5电动汽车行驶系108.ppt

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1、5.5 悬 架 图5-35所示，悬架主要由弹性元件1、导向装置2、5和减振器3等三部分组成。悬架的主要作用是把路面作用于车轮上的垂直反力(支承力)、纵向反力(驱动力和制动力)和侧向反力以及这些反力所形成的力矩传递到车架(或承载式车身)上，以保证汽车的正常行驶。,弹性元件使车架与车桥之间作弹性联系，承受和传递垂直载荷，缓和及抑制不平路面所引起的冲击；导向装置用来传递纵向力、侧向力及其力矩，并保证车轮相对于车架或车身有一定的运动规律；减振器用以加快振动的衰减，限制车身和车轮的振动。上述三个组成部分分别起缓冲、导向和减振作用，三者联合起到共同传力的作用。为防止车身在不平路面行驶或转向时发生过大的横向

2、倾斜，部分汽车还装有辅助弹性元件横向稳定器和平衡杆。,根据汽车两侧车轮运动是否相互关联，汽车悬架可分为非独立悬架和独立悬架两种型式（图5-36）。图5-36 非独立悬架与独立悬架示意图a)非独立悬架 b)独立悬架,非独立悬架(图5-36a)的结构特点是汽车两侧车轮分别安装在一根整体式的车轴两端，车轴则通过弹性元件与车架相连接。这种悬架当一侧车轮因道路不平而跳动时，将要影响另一侧车轮的工作，因此称为非独立悬架或相关悬架。独立悬架(图5-36b)则是两侧车轮分别安装在断开式的车轴两端，每段车轴和车轮单独通过弹性元件与车架相连。这样当一侧车轮跳动时，对另一侧车轮不产生影响，因此称为独立悬架。独立悬架

3、的前轮可调整其定位，故在轿车上被广泛应用，而非独立悬架因结构简单、制造和维修方便，故中、重型汽车普遍采用。,二、弹性元件 悬架所用的弹性元件可分为钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧、气体弹簧和橡胶弹簧等，一般载货汽车的非独立悬架广泛采用钢板弹簧；大多数轿车的独立悬架应用螺旋弹簧和扭杆弹簧；而在重型载货汽车上气体弹簧得到广泛的应用。1钢板弹簧 由若干片长度不等、曲率半径不同，厚度相等或不等的弹簧钢片叠合在一起组成的一根近似等强度的弹性梁(图5-37)钢板弹簧的中部一般由U形螺栓9、10与车桥刚性固定，其两端用钢板弹簧销13，23铰接在车架的支架上。,图5-37 前钢板弹簧1、18-黄油嘴 2、17、2

4、1-锁紧螺母 3-防松垫圈 4-开口销 5-带槽口螺母 6、8-减振器垫圈 7-减振器总成 9、10-C形螺栓 11-钢板弹簧减振垫 12-前钢板弹簧总成 13、23-钢板弹簧销 14、19-衬垫 15-钢板弹簧吊耳 16-锁紧片 20-底板 22-减振器支架,在车架加载弹簧变形时，钢板弹簧各片之间产生相对滑动进而产生摩擦，此时钢板弹簧本身具有一定的减振作用。如果钢板弹簧各片之间干摩擦时，轮胎所受到的冲击要直接传给车架，并直接使钢板弹簧各片磨损，故安装钢板弹簧时，应在各片之间涂上适量的石墨润滑剂。,为了进一步改善弹簧钢板的受力状况，可采用不同形状的断面。矩形断面钢板弹簧(图4-38a)结构简单

5、，但受拉应力一面的棱角处易产生疲劳裂纹。图5-38b、c采用上下不对称的横断面，由于断面抗弯的中性轴线上移，不但可减小拉应力，而且节省了材料。,图5-38 钢板弹簧的端面,钢板弹簧端部有三种结构型式(图5-39)。图5-39a端部为矩形的钢板，其制造简单，广泛应用在载货汽车上。图5-39b端部为梯形的钢板，其质量小、节省钢材，较多的用在载货汽车上。图5-39c端部为椭圆形的钢板，这种结构改善了应力分布状况，片端弹性好，片间摩擦小，重量也较轻，但制造工艺复杂，成本较高，一般在轿车上应用较多。,图5-39 钢板弹簧端部形式,2螺旋弹簧 螺旋弹簧广泛地应用于前独立悬架。螺旋弹簧(图5-40)与钢板弹

6、簧相比，具有无需润滑，不忌泥污，所占纵向空间不大，弹簧质量小等优点。螺旋弹簧本身没有减振作用，因此在螺旋弹簧悬架中必须另装减振器。此外，螺旋弹簧只能承受垂直载荷，故必须装设导向机构以传递垂直力以外的各种力和力矩。螺旋弹簧常用弹簧钢棒料卷制而成，可做成等螺距或变螺距的，前者刚度不变，后者刚度是可变的。图5-40 天津夏利TJ7100轿车前悬架螺旋弹簧,3扭杆弹簧 是一根具有扭转弹性的直线金属杆件2(图5-41)，其断面一般为圆形，少数为矩形或管形。它的两端可以做成花键、方型、六角形或带平面的圆柱等，以便将一端固定在车架3上，另一端通过摆臂1固定在车轮上。当车轮跳动时，摆臂便绕着扭杆轴线而摆动，使

