汽车悬架系统概述

一、悬架系统的组成

二、悬架系统及各部件的作用

三、悬架系统的分类

四、悬架系统性能评价指标

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一、悬架系统的组成

悬架系统一般由弹性元件、导向机构和减振器三部分组成,有的还装有横向稳定杆。

二、悬架系统及各部件的作用

2.1 悬架的作用
悬架系统是车辆重要的、关键的总成之一,是车架(或车身)与车桥(或车轮)之间弹性连接的机构,其主要功能是传递作用在车轮和车架(或车身)之间的一切力和力矩,且缓和由不平路面传给车架(车身)的冲击载荷,削弱由此引起的承载系统的振动,以保证汽车平顺行驶。悬架系统对汽车的行驶平顺性、乘坐舒适性、安全性、操纵稳定性和通过性等性能有很大影响，因此,悬架系统的发展一直受到汽车设计、研究人员的重点关注。

2.2 弹性元件的作用
弹性元件用来承受并支撑垂直载荷,缓和由不平路面引起的对车身的冲击。

2.3 导向机构的作用
导向机构用来传递车轮和车身之间的一切力和力矩,并确定车轮相对车身的运动规律。

2.4 减振器的作用
减振器则用以衰减、限制由冲击载荷引起的车身振动。

2.5 稳定杆的作用
横向稳定杆的作用是提高车身的侧倾刚度并使汽车具有不足转向特性,以改善汽车的操纵稳定性,保证汽车正常行驶。

三、悬架系统的分类

3.1 按导向机构

• 可分为独立悬架和非独立悬架两大类
• 非独立悬架两侧车轮连同整体式车桥通过弹性元件悬挂在车架或车身上，当一侧车轮受到冲击发生跳动时另一侧车轮也会受影响，其平顺性和舒适性较差，但构造简单,承载力大。
• 独立悬架的车轿分成两段,每一侧车轮单独地通过弹性元件悬挂在车架下,独立悬架的结构决定了它要比非独立悬架更舒适，这主要是：当汽车在不平道路上行驶时,独立悬架的两侧车轮可以单独运动，从而可减少车架和车身的振动；独立悬架减少了非簧载质量，能令汽车受到的冲击载荷减少，从而大大提高其平均行驶速度；由于采用断开式车轿，使汽车的重心降低，提高了汽车行驶稳定性。同时能给予车轮较大的上下运动空间。可以将悬架刚度设计得小些。使汽车振动频率降低。以改善行驶平顺性。

3.2 按控制方式

• 按照控制方式悬架分为被动悬架(Passive Suspension)、主动悬架(ActiveSuspension)和半主动悬架(Semi-active Suspension)三大类。
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• 主动悬架直接以一个作动器取代被动悬架中的弹簧元件和阻尼减振器元件,一般包括控制机构和执行机构。控制机构是由ECU(电子控制单元)和传感器等组成的闭环控制系统,通过传感器监测道路条件、汽车的运行状态和驾驶员的需求,按照设定的控制规律向执行机构(空气弹簧、动力源等)实时地发出控制信号,以调节悬架刚度和阻尼系数。调节悬架的刚度涉及能量的释放,因此,主动悬架需要一个动力源(液压泵或空气压缩机等)为悬架系统提供连续的动力输入。主动悬架有两种:一种是在被动悬架的基础上,增加一个驱动器,如图（a）所示。这种主动悬架只需要在被动悬架的基础上补充部分能量,因而消耗的能量小,尤其当主动悬架出现故障,它仍能按被动悬架方式工作,这种主动悬架通常称为并置式主动悬架。另一种主动悬架是簧载质量与非簧载之间完全由驱动器连接,并由驱动器吸收和补充全部能量,如图（b）所示。这种悬架的机械结构简单,但耗能较多,当主动悬架出现故障,就无法正常工作。这种悬架通常称为完全独立式主动悬架或全主动悬架。
  主动悬架不但能很好地隔离路面振动,而且能控制车身运动,比如起步和制动时的俯仰、转弯时的侧倾等,另外还可以调节车身的高度,提高汽车在恶劣路面的通过性。主动悬架尽管可能从根本上改变汽车在平顺性、稳定性和动载荷求之间的矛盾,但是由于主动悬架需要复杂的控制系统和较大的外部动力源驱动,从而致使主动悬架的结构复杂、成本高、可靠性低,不易普及。
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• 半主动悬架是介于主动悬架和被动悬架之间的一种悬架,又称无源主动悬架,能对悬架的刚度或阻尼系数进行实时调节,其简化模型如图所示。在车辆悬架中,弹性元件除了用于吸收和存贮能量外,还得承受车体的静止质量,在无源条件下,改变刚度要比改变阻尼困难得多。事实上,弹簧刚度的控制只能在空气弹簧或油气弹簧中实现,而调节悬架的阻尼,仅是消耗系统的能量,不需要向系统提供能量,且结构简单,造价低。因此,一般情况下半主动悬架系统仅对悬架的阻尼系数进行调节。
• 实际上,主动、半主动悬架是源于被动悬架,改进之处是增加了刚度、阻尼
  的可控调节装置,通过汽车状态信息的辨识和逻辑判断,引入(或改进)满足悬架系统特征的控制策略,使之能够自适应地跟踪调节悬架的刚度和阻尼达到悬架最佳状态,以保证整车性能的最优。

四、悬架系统性能评价指标

4.1 悬架系统性能直接影响整车的平顺性、操作稳定性和安全性。

4.2通常评价悬架性能有以下三个方面的指标。

4.2.1 平顺性,也叫舒适性,指车身的振动情况。平顺性的评价最为复杂,这
是因为人体对机械振动的反应一方面与振动的强度、频率、作用方向、暴露时间有关,另一方面还与人的心理和生理状态有关。一般通过车身垂直振动加速度来评价 。

4.2.2接地性,指车辆行驶过程中是否出现轮跳,影响车辆驱动力或制动力的
发挥,引起行驶方向失去控制。接地性对车辆的操作稳定性和安全性影响很大。评价指标是车轮的动载荷或动变形,动载荷等于动变形乘以轮胎刚度。若动载荷过大,则车轮与地面脱离接触的可能性增大,影响车辆制动力或驱动力的发挥,引起转向失控。

4.2.3 动行程,指悬架系统的组成元件弹簧、减振器的压缩和拉伸长度。评价指标为车轮与车身之间的相对位移,亦称悬架动挠度。悬架动挠度直接影响车辆的操作稳定性,若悬架的动挠度超过车辆设计的限位行程,就会造成撞击限位块引起悬架元件的损坏。

悬架系统性能的优劣用车身垂直加速度、车轮动载荷和悬架动挠度三个参数指标进行评价,在研究中应尽量减少这三个参数以提高整车性能。