汽車懸掛系統,汽車懸掛系統結構原理是什么?

不少車迷咨詢有關汽車懸掛系統的問題。他們在看車買車過程中，經常在資料簡介上見到諸如麥弗遜式、多連桿式、雙連桿式、四連桿式、扭力梁式等多種前后懸掛系統，由于對機械知識了解較少，他們希望能夠將常見的懸掛系統作簡單介紹，并解釋其優缺點。這里首先介紹一下獨立懸掛系統與非獨立懸掛系統。?

??? 簡單來說，懸掛系統就是指由車身與輪胎間的彈簧和避震器組成的整個支持系統。懸掛系統應有的功能是支持車身，改善乘坐的感覺，不同的懸掛設置會使駕駛者有不同的駕駛感受。外表看似簡單的懸掛系統綜合多種作用力，決定著轎車的穩定性、舒適性和安全性，是現代轎車十分關鍵的部件之一。

??? 一般來說，汽車的懸掛系統分為非獨立懸掛和獨立懸掛兩種，非獨立懸掛的車輪裝在一根整體車軸的兩端，當一邊車輪跳動時，另一側車輪也相應跳動，使整個車身振動或傾斜；獨立懸掛的車軸分成兩段，每邊車輪由螺旋彈簧獨立安裝在車架下面，當一邊車輪發生跳動時，另一邊車輪不受影響，兩邊的車輪可以獨立運動，提高了汽車的平穩性和舒適性。

??? 由于現代人對車子乘坐舒適性及操縱安全性的要求愈來愈高，所以非獨立懸掛系統已漸漸被淘汰。而獨立懸掛系統因其車輪觸地性良好、乘坐舒適性及操縱安全性大幅提升、左右兩輪可自由運動、輪胎與地面的自由度大、車輛操控性較好等優點目前被汽車廠家普遍采用。常見的獨立懸掛系統有多連桿式懸掛系統、麥弗遜式懸掛系統、拖曳臂式懸掛系統等。?

概述
　　懸掛系統就是指由車身與輪胎間的彈簧和避震器組成整個支持系統。懸掛系統應有的功能是支持車身，改善乘坐的感覺，不同的懸掛設置會使駕駛者有不同的駕駛感受。外表看似簡單的懸掛系統綜合多種作用力，決定著轎車的穩定性、舒適性和安全性，是現代轎車十分關鍵的部件之一。　
　　懸架是汽車的車架與車橋或車輪之間的一切傳力連接裝置的總稱，其作用是傳遞作用在車輪和車架之間的力和力扭，并且緩沖由不平路面傳給車架或車身的沖擊力，并衰減由此引起的震動，以保證汽車能平順地行駛。
　　典型的懸架結構由彈性元件、導向機構以及減震器等組成，個別結構則還有緩沖塊、橫向穩定桿等。彈性元件又有鋼板彈簧、空氣彈簧、螺旋彈簧以及扭桿彈簧等形式，而現代轎車懸架多采用螺旋彈簧和扭桿彈簧，個別高級轎車則使用空氣彈簧。

　　懸架是汽車中的一個重要總成，它把車架與車輪彈性地聯系起來，關系到汽車的多種使用性能。從外表上看，轎車懸架僅是由一些桿、筒以及彈簧組成，但千萬不要以為它很簡單，相反轎車懸架是一個較難達到完美要求的汽車總成，這是因為懸架既要滿足汽車的舒適性要求，又要滿足其操縱穩定性的要求，而這兩方面又是互相對立的。比如，為了取得良好的舒適性，需要大大緩沖汽車的震動，這樣彈簧就要設計得軟些，但彈簧軟了卻容易使汽車發生剎車“點頭”、加速“抬頭”以及左右側傾嚴重的不良傾向，不利于汽車的轉向，容易導致汽車操縱不穩定等。　
　　汽車的懸掛系統分為非獨立懸掛和獨立懸掛兩種，非獨立懸掛的車輪裝在一根整體車軸的兩端，當一邊車輪跳動時，另一側車輪也相應跳動，使整個車身振動或傾斜；獨立懸掛的車軸分成兩段，每只車輪由螺旋彈簧獨立安裝在車架下面，當一邊車輪發生跳動時，另一邊車輪不受影響，兩邊的車輪可以獨立運動，提高了汽車的平穩性和舒適性。
　　由于現代人對車子乘坐舒適性及操縱安定性的要求愈來愈高，所以非獨立懸掛系統已漸漸被淘汰。而獨立懸掛系統因其車輪觸地性良好、乘坐舒適性及操縱安定性大幅提升、左右兩輪可自由運動，輪胎與地面的自由度大，車輛操控性較好等優點目前被汽車廠家普遍采用。常見的獨立懸掛系統有多連桿式懸掛系統、麥佛遜式懸掛系統、拖曳臂式懸掛系統等等。
懸架系統的分類
　　根據控制形式不同分為被動式懸架、主動式懸架。

