懸掛系統(tǒng)就是指由車(chē)身與輪胎間的彈簧和避震器組成整個(gè)支持系統(tǒng)。懸掛系統(tǒng)應(yīng)有的功能是支持車(chē)身,改善乘坐的感覺(jué),不同的懸掛設(shè)置會(huì)使駕駛者有不同的駕駛感受。
外表看似簡(jiǎn)單的懸掛系統(tǒng)綜合多種作用力,決定著轎車(chē)的穩(wěn)定性、舒適性和安全性,是現(xiàn)代轎車(chē)十分關(guān)鍵的部件之一。
分類
根據(jù)控制形式不同分為被動(dòng)式懸架、主動(dòng)式懸架。根據(jù)汽車(chē)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)不同可分為獨(dú)立懸架、非獨(dú)立懸架。
非獨(dú)立懸架
非獨(dú)立懸架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是兩側(cè)車(chē)輪由一根整體式車(chē)橋相連,車(chē)輪連同車(chē)橋一起通過(guò)彈性懸架懸掛在車(chē)架或車(chē)身的下面。非獨(dú)立懸架具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、強(qiáng)度高、保養(yǎng)容易、行車(chē)中前輪定位變化小的優(yōu)點(diǎn),但由于其舒適性及操縱穩(wěn)定性都較差,在現(xiàn)代轎車(chē)中基本上已不再使用,多用在貨車(chē)和大客車(chē)上。
獨(dú)立懸架
獨(dú)立懸架是每一側(cè)的車(chē)輪都是單獨(dú)地通過(guò)彈性懸架懸掛在車(chē)架或車(chē)身下面的。其優(yōu)點(diǎn)是:質(zhì)量輕,減少了車(chē)身受到的沖擊,并提高了車(chē)輪的地面附著力;可用剛度小的較軟彈簧,改善汽車(chē)的舒適性;可以使發(fā)動(dòng)機(jī)位置降低,汽車(chē)重心也得到降低,從而提高汽車(chē)的行駛穩(wěn)定性;左右車(chē)輪單獨(dú)跳動(dòng),互不相干,能減小車(chē)身的傾斜和震動(dòng)。不過(guò),獨(dú)立懸架存在著結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、維修不便的缺點(diǎn)?,F(xiàn)代轎車(chē)大都是采用獨(dú)立式懸架,按其結(jié)構(gòu)形式的不同,獨(dú)立懸架又可分為橫臂式、縱臂式、多連桿式、燭式以及麥弗遜式懸架等。
橫臂式懸架
橫臂式懸架是指車(chē)輪在汽車(chē)橫向平面內(nèi)擺動(dòng)的獨(dú)立懸架,按橫臂數(shù)量的多少又分為雙橫臂式和單橫臂式懸架。
單橫臂式具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,側(cè)傾中心高,有較強(qiáng)的抗側(cè)傾能力的優(yōu)點(diǎn)。但隨著現(xiàn)代汽車(chē)速度的提高,側(cè)傾中心過(guò)高會(huì)引起車(chē)輪跳動(dòng)時(shí)輪距變化大,輪胎磨損加劇,而且在急轉(zhuǎn)彎時(shí)左右車(chē)輪垂直力轉(zhuǎn)移過(guò)大,導(dǎo)致后輪外傾增大,減少了后輪側(cè)偏剛度,從而產(chǎn)生高速甩尾的嚴(yán)重工況。單橫臂式獨(dú)立懸架多應(yīng)用在后懸架上,但由于不能適應(yīng)高速行駛的要求,應(yīng)用不多。
