现代汽车,特别是轿车广泛采用独立悬架,有的轿车全部车轮都采用独立悬架。
1.结构特点
独立悬架的结构特点是车架与每一侧车轮之间的悬架连接是独立的,它的车桥为断开式,当一侧车轮上下跳动时,不会影响到另一侧车轮位置的变化。这种悬架乘坐舒适性和操纵稳定性都较好,且具有降低汽车重心、减小汽车造型受约束的效果,但其结构较复杂,造价较昂贵。
2.与非独立悬架相比的优点
1)左、右车轮的运动相互独立,减小了车身的振动。
2)非簧载质量小,悬架所受到的冲击小,平顺性好。
3)与断开式车桥配用,可降低汽车重心,行驶稳定性好。
在独立悬架中,多采用螺旋弹簧和扭杆弹簧作为弹性元件,其他形式的弹性元件使用得很少。
悬架的构件虽然简单,但参数的确定却相当复杂,厂家不但要考虑汽车的舒适性和操控稳定性,还要考虑到成本问题。基于这三个原因,不同厂家有不同的倾向性策略,也就产生了国内现在比较常见的五种悬架:麦弗逊式独立悬架、双叉臂式独立悬架、双横臂式独立悬架、连杆支柱式独立悬架、多连杆式独立悬架。下面,就让我们来分别学习五款国内常见的独立悬架。首先,来学习下使用最普遍的麦弗逊式独立悬架。
3.麦弗逊式独立悬架
如图3-43所示,麦弗逊式独立悬架是以发明者Macphersan的名字命名,在中级以下轿车中使用很广泛的一种悬架。
图3-43 麦弗逊式独立悬架
这种悬架由减振器、螺旋弹簧、A字形下摆臂组成,绝大部分车型还会加上横向稳定杆。减振器与套在它外面的螺旋弹簧合为一体,构成悬架的弹性支柱。支柱上端与车身挠性连接,支柱下端与转向节刚性连接。下摆臂的外端通过螺栓与转向节的下部连接,内端与元宝梁铰接。车轮所受的侧向力经转向节大部分由下摆臂承受,其余部分由减振器承受。
麦弗逊式独立悬架没有传统的主销实体,转向轴线为上、下铰接中心的连线。麦弗逊式悬架结构简单,布置紧凑,用于前悬架时能增大两轮内侧的空间,故多用于发动机前置前轮驱动的汽车上。转向轮采用麦弗逊式独立悬架时,前轮定位参数的变化较小,除前束可调整外,其他参数有的车型规定不可调整,有的车型规定可以调整。
麦弗逊式独立悬架由于结构简单,所以,它质量小、响应速度快,并且在一个下摆臂和支柱的几何结构下能自动调整车轮外倾角,让其能在过弯时自适应路面,让轮胎的接地面积最大化,虽然麦弗逊式悬架并不是技术含量很高的悬架结构,但麦弗逊式悬架在行车舒适性上的表现还是令人满意的,不过由于其构造为直筒式,对左、右方向的冲击缺乏阻挡力,抗制动点头作用较差,悬架刚度较弱,稳定性差,转弯侧倾明显。
由于其占用空间小,适合小型车以及大部分中型车使用。国内常见的广州本田飞度、东风标致307、一汽丰田卡罗拉、上海通用君越、一汽大众迈腾等前悬架均采用了麦弗逊式独立悬架。
麦弗逊式独立悬架的主要优点:结构简单、占用空间小、响应较快、制造成本低;主要缺点:横向刚度小、稳定性不佳、转弯侧倾较大。
注:超级跑车保时捷911也采用了麦弗逊式前悬架,这足以证明这款悬架具有广泛的适应性。
4.双叉臂式独立悬架
如图3-44所示,双叉臂式独立悬架是在中、高级轿车中使用很广泛的一种悬架。
双叉臂式独立悬架又称为双A臂式独立悬架,双叉臂式独立悬架拥有上、下两个叉形摆臂。其中,上、下叉臂的一端分别通过叉臂轴与车身铰接,另一端分别通过上、下球头销与转向节相连。减振器与套在它外面的螺旋弹簧合为一体,构成悬架的弹性支柱。支柱上端与车身挠性连接,支柱下端与转向节刚性连接。横向力由两个叉臂同时吸收,支柱只承载车身重量,因此,横向刚度大。垂直力通过转向节、下球头销、下摆臂和减振器及螺旋弹簧传递给车身;而纵向力、侧向力及其力矩由转向节、下摆臂、上摆臂、下球头销、上球头销传递给车身。由于此种悬架使用上下球头销来代替主销,故属于无主销式悬架。
双叉臂式独立悬架的上、下两个A字形叉臂可以精确地定位前轮的各种参数。前轮转弯时,上、下两个叉臂能同时吸收轮胎所受的横向力,加上两个叉臂的横向刚度较大,所以,转弯的侧倾较小。
双叉臂式独立悬架通常采用上、下不等长叉臂(上短下长),让车轮在上、下运动时能自动改变外倾角并且减小轮距变化、减小轮胎磨损,并且能自适应路面,轮胎接地面积大,贴地性好。
