臂式懸掛雙叉臂式懸掛又稱雙A臂式獨立懸掛,雙叉臂懸掛擁有上下兩個叉臂,橫向力由兩個叉臂同時吸收,支柱只承載車身重量,因此橫向剛度大。雙叉臂式懸掛的上下兩個A字形叉臂可以精確的定位前輪的各種參數,前輪轉彎時,上下兩個叉臂能同時吸收輪胎所受的橫向力,加上兩叉臂的橫向剛度較大,所以轉彎的側傾較小。雙叉臂式懸掛通常採用上下不等長叉臂(上短下長),讓車輪在上下運動時能自動改變外傾角並且減小輪距變化減小輪胎磨損,並且能自適應路面,輪胎接地面積大,貼地性好。從結構上來看,雙叉臂式懸架和麥弗遜式懸架有著緊密的血緣關係,它們的共同點為:下控制臂都由一根V字形或A字形的叉形控制臂構成,液壓減震器充當支柱支撐整個車身。不同處則在於雙叉臂式懸架多了一根連接支柱減震器的上控制臂,這樣一來有效增強了懸架整體的可靠性和穩定性。其實雙叉臂式懸架還有一個有趣的名字——雙願骨式懸架(Double wish bone)。據說這個有趣的名字來源於西方聖誕節上人們喜歡吃的一種火雞的骨頭,當人們開始吃的時候要對火雞身上一根類似V字形的骨頭許願,而這根骨頭就叫願骨(Wish bone)。因為在雙叉臂懸架結構中有兩根「願骨」,故得名雙願骨式懸架。

第八代雅閣的雙叉臂式懸架

『典型的雙橫臂式懸掛結構圖』

『雙叉臂懸掛結構』主要優點:橫向剛度大、抗側傾性能優異、抓地性能好、路感清晰;主要缺點:製造成本高、懸架定位參數設定複雜;適用車型:運動型轎車、超級跑車以及高檔SUV前後懸架。歷史雙叉臂懸架的靈感來源於麥弗遜式懸架。從結構上來看,麥弗遜懸架只有一根下控制臂和一根支柱式減震器,結構上的最簡單化使它的組成部件通常要一專多能。例如支柱減震器需充當轉向主銷,除要承受車輛本身的重量外,還要應對來自於路面的抖動和衝擊。如果車輛在運動中,一側的麥弗遜懸架受到慣性壓縮,那麼車輪的外傾角變化將增大,於是懸架越是壓縮得厲害,這種形變就越是難以得到控制。所以麥弗遜懸架的應用範圍多為小型或中型轎車,車型級別再往上走,結構簡單的麥弗遜懸架便會有些力不從心了。要改善麥弗遜懸架「脆弱」的特點,就有必要在懸架的組成結構上進行調整。由於麥弗遜懸架只有下控制臂和支柱減震器兩個連接部件,這樣一來就形成了一個「L」形的結構,如果能在「L」形頂端再增加一根控制臂,那麼懸架的結構將得到加強。於是通過對麥弗遜懸架植入上控制臂,雙叉臂式懸架結構便應運而生。雙叉臂懸架相對麥弗遜懸架在物理學特性上的改變顯而易見:當一側懸架因慣性收縮時,車輪的外傾角變化也相對較小,不過車輪外傾角的變化大小還可以通過改變上下控制臂的相對長度來改善。因此,工程師在設計和匹配雙叉臂懸架時自由度更大,更能針對汽車的某一種特性如運動或舒適性作出最為合理的調校。事實上,在車輛的底盤設計之初,設計師便開始考慮如何在底盤上布置複雜的懸架結構,給車輛帶來更好的操控性或更平穩的舒適性。為了使車輪能隨時隨地貼合地面,達到運動性和乘坐舒適性的統一,設計師往往會採用雙叉臂懸架結構,增加減震器阻尼和螺旋彈簧的硬度也是應對措施之一。在這點上,麥弗遜懸架會因為控制臂的單薄而使車輪外傾角增大,同時使車胎內側負荷增大而加劇磨損。構造雙叉臂式懸架由上下兩根不等長V 字形或A字形控制臂以及支柱式液壓減震器構成,通常上控制臂短於下控制臂。上控制臂的一端連接著支柱減震器,另一端連接著車身;下控制臂的一端連接著車輪,而另一端則連接著車身。上下控制臂還由一根連接桿相連,這根連桿同時也還與車輪相連接。在整個懸架構造中,通過對多個支點的連接提高了上下控制臂以及整個懸架的整體性。如果是前輪驅動的車型,那麼裝配在前輪上的雙叉臂懸架在上下控制臂之間除裝配有傳動機構外,還有轉向機構,這使得其結構比不帶轉向機構的後輪要複雜得多。在轉向機構中,轉向主銷由轉向托盤與上下控制臂的連接位置和角度確定,轉向輪可繞主銷轉動,同時也可隨下控制臂上下跳動。在雙叉臂懸架中通常採用球頭連接來滿足前車輪的運動需要:上下控制臂與轉向主銷的連接部位既要支持前輪實現轉向又要控制車輪的上下抖動。不過由於上下控制臂的長度差問題,這也對雙叉臂懸架的設計提出了嚴峻的考驗——如果上下控制臂的長度差過小,車輪抖動時會造成左右輪距偏大,加快輪胎外側磨損;反之,如果上下臂長度差過大,則會造成車輪轉向時外傾角過大,使輪胎內側磨損加快。因此,通過增加上下控制臂的長度來減小輪距的變化和控制外傾角的變化不失為一個好辦法。值得一提的是,雙叉臂懸架的上下控制臂能起到抵消橫向作用力的功效,這使得支柱減震器不再承受橫向作用力,而只應對車輪的上下抖動,因此即使在越野彎道上也具有較好的方向穩定性,這就是為什麼從國外悍馬H3到國產陸風x8這些性能SUV都用在這種形式懸掛的原因。

