第一章-悬架概论课件

车 辆 悬 架 技 术 主讲：王国丽7/13/2024 课程的目的和任务 获得车辆悬架技术的基础知识掌握车辆行驶动力学模型建立方法掌握悬挂性能仿真分析方法掌握悬架性能匹配计算方法7/13/2024课程内容与学时安排（1）第一章 绪 论（2学时）介绍车辆悬架的功用、组成、类型及发展趋势。第二章 车辆悬架性能评价方法（2）人体对振动的反应和车辆平顺性评价方法；悬架性能的评价指标。第三章 车辆悬架的阻尼特性和弹性特性（8）筒式液压减振器的阻尼特性及其与悬架阻尼特性的关系；扭杆弹簧和油气弹簧的弹性特性及其与悬挂刚度特性的关系。7/13/2024课程内容与学时安排（2）第四章 车辆行驶动力学模型及仿真分析（8）路面输入及其模型；车辆行驶动力学模型的建立；悬架特性参数对悬架性能指标的影响分析及悬架性能匹配计算。第五章 车辆悬架运动学（）悬架系统运动学与车轮定位参数;麦弗逊悬架运动学分析;双横臂悬架运动学分析。第六章 可控悬架（4）自水平车高调节系统；全主动系统；有限带宽主动系统；可变阻尼的半主动系统；各类悬架系统的性能比较。7/13/2024课程内容与学时安排（）实验教学部分实验教学部分 (4(4学时学时)实验项目从以下内容选择：（1）筒式液压减振器特性实验（2学时）（2）油气弹簧特性实验（2学时）（3）电控悬架仿真实验（设计性实验）（2学时）7/13/2024 第一章 绪 论1 概述2 车辆悬架的功用3 车辆悬架的类型4 弹性元件5 减振器6 非独立悬架和独立悬架7 横向稳定器8 可控悬架技术简介7/13/20241、概述悬架的定义悬架的定义车辆的悬架装置是连接车身和车轮之间全部零件和部件的总称；主要由弹性元件、减振器、导向机构组成。此外还包括一些特殊功能的部件，如稳定杆、缓冲块和控制系统等 7/13/2024悬架结构图悬架结构图1.弹性元件；2.阻尼元件；3.导向杆系7/13/20247/13/2024悬架结构图悬架结构图7/13/20242 车辆悬架的功用（1）抑制、缓和由不平路面引起的振动和冲击；（2）传递汽车垂直力以外，还传递其他各方向的力和力矩；（3）保证车轮和车身(或车架)之间有确定的运动关系，使汽车具有良好的驾驶性能。7/13/20243 车辆悬架的类型（1）按悬架结构形式分类：（a）独立悬架（b）非独立悬架a.a.非独立悬架非独立悬架 b.b.独立悬架独立悬架7/13/20243 车辆悬架的类型（2）按照悬架控制分类：（a）被动悬架（b）半主动悬架（c）主动悬架 7/13/20244 弹性元件悬架采用的弹性元件有钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧、空气弹簧、油气弹簧、橡胶弹簧等。7/13/20244.1 钢板弹簧 1.1.卷耳卷耳 2.2.弹簧夹弹簧夹 3.3.钢板弹簧钢板弹簧 4.4.中心螺栓中心螺栓 若干不等长的合金弹簧片叠加在一起组合成一根近似等强度的梁。钢板弹簧3的第一片称为主片，其两端弯成卷耳1，内装青铜或塑料或橡胶。粉沫冶金制成的衬套，用弹簧销与固定在车架上的支架、或吊耳作铰链连接。钢板弹簧的中间用U形螺栓与车桥固定。钢板弹簧本身还兼起导向机构的作用，可不必单设导向装置，使结构简化；弹簧各片之间摩擦引起一定减振作用 7/13/20244.2 螺旋弹簧 刚度不变的圆柱形螺旋弹簧和 刚度可变的圆锥形螺旋弹簧；大多应用在独立悬架上，尤以前轮独立 悬架采用广泛。有些轿车后轮非独立悬架 也有采用螺旋弹簧作弹性元件的。螺旋弹簧只承受垂直载荷，它用做弹性元件的悬架要加设导向机构和减振器。与钢板弹簧相比具有不需润滑，防污性强，占用纵向空间小，弹簧本身质量小的特点，因而现代轿车上广泛采用。7/13/20244.3 空气弹簧空气弹簧是一种由夹有帘线的橡胶囊和充入其内腔的压缩空气所组成的弹性元件；空气弹簧的橡胶气囊一般主要由帘线层2、内外橡胶层3，4和成型钢丝圈1硫化而成的。