汽车悬架结构与行车高度详解

1.悬架系统概述

悬架是车架（或车身）与车桥（或车轮）之间一切传力装置的总称。

传统式悬架的功用是把作用于车轮上的垂直反力（支承力）、纵向反力（牵引力和制动力）、侧向反力以及这些反力所造成的力矩都传到车架（或车身）上，在保证汽车正常稳定行驶的同时，改善汽车行驶的平顺性。

汽车传统式悬架尽管有各种不同的结构形式，但是一般都由弹性元件（如钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧等）、减振器和导向机构三部分组成。有些轿车和大客车为了防止汽车在转向行驶等情况下车身发生过大的横向倾斜，在悬架中还设置了横向稳定器。

汽车悬架按导向机构的形式可分为两大类：非独立悬架和独立悬架。

非独立悬架的结构特点是两侧的车轮安装在一根整体式车桥上，车轮连同车桥一起通过弹性悬架与车架（或车身）连接。当一侧车轮因道路不平而跳动时，必然引起另一侧车轮在汽车横向平面内摆动，因此称为非独立悬架。

独立悬架的结构特点是两侧车轮分别安装在断开式车轴的两端，每一侧的车轮可以单独地通过弹性悬架与车架（或车身）连接。当一侧车轮跳动时，对另一侧车轮不产生影响，故称为独立悬架。

独立悬架的优点：

1）在悬架弹性组件一定的变形范围内，两侧车轮可以单独运动而互不影响，减少车架和车身的振动，有助于消除转向轮偏摆。

2）减少了汽车的非簧载质量。在非独立悬架的情况下，整个车桥和车轮都属于非簧载质量部分。

在用独立悬架时，非簧载质量只包括车轮质量和悬架系统中一部分零件的全部或部分质量，显然比用非独立悬架时的非簧载质量要小得多。在道路条件和车速相同时，非簧载质量越小，则悬架所受到的冲击载荷也越小。因此采用独立悬架可以提高汽车的平均行驶速度。

3）采用断开式车桥，汽车重心下降，提高了汽车行驶稳定性。车轮运动的空间较大，悬架刚度较小，降低车身振动频率，改善了行驶平顺性。

但是，独立悬架结构复杂，制造成本高；保养维修不便；在一般情况下，车轮跳动时，由于车轮倾角与轮距变化较大，轮胎磨损较严重。

独立悬架的结构类型很多，主要可按车轮运动形式分成以下三类：车轮在汽车横向平面内摆动的悬架，称为横臂式独立悬架，其结构示意图如图1-92a所示；车轮在汽车纵向平面内摆动的悬架，称为纵臂式独立悬架，其结构示意图如图1-92b所示；车轮沿主销移动的悬架，包括烛式悬架和麦弗逊式悬架，其结构示意图如图1-92c与图1-92d所示。

横臂式独立悬架分为单横臂式和双横臂式两种。双横臂式独立悬架的两个摆臂长度可以相等，也可以不等。两摆臂等长的悬架，当车轮上下跳动时，车轮平面没有倾斜，但轮距却发生很大的变化，这就增加了车轮侧向滑移的可能性。摆臂不等长的双横臂式独立悬架中，若将两臂长度选择适当，可以使车轮和主销的角度以及轮距的变化都不大（如图1-93所示），这样的轮距变化可以由较软的轮胎变形来适应。目前轿车的轮胎可容许轮距的改变在每个车轮上达到4～5mm而不会使车轮沿路面滑移，故这种独立悬架在轿车的前轮上应用得较广泛。如图1-94所示结构为本田雅阁轿车的前悬架，即是不等摆臂长双横臂式独立悬架。