7、扭杆产生扭转弹性变形。借以保证车轮与车架的弹性联系。有的扭杆由一些矩形断面的薄扭片组合而成，这样弹簧更为柔软。图5-41 扭杆弹簧1-摆臂 2-杆 3-车架,扭杆本身的扭转刚度虽然是常数，但采用扭杆的悬架刚度却是可变的。若将扭杆的固定端转过一个角度，则摆臂的初始位置将改变，借以可调节车架与车轮间的距离，即调节车身高度。扭杆弹簧与钢板弹簧相比较，具有质量小，不需润滑的优点。4气体弹簧 气体弹簧是在一个密封的容器中充入压缩气体，利用气体的可压缩性实现其弹性作用的。这种弹簧的刚度是可变的，因为作用在弹簧上的载荷增加时，容器内的定量气体气压升高，弹簧的刚度增大。反之，当载荷减小时，弹簧内的气压下降，刚

8、度减小，故它具有较理想的弹性特性。气体弹簧有空气弹簧和油气弹簧两种。,(1)空气弹簧 空气弹簧是利用压缩空气作弹簧的。根据压缩空气所用容器的不同，又有囊式和膜式两种型式(图5-42)。囊式空气弹簧是由夹有帘线的橡胶气囊和密闭在其中的压缩空气所组成。气囊的内层用气密性好的橡胶制成，而外层则用耐油橡胶制成。气囊一般做成图示的两节，节与节之间围有钢质的腰环，使中间部分不致有径向扩张，并防止两节之间相互摩擦。气囊的上下盖板将气囊密封。膜式空气弹簧的密闭气囊由橡胶膜片和金属压制件组成。(2)油气弹簧 在密闭的容器中充入压缩气体和油液，利用气体的可压缩性实现弹簧作用的装置称油气弹簧。油气弹簧以惰性气体(氮

9、气)作为弹性介质，用油液作为传力介质，一般是由气体弹簧和相当于液力减振器的液压缸所组成的。,图5-42 空气弹簧a)囊式 b)膜式,根据结构的不同，油气弹簧分为单气室、双气室以及两级压力式等三种型式。单气室油气弹簧又分为油气分隔式和油气不分隔式两种(图5-43)，前者可防止油液乳化，且便于充气。图5-43单气室油气弹簧示意图a)油气分隔式 b)油气不分隔式1-气体 2-油气隔膜 3-油液 4-工作缸 5-活塞,5橡胶弹簧 橡胶弹簧是利用橡胶本身的弹性来缓和冲击、减小振动的。它可以承受压缩载荷与扭转载荷。橡胶弹簧的优点是：单位质量的储能量较金属弹簧多，隔音性能好，多用在悬架的副簧和缓冲块。,三、

10、减振器 减振器的作用是吸收钢板弹簧起落时车辆的振动，使其迅速恢复平稳的状态，以改善汽车行驶的平稳性。汽车悬架系统中广泛采用液力减振器。其作用原理是利用液体流动的阻力来消耗振动的能量。当车架与车桥相对运动时，活塞在缸筒内上下移动，减振器壳体内的油液便反复地从一个内腔通过一些窄小的孔隙流入另一内腔。此时，孔壁与油液间的摩擦及液体分子内摩擦便形成对振动的阻尼，使车身和车架的振动能量转化为热能而被油液和减振器壳体所吸收，最后散到大气中去。减振器的阻尼力大小随车架与车桥的相对运动速度的增减而增减，并且与油液的粘度有关。,1双向作用筒式减振器 图5-44为常见的双向作用筒式减振器。,图5-44 双向作用筒

11、式减振器1-流通阀限位座 2-流通阀弹簧片 3-流通阀 4-活塞 5-伸张阀 6-支承座圈 7-支承座弹簧 8-调整垫片 9-压紧螺母 10-下吊环 11-支承座 12-压缩阀弹簧座 13-压缩阀弹簧 14-压缩阀 15-补偿阀 16-压缩阀轩 17-补偿阀弹簧片 18-活塞杆 19-工作缸筒 20-贮油缸筒 21-防尘罩 22-导向座 23-衬套 24-油封弹簧 25-密封圈 26-上吊环 27-贮油缸螺母 28-油封 29-油封盖 30-油封垫圈,由于流通阀和补偿阀的弹簧较软，当车轮跳动较小时，油液从这两个阀和一些孔缝中流过；而伸张阀和压缩阀的弹簧都较硬，预紧力也较大，故车轮剧烈跳动并使油

12、压增大到一定程度时，才能压开它而流过。当双向作用筒式减振器被压缩(车轮靠近车架压缩悬架)时，活塞4下移，使其下腔室容积减小，油压升高，油液经流通阀3流到活塞上腔室。由于活塞杆18占去上腔室一部分容积，故上腔室增加的容积小于下腔室减小的容积，致使下腔室油液不能全部流入上腔室，而多余的油液则压开支承座圈6上的压缩阀14进入贮油缸筒20。这些阀对油液的节流便造成对悬架压缩运动的阻尼力，由于流通阀和压缩阀的特殊结构(弹簧较软，通道较小)，能使油液流动的阻尼力不致过大，所以在压缩行程时能使弹性元件充分发挥它的缓冲作用。当悬架处在伸张行程(车轮离开车架、减振器被拉长)时，活塞上移使其上腔室容积减小油压升高

