懸架

懸架(2張)

典型的懸架結構由彈性元件、導向機構以及減震器等組成，個別結構則還有緩衝塊、橫向穩定杆等。彈性元件又有鋼板彈簧、空氣彈簧、螺旋彈簧以及扭杆彈簧等形式，而現代轎車懸架多采用螺旋彈簧和扭杆彈簧，個別高級轎車則使用空氣彈簧。 零件功能： ^[1] 

（1）減震器

功能: 減震器是產生阻尼力的主要元件,其作用是迅速衰減汽車的振動,改善汽車的行駛平順性,增強車輪和地面的附着力.另外,減震器能夠降低車身部分的動載荷,延長汽車的使用壽命.目前在汽車上廣泛使用的減震器主要是筒式液力減震器，其結構可分為雙筒式,單筒充氣式和雙筒充氣式三種。 ^[2] 

工作原理：在車輪上下跳過程中，減振器活塞在工作腔內往復運動，使減振器液體通過活塞上的節流孔，由於液體有一定的粘性和液體通過節流孔時與孔壁間產生摩擦，使動能轉化成熱能散發到空氣中，從而達到衰減振動功能。

（2）彈性元件

功能：支撐垂直載荷,緩和和抑止不平路面引起的振動和衝擊.彈性元件主要有鋼板彈簧,螺旋彈簧,扭杆彈簧,空氣彈簧和橡膠彈簧等。

原理：用具有彈性較高材料製成的零件，在車輪受到大的衝擊時，動能轉化為彈性勢能儲存起來，在車輪下跳或回覆原行駛狀態時釋放出來。

（3）導向機構

導向機構的作用是傳遞力和力矩,同時兼起導向作用。在汽車的行駛過程當中,能夠控制車輪的運動軌跡。

懸架是汽車中的一個重要總成，它把車架與車輪彈性地聯繫起來，關係到汽車的多種使用性能。從外表上看，轎車懸架僅是由一些杆、筒以及彈簧組成，但千萬不要以為它很簡單，相反轎車懸架是一個較難達到完美要求的汽車總成，這是因為懸架既要滿足汽車的舒適性要求，又要滿足其操縱穩定性的要求，而這兩方面又是互相對立的。比如，為了取得良好的舒適性，需要大大緩衝汽車的震動，這樣彈簧就要設計得軟些，但彈簧軟了卻容易使汽車發生剎車“點頭”、加速“抬頭”以及左右側傾嚴重的不良傾向，不利於汽車的轉向，容易導致汽車操縱不穩定等。

非獨立懸架的結構特點是兩側車輪由一根整體式車橋相連，車輪連同車橋一起通過彈性懸架懸掛在車架或車身的下面。非獨立懸架具有結構簡單、成本低、強度高、保養容易、行車中前輪定位變化小的優點，但由於其舒適性及操縱穩定性都較差，在現代轎車中基本上已不再使用，多用在貨車和大客車上。

鋼板彈簧被用作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。

縱置鋼板彈簧非獨立懸架採用鋼板彈簧作為彈性元件且與汽車縱向軸線平行地佈置在汽車上的懸架。

工作原理：汽車在不平路面上行駛遇到衝擊載荷作用時，車輪帶動車橋上跳，鋼板彈簧與減振器下端也同時上移。鋼板彈簧上移過程中長度增長，可通過後部吊耳的伸展予以協調，不會發生干涉。減振器因上端固定而下端上移相當於處在壓縮狀態工作，阻尼增大，衰減了振動。當車軸上跳量超過緩衝塊與限位塊之間的距離時，緩衝塊與限位塊接觸並被壓縮。 ^[2] 

