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汽修专业角度解读汽车悬架系统

时间:2018-11-01 来源:汽车实用技术 作者:李蒋 本文字数:4119字

  摘    要: 现代社会, 网络资源丰富到超乎人们的想象, 几乎大家想知道的一切都能够在网络上找到各自满意的答案。就像不少人在选购汽车的时候一样, 都会去各大网站论坛看一些汽车的配置, 但限于汽车这个领域的专业程度太高, 不具备一定工科专业背景鲜有能看得清晰、明白的。因此, 要想让更多的人了解这些冰冷的参数和名词, 单纯依靠网站肯定是不行的, 然而汽车设计师的解读又太过专业。恰巧在他们之间还有这样一个从事汽车维修的专业技师的群体, 他们每天游走于各种品牌的各类车型之间, 拆卸、更换、检测、维修……对于厂家提供的各类参数, 他们有着更为真切、独到的理解。文章主要试图借助汽车维修的专业视角来全新解读一下那些在学习者眼中, 神秘、深奥又可望不可及的汽车悬架系统。

  关键词: 汽车维修; 视角; 悬架系统;
 

汽修专业角度解读汽车悬架系统
 

  Abstract: In a modern society, network resources are richer than people's imagination. Almost everyone wants to know can find their own satisfactory answers on the Internet. Just as many people are buying cars, they will go to major web forums to see the configuration of some cars, but the degree of specialization in the automotive industry is too high. It does not matter if you do not have a professional background in engineering. Therefore, if you want more people to understand these cold parameters and nouns, simply relying on the website will certainly not work, but the interpretation of the car designer is too professional. It happens that there is a group of such professional technicians who are engaged in vehicle maintenance between them. They walk among various models of various brands every day, dismantling, replacing, testing, and repairing. For the various parameters provided by the manufacturers, they have a more real and unique understanding. This article mainly attempts to use the professional perspective of vehicle maintenance to completely interpret the car suspension systems that are in the eyes of learners, which are mysterious, esoteric and beyond reach.

  Keyword: vehicle maintenance; perspective; suspension system;

  前言

  谈及汽车悬架, 不少人都认为“悬架”就是“避震”, 其实不然。汽车的悬架系统是指由车身与轮胎之间的弹簧和避震器组成的整个支持系统, 用来缓冲路面冲击, 衰减振动, 保证汽车的乘坐舒适性和操纵稳定性。

  悬架系统是车身、车架和车轮之间的一个连接结构系统, 而这个结构系统包含了避震器、悬架弹簧、防倾杆、悬吊副梁、下控臂、纵向杆、转向节臂、橡皮衬套和连杆等部件。在汽车行驶过程中, 因路面的变化而受到冲击, 这些冲击的力量其中一部分会由轮胎吸收, 但绝大部分是依靠轮胎与车身间的悬架装置来吸收的。

  “避震”是减振器的通俗叫法, 其主要用来吸收振动的能量, 附带上弹簧、缓冲胶、防尘罩和塔顶后, 称之为“减振器模块”, 有些厂商也称之为“减振支柱”或“悬架滑柱”。“避震”也是诸多热爱改装的车友更换最多的部件之一。

  图1 减震器

图1 减震器

  图2 减震器模块
图2 减震器模块

  从目前各大制造厂商的整车布置来看, 悬架总的来说分为两大类:独立悬架和非独立悬架。

  独立悬架可以简单理解为是左、右两个车轮间没有通过实轴进行刚性连接的, 一侧车轮的悬架部件全部都只与车身相连;而非独立悬架的两个车轮间不是相互独立的, 之间有实轴进行刚性连接。从结构上看, 独立悬架由于两个车轮间没有干涉, 可以有更好的乘坐舒适性和驾驶操控性;而非独立悬架的两个车轮间有硬性连接物, 会发生相互干涉, 但其结构简单, 有更好的刚性和通过性。

  然而, 离开“设计”二字空谈独立与非独立哪一种悬架好, 都是假的。优秀的非独立悬架是根本不会存在断轴的问题的。独立悬架的优势在于, 其调校的空间比非独立悬架相对更大一些, 但经“大师”调校过的扭力梁悬架, 绝对比菜鸟工程师仿真分析出来的多连杆独立悬架的驾乘体验更优秀。