13、，流通阀3关闭。上腔室内的油液便推开伸张阀5流入下腔室。,同样由于活塞杆的存在，自上腔室流来的油液不足以充满下腔室所增加的容积，下腔室内产生一定的真空度，这时贮油缸筒内的油液在真空度的作用下推开补偿阀流入下腔室进行补充。这些阀的节流作用即构成对悬架伸张运动的阻尼力。由于伸张阀弹簧的刚度和预紧力比压缩阀的大，且伸张行程时油液通道截面也比压缩行程小，所以减振器在伸张行程内产生的最大阻尼力远远超过了压缩行程内的最大阻尼力。减振器这时充分发挥减振作用，保护弹性元件不被拉坏。,2充气式与阻力可调式减振器(1)充气式减振器 充气式减振器(图5-45)的结构特点是：在减振器缸筒的下部有一个浮动活塞2，使工作

14、腔形成三个部分。当车轮跳动时，减振器的工作活塞在油液中往复运动，使工作活塞的上腔与下腔之间产生油压差，压力油便推开压缩阀或伸张阀而来回流动。由于阀对压力油产生较大的阻尼力而使振动衰减。,图5-45 双向作用充气式减振器1-密封气室 2-浮动活塞 3-O形密封圈 4-压缩阀 5-工作缸 6-活塞杆 7-伸张阀 8-工作活塞,充气式减振器作为一种新型减振器，与双向作用筒式减振器相比，具有以下优点：由于采用浮动活塞，不需要贮油缸筒还减少了一套阀门系统，使结构大为减化；在防尘罩直径相同的条件下，充气式减振器工作缸筒及活塞直径大，可以产生更大的阻尼力；减振器中的高压氮气能减少车轮遇到冲击力时产生的高频振

15、动，且有助于消除噪声；充气式减振器由于浮动活塞的存在，消除了油液的乳化现象。缺点是：对油封要求高；充气工艺复杂，修理困难；当缸筒受到冲击而变形时，减振器就不能工作。,(2)阻力可调式减振器 阻力可调式减振器(图5-46的悬架系统采用了刚度可变的空气弹簧。其工作原理是，当汽车载荷增加时，空气囊中的气压升高，与之相通的气室1内的气压也随之升高，促使膜片2向下移动与弹簧3产生压力相平衡。同时，膜片带动与它相连的柱塞杆4和柱塞6下移，因而使得柱塞相对空心连杆5上的节流孔7的位置发生变化，结果减小了节流孔的通道截面面积，也就是减小了油液流经节流孔的流量，从而增加了油液的流动阻力。当汽车载荷减小时，柱塞上

16、移，增大了节流孔的通道截面面积，结果减小了油液的流动阻力，达到了随汽车载荷的变化而改变减振器阻力的目的，保证了悬架系统具有良好的振动特性。某些高级轿车上装用了阻力可调式减振器。,图5-46 阻力可调式减振器 1-气室 2-膜片 3-弹簧 4-柱塞杆 5-空心连杆 6-柱塞 7-节流孔 8-活塞,四非独立悬架 一般载货汽车均采用钢板弹簧作为弹性元件的非独立悬架，因钢板弹簧既有缓冲、减振的功能，又起传力和导向的作用，使得悬架结构大为简化。而采用螺旋弹簧或气体弹簧则需要有较复杂的导向机构。1纵置板簧式非独立悬架 图5-47为日本日野K2汽车的后悬架。它采用纵置板簧式非独立悬架结构。在板簧式非独立悬架

17、中，钢板弹簧一般是纵向安置的，它与车桥的连接绝大多数是用两个U形螺栓10，将钢板弹簧的中部刚性地固定在车桥上部。钢板弹簧两端通过钢板弹簧销4、13与车架支座活动铰接，以起传力和导向作用。,图5-47 日本日野K2汽车后悬架1、6、16-螺栓 2、19、26、33-螺母 3、7、20-防松垫圈 4、13、14一钢板弹簧销5、12、15-黄油嘴 8、31-橡胶限制件 9、20-底座固定件 10-U形螺栓 11、32-钢扳弹簧减振垫 17-衬垫 18-钢板弹簧吊耳总成 21、20、30-衬垫 22-后副钢板弹簧总成 23-后主钢板弹簧总成 24、27-中心螺栓 25-后钢板弹簧座,2螺旋弹簧非独立悬

18、架 螺旋弹簧非独立悬架一般只用作轿车的后悬架。图5-48a所示为一汽红旗CA7220型轿车后悬架。图5-48b为后悬架的放大图。减振器8下端是吊耳，通过螺栓6、自锁螺母16和后桥相连。减振器外面装有防尘罩11，保护套下端装有弹簧下座9，保护套上端装有限位块。减振环(图中未画出)、弹簧上座14和螺旋弹簧10就固定在弹簧上、下座14和9之间。,图5-48 一汽红旗CA7220轿车后悬架a)后悬架 b)后悬梁放大图1-纵摆臂 2-后悬架 3-后桥 4-加强杆 5-横向推力杆 6-螺栓 7-后桥 8-减振器 9-弹簧下座 10-螺旋弹簧 11-防尘罩 12-连接件 13-弹簧上座橡胶支承 14-弹簧上