分類：縱置鋼板彈簧非獨立懸架又可以分為不對稱縱置鋼板彈簧非獨立懸架、平衡懸架和對稱縱置鋼板彈簧非獨立懸架，不特別指明時即為後者，且簡稱為縱置鋼板彈簧非獨立懸架。

不對稱縱置鋼板彈簧非獨立懸架是指縱置鋼板彈簧固定到車軸（橋）上時，U形螺栓中心到兩端吊耳中心之間的距離不等的懸架。

平衡懸架能夠保證所連接車橋（軸）上的車輪所承受的垂直載荷始終相等的懸架。使用平衡懸架的作用是能保證車輪與地面接觸良好、負荷相同，並能保證駕駛員對汽車行駛方向的控制能力和汽車有足夠的驅動力。

根據結構不同，平衡懸架又可分為推力杆式和擺臂式2種。

①推力杆式平衡懸架。其構成有縱置鋼板彈簧，它的兩端搭在後橋半軸套管上部的滑板式支架內。中部通過U形螺栓固定在平衡軸承殼上，並可繞平衡軸轉動，平衡軸通過支架固定在車架上。推力杆的一端固定在車架上，另一端與車橋連接。推力杆用來傳遞驅動力、制動力及相應的反作用力。

推力杆平衡懸架的工作原理是行駛在不平路面上的多軸汽車，若每個車輪都採用典型的鋼板結構作為懸架，則不能保證全部車輪與地面充分接觸，即有的車輪承受的垂直負荷減小（甚至為零），如若發生在轉向輪上，駕駛員將難以控制行駛方向。若發生在驅動輪上又會喪失部分（直至全部）驅動力。將三軸汽車的中橋和後橋裝在平衡杆的兩端，平衡杆中部與車架做鉸鏈式連接。於是兩橋上的車輪不可以獨立地作上、下移動，其中任一車輪遇坑下沉，則另一個車輪在平衡杆的影響下向上移動。由於平衡杆兩臂等長，兩個車輪的垂直載荷始終相等。

推力杆平衡懸架用於6×6三軸越野車及6×4三軸貨車的車中後橋。

②擺臂式平衡懸架。中橋懸架採用縱置鋼板彈簧結構。後部吊耳與擺臂的前端相連，而擺臂軸支架固定在車架上。擺臂的後端與汽車後橋（軸）相連。

擺臂式平衡懸架的工作原理是汽車在不平路面上行駛，若中橋遇坑下落會通過後部吊耳向下拉擺臂繞擺臂軸逆時針轉動，同時位於擺臂後端上的後軸車輪將向上移動。此處的擺臂相當一個槓桿，中、後橋上垂直載荷的分配比例，取決於擺臂的槓桿比及鋼板彈簧前、後長度。

因為螺旋彈簧作為彈性元件，只能承受垂直載荷，所以懸架系統要加設導向機構和減震器。

由螺旋彈簧、減振器、縱向推力杆、橫向推力杆、加強杆等件組成。結構特點是：左、右車輪用一根整軸連接為一體。減振器下端固定在後軸支座上，上端與車身鉸接。螺旋彈簧套裝在減振器外部的彈簧上、下座之間。縱向推力杆的後端焊在車軸上前端鉸接到車架上。橫向推力杆一端鉸接在車身上，另一端鉸接到車軸上。工作時彈簧承受垂直載荷作用，縱向力和橫向力分別由縱向和橫向推力杆承受。車輪跳動時整個車軸繞縱向推力杆和橫向推力杆在車身上的鉸接點擺動。鉸接點的橡膠襯套可以消除車軸擺動時生產的運動干涉。螺旋彈簧非獨立懸架適用於乘用車的後懸架。

汽車在行駛時由於載荷和路面的變化，要求懸架鋼度隨着變化。轎車要求在好路上降低車身高度，提高車速行駛；在壞路上提高車身高度，增大通過能力，因而要求車身高度隨使用要求可以調節。空氣彈簧式非獨立懸架可以滿足這樣的要求。

