任务7-3 悬架的结构原理（课件）-《汽车底盘构造与拆装》同步教学（理工教育）

悬 架 知识目标 正确描述悬架中弹性元件、减振器、导向装置的类型、构造、工作原理； 正确叙述非独立悬架、独立悬架的类型、特点、工作过程。 正确叙述电子控制悬架的功能、结构、工作原理。 故障情境：有一桑塔纳2000轿车，在行驶中遇颠簸时发出嘎达、嘎达的声响，且轮胎有异常磨损，行驶不稳定，试分析其可能的故障原因。 第1节 概 述 悬架的作用： 把作用于车轮的垂直反力、纵向反力和测向力以及这些反力引起力矩传递到车架，并使车辆具有良好的乘坐舒适性、平顺性和稳定性。 悬架的组成： 汽车悬架一般都由：弹性元件、阻尼元件（减振器） 、导向杆系三部分组成。在一些车辆上还要加装横向稳定器。 1.1 悬架的功用和组成 悬架： 车架（或承载式车身）与车桥（或车轮）之间的一切传力连接装置的总称。 组成及各组成部分功用 1.弹性元件 2.减振元件 3. 传力机构或称导向机构 4.横向稳定器 作用 缓冲 减振 传力并约束车桥运动轨迹 提高悬架的侧倾角刚度 作用 作用 作用 1.2 悬架系统的自然振动频率 汽车自然振动频率是影响汽车平顺性的重要性能指标之一，一般称之为车辆的偏频。其取值范围一般在1~1.6Hz之间。 汽车自然振动频率由汽车簧载质量和悬架刚度决定。计算公式如下： 簧载质量一定，悬架刚度越小，偏频越小。 悬架刚度一定，簧载质量越大，偏频越小。 1.3 悬架系统的类型 按汽车悬架的性能是否可控，分为： 被动悬架：悬架刚度、阻尼在行驶中不可调整的悬架。 主动悬架：悬架的刚度、阻尼根据行驶状况不同，可以自动调 节的悬架。 半主动悬架：只有悬架阻尼可以自动调节的悬架。 按汽车悬架的结构特点分为： 非独立悬架：两侧车轮刚性的连接在一起，只能共同运动的悬架。 广泛应用于货车、客车和轿车后桥。 独立悬架：两侧车轮由断开式车桥连接，车轮单独通过悬架与车 架连接，可以单独跳动。广泛应用于轿车前悬架。 第3节 减振器 减振器作用： 通过减振器自身的运动，消耗弹簧变形储存的能量，将其变为热能，并散发到空气中，以衰减弹簧的振动。 液力减振器的工作原理 活塞在缸筒内往复运动，油液便从一个内腔流入另一个，孔壁与油液以及液体分子的内摩擦形成对振动的阻尼力，使车身和车架的振动能量转化为热能，并被油液和减振器壳体吸收，最后散发到大气中。 要求： 振动速度大，阻尼力大 振动速度小，阻尼力小 3.2 对减振器阻尼力的要求： 在减振器随悬架一起被压缩时，减振器的阻尼力要小，以便让弹性元件充分的吸收振动能量，缓和冲击； 在减振器与悬架一起被拉伸时，减振器的阻尼力要大，以便让弹簧振动得到迅速衰减，降低驾驶员的疲劳； 在车架与车桥之间的运动速度过大时，减振器应该具有泄荷通道，使其阻尼力保持在一定的限度范围内。 3.3 双向筒式减振器 a.双向减振器的结构 减振器由储油筒、工作缸、活塞连杆分总成、底阀、导向器、防尘罩等组成。 双向筒式减振器有四个阀： 伸张阀、补偿阀、压缩阀、流通阀。 伸张阀 流通阀 补偿阀 压缩阀 伸张阀和压缩阀分别是拉伸行程和压缩行程的卸载阀。 补偿阀和流通阀分别在拉伸和压缩行程中补偿油液，避免上下腔中出现真空。 定义：在压缩和伸张两行程内均能起减振作用的减振器 b. 