19、座 15、16-自锁螺母,3空气弹簧非独立悬架 图5-49为空气弹簧非独立悬架示意图。囊式空气弹簧5的上下端分别固定在车架和车桥上。从压气机1产生的压缩空气经油水分离器10和压力调节器9进入贮气筒8。压力调节器可使贮气筒中的压缩空气保持一定的压力。储气罐6通过管路与两个空气弹簧相通。储气罐和空气弹簧中的空气压力由车身高度控制阀3控制。空气弹簧和螺旋弹簧一样只能传递垂直力；其纵向力和横向力及其力矩也是由纵向推力杆和横向推力杆(图中未画图)来传递。采用空气弹簧悬架时，可以通过车身高度控制阀来改变空气弹簧内的空气压力，从而自动调节车身高度，以保证车身高度不因载荷变化而变化。,图5-49 空气弹簧非独

20、立悬架示意图1-压气机 2、7-空气滤清器 3-车身高度控制阀 4-控制杆 5-空气弹簧 6-储气罐 8-贮气筒 9-压力调节器 10-油水分离器,4.油气弹簧非独立悬架 图5-50为上海SH3540自卸汽车的油气弹簧非独立悬架示意图。油气弹簧的两端分别固定在前桥上的支架10和纵梁上的支架2上。左、右两侧各有一根下纵向推力杆11，装在前桥6和纵梁4之间。一根上纵向推力杆8安装在前桥上的支架9和纵梁4的内侧支架上。上、下两纵向推力杆构成平行四边形，既可传递纵向力，承受制动力引起的反作用力矩，又可保证车轮上下跳动时主销后倾角不变，有利于汽车操纵的稳定性。一根横向推力杆3装在左侧纵梁与前桥右侧的支架

21、上，传递侧向力。在两纵粱下面装有缓冲块7，以避免在很大的冲击载荷下前桥直接碰撞车架。采用油气弹簧的非独立悬架具有变刚度特性，特别适合应用在其道路条件和装载条件都很恶劣的工地和矿山上的大型自卸汽车上。,图5-50 上海SH3540自卸汽车前轮油气悬架示意图1-油气弹簧 2、9、10-支架 3-横向椎力杆 4-纵梁 5-车轮 6-前桥 7-缓冲块 8-上纵向推力杆 11-下纵向推力杆,五、独立悬架 结构特点是两侧的车轮各自独立地与车架或车身弹性连接(图5-36b)。与非独立悬架相反，很少用钢板弹簧作为弹性元件，而多采用螺旋弹簧和扭杆弹簧作为弹性元件，因而有导向机构。具有以下优点：悬架弹性元件的变形

22、在一定的范围内，两侧车轮可以单独运动而互不影响，这样可减少车架和车身在不平道路上行驶时的振动，而且有助于消除转向轮不断偏摆的现象；减轻了汽车上非弹簧承载部分的质量非簧载质量)，从而减小了悬架所受到的冲击载荷，可以提高汽车的平均行驶速度；,由于采用断开式车桥，发动机位置可降低和前移并使汽车重心下降，有利于提高汽车行驶的稳定性。同时能给予车轮较大的上下运动空间，悬架刚度可设计得较小，使车身振动频率降低，以改善行驶平顺性；可保证汽车在不平道路上行驶时，车轮与路面有良好的接触，增大了驱动力。此外具有特殊要求的某些越野汽车采用独立悬架后，可增大汽车的离地间隙，提高了汽车的通过性能。,独立悬架按车轮的运动

23、形式可分为横臂式独立悬架(车轮在汽车横向平面内摆动的悬架)、纵臂式独立悬架(车轮在汽车纵向平面内摆动的悬架)、烛式和麦弗逊式悬架(车轮沿主销移动的悬架)三种类型(图5-51)。图5-51 独立悬架分类示意图a)横臂式独立悬架 b)纵臂式独立悬架c)烛式独立悬架 d)麦弗逊式独立悬架,1横臂式独立悬架 横臂式独立悬架分为单横臂式独立悬架和双横臂式独立悬架两种。(1)单横臂式独立悬架 图5-52为德国戴姆勒-奔驰轿车采用的单横臂式独立悬架示意图。在该结构中，后桥半轴套管8是断开的，主减速器5的左侧有一个单铰链4，半轴可绕其摆动。在主减速器上面安装着可调节车身水平位置的油气弹性元件2，它和螺旋弹簧7

24、一起承受并传递垂直力。作用在车轮上的纵向力主要由纵向推力杆6承受。中间支承3不仅可以承受侧向力，而且还可以部分地承受纵向力。当车轮上下跳动时，为避免干涉，其纵向推力杆的前端用球铰链与车身连接。采用单横臂式独立悬架的车轮上下运动时，车轮平面将产生倾斜而改变轮距的大小，并使主销内倾角及车轮外倾角均发生较大变化。轮距变化使轮胎产生横向滑移，破坏轮胎与地面的附着，因此这种悬架很少在转向轮中采用。,图5-52 单横臂式后独立悬架示意图1-主减速器 2-油气弹性元件 3-中间支承 4-单铰链 5-主减速器 6-纵向推力杆 7-螺旋弹簧 8-半轴套管,(2)双横臂式独立悬架 图5-53为双横臂式独立悬架示意

25、图。这种悬架的两个横臂长度可以相等，也可以不相等。等臂长的双横臂式独立悬架在车轮上下跳动时，虽然车轮平面不发生倾斜，却会使轮距发生较大的变化(图5-53a)。这将使车轮产生横向滑移。不等臂长的双横臂式独立悬架若两臂长度选择合适，则可以使主销角度与轮距的变化均不过大(图5-53b)因此不等臂长的双横臂式独立悬架在轿车的前轮上应用较为广泛。,图5-53 双横臂是独立悬架示意图,图5-54为一种典型的不等臂长双横臂式独立悬架。上横臂2和下横臂6为不等长横臂。螺旋弹簧1与减振器位于上、下横臂之间。图5-54 不等长双横臂式独立悬架1-螺旋弹簧 2-上横臂 3-球关节 4-车轮 5-转向节 6-下横臂

