底盘悬吊系统技术原理
底盘由传动系、行驶系、转向系和制动系 四部分 组成。 底盘作用是支承、安装汽车发动机及其各部件、总 成, 形成汽车的整体造型,并接受发动机的动力,使汽 车 产生பைடு நூலகம்动,保证 正常行驶。
如何将看似悬浮在半空中的车身与接触地面的车轮结合呢?这个结合 的装置就是悬吊系统。悬吊系统除了要支撑车身的重量之外,还 负有降低行驶时的震动,以及车辆行驶的操控性能等重责大任。 悬吊系统中包含了避震器、弹簧、防倾杆、连杆等机件。
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麦弗逊式悬吊系统 (McPherson Type)又称为支柱 式悬吊系统,常见于前悬吊,是 最被广泛运用者。这是一种利用 避震器为车轮定位用支柱的悬吊 形式,支柱上部经由橡胶置绝缘 体固定于车身,支柱下部用连杆 连结以定位,避震器为筒型,最 大优点为构造简单,占位置小, 前轮之后倾角不会因车轮的跳动 而改变,另外麦弗逊式悬吊因避 震器可以定位外倾角,可增大车 室空间,引擎横置的FF车因布置 空间无余地,此优点就显得特别 重要;缺点为行驶不平路面时, 车轮易自动转向,故驾驶人须用 力保持方向盘,当受到剧烈冲击 时,滑柱易造成弯曲,因而影响 转向性能。
转向时前展(Toe-out on Turn) 定义为转向时两前轮转向 角度之差。过弯时弯内轮 所转的角度通常大于弯外 轮,相差在2度左右,其 目的是在过弯时使车子能 以后轴延伸线的瞬时中心 为圆心顺利过弯。 一定的转向时前展是必要的, 因为外侧车轮必须比内侧 车轮转弯半径大。如果两 侧车轮转向角度相等,则 外侧轮胎以小半径转弯时, 将会产生拖滑。
3.束角 用在于补偿轮胎因外 倾角及路面阻力所导致 向内 或向外滚动的趋 势,确保车 子的直进 性。当汽车行驶时,前 束或后束减小(或消 失),这是因为车轮在 加速度的作用下要回位, 同时转向杆系有轻微的 弯曲。此外,Toe-in容 易造成转向不足,Toeout则会增大转向过度的 趋势。
后倾角(Caster) 定义为由车侧看转向轴 中心线与垂直线所成的 夹角,如果转向轴向后 倾斜,则后倾角为正, 转向轴向前倾斜,则后 倾角为负。 后倾角的存在可使转向 轴线与路面的交会点在 轮胎接地点的前方,可 利用路面对轮胎的阻力 让车子保持直进,其原 理就如购物推车的前轮 会自动转至你施力的方 向并保持直进一般。后 倾角越大车子的直进性 越好,转向后方向盘的 回复性也越好,但却会 使转向变得沉重。
双A臂式(Double Wishbone又译为双叉骨式或双许愿骨式) 臂的布置是下臂与支柱式差不多,上臂是两端已有橡胶衬套的A型臂 结合车身与车轴,车身常有副框架,主轴布置于副框架上,副框架与 车身通常在四处经绝缘体结合,弹簧与避震器为尽量增长行程,装于 上臂上与车身间,藉这些连杆的布置设计,即可将外倾变化。双A臂 式悬吊的优点首推设计自由度,因在副框架上布置连杆,容易兼顾悬 吊系的刚性与震动绝缘。缺点是零件数多,也要求定位精度,成本上 重量上都不利。诸如多连杆,麦弗逊等皆为其衍生设计。 在支柱式悬吊系统问世前,乘用车的独立悬吊式前悬吊为双A臂式悬吊, 但是,支柱式问世后,除了一部份外,几乎所有的乘用车前悬吊都改 用支柱式。双A臂悬吊就结构学而言是最坚固的悬吊,能带来更多的 几何调整以提供有效的舒适性与操控性。不过由于只有4根连杆,仅 仅只能提供倾角变化无法大幅调整束角,所以他仍然不够优秀,因此 聪明的设计师设计了一种有横向及纵向拉杆(提供更多几何角度控制) 的复合悬吊,于是多连杆诞生了。另外值得一提的是:双A臂可是F1的 不二选择哦~