双向筒式减振器的工作过程 压缩行程 连杆和活塞一起向下运动 工作缸下腔油液压力增高 拉伸阀和补偿阀关闭； 下腔的高压打开流通阀； 压缩阀开，液体自压缩阀流出到储油筒； 阻尼力逐渐增大。 当活塞运动速度很快，下腔油压很大，克服压缩阀压紧弹簧，压缩阀完全打开，阻尼力不再增加。起到泄荷作用。 伸张阀 流通阀 补偿阀 压缩阀 拉伸行程 连杆和活塞一起向上运动 工作缸上腔油液压力增高 伸张阀开，油液通过伸张阀流向下腔； 节流孔的节流作用产生阻尼力 当活塞运动速度很快，上腔油压很大，克服伸张阀的压紧弹簧，伸张阀完全打开，阻尼力不再增加。起到泄荷作用。 伸张阀 流通阀 补偿阀 压缩阀 补偿阀打开，储油筒中油液流入到下腔； 3.4 新型减振器 a.充气减振器 充气减振器的优点： 采用浮动活塞，减少了一套底阀； 内充高压气体，能有效的衰减高频振动，并有助于消除噪音； 在防尘罩直径相同的条件下，工作缸和活塞的直径可以增大，增加了单位行程对应的流量，可以更可靠的建立压力。 可以消除油液的乳化现象。 充气减振器的缺点： 充气工艺复杂，不能修理，由于是单筒的，缸筒变形后，减振器不能工作。 b.阻尼可调式减振器 阻尼可调式减振器的特点： 减振器的阻尼特性可以根据行驶工况和悬架参数的变化，进行调解，使车辆具有更好的综合性能。 实例：装有可变刚度弹簧的阻尼可调式减振器 工作原理： 根据汽车载荷的变化，调整减振器的节流孔的流通面积，进而调整阻尼。 当载荷增加时，节流孔流通面积减小，阻尼力增大。载荷减小时的情况相反。 第2节 弹性元件 钢板弹簧； 螺旋弹簧； 扭杆弹簧： 空气弹簧； 油气弹簧； 橡胶弹簧。 悬架的弹性元件主要有： 组成的悬架结构简单，工作可靠，刚度大，适用于非独立悬架。 制造工艺简单，不需要润滑，安装的纵向空间小，质量小。应用于独立悬架。 单位质量的储能高，结构简单，不需要润滑，方便布置。 统称为气体弹簧，具有变刚度特性，可调整车身高度。可提高汽车的舒适性和平顺性。应用于高级大巴和高级轿车。 单位储能高，有阻尼特性、隔振。用于缓冲块。 2.1 钢板弹簧 由若干片等宽但不等长的合金弹簧片组合而成的近似等强度的弹性梁。 卷耳 弹簧夹 钢板弹簧 中心螺栓 螺栓 套筒 螺母 钢板弹簧的第一片最长，成为主片。主片的两端弯成卷耳，通过弹簧销与车架或者吊耳作铰链连接。 钢板弹簧的中部一般用U形螺栓固定在车桥上。 钢板弹簧在载荷作用下变形时，各片之间相对滑动而产生摩擦，促进车架的振动衰减。 钢板弹簧在载荷作用下变形时，各片之间相对滑动而产生摩擦，促进车架的振动衰减。但也降低了缓和冲击，加速磨损的问题，一般需要装配时各片之间涂上较稠的润滑剂，并定期的保养。 目前的汽车大量采用了：变截面的少片钢板弹簧。有质量轻、结构简单、摩擦小、节省材料的特点。 2.2 螺旋弹簧 优点：无须润滑、不怕泥污、纵向布置空间较小、质量小。 缺点：无减振作用；只能承受铅垂载荷，需装设导向机构。 特点: 只有缓冲作用,不能减振和传递水平方向的力。 2.3 扭杆弹簧 扭杆弹簧：由弹簧钢制成的扭杆，通过轴向扭转变形来缓冲冲击。 扭杆弹簧的特点： 加工时可以预先产生内应力。 左右扭杆弹簧不能互换 具有比钢板弹簧和螺旋弹簧都大储能能力，因此质量轻。 结构比较简单，不需要润滑。 