26、7-稳定杆,2纵臂式独立悬架(1)单纵臂式独立悬架 单纵臂式独立悬架在车轮上下运动时，主销后倾角会产生很大变化，一般不用在前悬架中(图5-55)。图5-56为法国雷诺-5型轿车装用的单纵臂式扭杆弹簧后独立悬架结构示意图。,图5-55 单纵臂式前独立悬架示意图图5-56 法国雷诺-5型轿车的后悬架1-套管 2-扭杆弹簧 3-橡胶衬垫 4-纵臂 5-心轴 6-车轮,(2)双纵臂式独立悬架 这种悬架的两个纵臂长度一般做成相等，形成平行四连杆机构。这样可使车轮上下运动时，主销后倾角不变，因而这种型式的悬架适用于转向轮。图5-57为双纵臂扭杆弹簧式前独立悬架示意图。两根纵臂1的后端与转向节铰接，前端则通

27、过各自的摆臂轴2支承在车架横梁5内部的衬套3中。摆臂轴与纵臂1刚性地连接，扭杆弹簧4由若干片矩形断面的薄弹簧钢片叠加而成。扭杆弹簧3外端插入摆臂轴2的矩形孔内,中部用螺钉6使之与管形横梁5相固定。这种悬架两侧车轮共用两根扭杆弹簧。图5-58为四连杆型后独立悬架零件分解图。后稳定杆7可防止轿车转向时发生过大的横向倾斜，后桥及后悬架起着支持车架的作用，并将负荷自车架传至车轮。,图5-57 双纵臂扭杆弹簧式前独立悬架1-纵臂 2-摆臂轴 3-衬套 4-扭杆弹簧 5-横粱 6-螺钉,图5-58 四连杆型后独立悬架零件分解图1-侧控制杆 2-上隔热体 3-螺旋弹簧 4-下隔热体 5-上控制臂 6-减振器

28、 7-后稳定杆 8-下控制臂 9-锁止片,3.车轮沿主销移动的悬架 车轮沿主销移动的悬架包括两种型式：一种是车轮沿固定不动的主销轴线移动的烛式独立悬架；另一种是车轮沿摆动的主销轴线移动的麦弗逊式独立悬架。(1)烛式独立悬架 如图5-59所示，转向节主销在固定于车身上的圆筒内往复运动，同时安装在圆筒内的弹簧支承在与主销相连的弹簧座上，与主销一起上下移动以缓和冲击。当悬架变形时，主销的定位角不会发生变化，仅轮距、轴距稍有改变，有利于汽车的转向操纵和行驶稳定性，常用于微型轿车上。缺点是侧向力全部由套在主销1上的长套筒3承受，套筒与主销之间的摩擦阻力大，磨损严重。,图5-6659 烛式悬架1-主销 2

29、-防尘罩 3-长套筒 4-防尘罩 5-减振器 6-通气管,(2)麦弗逊式悬架 这种悬架是车轮沿摆动的主销轴线移动(图5-60)。横摆臂1以球铰链与转向节3相连接。外面套有螺旋弹簧6的减振器4上端通过螺栓与橡胶垫圈与车身5相连接，下端固定在转向节3上。主销的轴线为上下铰链中心的联线。当车轮上下跳动时，因减振器的下支点随横摆臂摆动，故主销轴线的角度是变化的，显然车轮是沿着摆动的主销轴线运动。因此，这种悬架变形时，使主销的定位角和轮距都有些变化。合理地调整杆系的布置，可使车轮的这些定位参数变化极小。这种悬架的突出优点是两前轮内侧空间较大，便于发动机等机件的布置。,图560 吉林JL11O汽车前悬架(

30、麦弗逊式)1-横摆臂 2-车轮 3-转向节 4-减振器 5-车身 6-螺旋弹簧,六、多轴汽车的平衡悬架 多轴汽车的全部车轮如果都是单独刚性地悬挂在车架上，则在不平道路上行驶时将不能保证所有的车轮同时接触地面(图5-61a)。当有弹性悬架而道路不平度较小时，虽然不一定会出现车轮悬空现象，但各个车轮间的垂直载荷分配比例会有很大的改变。当车轮垂直载荷小甚至为零时，车轮对地面的附着力也将随之变小甚至等于零。在这种情况下，转向车轮将使汽车操纵能力大大降低以致失去操纵；驱动车轮不能产生足够的(甚至为零)驱动力；此外，一个车轮上垂直载荷减小，将引起其他车轮上垂直载荷的增加，严重时还会发生车桥及车轮超载的危险

31、。,图561 三轴汽车在不平道路上行驶情况示意图 为解决这一问题，理论上，全部车轮均采用独立悬架，可以保证所有车轮与地面的良好接触，但将使汽车结构变得相当复杂。为此，常采用多轴汽车的平衡悬架解决这一问题。若将两个车桥(如三轴汽车的中桥和后桥)装在两根平衡杆的两端，而将平衡杆中部与车架铰链(图5-68b)。这样，当一个车桥抬高将使另一车桥降低。如果平衡杆两臂等长，则两个车桥上的垂直载荷在任何情况下都会相等，故不可能发生如图5-61a所示的情况。这种能保证中、后桥车轮垂直载荷相等的悬架，称为平衡悬架。,钢板弹簧平衡悬架在三轴和四轴越野汽车中获得了普遍的应用。图5-62所示为三轴汽车的中、后驱动桥平