雙橫臂式獨(dú)立懸架按上下橫臂是否等長(zhǎng),又分為等長(zhǎng)雙橫臂式和不等長(zhǎng)雙橫臂式兩種懸架。等長(zhǎng)雙橫臂式懸架在車(chē)輪上下跳動(dòng)時(shí),能保持主銷(xiāo)傾角不變,但輪距變化大(與單橫臂式相類似),造成輪胎磨損嚴(yán)重,現(xiàn)已很少用。對(duì)于不等長(zhǎng)雙橫臂式懸架,只要適當(dāng)選擇、優(yōu)化上下橫臂的長(zhǎng)度,并通過(guò)合理的布置、就可以使輪距及前輪定位參數(shù)變化均在可接受的限定范圍內(nèi),保證汽車(chē)具有良好的行駛穩(wěn)定性。不等長(zhǎng)雙橫臂式懸架已廣泛應(yīng)用在轎車(chē)的前后懸架上,部分運(yùn)動(dòng)型轎車(chē)及賽車(chē)的后輪也采用這一懸架結(jié)構(gòu)。
多連桿式懸架
多連桿式懸架是由(3—5)根桿件組合起來(lái)控制車(chē)輪的位置變化的懸架。多連桿式能使車(chē)輪繞著與汽車(chē)縱軸線成二定角度的軸線內(nèi)擺動(dòng),是橫臂式和縱臂式的折衷方案,適當(dāng)?shù)剡x擇擺臂軸線與汽車(chē)縱軸線所成的夾角,可不同程度地獲得橫臂式與縱臂式懸架的優(yōu)點(diǎn),能滿足不同的使用性能要求。多連桿式懸架的主要優(yōu)點(diǎn)是:車(chē)輪跳動(dòng)時(shí)輪距和前束的變化很小,不管汽車(chē)是在驅(qū)動(dòng)、制動(dòng)狀態(tài)都可以按司機(jī)的意圖進(jìn)行平穩(wěn)地轉(zhuǎn)向,其不足之處是汽車(chē)高速時(shí)有軸擺動(dòng)現(xiàn)象。
縱臂式懸架
縱臂式獨(dú)立懸架是指車(chē)輪在汽車(chē)縱向平面內(nèi)擺動(dòng)的懸架結(jié)構(gòu),又分為單縱臂式和雙縱臂式兩種形式。單縱臂式懸架當(dāng)車(chē)輪上下跳動(dòng)時(shí)會(huì)使主銷(xiāo)后傾角產(chǎn)生較大的變化,因此單縱臂式懸架不用在轉(zhuǎn)向輪上。雙縱臂式懸架的兩個(gè)擺臂一般做成等長(zhǎng)的,形成一個(gè)平行四桿結(jié)構(gòu),這樣,當(dāng)車(chē)輪上下跳動(dòng)時(shí)主銷(xiāo)的后傾角保持不變。雙縱臂式懸架多應(yīng)用在轉(zhuǎn)向輪上。
燭式懸架
燭式懸架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是車(chē)輪沿著剛性地固定在車(chē)架上的主銷(xiāo)軸線上下移動(dòng)。燭式懸架的優(yōu)點(diǎn)是:當(dāng)懸架變形時(shí),主銷(xiāo)的定位角不會(huì)發(fā)生變化,僅是輪距、軸距稍有變化,因此特別有利于汽車(chē)的轉(zhuǎn)向操縱穩(wěn)定和行駛穩(wěn)定。但燭式懸架有一個(gè)大缺點(diǎn):就是汽車(chē)行駛時(shí)的側(cè)向力會(huì)全部由套在主銷(xiāo)套筒的主銷(xiāo)承受,致使套筒與主銷(xiāo)間的摩擦阻力加大,磨損也較嚴(yán)重。燭式懸架現(xiàn)已應(yīng)用不多。
麥弗遜式懸架