和导向机构一起产生变刚度特性。 方便布置。 横向稳定杆由弹簧钢制成，呈扁平的U形，横向安装在汽车前端或后端（有的轿车在前后都装横向稳定器）。弹性的稳定杆产生扭转内力矩会阻碍悬架弹簧的变形，减少了车身的横向倾斜和横向角振动。 第四节 非独立悬架 非独立悬架的特点： 结构简单； 工作可靠； 采用钢板弹簧的非独立悬架中，省却了导向结构，方便布置。 因此广泛引用于货车的前、后悬架和轿车的后悬架。 非独立悬架的分类： 钢板弹簧非独立悬架； 螺旋弹簧非独立悬架； 空气弹簧非独立悬架 油气弹簧非独立悬架 纵置板簧式非独立悬架 特点： 钢板弹簧一端为固定铰链，另一端为活动铰链。 钢板弹簧中部用U型螺栓与车架连接。 将钢板弹簧非独立悬架应用于前悬架时，一般要安装减振器。 弹簧和车架上装有缓冲块和限位块，限制弹簧的变形量 特点： 钢板弹簧的后端采用滑板式支承； 第二片钢板弹簧的后端做成折角，避免钢板弹簧脱落； 优点：结构简单，拆卸方便，不用需要润滑。 缺点：钢板弹簧工作长度的变化，进而引起刚度的变化； 钢板弹簧两端采用橡胶块支承的悬架 特点： 主片不易损坏； 不用润滑吊耳处； 橡胶具有吸振降噪的作用； 钢板弹簧的移动量受到限制。 采用主副簧结构的钢板弹簧悬架 目的： 通过主副簧先后起作用，得到变刚度特性提高汽车平顺性。 副簧在上： 刚度突变，不利于汽车平顺性。 副簧在下： 副簧逐渐起作用，具有刚度渐变的特点，有利于汽车平顺性。 4.2 螺旋弹簧非独立悬架 一般只用作轿车的后悬架，具有纵向布置方便，便于维护和保养的特点。 由于螺旋弹簧只能承受较小侧向力。因此需要加装横向推力杆4和纵向推力杆1。 3. 空气弹簧非独立悬架 4. 油气弹簧非独立悬架 第5节 独立悬架 两侧车轮可以单独跳动，可减少车身振动，消除车轮偏摆； 降低非簧载质量，提高平均车速； 采用断开式车桥，降低汽车重心，提高行驶稳定性； 提供了较大的车轮跳动空间，因此减小悬架刚度，降低汽车偏频，提高平顺性。 a.结构特点： 两侧车轮独立的与车架或车身弹性连接。 b.独立悬架的优点： c.独立悬架的缺点： 结构复杂、制造成本高，维护不便，车轮引起轮矩变化，加剧轮胎磨损。 独立悬架的分类： 车轮在横向平面内摆动的悬架；（横臂式独立悬架） 车轮在纵向平面内摆动的悬架； （纵臂式独立悬架） 车轮沿主销移动的悬架； （烛式独立悬架和麦弗逊式） 车轮在斜向平面侧摆动的悬架。 （单斜臂式独立悬架） 独立悬架采用的弹性元件多是螺旋弹簧和扭杆弹簧。 轿车的前悬架：独立悬架；后悬架：非独立悬架 5.1 横臂式独立悬架 根据横臂的数量分为： 单横臂独立悬架； 双横臂独立悬架。 单横臂式 双横臂式 特点：车轮在汽车的横向平面内跳动。 等臂式双横臂悬架 不等臂式双横臂悬架 a.单横臂式独立悬架 特点： 当车轮跳动时将改变轮距。 用于转向轮时，引起主销内倾角和车轮外倾发生变化。 应用于车速不高的重型越野车辆。 右图为戴姆勒-奔驰轿车的单横臂悬架。 b.双横臂式独立悬架 等臂式单横臂悬架： 车轮跳动时车轮不倾斜但轮距变化较大。 不等臂式单横臂悬架：车轮跳动时车轮倾斜但轮距变化可以较小。 不等臂式双横臂悬架：应用广泛，占独立悬架的30-40% 如：CA7560的前悬架，依维柯的前悬架 b.