32、衡悬架。图5-62 三轴汽车中、后轿平衡悬架1、3-反作用杆 2-钢板弹簧 4-心轴 5-心轴轴承毂 6-半轴套管座架,5.6 电子控制空气悬架 为了保证乘坐舒适性，要求悬架要“软”；为了减小车体的侧倾和俯仰，提高汽车操纵稳定性，则又要求悬架较“硬”；在低速及好路面行驶时要求悬架要“软”，在高速时要求悬架要“硬”。总之，在汽车行驶中，要求悬架根据实际需要随时调节其刚度和阻尼力，以达到最佳的行驶平顾性和操纵稳定性。因次，目前在高级轿车上采了电子控制的悬架系统。,一、电子控制悬架系统的分类 根据有源与无源，电子控制悬架分为半主动悬架和全主动悬架(简称主动悬架)两大类。1.半主动悬架 半主动悬架由可

33、变特性的弹簧和减振器组成的悬架系统，它不能随外界的输入进行最优控制和调节，但它可以根据路面的激励和车身的响应按存储在微机内的各种条件下弹簧和减振器的优化参数对弹簧刚度和悬架的阻尼进行自适应调整，将车身的振动控制在某个范围之内，半主动悬架是无源控制，即它没有一个动力源为悬架提供连续的能量输入。因此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有效地控制。,2主动悬架 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，是一种有源控制。主动悬架可以根据汽车行驶条件的变化，主动改变悬架的刚度和阻尼系数，在汽车行驶速度变化及汽车起动、制动、转向时，主动悬架都可进行有效地控制

34、。此外它还可以根据需要自动调整车身高度。根据悬架介质不同，主动悬架又分为油气式主动悬架和空气式主动悬架。这里只介绍空气式主动悬架的结构原理。,二、电子控制空气式主动悬架的结构与原理 电子控制空气式主动悬架主要由信号输入装置、悬架刚度及减振器阻尼力调节装置、车身高度调节装置及悬架电控单元ECU组成，其布置型式如图5-63所示。图5-63 电子控制空气式主动悬架布置示意图1-空压机 2-发动机IC调节器 3-前悬架控制执行器 4-节气门开度传感器 5-后悬架控制执行器 6-后车身高度传感器 7-2号高度控制阀 8-转向盘转角传感器 9-悬架控制开关 10-车高指示灯、LRC指示灯、1号车速传感器

35、11-制动开关 121号高度控制阀 13-前车身高度传感器 14-干燥器与排气阀,1信号输入装置 该装置主要由前、后车身高度传感器13和6、转向盘转角传感器8、车速传感器、节气 门开度传感器4、悬架控制开关9和制动开关11等组成。,(1)车身高度传感器 它安装在车身与车桥之间，把车身与车桥之间的相对高度变化（悬架变形量）转换为电信号，并输送给电控单元。目前广泛使用的是光电式车身高度传感器。其结构如图5-64所示，传感器内部有一个靠连接杆带动旋转的轴7，轴上装有一个带有许多槽的遮光盘2，遮光盘两侧对称安装着4组发光二极管和光敏三极管，组成四对光电耦合器1。光电式车身高度传感器下作原理如图565所

36、示，当车身高度变化时，使车身高度传感器的连接杆1转动，通过传感器轴带动遮光盘5转动。当遮光盘上的槽对准光电耦合器时，发光二极管3发出的光线通过该槽使光敏三极管4受光，输出导通信号(ON)；反之当遮光盘的槽不对准耦合器时，输出截止信号(OFF)。遮光盘上的槽适当分布，利用这四对光电藕合器导通与截止的组合，把车身高度的变化分为16个区域进行检测，见表5-6。,图5-64 光电式车身高度传感器1-光电耦合器 2-遮光器 3-传感器 4-导线 5-金属油封环 6-传感器壳 7-轴图565 光电式车身高度传感器工作原理1-连接杆 2-轴 3-发光二极管 4-光敏三极管 5-遮光盘,表5-6 传感器信号与

37、车身高度区间的对应关系,悬架电控单元根据传感器输入的“ON”、“OFF”信号得到车身位移信号。根据车身高度变化的幅度和频率，可判断车身的振动情况；根据一段时间(一般为10ms)车身高度在某区间的百分比频度来判断车身高度。,(2)转向盘转角传感器 该传感器安装在转向轴上，用来检测转向盘的转角信号，间接地得到汽车转向程度(快慢、大小)信号，传给悬架电控单元。图5-73为光电式转向盘转角传感器的安装及 图5-73 光电式转向盘转角传感器结构结构图。在压入转向器轴4 1-转向盘转角传感器 2-光电藕合器 3-遮光盘 的圆盘中，压入带有缺口的 4一转向器轴 5-传感器圆盘 遮光盘3，其工作原理见图5-7

