汽车行驶系统-了解汽车文化

（1）汽车行驶系概述

先想象一个只有两根横梁的梯子，把横梁换成两根车轴，再安上4个车轮，于是，一个最简单的能被称为“车”的东西产生了，这就是行驶系。那两根横梁就是车桥（装着驱动轮的车桥就是驱动桥），两根纵梁就是车架。车桥的两端装着轮子，而车架上则安放着几乎所有其他东西——发动机、变速器、转向机构（转向盘和转向机）、人、行李以及车身。车桥和轮子在颠簸的路面上振动，此时不希望车身也如此振动，因此车桥和车架之间要用一种弹性结构连接在一起，这就是悬架系统，它包括能让车身缓冲装置——弹簧和让这种振动能尽快停下来的阻尼装置——减振器。

行驶系主要由车轮、车桥、车架和悬架等组成。

行驶系的功用是接受传动系的动力，通过驱动轮与路面的作用产生牵引力，使汽车正常行驶；承受汽车的总质量和地面的反力；缓和不平路面对车身造成的冲击，衰减汽车行驶中的振动，保持行驶的平顺性；与转向系配合，保证汽车操纵稳定性。

（2）车架与车身

1）车架的功用

车架俗称“大梁”，它是汽车的装配基体，汽车绝大多数的零部件、总成都要安装在车架上。另外，车架不仅承受各零部件、总成的载荷，还要承受汽车行驶时来自路面各种复杂载荷的作用，如汽车加速、制动时的纵向力，汽车转弯、侧坡行驶时的侧向力，不良路面传来的冲击等。

车架的功用可以概括为两点：一是支承、连接汽车各零部件、总成；二是承受车内、外各种载荷的作用。

2）车架的类型和构造

汽车采用的车架有4种类型：边梁式车架、中梁式车架、综合式车架和无梁式车架。目前，汽车多采用边梁式车架和无梁式车架。

①边梁式车架　如图3.44所示，它由两根纵梁和若干根横梁构成。纵梁和横梁之间通过铆接或焊接的方法连接起来。这种车架结构简单，便于整车的布置，在各种类型的汽车上都广泛应用。

图3.44　边梁式车架

1—保险杠；2—挂钩；3—前横梁；4—发动机前悬置横梁；5—发动机后悬支架及横梁；6—纵梁；7—驾驶室后悬置横梁；8—第四横梁；9—后钢板弹簧前支架横梁；10—后钢板弹簧后支架横梁；11—角撑横梁组件；12—后横梁；13—拖钩；14—蓄电池托架

②无梁式车架　是用车身兼作车架，汽车的所有零部件、总成都安装在车身上，车身要承受各种载荷的作用，因此，这种车身又称为承载式车身，广泛用于轿车和客车，如图3.45所示。

图3.45　承载式车身

1—A柱；2—行李舱底板；3—B柱；4—后围侧板；5—后纵梁；6—底板；7—车门栏板；8—前纵梁

③中梁式车架和综合式车架　如图3.46、图3.47所示，这两种车架结构复杂，加工制造及维修困难，目前很少应用。

图3.46　中梁式车架

图3.47　综合式车架

（3）悬架概述

1）悬架的组成

若汽车车架（或车身）直接安装于车桥（或车轮）上，则道路不平引起的地面冲击使货物和人会感到十分不舒服，这是因为没有悬架装置。汽车悬架是车架（或车身）与车轴（或车轮）之间的弹性连接装置的统称。它的作用是弹性地连接车桥和车架（或车身），缓和行驶中车辆受到的冲击力，保证货物完好和人员舒适；衰减由于弹性系统引进的振动，使汽车行驶中保持稳定的姿势，提高操纵稳定性；悬架系统承担着传递垂直反力，纵向反力（牵引力和制动力）和侧向反力以及这些力所造成的力矩，以保证汽车行驶平顺；当车轮相对车架跳动，特别在转向时，车轮运动轨迹要符合一定的要求；悬架还起着使车轮按一定轨迹相对车身跳动的导向作用。

悬架结构形式和性能参数的选择合理与否，直接对汽车行驶平顺性、操纵稳定性和舒适性有很大的影响。悬架系统是现代汽车上重要的总成之一。

悬架一般由弹性元件、导向机构、减振器和横向稳定杆组成，如图3.48所示。弹性元件用来承受并传递垂直载荷，缓和由于路面不平引起的对车身的冲击。弹性元件种类包括钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧、油气弹簧、空气弹簧和橡胶弹簧。减振器用来衰减弹性系统引起的振动，减振器的类型有筒式减振器、阻力可调式新式减振器、充气式减振器。导向机构用来传递车轮与车身间的力和力矩，同时保持车轮按一定运动轨迹相对车身跳动，通常导向机构由控制摆臂式杆件组成，种类有单杆式或多连杆式。钢板弹簧作为弹性元件时，可不另设导向机构，它本身兼起导向作用。有些轿车和客车上，为防止车身在转向等情况下发生过大的横向倾斜，在悬架系统中加设横向稳定杆，目的是提高横向刚度，使汽车具有不足转向特性，提高汽车的操纵稳定性和行驶平顺性。

