很多图都明白了汽车悬架是怎么工作的,解决了我多年的困惑!
古埃及已经有了叶泉的痕迹。古代武器专家使用弯曲的板簧来加强攻城武器。后来吊索用的钢板弹簧更精密,可以用好几年。当时的弹簧不是用金属做的,而是用硬树枝做弹簧,就像做弓一样。
19世纪早期,英国大部分四轮马车都装有弹簧,轻型四轮马车用木弹簧减震,而较大的四轮马车用钢制成。这些铁弹簧由低碳钢制成,通常层层叠放形成钢板弹簧。
在早期发展阶段,汽车被比作一辆自己驱动的马车。但相对来说,车厢是为低速行驶而设计的,它的悬挂不适合内燃机产生的高速行驶。
1903年,德国Mors汽车公司首次在车辆上安装减震器。1920年,利兰汽车公司在悬架系统中增加了扭杆装置。1922年,蓝旗亚·兰姆达率先使用独立前轮悬架。1932之后,这种悬挂系统在在售车辆中普及。
当悬架伸展和收缩时,悬架刚度(或弹簧刚度)是用于设置车辆高度或其位置的要素之一。车辆的重载荷通常会搭配更硬的悬架来抵消额外的重量载荷,否则车辆可能会在途中(或弹跳时)被压坏。
一般来说,载重较大的车辆应配备硬弹簧,其弹簧刚度接近车重上限,车辆才能正常载货,行驶平稳。开空车货车可能会让乘客不舒服,因为与货车重量相关的弹簧刚度高,减震太硬坐不起来。
弹簧刚度是一个比率,用于测量弹簧在弯曲时被压缩或拉伸时的阻抗。根据胡克定律,弹性强度随着挠度的增加而增加。简单来说,这种现象可以用下面的公式来描述:F=kx。
其中f是弹簧的力;k是弹簧的刚度;x是静态平衡时的位移。
下面介绍五种常用的汽车悬架:麦弗逊悬架、双横臂悬架、多连杆式悬架、扭力梁悬架和整体桥式悬架。
麦弗逊悬架是一种由铰接支柱和下横臂组成的悬架形式。减震器也可以作为转向主销,转向节可以绕着它转动。其特征在于,主销的位置和前轮的定位角度随着车轮的上下跳动而变化。这种悬架结构简单,布局紧凑,前轮定位变化小,行驶稳定性好。所以麦弗逊悬架是目前汽车上应用最广泛的独立悬架。
对于很多发动机前置前轮驱动的车辆来说,车辆前部的大部分空间都用来布置水平放置的发动机和变速箱,留给悬挂的空间很小,所以麦弗逊悬挂的优势非常明显。
双横臂悬架由两个长度不同的A形臂和一个减震器作为支柱组成。上下A形臂分别通过球铰与车轮上的上下转向节臂连接,串联的减震器和螺旋弹簧作为支柱和转向主销,其上端与副车架连接,下端与下摆臂连接。上下A臂负责吸收转向时的侧向力,而支柱减震器只负责支撑车身重量,控制车轮上下跳动。
双横臂悬架可以说是最强的独立悬架。众所周知,三角形是最稳定的几何形状。双横臂悬挂的上下A臂具有类似三角形的稳定结构,不仅具有足够的扭转强度,而且对侧向力有很好的导向作用。此外,车轮的外倾角、前束、主销后倾角和主销四个定位参数精确可调,可以提高车辆操控性。如果用在SUV上,也能应对极端越野条件带来的巨大冲击。
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系统。前悬架一般是3连杆或4连杆独立悬架;后悬架一般为4连杆或5连杆后悬架系统,其中5连杆后悬架应用较为广泛。它的五个连杆分别是:主控制臂、前定位臂、后定位臂、上臂和下臂,分别作用于各个方向。
多连杆悬架可以实现主销后倾角的最佳位置,大大降低来自路面的前后力,从而提高了行驶平顺性和加速、制动时的舒适性,同时保证了直线行驶的稳定性,因为螺旋弹簧的拉伸或压缩引起的车轮侧向偏差很小,不容易造成非直线行驶。
但由于结构复杂、成本高、零件多、装配耗时,而要达到非独立悬架的耐久性,总是需要保持连杆不变形、不位移,在材料使用和结构优化上会非常考究。所以多连杆式悬架是以追求优异的操控性和驾驶舒适性为目的,并不适合所有情况。
扭力梁悬架是一种汽车后悬架装置。扭杆式悬架增加了一个平衡杆,以倾斜车轮并保持车辆稳定。它的工作原理是将非独立悬挂的车轮安装在一个整体车轴的两端,当一个车轮跑跳时,会影响另一个车轮相应地跳跳,使整个车身振动或倾斜。
采用这种悬架系统的汽车,一般稳定性和舒适性都较差,但由于其结构简单,承载能力大,所以悬架多用于货车、普通客车和其他一些特种车辆。
整体轴悬架是指有一个整体的轴结构连接两个车轮,轴不能断开,同一轴上的两个车轮没有相对运动。对于驱动桥来说,主要由差速器壳、轴管、半轴、轴承等零件组成,而对于不带驱动桥的整体桥,其结构更简单,现在多为卡车使用。
由于舒适性和道路性能的折中,现在使用整体桥式悬挂的车型并不多,但这并不能抹杀它在越野爱好者眼中的实用性和地位。因为结构简单,维修改装方便,所以那些强调承重和越野的车型会继续使用这种悬挂。