麥弗遜式懸架的車(chē)輪也是沿著主銷(xiāo)滑動(dòng)的懸架,但與燭式懸架不完全相同,它的主銷(xiāo)是可以擺動(dòng)的,麥弗遜式懸架是擺臂式與燭式懸架的結(jié)合。與雙橫臂式懸架相比,麥弗遜式懸架的優(yōu)點(diǎn)是:結(jié)構(gòu)緊湊,車(chē)輪跳動(dòng)時(shí)前輪定位參數(shù)變化小,有良好的操縱穩(wěn)定性,加上由于取消了上橫臂,給發(fā)動(dòng)機(jī)及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的布置帶來(lái)方便;與燭式懸架相比,它的滑柱受到的側(cè)向力又有了較大的改善。麥弗遜式懸架多應(yīng)用在中小型轎車(chē)的前懸架上,保時(shí)捷911、國(guó)產(chǎn)奧迪、桑塔納、夏利、富康等轎車(chē)的前懸架均為麥弗遜式獨(dú)立懸架。雖然麥弗遜式懸架并不是技術(shù)含量最高的懸架結(jié)構(gòu),但它仍是一種經(jīng)久耐用的獨(dú)立懸架,具有很強(qiáng)的道路適應(yīng)能力。
主動(dòng)懸架
主動(dòng)懸架是近十幾年發(fā)展起來(lái)的、由電腦控制的一種新型懸架。它匯集了力學(xué)和電子學(xué)的技術(shù)知識(shí),是一種比較復(fù)雜的高技術(shù)裝置。例如裝置了主動(dòng)懸架的法國(guó)雪鐵龍桑蒂雅,該車(chē)懸架系統(tǒng)的中樞是一個(gè)微電腦,懸架上的5種傳感器分別向微電腦傳送車(chē)速、前輪制動(dòng)壓力、踏動(dòng)油門(mén)踏板的速度、車(chē)身垂直方向的振幅及頻率、轉(zhuǎn)向盤(pán)角度及轉(zhuǎn)向速度等數(shù)據(jù)。電腦不斷接收這些數(shù)據(jù)并與預(yù)先設(shè)定的臨界值進(jìn)行比較,選擇相應(yīng)的懸架狀態(tài)。同時(shí),微電腦獨(dú)立控制每一只車(chē)輪上的執(zhí)行元件,通過(guò)控制減振器內(nèi)油壓的變化產(chǎn)生抽動(dòng),從而能在任何時(shí)候、任何車(chē)輪上產(chǎn)生符合要求的懸架運(yùn)動(dòng)。因此,桑蒂雅轎車(chē)備有多種駕駛模式選擇,駕車(chē)者只要扳動(dòng)位于副儀表板上的“正?!被颉斑\(yùn)動(dòng)”按鈕,轎車(chē)就會(huì)自動(dòng)設(shè)置在最佳的懸架狀態(tài),以求最好的舒適性能。
主動(dòng)懸架具有控制車(chē)身運(yùn)動(dòng)的功能。當(dāng)汽車(chē)制動(dòng)或拐彎時(shí)的慣性引起彈簧變形時(shí),主動(dòng)懸架會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與慣力相對(duì)抗的力,減少車(chē)身位置的變化。例如德國(guó)奔馳2000款Cl型跑車(chē),當(dāng)車(chē)輛拐彎時(shí)懸架傳感器會(huì)立即檢測(cè)出車(chē)身的傾斜和橫向加速度。電腦根據(jù)傳感器的信息,與預(yù)先設(shè)定的臨界值進(jìn)行比較計(jì)算,立即確定在什么位置上將多大的負(fù)載加到懸架上,使車(chē)身的傾斜減到最小。
元件分類
(1)鋼板彈簧:由多片不等長(zhǎng)和不等曲率的鋼板疊合而成。安裝好后兩端自然向上彎曲。鋼板彈簧除具有緩沖作用外,還有一定的減振作用,縱向布置時(shí)還具有導(dǎo)向傳力的作用。非獨(dú)立懸掛大多采用鋼板彈簧做彈性元件,可省去導(dǎo)向裝置和減振器,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
(2)螺旋彈簧:只具備緩沖作用,多用于轎車(chē)獨(dú)立懸掛裝置。由于沒(méi)有減振和傳力的功能,還必須設(shè)有專門(mén)的減振器和導(dǎo)向裝置。