图3.48　悬架的组成

1—弹性元件（螺旋弹簧）；2—纵向推力杆；3—减振器；4—横向稳定器；5—横向推力杆

2）悬架系统种类

现代的汽车越来越注重乘坐的舒适性，消费者往往将车的舒适性列为购买的一个重要衡量指标。事实上，汽车乘坐的舒适性除了座椅的柔软程度、支撑力等因素外，关系最大的就是汽车的悬架系统。同时，悬架系统还是车架与车轴之间连接的传力机件，对其他性能诸如行驶的安全性、通过性、稳定性以及附着性能都有重大影响。

简单地说，悬架系统的基本构成包括弹性元件、减振器和传力装置3个部分，分别起缓冲、减振和受力传递的作用。

对轿车而言，弹性元件多指螺旋弹簧，它只承受垂直载荷，缓和及抑制不平路面对车体的冲击，具有占用空间小、质量小、无需润滑的优点，但由于本身没有摩擦而没有减振作用。减振器的功能是为加速衰减车身的振动，它也是悬架系统中最精密和复杂的机械件。传力装置则是指车架的上下摆臂等叉形钢架、转向节等元件，用来传递纵向力、侧向力及力矩，并保证车轮相对于车架有确定的相对运动规律。

悬架有两大类，即独立悬架和非独立悬架，如图3.49、图3.50所示。

图3.49　非独立悬架

图3.50　独立悬架

①非独立式悬架。将车轮装在一根整体车轴的两端，这样当一边车轮运转跳动时，就会影响另一侧车轮也作出相应的跳动，使整个车身振动或倾斜。采取这种悬架系统的汽车一般平稳性和舒适性较差，但由于其构造较简单，承载力大，因此，该悬架多用于载重汽车、普通客车和其他一些特种车辆上。

②独立式悬架。独立悬架的车轴分成两段，每只车轮用螺旋弹簧独立地安装在车架下面，如图3.50所示。当一边车轮发生跳动时，另一边车轮不受波及，车身的振动大为减少，汽车舒适性得到很大的提升，尤其在高速公路行驶时，它还可提高汽车的行驶稳定性。不过，这种悬架构造较复杂，承载力小，还会连带使汽车的驱动系统、转向系统变得复杂起来。目前，大多数轿车的前后悬架都采用了独立悬架的形式，并已成为一种发展趋势。(www.xing528.com)

现代汽车，特别是轿车上广泛采用独立悬架。独立悬架由于左右车轮的运动相对独立、互不影响，可以减少行驶时车架或车身的振动，同时可以减弱转向轮的偏摆。独立悬架的非簧载质量小，可以减小来自路面的冲击和振动，提高了行驶的平顺性。簧载质量是指汽车上由弹性元件支承的质量；而非簧载质量是指弹性元件下吊挂的质量。对于非独立悬架，整个车桥和车轮都属于非簧载质量，而对于独立悬架，只有部分车桥是非簧载质量，而主减速器、差速器、壳体等都装在车架或车身上，成了簧载质量，因此，独立悬架的非簧载质量要比非独立悬架的小。

独立悬架与断开式车桥配用，可以降低汽车的重心，提高汽车行驶的平顺性。

独立悬架的结构类型很多，一般可按车轮的运动方式分为3类，如图3.51所示。

图3.51　独立悬架的类型示意图

横臂式独立悬架：车轮在汽车横向平面内摆动的悬架，如图3.51（a）所示。

纵臂式独立悬架：车轮在汽车纵向平面内摆动的悬架，如图3.51（b）所示。

车轮沿主销移动的独立悬架，包括烛式悬架和麦弗逊式悬架，分别如图3.51（c）、（d）所示。

麦弗逊式是绞结式滑柱与下横臂组成的悬架形式，减振器可兼做转向主销，转向节可以绕着它转动，特点是主销位置和前轮定位角随车轮的上下跳动而变化，与烛式悬架正好相反。这种悬架构造简单、布置紧凑、前轮定位变化小，具有良好的行驶稳定性。目前，轿车使用最多的独立悬架是麦弗逊式悬架，如图3.52所示。

（4）减振器

目前，汽车中广泛使用液压减振器，其基本原理如图3.53所示，当车架与车桥做往复的内摩擦力便形成了衰减振动的阻尼力，使振动的能量转变为热能，并由油液和减振器壳体吸收，然后散到大气中。

