1.2 車輛懸架的基本結構、作用和特性要求

1.2.1 車輛懸架的基本結構

1.車輛懸架的定義

16世紀的四輪載人和載貨馬車為解決“路上感覺非常顛簸”的問題，將車廂用皮帶吊在底盤的四根柱子上，就像翻過來的桌子一樣。因為車廂是掛在底盤上的，所以人們漸漸將其稱為“懸架（suspension）”，并沿用至今，以描述整個一類的解決方案。車廂吊起式的懸架還不是一個真正的彈簧系統，但它確實使車廂與車輪的運動分離開來。半橢圓形的彈簧設計（也稱為車載彈簧）迅速取代了皮帶式的懸架。半橢圓形彈簧廣泛用在四輪或兩輪載人、載貨馬車上，并且通常在前、后軸上使用。不過，它們確實容易造成前后晃動，并且有較高的重心。當動力汽車面世時，人們陸續開發出其他更高效的彈簧系統，使乘客享有更平穩的行駛感覺。因此，車輛懸架是指汽車的車架與車橋或車輪之間的一切連接裝置的總稱，其作用是傳遞作用在車輪和車架之間的力和力矩，緩沖行駛過程中由路面不平引起并傳遞給車架或車身的沖擊力，衰減由此引起的振動，以保證汽車能平順地行駛，保證乘坐舒適和貨物完好。車輛懸架決定著車輛的操縱穩定性、乘坐舒適性和行駛安全性，是現代汽車十分重要的部件之一。車輛懸架在現代汽車中的裝配如圖1-1所示。

圖1-1 車輛懸架在現代汽車中的裝配

由汽車構造可知，車輛底盤包含了位于車身下方的所有重要系統，其中包括：

（1）車架 承載負荷的結構性部件，用于支撐汽車的發動機和車身，而它本身車架由懸架支撐。

（2）懸架系統 用于支撐重量、吸收和消除振動以及幫助維持輪胎接觸的裝置。

（3）轉向系統 使駕駛人能夠操控車輛方向的機械。

（4）輪胎和車輪 利用抓地與路面的摩擦力使車輛能夠運動起來的部件。

因此，車輛懸架在任何車輛中都是主要系統之一。

2.車輛懸架的基本結構

典型車輛懸架系統的基本結構由彈簧、減振器、導向機構及穩定桿等組成，個別懸架結構則還有緩沖塊，如圖1-2所示。

圖1-2 車輛懸架組成元件示意圖

1—上擺臂 2—彈簧 3—減振器 4—下擺臂 5—穩定桿 6—縱向推力桿

1.2.2 車輛懸架的作用

人們在考慮汽車的性能時，通常會關注其功率、轉矩和“0～100km/h”的加速時間等參數。但是如果駕駛人無法操控汽車，則活塞發動機產生的所有動力都將毫無用處。有鑒于此，車輛工程人員在掌握了四沖程內燃發動機后，立即就把注意力轉向了車輛懸架系統。

汽車懸架的工作是最大限度地增加輪胎與路面之間的摩擦力，提供能夠良好操縱的轉向穩定性，以及確保乘客的舒適度。但由于道路往往并不平坦，即使是新鋪的高速公路，其路面也會有些微凹凸不平而對汽車車輪造成影響，路面將力作用在車輪上。根據牛頓第三定律，車輪也會給地面一個反作用力，力的大小取決于車輪顛簸的程度。總之，車輛在通過顛簸不平路面時，使車輪垂直于路面上、下運動，并使車輪產生一個垂直加速度。如果沒有一個居間結構，所有車輪的垂直能量將直接傳遞給在相同方向上運動的車架。在此情況下，車輪會完全喪失與路面的接觸，然后在向下的重力作用下再次撞擊路面。因此，車輛需要一個能夠吸收垂直加速車輪的能量，在車輪順著路面上下顛簸的同時使車架和車身不受干擾的系統，即懸架系統。

行駛中車輛的動力學特性包括行駛特性和操縱特性，其中，車輛的行駛特性是指汽車平穩駛過崎嶇不平的路面的性能；而車輛的操縱特性是指汽車安全地加速、制動和轉彎的性能。這兩個特征可通過路面隔離性能、抓地性能和轉彎性能指標要求來反映，如表1-1所示。

表1-1 路面隔離性能、抓地性能和轉彎性能指標要求

（續）

車輛懸架及其各種部件提供了上面所述性能指標要求，即路面隔離性能、抓地性能和轉彎性能的全部解決方案。

汽車懸架性能是影響汽車行駛平順性、操縱穩定性和行駛速度的重要因素，在懸架的設計中應滿足如下性能的要求：

1）保證汽車有良好的行駛平順性。為此，汽車應有較低的振動頻率，乘員在車中承受的振動加速度應滿足國際標準ISO-2631—1997規定的人體承受振動界限值。

2）有合適的減振性能。它應與懸架的彈性特性很好地匹配，保證車身和車輪在共振區的振幅小，振動衰減快，使汽車具有良好的乘坐舒適性。

3）保證汽車有良好的操縱穩定性。導向機構在車輪跳動時，應不使主銷定位參數變化過大，車輪運動與導向機構運動應協調，不出現擺振現象。轉向時整車應有一些不足轉向特性。

4）汽車制動和加速時能保持車身穩定，減少車身縱傾（即“點頭”或“后仰”）的可能性。

5）能夠可靠地傳遞車身與車輪間的一切力和力矩，零部件質量輕并有足夠的強度和壽命，以保證車輛的正常行駛，減少輪胎磨損等。