(3)油氣彈簧:以氣體作為彈性介質(zhì),液體作為傳力介質(zhì),它不但具有良好的緩沖能力,還具有減振作用,同時(shí)還可調(diào)節(jié)車(chē)架的高度,適用于重型車(chē)輛和大客車(chē)使用。
(4)扭桿彈簧:將用彈簧桿做成的扭桿一端固定于車(chē)架,另一端通過(guò)擺臂與車(chē)輪相連,利用車(chē)輪跳動(dòng)時(shí)扭桿的扭轉(zhuǎn)變形起到緩沖作用,適合于獨(dú)立懸掛使用。
工作原理
懸掛系統(tǒng)存在的意義有二:隔離路面的不平使行駛更舒適;行經(jīng)不平路面時(shí)保持輪胎與路面接觸。而改良懸掛對(duì)“飛車(chē)黨”來(lái)說(shuō)只有一個(gè)目的就是改善操控性。
懸掛系統(tǒng)的彈簧以圈狀彈簧最常用,原因是容易制作、性能效率高、價(jià)格低。彈簧在物理學(xué)上的定義就是儲(chǔ)存能量,當(dāng)我們施一固定的力於彈簧,它會(huì)產(chǎn)生變形,當(dāng)我們移開(kāi)施力則彈簧會(huì)有恢復(fù)原狀的趨勢(shì),但彈簧在回彈時(shí)振蕩的幅度往往會(huì)超過(guò)它原來(lái)的長(zhǎng)度,直到有磨擦阻力的出現(xiàn)才會(huì)減緩彈簧回彈后造成的自由振蕩,這減緩彈簧自由振蕩的工作通常是避震器的任務(wù)。
一般的彈簧是所謂的(線性彈簧),也就是彈簧受力時(shí)它的壓縮變形量是遵循物理學(xué)上的(胡克定律):F=KX,其中F為施力,K為彈力系數(shù),X則為變形量。舉例來(lái)說(shuō)有一線性彈簧承載40Kg的重物時(shí)會(huì)造成1cm的壓縮,之后每增加40Kg的重物彈簧一定會(huì)增加1cm的壓縮量。事實(shí)上懸掛的彈簧還有其他的壓力存在,即使彈簧完全伸展時(shí)彈簧仍會(huì)受到壓力以便讓彈簧本身固定在車(chē)上。在傳統(tǒng)彈簧、吸震筒式的懸掛設(shè)計(jì)上,彈簧扮演支持車(chē)身以及吸收不平路面和其它施力對(duì)輪胎所造成的沖擊,而這里所謂的其它施力包含了加速、減速、剎車(chē)、轉(zhuǎn)彎等所對(duì)彈簧造成的施力。更重要的是在震動(dòng)的消除過(guò)程中要保持輪胎與路面的持續(xù)接觸,維持車(chē)子的循跡性。
而改善輪胎與路面的接觸是我們改善操控性的首要考慮。 彈簧的最主要功能就是維持車(chē)子的舒適性和保持輪胎完全與地面接觸,用錯(cuò)了彈簧會(huì)對(duì)行車(chē)品質(zhì)和操控性都造成負(fù)面的影響。試想如果彈簧是完全僵硬的,那懸掛系統(tǒng)也就發(fā)揮不了作用。遇到不平的路面時(shí)車(chē)子跳起,輪胎也會(huì)完全離開(kāi)地面,若這種情況發(fā)生在加速、剎車(chē)或轉(zhuǎn)彎時(shí),車(chē)子將會(huì)失去循跡性。
如果彈簧很軟,則很容意出現(xiàn)坐底的情況,也就是將懸掛的行程用盡。假如在過(guò)彎時(shí)發(fā)生坐底情況則可視為彈簧的彈力系數(shù)變成無(wú)限大(已無(wú)壓縮的空間),車(chē)身會(huì)產(chǎn)生立即的重量轉(zhuǎn)移,造成循跡性的喪失。
如果這部車(chē)有著很長(zhǎng)的避震行程,那么或許可以避免坐底情況的發(fā)生,但相對(duì)的車(chē)身也會(huì)變得很高,而很高的車(chē)身意味著很高的車(chē)身重心,車(chē)身重心的高低對(duì)操控表現(xiàn)有決定性的影響,所以太軟的避震器會(huì)導(dǎo)致操控上的障礙。假如路面是絕對(duì)的平坦,那我們就不需要彈簧和懸掛系統(tǒng)了。
