试想一下,一百多年前,奔驰发明了汽车以后,如果那时你坐在那辆奔驰一号上,最大的感受会是什么?我猜,除了不太明显的速度优势和备受瞩目外,最大的感受应该是:屁股疼,颠的。因为那时的汽车根本没有减震系统。随着科技的发展,在现代车辆行走机构中,悬挂系统无疑是非常重要的一部分,它直接决定了汽车的行驶品质。今天,白车身就聊一聊汽车的悬挂系统。
一、悬挂系统的组成
一般情况下,悬挂系统由四部分组成,分别是
1.弹簧,主要用于缓冲,注意,由于弹簧上下左右跳动的特性,所以悬挂系统的弹簧一般不承担减震作用。
弹簧主要有以下几种
板簧
板簧可以承担缓冲和减震双重作用,可以直接作为悬挂系统使用,但是舒适性实在是差,目前只有卡车、公交车在用
螺旋弹簧
这个比较常见,大多数车都在用
扭杆弹簧
这种弹簧非常厉害,通过车轮弹跳可以直接把力量传递给扭杆,通过扭杆的形变吸收能量,它的能量吸收率很高,结构紧凑易于维护,可是由于扭杆弹簧成本很高,加工困难,所以目前除了一些特种车辆基本只用在坦克、轮式装甲车上。
空气弹簧
这种弹簧很高端,它最大的优点是可以智能调节簧内气压,从而克服以上几种弹簧的刚度和长度单一性。
2.阻尼器,主要用于减震。
常用的民用阻尼器有三种,分别是
单筒式,目前应用较少
双筒式,目前车辆基本用这个,相比单筒式它连续工作的阻尼比较线性。
电磁式,油液里有铁粉,通电后由磁场产生阻尼,反应速度贼快。
3.导向机构,主要用于动力传递和转向,这个基本都一样。
4.各类连杆,主要用于控制车身侧倾。
这里着重介绍三种,分别是
横向稳定杆
图中黑色的
这种杆应用最为广泛,原理也简单粗暴,只要悬架和车身发生相对运动,横向稳定杆就会产生扭转,阻止他俩的相对运动,达到车身稳定。
瓦特杆
图中蓝色的
英国工程师詹姆斯-瓦特发明的一种稳定杆,它的两根推杆通过杠杆机构连接,相互作用,彼此限制活动范围,于是便能减小两侧悬架的压缩和伸张幅度,保证车身和车轴之间的垂直运动关系,主要用于吸收横向的力。
潘哈德杆
图中斜着的
法国人发明的一种连杆,和瓦特杆的作用相当,但结构更为简单,一边连着车身一边连着底盘。
此外还有其他的各种形状不一的固定止推杆应用在悬挂上,作用都一样,就不介绍了。
这其中,弹簧和阻尼器是悬挂系统的灵魂,他俩有的时候是合在一起的,有的时候是分开的,关系相当微妙。
二、悬挂系统的种类
大部分人应该知道,汽车的悬挂系统分为独立悬挂和非独立悬挂,这两种悬挂系统的概念就不讲了,基本原理如下图
可以看到,非独立悬挂在过沟沟坎坎时两侧车轮是互相干扰的,而独立悬挂两侧车轮则互不干扰,但,由于连杆行程有变化,所以半轴的万向节一般不能使用十字轴万向节。(如果不是很明白请看我之前的文章:这个原本不是为汽车设计的东西,却成了汽车最重要的机械结构)
在非独立悬挂阵营中,目前家用车使用较多的有两类:
一是整体桥式非独立悬挂
整体桥式非独立悬挂系统主要有以下两种:
板簧式,一般卡车会使用这种悬挂
多连杆式,硬派越野车必备悬挂系统。
二是扭力梁式非独立悬挂
扭力梁式非独立悬挂系统主要有以下两种:
普通扭力梁,就是一个大梁和车身连接