38、4。遮光盘3两面分别有两个发光二极管1和两个光敏三极管2，组成两对光电耦合器，当遮光盘随转向轴转动时，两个光电耦合器的输出端即可进行ONOFF 图5-74 光电式转向盘转角传感器工作原理变换。1-发光二极管 2-光敏三极管 3-遮光盘,电控单元根据两光电耦合器输出端ONOFF变换的速度，检测出转向轴的转动速度。同时，由于两遮光盘ONOFF变换的相位错开约90(图5-75)，通过判断哪个遮光盘首先为ON状态，即可检测出转向轴的转动方向。如右转弯时，信号B总是先于信号A到达ON状态；左转弯时，信号A总是先于信号B到达ON状态。图5-75 转向方向的判断,(3)车速传感器 它安装在车轮上，输出与车轮

39、转速成正比的脉冲信号，悬架电控单元利用该信号与转向盘转角信号计算出车身的侧倾程度。(4)节气门位置传感器 它安装在节气门体上，把节气门开度信号传给悬架电控单元，间接测得汽车加速信号。(5)悬架控制开关 通常由LRC开关与车高控制开关组成，均装在驾驶室变速器操纵杆旁边。用以选择空气弹簧和减振器的工作模式“normal auto(常值自动控制)或“sport auto”(高速行驶自动控制)，并由位于仪表板上的LRC指示灯指示当前减振器与空气弹簧的工作模式。高度控制开关用以选择所希望的车身高度“normal(常规值)或“high(高值)，并由装于仪表板上的车高指示灯指示所选择的车身高度控制模式。(6

40、)制动灯开关 制动灯开关获得汽车制动信号并传给电控单元，由此产生抑制汽车“点头”的控制指令。,2空气悬架刚度及阻尼力调节系统(1)空气悬架刚度的调节 空气悬架的构造如图5-76所示，悬架上端与车身相连，下端与车轮相连。空气悬架内部结构如图5-77所示，主、副气室1和2设计为一体，主、辅气室之间有一通路供气体相互流动。改变主、辅气室之间气体通路的大小，使主气室被压缩的空气量发生变化，就可改变空气悬架的刚度。图5-76 空气悬架的组成1-导线 2-执行器盖 3-执行器 4-悬架支架 5-气压缸 6-空气管,图5-77 空气悬架结构简图 1-副气室 2-主气室,主、副气室之间的通路靠气阀控制，开关气

41、阀的控制杆由悬架控制执行器驱动，当气阀处于不同的位置时，即大开、小开、关闭时，可实现空气弹簧低、中、高三种状态的刚度调节。当阀芯的开口转到对准图5-78所示的“低”位置时，气阀开度大，主、副气室5和4的通道截面较大，主气室的气体经阀芯的中间孔、阀体的侧面孔与副气室相通，增大了承担缓冲的容积，悬架的刚度变软(处于刚度“低”的状态)。图5-78 悬架刚度的调节原理1-阻尼调节杆 2-气阀控制杆 3-主副气室通路 4-副气室 5-主气室 6-气阀体 7-少气体通路 8-阀体 9-多气体通路,当阀芯的开口转到图578所示的“中”位时，气阀的开度较小，两气室之间空气流通的通道较小，悬架刚度处于“中等”状

42、态。阀芯开口转到图5-78所示的“高”位置时，阀完全关闭，悬架的缓冲由主气室单独承担。可压缩的气体容积减小，悬架的刚度处于“高”状态。(2)悬架阻尼的调节 悬架阻尼大小的调节通过改变减振器阻尼孔截面积的大小实现，如图5-79所示。,图5-79 悬架阻尼调节原理1-阻尼调节杆 2-阻尼孔 3-活塞杆 4-转阀,与减振器阻尼调节杆1连接的转阀4上有三个阻尼孔。若阻尼调节杆转动，可使转阀转动，从而开闭三个阻尼孔，改变油路截面积实现高、中、低三种状态的调节。当A、B、C三个截面的阻尼孔全部被转阀封住时，只有减振器下面的主阻尼孔(D部)工作，减振器的阻尼最大(阻尼处于“高”状态)；转阀从高状态逆时针转动

43、60，则三个截面的阻尼孔全部打开，减振器的阻尼最小(阻尼处于“低”状态)；转阀从高状态顺时针转动60，则B截面的阻尼孔打开，A、C截面阻尼孔仍关闭，则减振器的阻尼处于“中”状态。,(3)悬架控制执行器 它除了控制减振器的转阀进行阻尼调节外，还同时驱动主辅气室的气阀进行刚度调节。悬架控制执行器多采用直流电动机或步进电动机。图5-80是采用步进电动机的悬架控制执行器结构。步进电动机由悬架电控单元控制，步进电动机3带动小齿轮4驱动扇形齿轮7转动，与扇形齿轮同轴的阻尼调节杆9带动转阀转动，使阻尼孔的开闭数量改变，从而调节减振器的阻尼力。同时齿轮系带动刚度调节杆6转动，以改变主辅气室之间通道截面的大小，

44、调节悬架的刚度。图13-80 悬架控制执行器结构1-电磁线圈 2-制动杆 3-步进电动机4-小齿轮 5-阻尼调节杆 6-刚度调节杆7-扇形齿轮,电磁线圈1控制的电磁制动开关松开时，制动杆2处于扇形齿轮的滑槽内，此时扇形齿轮可以转动；当电磁制动开关吸合时，齿轮系处于锁住状态，悬架刚度及阻尼参数保持相对稳定的状态。步进电动机的转于由永久磁铁制成，定子有两对磁极，其上绕有A-B、C-D两相绕组，其基本工作原理如图5-81所示。当电流从A-B绕组的A端流入，B端流出时，永磁转子将在定子磁极磁场作用下，处于图5-81所示的“低状态”位置；当A-B绕组不通电，C-D绕组接通电源时，永磁转子处于图示“高状态