　　根據汽車導向機構不同可分為獨立懸架、非獨立懸架。
非獨立懸架
　　非獨立懸架的結構特點是兩側車輪由一根整體式車橋相連，車輪連同車橋一起通過彈性懸架懸掛在車架或車身的下面。非獨立懸架具有結構簡單、成本低、強度高、保養容易、行車中前輪定位變化小的優點，但由于其舒適性及操縱穩定性都較差，在現代轎車中基本上已不再使用，多用在貨車和大客車上。
獨立懸架

　　
　　獨立懸架是每一側的車輪都是單獨地通過彈性懸架懸掛在車架或車身下面的。其優點是：質量輕，減少了車身受到的沖擊，并提高了車輪的地面附著力；可用剛度小的較軟彈簧，改善汽車的舒適性；可以使發動機位置降低，汽車重心也得到降低，從而提高汽車的行駛穩定性；左右車輪單獨跳動，互不相干，能減小車身的傾斜和震動。不過，獨立懸架存在著結構復雜、成本高、維修不便的缺點。現代轎車大都是采用獨立式懸架，按其結構形式的不同，獨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

　　橫臂式懸架是指車輪在汽車橫向平面內擺動的獨立懸架，按橫臂數量的多少又分為雙橫臂式和單橫臂式懸架。
　　單橫臂式具有結構簡單，側傾中心高，有較強的抗側傾能力的優點。但隨著現代汽車速度的提高，側傾中心過高會引起車輪跳動時輪距變化大，輪胎磨損加劇，而且在急轉彎時左右車輪垂直力轉移過大，導致后輪外傾增大，減少了后輪側偏剛度，從而產生高速甩尾的嚴重工況。單橫臂式獨立懸架多應用在后懸架上，但由于不能適應高速行駛的要求，目前應用不多。
　　雙橫臂式獨立懸架按上下橫臂是否等長，又分為等長雙橫臂式和不等長雙橫臂式兩種懸架。等長雙橫臂式懸架在車輪上下跳動時，能保持主銷傾角不變，但輪距變化大(與單橫臂式相類似)，造成輪胎磨損嚴重，現已很少用。對于不等長雙橫臂式懸架，只要適當選擇、優化上下橫臂的長度，并通過合理的布置、就可以使輪距及前輪定位參數變化均在可接受的限定范圍內，保證汽車具有良好的行駛穩定性。目前不等長雙橫臂式懸架已廣泛應用在轎車的前后懸架上，部分運動型轎車及賽車的后輪也采用這一懸架結構。
　　　多連桿式懸架

　　多連桿式懸架是由(3—5)根桿件組合起來控制車輪的位置變化的懸架。多連桿式能使車輪繞著與汽車縱軸線成二定角度的軸線內擺動，是橫臂式和縱臂式的折衷方案，適當地選擇擺臂軸線與汽車縱軸線所成的夾角，可不同程度地獲得橫臂式與縱臂式懸架的優點，能滿足不同的使用性能要求。多連桿式懸架的主要優點是：車輪跳動時輪距和前束的變化很小，不管汽車是在驅動、制動狀態都可以按司機的意圖進行平穩地轉向，其不足之處是汽車高速時有軸擺動現象。
　　　縱臂式懸架
　　縱臂式獨立懸架是指車輪在汽車縱向平面內擺動的懸架結構，又分為單縱臂式和雙縱臂式兩種形式。單縱臂式懸架當車輪上下跳動時會使主銷后傾角產生較大的變化，因此單縱臂式懸架不用在轉向輪上。雙縱臂式懸架的兩個擺臂一般做成等長的，形成一個平行四桿結構，這樣，當車輪上下跳動時主銷的后傾角保持不變。雙縱臂式懸架多應用在轉向輪上。
　　　燭式懸架