如果路面的崎嶇度較大那就需要比較軟的彈簧才能確保輪胎與路面接觸,同時(shí)彈簧的行程也必須增加。彈簧的硬度選擇是要由路面的崎嶇程度來(lái)決定,越崎嶇要越軟的彈簧,但要多軟則是個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題,通常這需要經(jīng)驗(yàn)的累積,也是各車(chē)廠及各車(chē)隊(duì)的重要課題。
一般說(shuō)來(lái)軟的彈簧可以提供較佳的舒適性以及行經(jīng)較崎嶇的路面時(shí)可保持比較好的循跡性。但是在行經(jīng)一般路面時(shí)卻會(huì)造成懸掛系統(tǒng)較大的上下擺動(dòng),影響操控。而在配備有良好空氣動(dòng)力學(xué)組件的車(chē),軟的彈簧在速度提高時(shí)會(huì)造成車(chē)高的變化,造成低速和高速時(shí)不同的操控特性。
彈簧作用
彈簧兩個(gè)主要的功用:
一是作為懸掛系統(tǒng)或底盤(pán)與地面的緩沖,也就是維持舒適性。
二是使車(chē)子在行經(jīng)不平路面時(shí)保持輪胎的貼地性。要達(dá)成這兩個(gè)相沖突的目標(biāo)需要有不同的彈力系數(shù)。保持輪胎的貼地性對(duì)操控有決定性的影響我們需要硬的彈簧設(shè)定,來(lái)保持貼地性。在遇到越顛簸的路面我們需要越軟的彈簧設(shè)定。
要同時(shí)達(dá)成這兩個(gè)目的,使用具有復(fù)合彈力系數(shù)的(非線性彈簧),也就是一般所謂的漸進(jìn)式彈簧,是可行的方法。 漸進(jìn)式彈簧能隨著彈簧的壓縮而增加彈力系數(shù),在設(shè)計(jì)和制造上都有相當(dāng)?shù)睦щy度。行經(jīng)顛簸路面時(shí),彈力系數(shù)就會(huì)增加維持車(chē)身穩(wěn)定。
而最初的彈力系數(shù)較軟則用來(lái)提高行經(jīng)顛簸路面時(shí)輪胎貼地性。漸漸變硬的彈簧可避免懸掛或彈簧出現(xiàn)坐底的情況。
這能容許使用高度比原來(lái)低的彈簧,用以降低車(chē)身重心,并且在行經(jīng)顛簸路面時(shí)維持最低而且最短懸掛行程,不致發(fā)生坐底的情況。要達(dá)成漸進(jìn)式彈簧就是要作出彈力系數(shù)會(huì)隨這著受壓縮而產(chǎn)生變化的非線性彈簧,漸進(jìn)是彈簧大多為采用不等螺距彈簧或圈徑變化彈簧。不等螺距彈簧受壓縮時(shí)會(huì)產(chǎn)生局部線間接觸,以使有效圈數(shù)發(fā)生變化,進(jìn)而造成彈力系數(shù)K的變化。經(jīng)由彈簧上下圈徑的變化則是改變彈力系數(shù)的最直接方法。
彈簧改裝
彈簧的改裝主要是要改善操控性,也就是要改用較硬的彈簧或是較短的彈簧。彈簧控制了很多有關(guān)操控的因素,彈簧的改變會(huì)造成很復(fù)雜的操控特性改變。以硬度的增加來(lái)說(shuō),可提高懸掛的滾動(dòng)抑制能力,減少過(guò)彎時(shí)車(chē)身的滾動(dòng)。而車(chē)高的降低則可同時(shí)降低車(chē)身的重心,減少過(guò)彎時(shí)車(chē)身重量的轉(zhuǎn)移,提高穩(wěn)定性。而車(chē)高的降低也可兼顧美觀的效果。
降低車(chē)身
改善操控最重要的方法就是降低車(chē)身重心,如此可以降低過(guò)彎時(shí)車(chē)身的重量轉(zhuǎn)移和車(chē)身滾動(dòng),降低車(chē)身最簡(jiǎn)單的方法就是由彈簧著手。使用短彈簧是最簡(jiǎn)單也最快的方法。