图1-92 独立悬架基本类型示意图

a）横臂式独立悬架 b）纵臂式独立悬架 c）烛式悬架 d）麦弗逊式悬架

图1-93 不等摆臂长双横臂式独立悬架的结构示意图

1、3—上球头位置 2、4—下球头位置 5—上摆臂 6—下摆臂 Δδ—车轮外倾角变化量

图1-94 本田雅阁轿车的前悬架

双横臂式独立悬架采用球头结构代替主销，属于无主销式，即上、下球头销的连心线相当于主销轴线，转向时车轮即围绕此轴线偏转。

一般说来，双横臂式独立悬架主销内倾角和车轮外倾角的关系已被转向节的结构所确定，故调整车轮外倾角以后，主销内倾角自然正确。

纵臂式独立悬架有单纵臂式和双纵臂式两种。单纵臂式独立悬架在车轮上下跳动将使主销后倾角产生很大变化，故转向轮不采用单纵臂式独立悬架。双纵臂式独立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，当车轮上下跳动时，车轮外倾角、轮距和主销后倾角保持不变，故这种形式的悬架可适用于转向轮。

车轮沿主销移动的独立悬架有烛式悬架和麦弗逊式悬架。车轮沿固定不动的主销轴线上下移动的独立悬架称烛式独立悬架。对于转向轮来说，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，故有利于汽车的转向操纵和行驶稳定性。但是，侧向力全部由套在主销上的长套筒和主销承受，因此套筒与主销之间的摩擦阻力大，磨损严重。车轮沿摆动的主销轴线移动的独立悬架称麦弗逊式悬架，这种悬架的优点是整体结构简单，增大了前轮内侧的空间，便于发动机及其他机件的布置，维修方便，并具有行驶平稳、转弯半径小、附着性及操纵稳定好等特点。车轮与车身之间由螺旋弹簧、减振器及下摆臂等传力，分散了悬架的受力点，使每个受力点（支承点）上所承受的载荷相对减小。但其隔声较为困难。

前轮驱动车辆的后悬架常采用纵臂转矩梁式半独立悬架。如图1-95所示为丰田2008款卡罗拉轿车的后悬架。它采用轻便、紧凑和高刚性的转矩梁式悬架，并对纵臂衬套的特性、悬架几何结构进行了优化，以实现良好的行驶稳定性和乘坐舒适性。

当车辆在千斤顶上升起时，务必使用车身上的顶起点。切勿在转矩梁、弹簧座、纵臂或后悬架的衬套下面使用千斤顶。

图1-95 丰田2008款卡罗拉轿车的转矩梁式后悬架

后悬架常见的结构型式还有五连杆式和麦弗逊滑柱式。五连杆式后悬架如本田雅阁轿车（图1-96）、宝马E90车系（图1-97、图1-98）。

以上是从导向机构的结构形式来分的，如果从弹性元件的类型来分主要有钢板弹簧非独立悬架、螺旋弹簧悬架、扭杆弹簧悬架、空气弹簧悬架、油气弹簧悬架等。图1-99为雷克萨斯LS460轿车的一些车型上采用的螺旋弹簧双横臂式前悬架，由图中可以看出，其上、下臂均分为两根，采用双球头铰接，其作用与优点参见后述内容。图1-100为雷克萨斯LS460轿车选装的空气弹簧双横臂式前悬架。

图1-96 本田雅阁轿车五连杆式后悬架系统

1—后减振器 2—上横臂 3—下横臂 4—拖臂 5—控制臂 6—后置定位臂 7—轮毂轴承装置

图1-97 宝马E90底盘五连杆式后悬架

1—后桥托架 2—推力杆 3—导向臂 4—轮毂 5—横摆臂 6—稳定杆连杆 7—前束控制臂 8—纵摆臂 9—外倾控制臂 10—轮毂

图1-98 宝马E90底盘后悬架五连杆与后转向节（车轮托架）的连接

1—纵摆臂 2—导向臂 3—横摆臂 4—前束控制臂 5—外倾控制臂

图1-99 雷克萨斯LS460带螺旋弹簧式双横臂式前悬架的车型

图1-100 雷克萨斯LS460轿车带空气弹簧悬架的车型

如果从控制的角度来分，汽车悬架可分为被动悬架、半主动悬架、主动悬架。传统的悬架是由钢板弹簧或螺旋弹簧和减振器组成的机械式悬架系统，系统各元件的特性不可调整，只能被动地吸收能量、缓和冲击，因而它属于被动悬架。