雙叉臂式懸架發展由於傳統的雙叉臂懸架採用單導向結構,即上下控制臂與支柱減震器相連,實現對車輪上下運動方向的控制,轉向拉杆和主銷相連完成對車輪左右方向的控制。由此看來,減震和轉向是由兩個獨立機構控制,但兩個機構都只具備單導向性。隨著懸架結構的不斷優化改進,目前雙叉臂懸架已衍生出可同時負責車輪轉向和上下抖動的雙向控制結構。應用相比麥弗遜式懸掛雙叉臂多了一個上搖臂,不僅需要佔用較大的空間,而且其定位參數較難確定,因此小型轎車的前橋出於空間和成本考慮一般不會採用此種懸掛。但其具有側傾小,可調參數多、輪胎接地面積大、抓地性能優異,因此絕大部分純正血統的跑車和追求性能的SUV的前懸掛均選用雙叉臂式懸掛,可以說雙叉臂式懸掛是為運動而生的懸掛。法拉利、瑪莎拉蒂等超級跑車以及F1方程式賽車均採用了雙叉臂式前懸掛。一汽豐田皇冠和銳志也都採用了雙叉臂式前懸掛。國內採用雙叉臂式前懸掛的轎車主要有一汽豐田皇冠和一汽豐田銳志,奧迪的豪華SUV Q7、大眾途銳,以及咱自己的x8等車型。另外需要說明的是,雙橫臂式懸掛和雙叉臂式懸掛有著許多的共性,只是結構比雙叉臂式簡單些可以稱之為簡化版的雙叉臂式懸掛。同雙叉臂式懸掛一樣雙橫臂式懸掛的橫向剛度也較大,一般也採用上下不等長搖臂設置。後懸採用雙橫臂式懸掛的思域具有不錯的運動性,中型轎車本田雅閣和馬自達6都採用了雙橫臂前懸掛。雙橫臂式懸掛設計偏向運動性,其性能優於麥弗遜式式懸掛、但比起真正的雙叉臂式懸掛以及多連桿前懸掛要稍差一些。國內採用雙橫臂式前懸掛的主要有:廣州本田雅閣、一汽轎車馬自達6以及北京賓士-戴克的克萊斯勒300C。而採用雙橫臂式後懸掛的有東風本田思域。大眾豪華SUV途銳前後懸均採用了雙叉臂式獨立懸掛。據說,雙AB桿懸掛算是雙叉臂式懸掛的一種。斜置單臂式獨立懸架這種懸架是單橫臂和單縱臂(如下圖所示)獨立懸架的折衷方案。其擺臂繞與汽車縱軸線具有一定交角的軸線擺動,選擇合適的交角可以滿足汽車操縱穩定性要求。這種懸架適於做後懸架。