故障排除
一、故障現(xiàn)象:汽車(chē)行駛中,每上下振動(dòng),懸掛裝置就發(fā)出”咯咯“的響聲,說(shuō)明懸掛裝置工作不正常。
二、故障原因
(1)減震器損壞;
(2)減震器膠套破損;
(3)緊固螺栓松動(dòng)。
三、故障檢查與排除方法
正常的減震器工作時(shí)會(huì)發(fā)熱,如果不發(fā)熱或發(fā)現(xiàn)減震器漏油,說(shuō)明減震器已經(jīng)損壞。檢查時(shí)還應(yīng)檢查減震器膠套的情況,如發(fā)現(xiàn)破損,應(yīng)及時(shí)的與減震器一起更換。
保養(yǎng)維護(hù)
所謂的懸掛系統(tǒng)便是,在車(chē)輪與車(chē)體之間,擔(dān)負(fù)起承載車(chē)體并吸收震動(dòng)的工作,提供最佳的乘坐舒適性。在更換完剎車(chē)片后,要檢查剎車(chē)踏板回位是否正常,在日常行駛的時(shí)候要注意防止腳墊滑到剎車(chē)踏板底下,以免剎車(chē)不能踩死 。正常情況下,減震器工作時(shí)會(huì)發(fā)熱,如果不發(fā)熱說(shuō)明減震器漏油了。在日常使用的時(shí)候,要注意檢查制動(dòng)時(shí)車(chē)輛是否跑偏、制動(dòng)效能怎么樣,以及駐車(chē)制動(dòng)(手剎)的效果怎樣 。 。在進(jìn)行車(chē)輛保養(yǎng)時(shí),制動(dòng)系統(tǒng)首先要進(jìn)行剎車(chē)油檢查,比如剎車(chē)管有無(wú)破裂、剎車(chē)油有無(wú)泄漏等。剎車(chē)踏板也是需要注意的部件。
車(chē)子行駛中,每次上下震動(dòng)時(shí),懸掛系統(tǒng)都會(huì)發(fā)出“咯噔”的響聲,到不平整路面時(shí)響聲加劇,就說(shuō)明懸掛系統(tǒng)出現(xiàn)了故障,可能是減震器損壞或減震器膠套破損。制動(dòng)系統(tǒng)剎車(chē)油不能混加 ,市面上大部分汽車(chē)都裝有兩套制動(dòng)系統(tǒng):用腳控制的行車(chē)制動(dòng)(剎車(chē))和用手控制的駐車(chē)制動(dòng)(手剎) 。如果膠套破損嚴(yán)重,則要和減震器一同維修更換。
懸掛系統(tǒng)減震器工作時(shí)應(yīng)發(fā)熱 懸掛系統(tǒng)不但影響汽車(chē)乘坐舒適性(平順性),還對(duì)其他性能如通過(guò)性、穩(wěn)定性及附著性能有影響。原來(lái)就是在懸掛系統(tǒng)中包含了避震器、彈簧、防傾桿、連桿等機(jī)件 。在轉(zhuǎn)彎,特別是急轉(zhuǎn)彎時(shí),車(chē)身側(cè)傾過(guò)大,說(shuō)明減震器、穩(wěn)定桿,或是導(dǎo)向機(jī)構(gòu)部件有損壞 。更換剎車(chē)油時(shí),一定要把原來(lái)的剎車(chē)油放光,不能混加,剎車(chē)油里面更不能混入空氣。一般來(lái)說(shuō),剎車(chē)片的磨損程度跟使用習(xí)慣有很大的關(guān)系,自動(dòng)擋車(chē)的剎車(chē)片用得要比手動(dòng)擋的費(fèi),一般兩萬(wàn)多公里以后,每次做保養(yǎng)的時(shí)候就要檢查一下灑水車(chē)剎車(chē)片。這樣可以更好的保護(hù)懸掛系統(tǒng)。
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