半主动悬架仅对减振器的阻尼力进行调节，有些也对横向稳定器的刚度进行调节，调节的方式有机械式的和电子控制式的，常见的为电子控制式的。这种调节几乎不需要能量，因此系统中不需要能源，即系统是无源的。主动悬架能根据行驶条件和运行状况，随时对悬架系统的刚度、减振器的阻尼力以及车身的高度和姿态进行调节，调节的方式一般是电子控制的。这种调节需要消耗能量，所以系统中需要采用空气压缩机或液压泵等提供动力，即系统是有源的。

主动悬架和大多数半主动悬架采用了传感器获取汽车行驶条件和运行状况的信号，由悬架ECU（又称为悬架电脑或计算机）经过计算后发出控制信号，驱动执行器工作来调节减振器的阻尼力，或者也调节悬架刚度和车身高度，以便满足各种情况下对汽车行驶平顺性和操纵稳定性的要求。采用这种控制原理的悬架系统，称为电子控制悬架系统。

电子控制悬架系统的控制内容主要有车身高度控制、减振器阻尼力控制、弹簧弹性系数控制。车身高度控制可以使汽车根据车内乘员或车辆载质量情况，调整汽车车身高度，使其保持某一恒定的高度值；当汽车在坏的道路上行使时，可以使车身高度增加，提高汽车的通过性；当汽车高速行驶时，又可以使车身高度降低，以减小空气阻力，提高操纵稳定性；当点火开关断开，汽车处于驻车状态，因乘客和行李减少使车身高度发生变化时，该功能可以使车身高度降低，保持良好的驻车姿态。减振器阻尼力控制功能通过控制减振器阻尼力（减振力），使汽车在急转弯、急加速和紧急制动时，防止后坐、侧倾和点头等，抑制汽车姿态的变化，提高汽车的操纵稳定性。弹簧弹性系数控制功能通过改变弹簧弹性系数的办法，来改变悬架的刚度。按照汽车实际使用目的，可以分为运动型和舒适型两种控制模式。

2.LS460L/460轿车电子控制空气悬架系统

新款LS460L/460轿车的选装的空气悬架系统即是一个半主动空气悬架系统。该系统沿用了旧款LS430中的半主动控制（非线性“H”控制），因此实现了良好的操控性和稳定性。

LS460L/460电子控制空气悬架系统主要由悬架控制执行器、高度控制继电器、前后高度控制阀、压缩机和除湿器总成、排气阀、高度控制传感器、前加速度传感器、后加速度传感器、高度控制连接器、转向角传感器、横摆率和减速度传感器、高度控制开关、减振模式选择开关、高度控制指示灯、减振器控制指示灯、空气悬架控制ECU等组成。其主要部件分布如图1-101、图1-102所示，电路原理图如图1-103、图1-104所示，组成原理图如图1-105所示。

图1-101 雷克萨斯LS460轿车空气弹簧悬架系统主要部件分布

图1-102 雷克萨斯LS460轿车空气弹簧悬架系统主要部件（驾驶室）分布

图1-103 雷克萨斯LS460轿车空气弹簧悬架电控系统电路原理图（一）

图1-104 雷克萨斯LS460轿车空气弹簧悬架电控系统电路原理图（二）

图1-105 LS460L/460电子控制空气悬架系统组成原理图

其主要部件的功用如表1-2所示。

表1-2 LS460L/460电子控制空气悬架系统主要部件的功用

（续）

高度控制传感器采用霍尔集成电路型高度控制传感器。霍尔集成电路将磁通量变化转换成电信号，并将其输出到空气悬架控制ECU。共有两个前高度控制传感器，左右各一，通过控制连杆将其安装到前悬架下臂和车身上，如图1-106所示。同样有两个后高度控制传感器，左右各一，通过控制连杆将其安装到后悬架下臂和车身上，如图1-107所示。