　　
　　燭式懸架的結構特點是車輪沿著剛性地固定在車架上的主銷軸線上下移動。燭式懸架的優點是：當懸架變形時，主銷的定位角不會發生變化，僅是輪距、軸距稍有變化，因此特別有利于汽車的轉向操縱穩定和行駛穩定。但燭式懸架有一個大缺點：就是汽車行駛時的側向力會全部由套在主銷套筒的主銷承受，致使套筒與主銷間的摩擦阻力加大，磨損也較嚴重。燭式懸架現已應用不多。
　　　麥弗遜式懸架

　　
　　麥弗遜式懸架的車輪也是沿著主銷滑動的懸架，但與燭式懸架不完全相同，它的主銷是可以擺動的，麥弗遜式懸架是擺臂式與燭式懸架的結合。與雙橫臂式懸架相比，麥弗遜式懸架的優點是：結構緊湊，車輪跳動時前輪定位參數變化小，有良好的操縱穩定性，加上由于取消了上橫臂，給發動機及轉向系統的布置帶來方便；與燭式懸架相比，它的滑柱受到的側向力又有了較大的改善。麥弗遜式懸架多應用在中小型轎車的前懸架上，保時捷911、國產奧迪、桑塔納、夏利、富康等轎車的前懸架均為麥弗遜式獨立懸架。雖然麥弗遜式懸架并不是技術含量最高的懸架結構，但它仍是一種經久耐用的獨立懸架，具有很強的道路適應能力。
主動懸架
　　主動懸架是近十幾年發展起來的、由電腦控制的一種新型懸架。它匯集了力學和電子學的技術知識，是一種比較復雜的高技術裝置。例如裝置了主動懸架的法國雪鐵龍桑蒂雅，該車懸架系統的中樞是一個微電腦，懸架上的5種傳感器分別向微電腦傳送車速、前輪制動壓力、踏動油門踏板的速度、車身垂直方向的振幅及頻率、轉向盤角度及轉向速度等數據。電腦不斷接收這些數據并與預先設定的臨界值進行比較，選擇相應的懸架狀態。同時，微電腦獨立控制每一只車輪上的執行元件，通過控制減振器內油壓的變化產生抽動，從而能在任何時候、任何車輪上產生符合要求的懸架運動。因此，桑蒂雅轎車備有多種駕駛模式選擇，駕車者只要扳動位于副儀表板上的“正常”或“運動”按鈕，轎車就會自動設置在最佳的懸架狀態，以求最好的舒適性能。
　　主動懸架具有控制車身運動的功能。當汽車制動或拐彎時的慣性引起彈簧變形時，主動懸架會產生一個與慣力相對抗的力，減少車身位置的變化。例如德國奔馳2000款Cl型跑車，當車輛拐彎時懸架傳感器會立即檢測出車身的傾斜和橫向加速度。電腦根據傳感器的信息，與預先設定的臨界值進行比較計算，立即確定在什么位置上將多大的負載加到懸架上，使車身的傾斜減到最小。
彈性元件分類
　　(1)鋼板彈簧：由多片不等長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，縱向布置時還具有導向傳力的作用。非獨立懸掛大多采用鋼板彈簧做彈性元件，可省去導向裝置和減振器，結構簡單。　
　　(2)螺旋彈簧：只具備緩沖作用，多用于轎車獨立懸掛裝置。由于沒有減振和傳力的功能，還必須設有專門的減振器和導向裝置。　