斜置單臂式獨立懸架 滑柱擺臂式獨立懸架(麥弗遜式或叫支柱式等)這種懸架目前在轎車中採用很多。滑柱擺臂式懸架將減振器作為引導車輪跳動的滑柱,螺旋彈簧與其裝於一體。這種懸架將雙橫臂上臂去掉並以橡膠做支承,允許滑柱上端作少許角位移。內側空間大,有利於發動機布置,並降低車子的重心。車輪上下運動時,主銷軸線的角度會有變化,這是因為減振器下端支點隨橫擺臂擺動。以上問題可通過調整桿系設計布置合理得到解決。

『典型的麥弗遜式前懸掛結構』

麥弗遜式懸掛

麥弗遜式懸掛

邁騰的前後懸架

凱美瑞的前後懸架 多連桿獨立懸掛代表車型:馬自達6、三菱戈藍、皇冠、寶馬530LI、新賓士E230……是在消費者越來越多的追求乘坐的舒適度和操作的安全的要求下出現的一種懸掛,是靠多根連桿(桿件數一般在3根到5根之間)來控制車輪的位置的懸掛,因連桿的數目及固定點不同,各車廠命名方式不同。它具備了拖曳臂式懸掛的舒適性和雙橫臂式懸掛的操控性:車輪跳動時輪距變化較小,能提供平穩的行駛性並吸收大部分從路面傳來的震動,並能自動調整輪胎角度,使輪胎與路面永遠保持90度垂直,抓地力自然很好。評價:多連桿懸掛能保證輪胎很好的抓地力因而彎道適應性很好,所以運動型汽車的後懸掛大都選擇這種。比如馬自達6、三菱戈藍,為福克斯奪冠WRC立下汗馬功勞的slacontrolblade懸掛其實也是一種多連桿懸掛,高級轎車中寶馬530LI、皇冠、新賓士E230的後懸掛也是這種。但成本高昂,較占底盤空間使之只能用於後懸掛吊都是其缺點。

多連桿獨立懸架:1-前懸架橫樑 2-前穩定桿 3-拉杆支架 4-粘滯式拉杆 5-下連桿6-輪轂轉向節總成 7-第三連桿 8-減振器 9-上連桿 10-螺旋彈簧 11-上連桿支架 12-減振器隔振塊