双横臂式独立悬架 5.2 纵臂式独立悬架 车轮上下跳动时，单纵臂式独立悬架将引起较大的主销后倾角变化。因此多用于后悬架。 根据采用的纵臂数目可分为： 单纵臂独立悬架：如富康轿车的后悬架 双纵臂独立悬架。 单纵臂式独立悬架 如果转向轮采用单纵臂式独立悬架，车轮上下跳动将使主销后倾角产生很大变化。因此，单纵臂式独立悬架一般多用于不转向的后轮。 b.螺旋弹簧单纵臂式独立悬架 c.双纵臂式独立悬架 特点：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。车轮上下跳动时，主销的后倾角保持不变，这种形式的悬架适用于转向轮 5.3 车轮沿主销移动的独立悬架 烛式悬架：车轮沿固定不动主销轴线移动的独立悬架； 麦弗逊悬架：车轮沿摆动主销轴线移动的独立悬架； a.烛式独立悬架 优点： 车轮转向时，前轮的定位参数不会发生变化，有利于转向操纵和行驶稳定性。 缺点： 车轮转向时，全部侧向力由主销和其外部的套管承受，增加了主销与套管的摩擦。 b.麦弗逊独立悬架 也称滑柱连杆式悬架，是烛式悬架的改进，用横摆臂克服了滑动立柱的受力状况。侧向力大部分由横摆臂承受。 属于无主销悬架： 滑动立柱上支点和下摆臂外端的球铰中心构成主销轴线。 优点： 前轮内侧布置空间较大，方便前置前驱动布置。 2）麦弗逊式 5.4 横向稳定器 作用： 在汽车高速行驶中转向时，通过横向稳定杆增强悬架系统的刚度，减小车身的横向倾斜和横向角振动。 原因： 轿车的独立悬架较软。高速转向时，车身倾斜。 电子控制悬架系统 掌握电控悬架的基本组成和工作原理 掌握电控悬架的电路图 知识目标 能力目标 应知：电控悬架的功用、组成和原理 应会：读懂电路图 一、 分类 1.根据有源和无源分： 1）半主动悬架： 汽车在转向和制动等工况时不能对悬架刚度和阻尼力进行控制。 2）主动悬架： 能对其刚度和阻尼力控制外，还可以调整车身高度。 2.按悬架介质分： 油气式主动悬架和空气式主动悬架。 1.减振力和弹簧刚度的控制 1)防侧倾控制 2)防栽头控制 3)防后坐控制 4)高速控制 5)不平道路控制 二、电控悬架的功能 2.车身高度的控制 自动高度控制 高速控制 点火开关OFF控制 三、电子控制空气式主动悬架的结构与原理 传感器：车高传感器、车速传感器、加速度传感器、转向盘转角传感器、节气门位置传感器和弹性大小的弹性元件等。 车身状态传感器（加速度、位移及其他目标参数）  计算机控制装置 放大推动 调节悬架参数的执行器（电磁阀、步近电机等） 开关：模式选择开关、制动灯开关、停车开关、车门开关 电子控制单元：ECU 执行机构：可调阻尼力的减振器、可调节弹簧高度 1. 基本组成 2. 工作原理： 由传感器、悬架ECU和执行器 LRC开关：可以选择悬架的刚度和阻尼力。 高度控制开关：选择汽车目标高度。 模式选择开关： 高度控制开关ON/OFF 转向传感器 转向传感器 当判定转向盘的转角和车速大于设定值时，ECU会促使减振力和弹簧刚度增加，和抑制车身侧倾 高度控制阀 空气弹簧 空气弹簧结构图 悬架执行器 通过驱动减振的阻尼调节杆和空气弹簧气缸的气阀控制杆(刚度控制杆）来改变减振器的阻尼力和悬架的刚度。 悬架执行器 电控悬架试验台认识视频 $$