(www.xing528.com)

图1-106 前高度控制传感器

图1-107 后高度控制传感器

可以通过改变高度控制传感器连杆的长度来调整汽车高度，如图1-108所示。在进行汽车高度调整时，必须使高度控制开关处于NORM位置。应将汽车停在水平面上进行高度调整，务必将汽车的高度调整到标准范围以内。此外，除沿用上述的使用高度控制传感器进行车辆高度调节外，还新增了使用智能检测仪进行车辆高度调节的功能。

在进行四轮定位前，必须检查车身高度，如果不符合要求，对上述的具有车辆高度控制系统的汽车来说，可进行调整，使车身高度符合要求。

加速度传感器的外形如图1-109所示，它用于检测车身的垂直运动。车身有两个加速度传感器，其中一个与悬架控制ECU集成一体，另一个位于车身后部，两个加速度传感器可分别检测车辆的垂直加速度。

图1-108 高度控制传感器连杆长度的调整

转向角传感器如图1-110所示，它位于组合开关部位。该传感器检测转向力矩和转向盘的转动方向。转向角传感器总成包括两组磁阻元件，它们可检测内置于检测机构的磁铁的旋转，进而识别转向盘的转动情况。

图1-111是高度控制阀的结构图，它控制压缩机和4个气动缸之间的空气管道。有两个高度控制阀，前后各一。

压缩机和除湿器总成为整体式结构，如图1-112所示。其中，压缩机和电动机用以产生压缩空气。除湿器可除去压缩空气中的湿气。而排气阀可将气动缸内的压缩空气排放到大气中。

图1-109 加速度传感器

图1-110 转向角传感器

图1-111 高度控制阀

空气悬架系统中使用了带减振器的气动缸。前、后气动缸的结构如图1-113所示。各气动缸由可变阻尼力单管式减振器（内含高压氮气）和可容纳大容量压缩空气的单个空气室组成，实现了良好的乘坐舒适性。

该减振器使用活塞在极小速度范围内运动时产生的阻尼力，实现了乘坐舒适性和行驶稳定性，加至减振器的可变阻尼力足以使车辆在任何路况上行驶都可实现良好的稳定性和乘坐舒适性。

图1-112 压缩机和除湿器总成

为改变减振器的阻尼力，采用了强阻尼阀和弱阻尼阀。旋转阀可改变流经自身的油的比例，因此阻尼力随其工作情况而发生变化。

悬架控制执行器如图1-114所示，它位于各气动缸的端部。该执行器采用可分9级切换的步进电动机，以控制阻尼力的细微变化。步进电动机由2组定子和线圈组成。为控制阻尼力，步进电动机根据来自空气悬架控制ECU的信号使电磁转子（直接与减振器控制杆结合）稍微旋转。

图1-113 带减振器的前、后气动缸

图1-114 悬架控制执行器

减振模式选择开关位于变速杆后，可用来改变减振器的工作模式。默认模式为NOR-MAL，按下此开关可选择SPORT或COMFORT模式之一。

对于带VGRS的车型，可根据减振模式选择开关的状态改变转向传动比。

空气悬架ECU的控制内容与功能见表1-3。

表1-3 空气悬架ECU的控制内容与功能

如果空气悬架控制ECU检测到此系统有故障，则高度控制指示灯闪烁以警告驾驶员，同时空气悬架ECU存储故障码。可通过高度控制指示灯闪烁或使用智能检测仪Ⅱ来读取DTC（故障码）。