由壓氣機、儲氣筒、高度控制閥、空氣彈簧、控制桿等組成，此外還有減振器、導向臂、橫向穩定杆等。空氣彈簧固定在車架（身）和車橋之間、高度控制閥固定在車身上，其中活塞桿的末端與控制桿的橫臂鉸接，橫臂的另一端又與控制桿鉸接，橫臂的中部支撐在空氣彈簧上部，控制桿的下端固定在車橋上。組成空氣彈簧的各部件之間經管路連接在一起。壓氣機產生的高壓氣體經油水分離器和壓力調節器進入儲氣筒，從儲氣筒出來後又經過空氣濾清器進入高度控制閥，從高度控制閥流出來的氣體經過空氣濾清器後流進儲氣罐，儲氣罐與各車輪上的空氣彈簧相通，因此各空氣彈簧內氣體壓力隨着充氣量的增加壓力升高，同時將車身抬起直至高度控制閥內的活塞將向儲氣罐內充氣的充氣口堵死為止。作為彈性元件空氣彈簧能夠將來自路面作用在車輪上的衝擊載荷，在經車橋向車身傳遞時予以緩和。此外空氣懸架還可以實現車身高度自動調節。活塞在高度控制閥內位於充氣口與放氣口之間的位置，來自儲氣筒的氣體向儲氣罐和空氣彈簧充氣，並使車身高度抬高。當活塞在高度控制閥內處在充氣口上部位置，空氣彈簧內的氣體經充氣口迴流到放氣口進入大氣，空氣彈簧內氣壓下降，於是車身高度也下降。而控制桿及其上的橫臂決定了活塞在高度控制閥內的位置。

空氣懸架有能使汽車行駛具有良好的平順性、需要時還可以實現單軸或多軸的提升，以及改變車身高度和對路面破壞小等一系列優點，但也有結構複雜，對密封要求嚴格等缺點。在商用客車、貨車、掛車及部分乘用車上得到應用。

油氣彈簧非獨立懸架是指彈性元件採用油氣彈簧時的非獨立懸架。

由油氣彈簧、橫向推力杆、緩衝塊、縱向推力杆等部件組成。油氣彈簧上端固定在車架上，下端固定在前軸上。左、右兩側各用一根下縱向推力杆裝在前軸和縱梁之間。一根上縱向推力杆安裝在前軸和縱梁的內側支架上。上、下縱向推力杆構成平行四邊形，用來保證車輪上、下跳動時，主銷後傾角不變。橫向推力杆安裝在左側縱梁與前軸右側的支架上。於兩縱梁下方裝有緩衝塊。因油氣彈簧安裝在車架與車軸之間，所以作為彈性元件，它能將來自路面作用在車輪上衝擊力在向車架傳遞時予以緩和，同時又能衰減隨之而來的振動。上、下縱向推力杆用來傳遞縱向力，承受制動力引起的反作用力矩。橫向推力杆傳遞側向力。

油氣彈簧用於載質量大的商用貨車上時，體積和質量比鋼板彈簧小並具有變剛度特性，但對密封要求高，維修困難。油氣懸架適用於裝載質量大的商用貨車上。

獨立懸架是每一側的車輪都是單獨地通過彈性懸架懸掛在車架或車身下面的。其優點是：質量輕，減少了車身受到的衝擊，並提高了車輪的地面附着力；可用剛度小的較軟彈簧，改善汽車的舒適性；可以使發動機位置降低，汽車重心也得到降低，從而提高汽車的行駛穩定性；左右車輪單獨跳動，互不相干，能減小車身的傾斜和震動。不過，獨立懸架存在着結構複雜、成本高、維修不便的缺點。現代轎車大都是採用獨立式懸架，按其結構形式的不同，獨立懸架又可分為橫臂式、縱臂式、多連桿式、燭式以及麥弗遜式懸架等。

橫臂式懸架是指車輪在汽車橫向平面內擺動的獨立懸架，按橫臂數量的多少又分為雙橫臂式和單橫臂式懸架。

單橫臂式具有結構簡單，側傾中心高，有較強的抗側傾能力的優點。但隨着現代汽車速度的提高，側傾中心過高會引起車輪跳動時輪距變化大，輪胎磨損加劇，而且在急轉彎時左右車輪垂直力轉移過大，導致後輪外傾增大。減少了後輪側偏剛度，從而產生高速甩尾的嚴重工況。單橫臂式獨立懸架多應用在後懸架上，但由於不能適應高速行駛的要求，目前應用不多。