45、”位置；当电流从A-B绕组的B端流入，A端流出时永磁转子处于图示“中状态”位置。图5-81 步进电动机工作原理及动作位置,2车身高度的调节 其作用是使车身高度根据汽车内乘座人员或车辆载重情况自动做出调整，以保证汽车行驶所需要的高度及汽车行驶姿态的稳定。车身高度调节装置如图5-82所示，主要由空气压缩机1、直流电动机2、高度控制电磁阀4、空气干燥器械3及排气阀等组成。当需要增高车身高度时，直流电机带动空气压缩机工作，压缩空气通过空气干燥器后，由高度控制电磁阀进入空气悬架5使车身高度增加。达到规定高度时，高度控制电磁阀断电关闭，车身便维持在一定的高度。当车高需要降低时，高度控制电磁阀和排气阀同时通

46、电打开，空气悬架主空气室空气排气，车身高度下降。,图5-82 车身高度调节装置a)充气，车身提高 b)排气，车身降低1-空气压缩机 2-直流电动机 3-空气干燥器及排气阀 4-高度控制电磁阀5-空气悬梁 6-指示灯 7-悬架电控单元 8-车身高度传感器,三、电控空气式悬架的控制原理 1利用弹簧刚度和减振器阻尼力进行控制(1)高速感应控制 当车速大于110kmh时，不管驾驶员选择了何种工作模式，悬架电控单元都会通过执行器自动使悬架系统进入“normal auto”(常规值自动控制)工作模式，即将悬架的刚度和阻尼调到“中间”状态，以捉高汽车高速行驶时的稳定性。(2)坏路面感应控制 当汽车以40-1

47、00kmh的速度驶入坏路面时，若前轮车速传感器检测出路面有小凸起，则在后轮越过该凸起之前，悬架电控单元自动使悬架系统进入“sport auto”，使悬架刚度和阻尼力在“中间”状态，以抑制车体的前后颠簸与跳动，提高汽车的乘坐舒适性和通过性；当汽车以高于1OOkmh驶入坏路面时，悬架ECU将弹簧刚度和减振器阻尼力调到“高”状态，以保证汽车的操纵稳定性和通过性。,(3)前后轮相关控制 即当汽车前轮在遇到路面接缝等单个的凸起时，电控单元相应减小后轮悬架的刚度和阻尼，以减小车身的振动和冲击。当汽车以3080kmh速度行驶遇到障碍时，前轮车高传感器的脉冲信号传给悬架电控单元，电控单元将后轮悬架的刚度与阻尼

48、调至“低”状态，提高汽车乘坐舒适性；此时，既使驾驶员选择了高速行驶状态(刚度和阻尼力为中间值)，系统仍将刚度和阻尼力调至低值。为了不影响高速行驶的稳定性，这种动作在车速为80kmh以下才发生。,(4)抗“仰俯”当车速低于20kmh且加速度大时，悬架ECU将弹簧刚度和减振器阻尼力调到“高”状态，以抑制汽车急起步时的车身“后仰”。当车速高于60kmh紧急制动时，电控单元也将高度与阻尼力调到“高”状态，以抵抗汽车紧急制动时车身“前仰”。(5)抗“侧倾”在急转弯时，装于转向轴上的光电式转角传感器监测方向盘的操作信号传给悬架电控单元，电控单元根据方向盘的转角和转速信号将刚度与阻尼力调到“高”状态。(6)

49、抗“点头”当车速高于60kmh紧急制动时，车速传感器以及制动灯开关将信号输入悬架电控单元，电控单元自动将悬架的高度与阻尼调至“高”状态，以增大悬架刚度和阻尼，抑制“点头”。在良好的路面正常行驶时，弹簧刚度和减振器阻尼由驾驶员选择：“常规值自动控制”状态，悬架刚度与阻尼处于“低”状态。“高速行驶自动控制”状态，悬架刚度与阻尼处于“中”状态。,2车身高度控制 悬架电控单元根据汽车行驶速度和路面的变化，自动调整车身高度，确保汽车行驶稳定性和通过性。车身高度控制有“常规值自动控制”模式和“高值自动控制”模式，每种模式又分为“低”、“中”、“高”三种状态。(1)高速感应控制 当车速超过90kmh时，为减

50、小风阻，提高汽车行驶稳定性，悬架电控单元使排气阀与高度控制阀通电工作，悬架气室向外排气，将车身高度降低一级。若驾驶员选择了“常规值自动控制”模式，则车身高度值由中间值调至低值；若驾驶员选择了“高值自动控制”模式，则车高由高值调至“中间值”。当车速为60kmh时，车高恢复原状。,(2)坏路面行驶控制 汽车在坏路面连续行驶时，车高传感器连续25s以上输出大幅度振动信号悬架电控单元将车高升高一级，使汽车的突然振动减弱，提高汽车的通过性。在坏路面且车速大于40kmh小于90kmh时，无论驾驶员选择了那种控制模式，悬架电控单元均使车高调至高值，以减小路面振动，提高乘坐舒适性。在坏路面上连续行驶，车速高于