2.内倾角(K.P.I.),定义为转向轴中心线与垂直线所成的角度。有了内 倾角可使车重平均分布在轴承之上,保护轴承不易受损,并使转向力 平均,转向轻盈。反之,若内倾角为0,则车重和地面的反作用力会 在车轴产生很大的横向切应力,易使车轴受损,转向也会变得沉重无 比。此外,内倾角也是前轮转向后回正力的来源。
汽车悬吊系统除了基本的转向控制外,还控制着车轮的各 种角度。主要包括了:外倾角(Camber),内倾角(K.P.I.), 束角(Toe),后倾角(Castor),转向时的前展(Toeout on Turn)等。这些角度的存在,保证了汽车更好的行 驶。 四轮定位角度简单来说就是存在于悬吊系统和各活动机 件间的相对角度。
• 拖曳臂式(Trailing arm type)是专为后轮设计的悬吊系,以支臂结 合车轴前方的车身部主轴与车轴,其中车身部主轴的旋转轴垂直于车 身中心线者,亦即直向后方,称为拖曳臂式或全拖曳臂式,而半拖曳 臂式之摆动臂系倾斜于车身中心线即斜向后方。 • 拖曳臂式悬吊的结构为车身部的主轴直接结合于车身,然后将主轴结 合于悬吊系统,再将此构件安装于车身,弹簧与避震器通常是分开安 装或是构成一体,直立安装于车轴附近。悬吊系统本身的运动,支臂 以垂直车身中心线的轴,亦即平行于车轴的轴为中心进行运动,车轴 不倾斜于车身,在任一上下运动位置,车轴平行于车身,对车身外倾 角变化为零。其最大的优点乃在于左右两轮的空间较大,而且车身的 外倾角没有变化,避震器不发生弯曲应力,所以摩擦小,当其煞车时 除了车头较重会往下沈外,拖曳臂悬吊的后轮也会往下沈平衡车身, 而其缺点为无法提供精准的几何控制。
5. 多连杆式(Multi-Link) 近年的汽车厂苛求乘坐舒适性与操控安定性的底盘性能,因而采 双A臂式悬吊与多连杆式悬吊系,形成所谓的复合式多连杆 (Multi-link),不过两者原理相同,因连杆的数目及固定点不 同,各车厂命名方式不同。 以多连杆将车轴定位,连杆大都经由衬套先安装副框架,副框架经绝 缘体固定于车身,之所以会如此设计是因为多连杆式独特的连杆 配置结合拖曳臂的舒适性与双A臂的操控性、抓地性,能提供平稳 的行驶性急吸收大部分从路面传来的震动,并能自动调整轮胎角 度,消除对地外倾角变化,车身晃动时,使轮胎与路面永远保持 90度垂直,抓地力自然佳。因此要兼顾操纵安全性乘坐舒适性, 就得适当的设定连杆安装位置,角度,衬套等特性。多连杆与双A 臂式悬吊同样构造复杂,各零件需要高精度,成本高,重量增大 (有些使用铝合金制连杆来减轻重量)是其缺点,但可平衡达成 其他悬吊方式,达不到的性能要求,因此目前多连杆式也可说是 最复杂也是最先进的。
外倾角(Camber),定义为由车前方看轮胎中 心线与垂直线所成的角度,向外为正, 向内为负。 正外倾角影响着汽车的直线行驶稳定性和转 向轮的回正功能。当汽车转向时,由于 正的外倾角作用,外侧悬挂有向上抬离 车轮的趋势,当车轮回到直线方向时, 汽车的重量压在转向轴上,帮助车轮回 正。 负外倾角在转弯时防止轮胎侧滑,同时也增 加了转向阻力。大多数乘用车和轻型卡 车都设计成正的外倾角,但很多赛车和 一些高性能的市售车则采用负外倾角。 (增加负的外倾角需配合增加Toe-out; 增加正的外倾角则需配合增加Toe-in)。 后轮一般采用零外倾角,但某些独立后悬架 则设计有一定的外倾角(通常是负的)。 如果前轮外倾角左右不等,汽车被拉向 具有正外倾角较大的一侧;后轮外倾角 不相等也会影响汽车的操纵性。