如果任一传感器或执行器出现故障，系统进入失效保护状态，空气悬架控制ECU禁用车辆高度控制和/或阻尼力控制。

检修空气悬架控制系统时可通过智能检测仪Ⅱ的主动测试功能，直接激活悬架控制执行器，来检查车辆高度控制的工作情况。

用千斤顶顶起或用举升机升起车辆前，确保电源关闭。

如果发动机运转时升高车辆，则跨接DLC3的端子OPA和CG，以停止空气悬架控制ECU的车辆高度控制。

3.奔驰主动车身控制系统（ABC系统）

奔驰公司在奔驰CL轿跑车、S600及S55AMG轿车上配置了著名的ABC系统，如图1-115所示。ABC（Active Body Control）系统即主动车身控制系统。其优点是：减小在转弯、加速和制动时的车身移动；自动调整车身高度；可自动降低车身高度或手动升高车身；进行主动减振控制；可选择运动模式；改善驾驶安全。

图1-115 奔驰ABC（主动车身控制）系统

带ABC系统的前、后悬架结构如图1-116、图1-117所示。

图1-116 带ABC系统的前悬架

图1-117 带ABC系统的后悬架

在ABC系统中，利用每个车轮上的悬架系统中的动态液压活塞来承托车身，控制车身高度，液压控制的伺服液压缸自动地移动弹簧座（位于减振弹簧顶部）以吸收外界传到车身的振动，ABC悬架支柱结构示意图如图1-118所示。这样，弹簧和减振器就可以设计得更软一点，因为在遇到障碍物时，可通过移动弹簧座调节悬架系统的弹簧刚度。车身在加速和制动时的前后运动及在转弯时的左右摆动也得到了控制，使得车身在任何情况下都保持在同一水平。系统不再需要使用防扭杆。在整个ABC系统中采用了13个传感器和两个微处理器。这些传感器主要检测下列数据：纵向及横向加速度、垂直车身加速度、车身高度、悬架支柱柱塞位置等。控制系统每0.01s向悬架系统发出一次指令以适应各种行驶状况。

ABC系统的优势在于，主动车身控制电脑会根据驾驶状态随时地控制悬架弹簧的刚度和减振器的阻尼力，它可以在车辆开始转弯时，探测到转向盘和车身的很微小的变化，并在车身摆动增大前做出正确的反应使车身保持平稳。ABC系统的工作效果非常好，即使在颠簸的路面上行驶，车辆也能保持良好的操纵性和稳定性。

ABC电控系统主要由左、右多功能显示器、ABC系统油压传感器、左前支柱柱塞行程传感器、右前支柱柱塞行程传感器、右后支柱柱塞行程传感器、右后支柱柱塞行程传感器、左后水平传感器、右后水平传感器、左前水平传感器、右前水平传感器、左前车身加速度传感器、右前车身加速度传感器、左后车身加速度传感器、ABC横向加速度传感器、ABC纵向加速度传感器、ABC油温传感器、ABC控制电脑、水平调整按钮、ABC舒适/运动模式选择按钮、ABC前阀门单元、ABC后阀门单元、ABC吸入限制阀等部件组成。

ABC系统液压回路主要由储液罐、液压油冷却器、径向活塞式液压泵、油压供应阀单元、ABC吸入限制阀、前储压器、后储压器、回流储压室、前阀门单元、后阀门单元、各悬架支柱液压组件等组成，如图1-119所示。

图1-118 ABC悬架支柱的结构

图1-119 ABC系统液压回路

a—吸入管道 b—操作压力 c—控制压力 d—回流管道 2a—滤清器 52b—压力释放阀 Y36/1y1—左前支柱控制阀 Y36/1y2—左前支柱关闭阀 Y36/1y3—右前支柱控制阀 Y36/1y4—右前支柱关闭阀 Y36/2y1—左后支柱控制阀Y36/2y2—左后支柱关闭阀 Y36/2y3—右后支柱控制阀 Y36/2y4—右后支柱关闭阀 1—径向活塞式液压泵 2—储液罐 4—后储压器 9—液压油冷却器 14—前储压器 40—前悬架支柱 41—后悬架支柱 52—油压供应阀单元 52a—油压脉动衰减器 53—回流储压室 56—前排气螺钉 57—后排气螺钉 Y36/1—前阀门单元 Y36/2—后阀门单元 Y86/1—ABC吸入限制阀 B22/1—左后支柱柱塞行程传感器 B22/4—左前支柱柱塞行程传感器 B22/5—右前支柱柱塞行程传感器 B22/6—右后支柱柱塞行程传感器 B4/5—ABC系统油压传感器 B40/1—ABC油温传感器