多連桿懸掛

多連桿懸掛

MG7和榮威750的獨創型Z型縱擺臂雙橫臂獨立懸架

蒙迪歐制勝的前麥弗遜後多連桿懸架

豐田漢蘭達的前麥弗遜後多連桿懸架

君越的前麥弗遜後四連桿懸架

天籟的前麥弗遜後多連桿懸架

鉑銳的前麥弗遜後多連桿懸架

300C的五連桿懸架

帕薩特領馭的四連桿懸掛,兩根連桿構成了類似上叉臂結構 拖曳臂式懸掛代表車型:東風本田飛度、上海大眾POLO、東風日產頤達、東風標緻307、東風雪鐵龍等

拖曳臂式懸掛

『典型的拖曳臂懸掛結構圖』包括扭力梁式懸掛,縱向拖曳臂式懸掛,縱向擺臂式懸掛等。西安汽車科技學院高級工程師郭榮慶進一步解釋說,拖曳臂式懸掛是專為汽車後輪而設計的懸掛結構,它以可上下擺動式的拖臂實現車輪與車身的硬性連接,然後以液壓減震器和螺旋彈簧充當軟性連接,起到吸震和支撐車身的作用,圓柱形或方形的橫樑則連接左右車輪。分析:它的結構還保持著整體橋式的特性,這就使縱向拖臂所連接的車輪在動態運動中外傾角不會發生變化,在高速轉向時會使前輪出現轉向不足;但同時,連接左右縱臂的橫樑在連接處為可轉動式,在一定程度上可讓左右車輪在小範圍的空間內自由活動而不干擾到另一側車輪,這又使拖曳臂式懸掛系統具備了一定的獨立性。評價:拖曳臂式懸掛的最大優點是結構簡單實用,左右兩輪空間較大,且轉向時,車身外傾角沒有變化,避震器不發生彎曲應力,所以輪胎摩擦小,乘坐性佳;當剎車時,除了車頭較重會往下沉外,拖曳臂懸吊的後輪也會往下沉,以平衡車身。這種懸掛的缺點是在高速轉向時無法提供精準的控制。

帕薩特領馭的前後懸掛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。電子空氣懸掛代表車型:路虎發現3、大眾途銳等

空氣懸掛電子空氣懸掛特點是採用了空氣彈簧來作為軟性連接,每個空氣彈簧支撐都配有一個電磁閥,並且車身還有三至四個高度感測器。空氣式可調懸掛就是指利用空氣壓縮機形成壓縮空氣,並通過壓縮空氣來調節汽車底盤的離地間隙一種懸掛方式。一般裝備空氣式可調懸掛的車型在前輪和後輪的附近都設有離地距離感測器,按離地距離感測器的輸出信號,行車電腦判斷出車身高度的變化,再控制空氣壓縮機和排氣閥門,使彈簧自動壓縮或伸長,從而起到減震的效果。空氣式可調懸掛中的空氣彈簧的軟硬能根據需要自動調節。當在高速行駛時,空氣懸掛可以自動變硬來提高車身的穩定性,而長時間在低速不平的路面行駛時,行車電腦則會使懸掛變軟來提高車輛的舒適性。代表車型:奧迪A8、賓士S350 、保時捷卡宴。分析:車身支承在較軟的空氣彈簧上,可提高行車舒適性;且可保證彈簧支撐的整個回彈和壓縮行程不變。評價:佔用空間小,舒適性極高。不過,因為需要配備複雜的空氣供給總成,製造成本相當高。