相比麦弗逊式独立悬架,双叉臂式独立悬架多了一个上摆臂,不仅需要占用较大的空间,而且其定位参数较难确定,因此,小型轿车的前桥出于空间和成本考虑一般不会采用此种悬架。但其具有侧倾小、可调参数多、轮胎接地面积大、抓地性能优异等优点,因此,绝大部分纯正血统的跑车的前悬架均选用双叉臂式独立悬架,可以说双叉臂式独立悬架是为运动而生的悬架。法拉利、玛莎拉蒂超级跑车以及F1方程式赛车均采用了双叉臂式前悬架。而国内采用双叉臂式前悬架的轿车主要有一汽丰田皇冠和锐志,以及奥迪的豪华SUV Q7、大众途锐等。(www.xing528.com)
双叉臂式独立悬架的主要优点:横向刚度大、抗侧倾性能优异、抓地性能好、路感清晰;主要缺点:制造成本高、悬架定位参数设定复杂。
图3-44 双叉臂式独立悬架
5.双横臂式独立悬架
如图3-45所示,双横臂式独立悬架是在双叉臂式独立悬架的基础上改变而来的,二者有着许多的共性,双横臂式只是结构比双叉臂式简单些,可以称之为简化版的双叉臂式独立悬架。同双叉臂式悬架一样,双横臂式悬架的横向刚度也较大,一般也采用上、下不等长摆臂设置。
双横臂式悬架设计偏向运动性,其性能优于麦弗逊式悬架,但比起真正的双叉臂式悬架以及多连杆悬架要稍差一些。国内采用双横臂式前悬架的轿车主要有:广州本田雅阁、一汽轿车马自达6以及克莱斯勒300C;而采用双横臂式后悬架的有东风本田思域。
6.连杆支柱式独立悬架
连杆支柱式独立悬架严格意义上来说没有这种称谓,但是,随着国内广州丰田凯美瑞的热销,连杆支柱这个名字被越来越多的人熟悉,我们也就姑且把这种悬架称为连杆支柱式独立悬架。
如图3-46所示,连杆支柱式悬架与麦弗逊式悬架一样,用来支撑车体的也是减振器支柱,它把减振器和螺旋弹簧组装成一体。连杆支柱式悬架也有一根粗大的减振器支柱,与麦弗逊式悬架的主要区别在于:悬架下部与车身连接的A字形下摆臂改成了三根连杆定位。转弯时产生的横向力主要由减振器支柱和横向连杆来承担。它具有与麦弗逊式悬架相近的操控性能,又有比麦弗逊式悬架更高的连接刚度和相对较好的抗侧倾性能。但是,同样也存在麦弗逊式悬架的缺点,就是稳定性不好,转弯侧倾还是较大,需要加装横向稳定杆来减小转向侧倾。
图3-45 双横臂式独立悬架
图3-46 连杆支柱式独立悬架
不过其占有空间小于真正的多连杆式悬架,成本也低于多连杆式悬架,因此,被不少厂家采用。国内采用这种前悬架的主要有昌河铃木利亚纳、东风悦达起亚赛拉图、北京现代伊兰特、广州丰田凯美瑞等;而采用连杆支柱式后悬架的有汉兰达。
连杆支柱式独立悬架的主要优点:结构简单、占用空间较小、制造成本较低;主要缺点:横向刚度依然有限、稳定性不佳、容易加剧前驱车的转向不足特性。
7.多连杆式独立悬架
多连杆式独立悬架可分为多连杆式前悬架和多连杆式后悬架。其中前悬架一般为3根连杆或4根连杆式独立悬架;后悬架则一般为4根连杆或5根连杆式独立悬架。其中,5连杆式后悬架应用较为广泛。
如图3-47所示,多连杆式悬架能实现主销后倾角的最佳位置,大幅度减小来自路面的前后方向力,从而改善加速和制动时的平顺性和舒适性,同时也保证了直线行驶的稳定性。因为由螺旋弹簧拉伸或压缩导致的车轮横向偏移量很小,不易造成非直线行驶。在车辆转弯或制动时,多连杆式悬架结构可使后轮形成正前束,提高了车辆的控制性能,减少转向不足的情况。
多连杆式悬架在收缩时能自动调整外倾角、前束角以及使后轮获得一定的转向角度。通过对连接运动点的约束角度设计使得悬架在压缩时能主动调整车轮定位,能完全针对车型进行匹配和调校,以最大限度地发挥轮胎抓地力,从而提高整车的操控极限。
多连杆式悬架结构相对复杂,材料成本、研发试验成本以及制造成本远高于其他类型的悬架,而且其占用空间大,中小型车出于成本和空间考虑极少使用这种设计。但多连杆式悬架的舒适性能是所有悬架中最好的,操控性能也和双叉臂式悬架难分伯仲。高档轿车由于空间充裕且注重舒适性能和操控稳定性,所以,大多使用多连杆式独立悬架,可以说多连杆式悬架是高档轿车的绝佳搭档。
国内前、后悬架均采用多连杆的车型有:奔驰E级轿车、华晨宝马的3系及5系轿车、一汽大众奥迪A4及A6L;采用多连杆前悬架的车型有上海大众的帕萨特领驭;采用多连杆后悬架的有长安福特福克斯、一汽大众速腾、广州本田雅阁、上海通用君越、一汽丰田皇冠及锐志、一汽轿车马自达6、东南汽车三菱戈蓝等。
图3-47 多连杆式独立悬架
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