阀门越大，阻尼力越小；反之亦然。相对运动速度越大，阻尼力越大；反之亦然。

阻尼力越大，振动的衰减越快，但悬架弹性元件的缓冲效果不能发挥，乘坐也不舒适，因此，弹性元件的刚度与减振器的阻尼力要合理搭配，才能保证乘坐舒适性和操纵稳定性的要求。

图3.52　麦弗逊式悬架

图3.53　液压减振器的基本原理

目前，汽车上应用最广泛的是双向作用筒式减振器。近年来，在高级轿车上有的采用充气式减振器。

1）双向作用筒式减振器

双向作用筒式减振器的基本组成如图3.54所示，它有3个同心缸，外面的缸是防尘罩，其上部的吊耳与车架相连。中间是储油缸，内装有一定量的油液，其下端的吊耳与车桥相连。里面是工作缸，其内装满油液。它还有4个阀，即压缩阀、伸张阀、流通阀和补偿阀。流通阀和补偿阀是一般的单向阀，其弹簧很弱，当阀上的油压作用力与弹簧弹力同向时，阀处于关闭状态，完全不通油液；而当油压作用力与弹簧弹力反向时，只要很小的油压，阀便能开启。压缩阀和伸张阀是卸载阀，其弹簧刚度较大，预紧力较大，只有当油压增高到一定程度时，阀才能开启；而当油压减低到一定程度时，阀即自行关闭。

图3.54　双向作用筒式减振器的基本组成

1—油封；2—防尘罩；3—导向座；4—流通阀；5—补偿阀；6—压缩阀；7—储油缸；8—伸张阀；9—活塞；10—工作缸；11—活塞杆

双向作用筒式减振器的工作原理可用压缩和伸张两个行程加以说明。

①压缩行程。当车桥移近车架（或车身）时，减振器受压缩，活塞下移，使其下方腔室容积减小，油压升高。具有一定压力的油液顶开流通阀进入活塞上方腔室。由于活塞杆占去上腔室的部分容积，使上腔室增加的容积小于下腔室减小的容积，因此，还有一部分油液不能进入上腔室而只能压开压缩阀，流回储油缸筒。油液流经上述阀孔时，受到一定的节流阻力，为克服这种阻力而消耗了振动能量，使振动衰减。

②伸张行程。当车桥相对远离车架（或车身）时，减振器受拉伸，活塞上移，使其上腔室油压升高。上腔室的油液便推开伸张阀流入下腔室。同样，由于活塞杆的存在，上腔室减小的容积小于下腔室增加的容积，从上腔室流出来的油液不足以充满下腔室所增加的容积，使下腔室产生一定的真空度，这时储油缸筒中的油液在真空度作用下推开补偿阀流进下腔室进行补充。

从上面的原理可以得知，这种减振器在压缩、伸张两个行程都能起减振作用，因此称为双向作用减振器。

2）充气式减振器

充气式减振器如图3.55所示，其结构特点是在缸筒的下部装有一个浮动活塞，高压的氮气充在浮动活塞与缸筒一端形成的密闭气室里。在浮动活塞的上面是减振器油液。O形密封圈把油和气完全分开，因此活塞也称为封气活塞。在工作活塞上装有压缩阀和伸张阀。这两个阀都是由一组厚度相同、直径不等、由大到小而排列的弹簧钢片组成。

图3.55　充气式减振器的基本组成

1—密封气室；2—浮动活塞；3—O形密封圈；4—压缩阀；5—工作缸；6—活塞杆；7—伸张阀；8—工作活塞

当车轮上下跳动时，工作活塞在油液中做往复运动，使工作活塞的上、下腔之间产生油压差，压力油便推开压缩阀或伸张阀而来回流动。由于阀孔对压力油产生较大的阻尼力，使振动衰减。

（5）车桥

车桥位于悬架与车轮之间，其两端安装车轮，通过悬架与车架（或车身）相连，其功用是传递车架（或车身）与车轮之间各种载荷的作用。

按悬架结构不同，车桥分为整体式和断开式两种。整体式车桥的中部是刚性实心或空心梁，与非独立悬架配用；断开式车桥为活动关节式结构，与独立悬架配用。

按车桥上车轮的作用不同，车桥分为转向桥、驱动桥、转向驱动桥和支持桥4种类型。其中，转向桥和支持桥都属于从动桥。

在后轮驱动的汽车中，前桥不仅用于承载，而且兼起转向作用，称为转向桥；后桥不仅用于承载，而且兼起驱动的作用，称为驱动桥。

越野汽车和前轮驱动汽车的前桥，除了承载和转向的作用外，还兼起驱动作用，称为转向驱动桥。

只起支承作用的车桥称为支持桥。挂车的车桥就是支持桥。支持桥除不能转向外，其他功能和结构与转向桥相同。