  例如, 雪铁龙汽车公司的DS5、DS6配置的就是扭力梁式非独立悬架, 乘坐的舒适性丝毫不逊色于某些多连杆后悬的同级别轿车;还有老款的别克GL8陆尊, 虽然用着老掉牙的非独立整体式后桥, 但作为一款口碑的商务车, 其舒适性却极为出众;再比如名扬欧洲的瓦特连杆悬架, 在非独立的基础上做了小小的改进, 其操控性就可以在整个非独立悬架领域傲视群雄。

  普通的扭力梁悬架, 后桥衬套需要同时承担来自纵向力与侧向力, 因而多与车身纵轴线呈一定角度, 以寻求舒适性与操控性的折中。而瓦特连杆正是为解决扭力梁悬架的短板而来。在增强型瓦特连杆巧妙的机械结构作用下, 车辆后桥左右两侧车轮在转向时的受力相互补偿, 彼此分担了侧向受力, 大幅提升了侧向刚度, 使两边车轮始终与路面保持最适宜的接触面积, 有效地提升了转向精确度与整车的操纵稳定性。同时, 瓦特连杆“解放”了后桥衬套, 使其仅承担纵向力, 因而衬套可以布置成与车身纵轴线垂直, 大大提升舒适性。

  图3 别克威朗带瓦特连杆的扭力梁悬架

图3 别克威朗带瓦特连杆的扭力梁悬架

  非独立悬架既然有上述这么些如此优越的性能, 那为什么给人印象却是低端车上的配置, 而中高端车都是独立悬架配置呢?其实不是这样的, 独立悬架并不一定是中高端车的专利, 除了设计空间、调校等专业因素外, 最大的就是成本影响。就拿经济型A级车来说, 在汽车的售价越来越下降市场背景下, 制造厂商配置非独立悬架比独立悬架要节省不少成本。而且非独立悬架结构简单, 扭力梁连接;独立悬架涉及的零件包括更复杂的后转向节、左右拖臂、上臂、下臂、横臂、连接杆等等, 因此对于同级别车, 制造成本的控制才是关键因素。

  独立悬架是悬架技术的精华, 也是类型最多的悬架家族。如大家耳熟能详的“麦弗逊”、“双叉臂”、“多连杆”等都是很常见的悬架结构。

  美国通用汽车公司的Earle S.Mac Pherson于1947年就开发出了麦弗逊 (Mac Pherson) 悬架, 他创造性地将减震器和螺旋弹簧组合在一起, 1949年从通用汽车转投福特后, 正式量产这种结构的悬架, 也就是我们现在耳熟能详的麦弗逊的独立悬架。

  图4 麦弗逊悬架

图4 麦弗逊悬架

  麦弗逊悬架典型的优势也正是它经久不衰的原因——占用空间小、成本低、稳定性好, 对于日常驾驶来说完全够用。不过一些追求驾驶乐趣调教的车型也会将其改进, 比如君威GS的Hi Per-Strut悬架或宝马的双球节悬架等, 其实可以看作是麦弗逊悬架的plus版本。

  双叉臂式悬架 (双A臂、双横臂式悬架) , 其结构可以理解为在麦弗逊式悬架基础上多加一支叉臂。车轮上部叉臂与车身相连, 车轮的横向力和纵向力都是由叉臂承受, 而这时的减振机构只负责支撑车体和减振的任务。

  由于车轮的横向力和纵向力都由两组叉臂来承受, 双叉臂式悬架的强度和耐冲击力比麦弗逊式悬架要强很多, 而且在车辆转弯时能很好的抑制侧倾和制动点头等问题。

  双叉臂式悬架通常采用上下不等长叉臂 (上短下长) , 让车轮在上下运动时能自动改变外倾角并且减小轮距变化减小轮胎磨损, 并且能自适应路面, 轮胎接地面积大, 贴地性好。由于双叉臂式悬架比麦佛逊式悬架双叉臂多了一个上摇臂, 需要占用的空间也稍大, 而且定位参数较难确定, 因此小型轿车的前桥出于空间和成本考虑较少采用这种悬架。