扭力梁配瓦特杆,在普通扭力梁后面加装一个瓦特杆解决横向力,这样就能有效减小两侧减震器的压缩和伸张幅度,保证悬挂系统在转向时向车辆受迫一侧的车轮输出支撑力,并向另一侧车轮输出相同的反向拉力,从而保持两侧车轮拥有平稳的抓地力,有效减少侧倾。
在独立悬挂阵营中,目前家用车使用较多的有三类:
一是麦弗逊式独立悬挂
麦弗逊悬挂最大的优点是结构简单、成本低廉还能兼顾一部分舒适性,但由于它的上支撑结构是减震器,下支撑结构只有一个控制臂,所以它的刚度和支撑性相对较差,运动性也很差。目前的麦弗逊式悬挂有以下几种
传统麦弗逊悬挂
改进型麦弗逊悬挂,针对传统麦弗逊悬挂的缺点,很多厂商都进行了大刀阔斧的改进,比如保时捷和宝马都把下摆臂进行分体设计,导向机构分别连接两根下摆臂,以提高运动性,并通过改进材料提高刚度和支撑性。
二是双叉臂式独立悬挂
双叉臂悬挂通过上下两个叉臂吸收横向力,支柱只承载车身重量,因此横向刚度较大,此外,这种结构潜力很大,可以布置各种推拉杆以提高行驶稳定性。但是它的结构较为复杂,占用空间较大,成本较高。
目前双叉臂悬挂有以下几种
传统双叉臂悬挂,上下两个A形臂,这里再顺便提一嘴双横臂独立悬挂,它其实就是简化版的双叉臂,通过上下不等长的两根横臂传递纵向力,总体性能要差于双叉臂。
三球铰双叉臂,上臂或下臂为A形臂,另一臂为分体设计
四球铰双叉臂,上下臂均为分体设计
三是多连杆式独立悬挂
多连杆目前应用比较广泛,由于有多根连杆从各个方向控制车身,所以舒适性能是所有悬挂中最好的,且运动性能也可以和双叉臂相媲美,但是它结构更复杂,占用空间更大,成本更高。
这种悬挂详细讲两个。
刀锋臂四连杆,其实这种独立悬挂系统在定位上是有争议的,有人认为这是双叉臂的一种变异,有人认为是多连杆的一种,这个无所谓,我就把它放在多连杆里了。
五连杆,其实就是四球铰双叉臂加一根前束控制杆,是目前性能最好的悬挂系统,一般旗舰车型后悬挂应用较多。
此外还有两种多连杆,一个是在双叉臂悬挂上加入一根前束杆在前悬控制转向,在后悬控制后轮随动,这种只用于运动轿车;另一个是把下摆臂设计成H形的多连杆,效果介于刀锋臂四连杆和五连杆之间,但成本又大幅增加,所以目前应用也极少。
三、什么是好的悬挂系统
这个问题其实不太好说,每个人购车需求不同导致对悬挂系统的要求也不尽相同。比如:我就喜欢越野、喜欢穿越,那整体桥式悬挂系统就不可或缺;我就喜欢法国车,那扭力梁式悬挂系统则是你可能需要面临的选择(并不是说所有的法国车都是扭力梁)。这么一看,其实扭力梁也不是那么不行,至少标志雪铁龙上用扭力梁倒也没被人喷过,人家底盘调教的好啊。我就喜欢劈弯,那就麦弗逊、双叉臂前悬。
到了最高级的多连杆,现在已经下探到日常家用轿车了,其实日常家用车就算使用也基本在后悬用,相信各位都知道经典的:“前麦弗逊,后多连杆“吧,记得在选车时要多问一句:你这多连杆后悬到底是几连杆?前麦弗逊下摆臂是不是分体的?
至于前后多连杆的车相对来说就要高级很多了,现在基本都是前四连杆后五连杆。
所以:你是越野族?漂移族?直线族?拉力族?商务族?还是家用族?你会喜欢什么悬挂系统?或者说,你的屁股告诉你应该用那种悬挂?
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