雙橫臂式獨立懸架按上下橫臂是否等長，又分為等長雙橫臂式和不等長雙橫臂式兩種懸架。等長雙橫臂式懸架在車輪上下跳動時，能保持主銷傾角不變，但輪距變化大(與單橫臂式相類似)，造成輪胎磨損嚴重，現已很少用。對於不等長雙橫臂式懸架，只要適當選擇、優化上下橫臂的長度，並通過合理的佈置，就可以使輪距及前輪定位參數變化均在可接受的限定範圍內，保證汽車具有良好的行駛穩定性。目前不等長雙橫臂式懸架已廣泛應用在轎車的前後懸架上，部分運動型轎車及賽車的後輪也採用這—懸架結構。

多連桿式懸架是由(3—5)根杆件組合起來控制車輪的位置變化的懸架。多連桿式能使車輪繞着與汽車縱軸線成一定角度的軸線內擺動，是橫臂式和縱臂式的折衷方案，適當地選擇擺臂軸線與汽車縱軸線所成的夾角，可不同程度地獲得橫臂式與縱臂式懸架的優點，能滿足不同的使用性能要求。多連桿式懸架的主要優點是：車輪跳動時輪距和前束的變化很小，不管汽車是在驅動、制動狀態都可以按司機的意圖進行平穩地轉向，其不足之處是汽車高速時有軸擺動現象。

連桿式主要是在FR驅動方式，並且後車軸左右一體化(與中間的差速器剛性連接)的情況下使用的，過去多采用鋼板彈簧支撐車身，現在從提高行車平順性考慮，多使用連桿式和後面要説的擺臂式，並且使用平順性好的螺旋彈簧。連桿在左右兩側各有一對，分為上拉桿和下拉桿，作為傳遞橫向力(汽車驅動力)的機構，通常再與一根橫向推力杆一起組成五連桿式構成。橫向推力杆一端連接車身，一端連接車軸，其目的是為了防止車軸(或車身)橫向竄動。當車軸因顛簸而上下運動時，橫向推力杆會以與車身連接的接點為軸做畫圓弧的運動，如果擺動角度過大會使車軸與車身之間產生明顯的橫向相對運動，與下襬臂的原理類似，橫向推力杆也要設計得比較長，以減小擺動角。

連桿式懸架與車軸形成一體，彈簧下方質量大，且左右車輪不能獨立運動，所以顛簸路面對車身產生的衝擊能量比較大，平順性差。因此出現了擺臂方式，這種方式是僅車軸中間的差速器固定，左右半軸在差速器與車輪之間設萬向節，並以其為中心擺動，車輪與車架之間用Y型下襬臂連接。“Y”的單獨一端與車輪剛性連接，另外兩個端點與車架連接並形成轉動軸。根據這個轉動軸是否與車軸平行，擺臂式懸架又分為全拖動式擺臂和半拖動式擺臂，平行的是全拖動式，不平行的叫半拖動式。

由於舒適性是轎車最重要的使用性能之一，而舒適性與車身的固有振動特性有關，而車身的固有振動特性又與懸架的特性相關。所以，汽車懸架是保證乘坐舒適性的重要部件。同時，汽車懸架做為車架(或車身)與車軸(或車輪)之間作連接的傳力機件，又是保證汽車行駛安全的重要部件。因此，汽車懸架往往列為重要部件編入轎車的技術規格表，作為衡量轎車質量的指標之一。

縱臂式獨立懸架是指車輪在汽車縱向平面內擺動的懸架結構，又分為單縱臂式和雙縱臂式兩種形式。單縱臂式懸架當車輪上下跳動時會使主銷後傾角產生較大的變化，因此單縱臂式懸架不用在轉向輪上。雙縱臂式懸架的兩個擺臂一般做成等長的，形成一個平行四杆結構，這樣，當車輪上下跳動時主銷的後傾角保持不變。雙縱臂式懸架多應用在轉向輪上。