　　(3)油氣彈簧：以氣體作為彈性介質，液體作為傳力介質，它不但具有良好的緩沖能力，還具有減振作用，同時還可調節車架的高度，適用于重型車輛和大客車使用。
　　(4)扭桿彈簧：將用彈簧桿做成的扭桿一端固定于車架，另一端通過擺臂與車輪相連，利用車輪跳動時扭桿的扭轉變形起到緩沖作用，適合于獨立懸掛使用。
汽車懸掛系統彈簧的工作原理及改裝方法
　　懸掛系統存在的意義有二：隔離路面的不平使行駛更舒適；行經不平路面時保持輪胎與路面接觸。而改良懸掛對"飛車黨"來說只有一個目的就是改善操控性。
　　
　　懸掛系統的彈簧以圈狀彈簧最常用，原因是容易制作、性能效率高、價格低。彈簧在物理學上的定義就是儲存能量，當我們施一固定的力於彈簧，它會產生變形，當我們移開施力則彈簧會有恢復原狀的趨勢，但彈簧在回彈時震湯的幅度往往會超過它原來的長度，直到有磨擦阻力的出現才會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。 一般的彈簧是所謂的（線性彈簧），也就是彈簧受力時它的壓縮變形量是遵循物理學上的（虎克定律）：F=KX，其中F為施力，K為彈力系數，X則為變形量。舉例來說有一線性彈簧受力40Kg時會造成1cm的壓縮，之後每增加40Kg的施力1cm一定會增加的壓縮量。事實上懸掛的彈簧還有其他的壓力存在，即使彈簧完全伸展時彈簧仍會受到壓力以便讓彈簧本身固定在車上。 在傳統彈簧、吸震筒式的懸掛設計上，彈簧扮演支持車身以及吸收不平路面和其它施力對輪胎所造成的沖擊，而這里所謂的其它施力包含了加速、減速、剎車、轉彎等所對彈簧造成的施力。更重要的是在震動的消除過程中要保持輪胎與路面的持續接觸，維持車子的循跡性。而改善這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子的舒適性和保持輪胎完全與地面接觸，用錯了彈簧會造成行車品質和操控性都有負面的影響。試想如果彈簧是完全僵硬的，那懸掛系統也就發揮不了作用。遇到不平的路面時車子跳起，輪胎也會完全離開地面，若這種情況發生在加速、剎車或轉彎時，車子將會失去循跡性。如果彈簧很軟，則很容意出現（坐底）的情況，也就是將懸掛的行程用盡。假如在過彎時發生坐底情況則可視為彈簧的彈力系數變成無限大（已無壓縮的空間），車身會產生立即的重量轉移，造成循跡性的喪失。如果這部車有著很長的避震行程，那麼或許可以避免（坐底）的情況發生，但相對的車身也會變得很高，而很高的車身意味著很高的車身重心，車身重心的高低對操控表現有決定性的影響，所以太軟的避震器會導致操控上的障礙。假如路面是絕對的平坦，那我們就不需要彈簧和懸掛系統了。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決定，越崎嶇要越軟的彈簧，但要多軟則是個關鍵的問題，通常這需要經驗的累積，也是各車廠及各車隊的重要課題。 一般說來軟的彈簧可以提供較佳的舒適性以及行經較崎嶇的路面時可保持比較好的循跡性。但是在行經一般路面時卻會造成懸掛系統較大的上下擺動，影響操控。而在配備有良好空氣動力學組件的車，軟的彈簧在速度提高時會造成車高的變化，造成低速和高速時不同的操控特性。
　　　彈簧的改裝
　　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操控的因素，彈簧的改變會造成很復雜的操控特性改變。以硬度的增加來說，可提高懸掛的滾動抑制能力，減少過彎時車身的滾動。而車高的降低則可同時降低車身的重心，減少過彎時車身重量的轉移，提高穩定性。而車高的降低也可兼顧美觀的效果。
　　漸進式彈簧
　　彈簧兩個主要的功用：一是作為懸掛系統或底盤與地面的緩沖，也就是維持舒適性，二是使車子在行經不平路面時保持輪胎的貼地性。要達成這兩個相沖突的目標需要有不同的彈力系數。保持輪胎的貼地性對操控有決定性的影響我們需要硬的彈簧設定，來保持貼地性。在遇到越顛簸的路面我們需要越軟的彈簧設定。要同時達成這兩個目的，使用具有復合彈力系數的（非線性彈簧），也就是一般所謂的漸進式彈簧，式唯一可行的方法。 漸進式彈簧能隨著彈簧的壓縮而增加彈力系數，在設計和制造上都有相當的困難度。行經顛簸路面時，彈力系數就會增加維持車身穩定。而最初的彈力系數較軟則用來提高行經顛簸路面時輪胎貼地性。漸漸變硬的彈簧可避免懸掛或彈簧出現坐底的情況。這能容許使用高度比原來低的彈簧，用以降低車身重心，并且在行經顛簸路面時維持最低而且最短懸掛行程，不致發生坐底的情況。 要達成漸進式彈簧就是要作出彈力系數會隨這著受壓縮而產生變化的非線性彈簧，因此目前的漸進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會產生局部線間接觸，以使有效圈數發生變化，進而造成彈力系數K的變化。經由彈簧上下圈徑的變化則是改變彈力系數的最直接方法。
　　降低車身
　　改善操控最重要的方法就是降低車身重心，如此可以降低過彎時車身的重量轉移和車身滾動，降低車身最簡單的方法就是由彈簧著手。使用短彈簧是最簡單也最快的方法。

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