  图5 双叉臂式悬架

图5 双叉臂式悬架

  多连杆悬架, 就是通过各种连杆配置把车轮与车身相连的一套悬架机构, 其连杆数比普通的悬架要多一些, 一般把连杆数为三或以上的悬架称为多连杆悬架。目前主流的连杆数为4或5根连杆。前悬架一般为3连杆或4连杆式独立悬架;后悬架则一般为4连杆或5连杆式后悬架。

  图6 多连杆悬架
图6 多连杆悬架

  多连杆悬架通过对连接运动点的约束角度设计使得悬架在压缩时能主动调整车轮定位, 使得车轮与地面尽可能保持垂直、贴地性, 具有非常出色的驾驶操控性。多连杆悬架能最大限度的发挥轮胎抓地力从而提高整车的操控极限, 是所有悬架设计中最好的。同时它的结构偏复杂, 制造成本也高。一般中小型轿车车出于成本和空间考虑很少使用这种悬架。

  谈汽车悬架系统如果只谈到这里, 就只会给懂行的读者留下一个老生常谈甚至还有点以偏概全的印象, 故当然不能止笔于此。

  在上述关于汽车悬架的描述中不难看出, 悬架系统主要就是借助弹性元件和阻尼元件来达到缓冲振动和消耗振动产生的能量, 减缓振幅的作用。所以, 如果找到一种原件能够集这两项功能于一身, 那么就能够有效减小整个悬架系统的体积, 进而为汽车的整车设计布置提供更大的可能。气囊的出现有力的推进了空气悬架系统的研发与应用, 像奔驰S350、奥迪A8L、保时捷卡宴这些车型都有选配。

  图7 空气悬架
图7 空气悬架

  根据悬架刚度和阻尼的调节方式不同, 空气悬架系统可分为半主动悬架和主动悬架。半主动悬架不能随外界路况的激励即时进行自主的最优的调节, 但可以将其在各种条件下最优减振器和弹簧的优化参数指令储存在计算机中, 根据实际的路面情况调用事先存储的参数来控制系统的阻尼和刚度, 使悬架可以在一定范围内良好地适应路面情况。

  而主动悬架可以根据实时的路面激励进行调节, 使汽车悬架的减振效果最好, 达到平稳驾驶的目的。但是由于主动悬架需要配套的控制电脑、空气泵、储压罐、气动前后减震器和空气分配器等部件, 动力损耗和制造成本都比较高。例如, Accu Air气动悬挂系统中不仅有e-Level手持控制模块来进行四轮独立升降调节、升降速度调节、自动补气等功能, 还可以使用WIFI来实现对车辆高低调节、储气罐压力、压缩机状态以及实时的车身高度显示等多种功能, 通过手机对车辆进行升降操作。

  总的来讲, 不能一味的捧高独立悬架, 也不能贬低非独立悬架, 更不能盲目跟风空气悬架。独立悬架在操控方面确实更胜一筹, 在这个人人谈运动的年代, 似乎只有独立悬架可以证明某款车的运动基因, 各厂家也将悬架类型作为卖点销售。但是对于普通大众消费者来说, 其实非独立悬架能够比较更实用一些, 毕竟成本低, 空间大。相对来说, 操控性就被淡化了, 毕竟老百姓要买的车大多还是家用为主, 性价比优先, 至于空气悬架么, 还是有条件的自行选配。

  参考文献:

  [1]黄定师.基于遗传算法的带附加气室空气悬架参数优化与控制研究[D].江苏大学.2013年.
  [2]俞凡, 黄宏成, 管西强.汽车悬架的现状及发展趋势[J].汽车技术, 2001, (8) :6-10.
  [3]魏天将, 赵亮, 韦宏法.汽车悬架对整车操纵稳定性影响的仿真研究[J].计算机仿真, 2015, (11) .

    [1]李蒋.以汽车维修之视角精准解读悬架系统[J].汽车实用技术,2018(19):251-253.
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