径向活塞式液压泵用以产生高压。油压供应阀单元内置压力限制阀限制最高油压，正常工作时，ABC系统的工作油压约为18～20MPa。油压脉动衰减器及ABC油压传感器附在油压供应阀单元上，油压脉动衰减器用以减小油压波动，ABC油压传感器信号送至ABC电脑，控制油泵输出。ABC吸入限制阀采用比例阀的设计，不通电时阀门关闭，用以调节油泵进油量。前、后储压器可储存最高约20MPa的油压，在需要时迅速提供液压能量。回流储压室用以减小油液回流时的噪声。前、后阀门单元均包括两个控制阀和两个关闭阀（截止阀），控制阀用以控制进、出悬架支柱的油压；关闭阀通电时操纵悬架水平及减振，不通电时防止车身水平不必要的下降。各悬架支柱液压柱塞的实际位置由柱塞行程传感器检测。

当ABC系统出现问题时，会根据重要性，在多功能显示屏上发出“ABC GO TO WORKSHOP！”或“ABC DRIVE CAREFULLY！”的警告信息。

若CAN数据线不能传递系统数据，则会出现“ABC GO TO WORKSHOP！DISPLAY FAUTY”的警告信息。

如果车身高度水平比正常水平低64mm以上，则会出现“ABC STOP，CAR TOO LOW！”的警告信息。

ABC系统的工作情况如下：

1）正常功能。发动机运行或车辆行驶时，如果车辆负载增加，车身高度下降，系统会利用油压将车身升回原来水平；若负载减小，系统便使油液回流，令车身水平维持不变。

2）发动机关闭功能。在关闭发动机的1min内，电脑监控车身水平，如负载减小，车身升高，电脑便会调整车身水平，但只能降低车身水平，以防电能消耗过大。

3）唤醒功能。当关闭点火开关1min后，电脑会进入休眠状态，当操作遥控钥匙、开关车门或行李箱盖时，便会唤醒ABC电脑，进行车身水平监察，若负载减小，车身升高，电脑便会调整车身水平，由于发动机未起动运转，故也仅能降低车身水平。

4）开匙功能。点火开关打开时，工作状态与唤醒功能一样，只是没有时间限制。

5）锁定位置功能。当车辆停止及发动机不运转时，若系统检测出车轮没有负载或负载减小（例如更换轮胎或是在举升机上），便会关闭所有截断阀，令车身水平高度维持不变。

值得注意的是，当车辆闲置不用，一段时间后车身水平可能会降低。当车辆闲置很久（约四星期）时，车身水平可能会缓慢降低，但应不超过30mm。当车辆行驶时，ABC油液在正常工作温度下工作，而停车后，油温降低，令车身水平下降，但应为缓慢下降且下降量应不超过20mm。

驾驶员可以利用车身水平调整按钮选择正常车身水平、高车身水平或更高车身水平，但车速超过某一速度时，升高车身操作会自动取消；当车速降低后，系统会自动回复升高车身操作。

ABC悬架支柱主要由液压柱塞、弹簧及减振器组成。ABC悬架支柱液压柱塞行程传感器整合在液压柱塞内。减振器采用双管气压式设计。

车辆行驶时，5Hz以下的低频振荡将由ABC悬架支柱液压柱塞吸收；5Hz以上的振荡将由减振器吸收。这样，可以减小因路面不平所产生的车身跳动、加速或制动时的车身前后摇晃、因转向或路面横向倾斜所造成的侧倾或滚动。