『空氣式懸掛結構示意圖』電磁懸掛代表車型:凱迪拉克SRX、奧迪R8等

『圖為凱迪拉克SLS賽威的電磁懸掛系統結構圖』裝在凱迪拉克SRX上的電磁懸掛能根據路況測算出車輛最舒適的彈性要求,它利用電極來改變減震筒內磁性粒子液體的排列形狀,控制感測電腦可在一秒內連續反應1000次,動作反應要比傳統通過液壓或者氣壓閥門的設計更為快速。電磁式可調懸掛就是指利用電磁反應來實現汽車底盤的高度升降變化的的一種懸掛方式。它可以針對路面情況,在1毫秒時間內作出反應,抑制振動,保持車身穩定,特別是在車速很高又突遇障礙時更能顯出它的優勢。它的反應速度比傳統的懸掛快5倍,即使是在最顛簸的路面,也能保證車輛平穩行駛。電磁懸掛系統是由行車電腦、車輪位移感測器、電磁液壓桿和直筒減振器組成。在每個車輪和車身連接處都有一個車輪位移感測器,感測器與行車電腦相連,行車電腦又與電磁液壓桿和直筒減振器相連。直筒減振器有別於傳統的液壓減振器,沒有細小的閥門結構,不是通過液體的流動阻力達到減振的目的。電磁減振器中也有減振液,但是,那是一種被稱為電磁液的特殊液體,是由合成的碳氫化合物和微小的鐵粒組成。平時,磁性金屬粒子雜亂無章地分布在液體里,不起什麼作用。如果有磁場作用,它們就會排列成一定結構,減振液就會變成近似塑料的狀態。減振液的密度可以通過控制電流流量來精確控制,並且是適時連續的控制。電磁式可調懸掛的工作過程是:當路面不平引起車輪跳動時,感測器迅速將信號傳至控制系統,控制系統發出指令,將電信號發送到各個減振器的電子線圈,電流的運動產生磁場,在磁場的作用下,減振器中的電磁液的密度改變,控制車身,達到減振的目的。如此變化說起來複雜,卻可以一秒中進行1000次,可謂瞬間完成。電磁懸掛系統可以快速有效地彌補輪胎的跳動,並擴大懸掛的活動範圍,降低噪音,提高車輛的操控準確性和乘坐舒適性。這種懸掛代表了目前懸掛的最高水平,但最大的缺點是要耗費很多「銀子」。液壓式可調懸掛液壓式可調懸掛就是指根據車速和路況,通過增減液壓油的方式調整汽車底盤的離地間隙來實現車身高度升降變化的一種懸掛方式。內置式電子液壓集成模塊是液壓式可調懸掛的核心,可根據車速、減振器伸縮頻率和伸縮程度的數據信息,在汽車重心附近安裝有縱向、橫向加速度和橫擺陀螺儀感測器,用來採集車身振動、車輪跳動、車身高度和傾斜狀態等信號,這些信號被傳送給行車電腦,行車電腦在根據輸入信號和預先設定的程序操縱前後四個執行油缸工作。通過增減液壓油的方式實現車身高度的升或降,也就是根據車速和路況自動調整離地間隙,從而提高汽車的平順性和操縱穩定性。代表車型:寶馬7系鋼板彈簧式非獨立懸架鋼板彈簧被用做非獨立懸架的彈性元件,由於它兼起導向機構的作用,使得懸架系統大為簡化。這種懸架廣泛用於貨車的前、後懸架中。它中部用U型螺栓將鋼板彈簧固定在車橋上。懸架前端為固定鉸鏈,也叫死吊耳。它由鋼板彈簧銷釘將鋼板彈簧前端卷耳部與鋼板彈簧前支架連接在一起,前端卷耳孔中為減少摩損裝有襯套。後端卷耳通過鋼板彈簧吊耳銷與後端吊耳與吊耳架相連,後端可以自由擺動,形成活動吊耳。當車架受到衝擊彈簧變形時兩卷耳之間的距離有變化的可能。為了提高汽車的平順性,有些輕型貨車採用主簧下加裝副簧,實現漸變剛度鋼板彈簧。如南京汽車工業公司引進的依維柯後懸架。其主簧由厚度為9mm的4片(或3片)和副簧厚度為15mm的2片(或3片)組成幾種車型漸變剛度鋼板彈簧。在小載荷狀況時,僅主簧起作用,而當載荷增到一定值時,主簧與副簧接觸,共同發揮作用,懸架剛度得到提高,彈簧特性變為非線性的,當副簧全部參加工作後,彈簧特性又變成線性的。這類懸架特點是副簧逐漸隨載荷增加而參加工作,因此懸架剛度的變化平穩,改善了汽車行駛平順性能。螺旋彈簧非獨立懸架因為螺旋彈簧作為彈性元件,只能承受垂直載荷,所以其懸架系統要加設導向機構和減振器。空氣彈簧非獨立懸架汽車在行駛時由於載荷和路面的變化,要求懸架剛度隨著變化。當空車時車身被抬高,滿載時車身則被壓得很低,會出現撞擊緩衝塊的情況。因而對於不同類型汽車提出不同的要求,礦山及大型客車要求 其空車與滿載時的車身高度變化不大;對於轎車要求在好路上降低車身高度,提高車速行駛;在壞路上提高車身,可以增大通過能力。因而要求車身高度隨使用要求可以調節。空氣彈簧非獨立懸架可以滿足要求。九款競爭車型懸架對比

懸架對比
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