燭式懸架的結構特點是車輪沿着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。

麥弗遜式懸架的車輪也是沿着主銷滑動的懸架，但與燭式懸架不完全相同，它的主銷是可以擺動的，麥弗遜式懸架是擺臂式與燭式懸架的結合。與雙橫臂式懸架相比，麥弗遜式懸架的優點是：結構緊湊，車輪跳動時前輪定位參數變化小，有良好的操縱穩定性，加上由於取消了上橫臂，給發動機及轉向系統的佈置帶來方便；與燭式懸架相比，它的滑柱受到的側向力又有了較大的改善。

麥弗遜式懸架多應用在中小型轎車的前懸架上，保時捷911、國產奧迪、桑塔納、夏利、富康等轎車的前懸架均為麥弗遜式獨立懸架。雖然麥弗遜式懸架並不是技術含量最高的懸架結構，但它仍是一種經久耐用的獨立懸架，具有很強的道路適應能力。

拖曳臂式懸掛我們姑且稱之為半獨立懸掛，從懸掛的大分類來看，所有的懸掛可以被分成兩大類，即：獨立懸掛和非獨立懸掛。但是在單縱臂扭轉梁懸掛上，這兩個分類變得有些模糊。從懸掛結構來看屬於不折不扣的非獨立懸掛，因為左右縱向搖臂被一跟粗大的扭轉梁焊接在一起，但是從懸掛性能來看，這種懸掛實現的是具有更高穩定性的全拖式獨立懸掛的性能。拖曳臂式懸掛本身具有非獨立懸掛的存在的缺點但同時也兼有獨立懸掛的優點，拖曳臂式懸掛的最大優點是左右兩輪的空間較大，而且車身的外傾角沒有變化，避震器不發生彎曲應力，所以摩擦小。這種懸掛的舒適性和操控性均有限，當其剎車時除了車頭較重會往下沉外，拖曳臂懸掛的後輪也會往下沉平衡車身，無法提供精準的幾何控制。

主動懸架是近十幾年發展起來的、由電腦控制的一種新型懸架。它彙集了力學和電子學的技術知識，是一種比較複雜的高技術裝置。例如裝置了主動懸架的法國雪鐵龍桑蒂雅，該車懸架系統的中樞是一個微電腦，懸架上的5種傳感器分別向微電腦傳送車速、前輪制動壓力、踏動油門踏板的速度、車身垂直方向的振幅及頻率、轉向盤角度及轉向速度等數據。電腦不斷接收這些數據並與預先設定的臨界值進行比較，選擇相應的懸架狀態。同時，微電腦獨立控制每一隻車輪上的執行元件，通過控制減振器內油壓的變化產生抽動，從而能在任何時候、任何車輪上產生符合要求的懸架運動。因此，桑蒂雅轎車備有多種駕駛模式選擇，駕車者只要扳動位於副儀表板上的“正常”或“運動”按鈕，轎車就會自動設置在最佳的懸架狀態，以求最好的舒適性能。

主動懸架具有控制車身運動的功能。當汽車制動或拐彎時的慣性引起彈簧變形時，主動懸架會產生一個與慣力相對抗的力，減少車身位置的變化。例如德國奔馳2000款CL型跑車，當車輛拐彎時懸架傳感器會立即檢測出車身的傾斜和橫向加速度。電腦根據傳感器的信息，與預先設定的臨界值進行比較計算，立即確定在什麼位置上將多大的負載加到懸架上，使車身的傾斜減到最小。

空氣懸掛的基本技術方案主要包括內部裝有壓縮空氣的空氣彈簧和阻尼可變的減震器兩部分。與傳統鋼製汽車懸掛系統相比較，空氣懸掛具有很多優勢，最重要的一點就是彈簧的彈性係數也就是彈簧的軟硬能根據需要自動調節。例如，高速行駛時懸掛可以變硬，以提高車身穩定性，長時間低速行駛時，控制單元會認為正在經過顛簸路面，以懸掛變軟來提高減震舒適性。 ^[3]