图2-1 空气弹簧橡胶囊结构示意图7/13/2024空气弹簧种类 囊式空气弹簧 膜式空气弹簧7/13/2024空气弹簧的特点 固有振动频率低，且不随车承载量的变化而改变；与钢板弹簧悬架相比，安装有空气悬架的汽车车轮动载荷小，可获得良好的行驶平顺性、操纵稳定性和行驶安全性，减小了高速行驶车辆对路面的破坏；刚度呈非线性且可调节；高度可调；质量轻，可以减轻车辆自重；噪声低，寿命长。空气弹簧以空气为工作介质，空气内摩擦极小，噪声低，其寿命主要取决于橡胶膜，疲劳试验寿命可达600万次(国产为300万次)，比钢板弹簧的1020万次要长很多。7/13/20244.4 油气弹簧 油气悬架是以油液传递压力，气体作为弹性介质的一种悬架装置；油液除传递压力外，它还具有调节车体高度、车体减振、悬架刚性闭锁，辅助密封气体及润滑零件，调节气室容积等多种功能。起缓冲吸收冲击能量的则是作为弹性介质的惰性气体。7/13/2024油气弹簧原理图7/13/2024油气弹簧优点非线性刚度；单位储能比大。在氮气充气压力为6Mpa的条件下，油气弹簧的单位重量储能是钢板弹簧的单位重量储能的3500倍，这有利于减轻悬架的质量和结构尺寸。车身姿态自由调节。对改善车辆的通过性能和行驶性能十分重要。刚性闭锁。通过切断油缸与蓄能器及其它液压元件的连接油路，利用油液压缩性较小特点，可使油气悬架处于刚性状态，在这种条件下车辆可承受较大载荷并能缓慢移动。7/13/20244.5 扭杆弹簧扭杆弹簧一端与车架固定连接，另一端与悬架控制臂连接，通过扭杆的扭转变形达到缓冲作用；扭杆弹簧能够储存较大的能量，比相等应力的螺旋弹簧和钢板弹簧大得多；占用的空间位置最小，易于布置。7/13/20245 减振器悬架系统中由于弹性元件受冲击会产生振动，为衰减振动，改善车辆行驶平顺性，与弹性元件并联安装减振器，车辆悬架系统中采用减振器多是液力减振器。履带式车辆也有使用机械摩擦式减振器的。7/13/20245.1 筒式液压减振器由带杆的活塞在充满液体的封闭缸筒内运动，迫使液体通过活塞上的节流孔流动，形成压差，产生阻尼力。结构简单，重量轻，内部缝隙少，漏损少，阻尼力性能稳定，零件可用精拔钢管、粉末冶金制造，生产效率高，成本低，适于大量生产。7/13/20245.2 叶片式液压减振器带摆臂的回转叶片式液压减振器镶嵌在侧甲板下部，有利传导散热，减振器还能受到负重轮的保护，也没有占用车内空间。所用的减振器尺寸大，重量大，成本高;内部渗漏较多，阻尼力的散布大，随着工作液温升而迅速衰减.7/13/2024叶片式液压减振器在车上的布置图3.1坦克悬挂系统的结构简图叶片式减振器7/13/20246 非独立悬架和独立悬架 7/13/20246.1 非独立悬架非独立悬架的特点:两侧车轮安装于一整体式车桥上，车轮连同车桥一起通过弹性元件悬挂在车架或车身上。当一侧车轮受到冲击时会直接影响到另一侧车轮。由于非簧载质量比较大，特别是汽车高速行驶、悬架受到较大的冲击载荷时，汽车平顺性较差。结构简单，工作可靠，而被广泛应用于货车和客车的前、后悬架。在轿车中，非独立悬架多用于后桥。7/13/20246.1.1 纵置板簧式非独立悬架用铰链和吊耳将钢板弹簧两端固定在车架上的结构是目前广泛采用的一种连接形式。解放CA1091型汽车的前悬架 7/13/2024渐变刚度钢板弹簧为了提高汽车的平顺性，有些轻型货车采用主簧下加装副簧，实现渐变刚度钢板弹簧。在小载荷状况时，仅主簧起作用，而当载荷增到一定值时，主簧与副簧接触，共同发挥作用，悬架刚度得到提高，弹簧特性变为非线性的;副簧逐渐随载荷增加而参加工作，因此悬架刚度的变化平稳，改善了汽车行驶平顺性能。南京依维柯轻型货车后悬架图 7/13/20246.1.2 螺旋弹簧非独立悬架 螺旋弹簧非独立悬架常用于轿车的后悬架。用螺旋弹簧作为弹性元件时，必须在悬架系统中安装导向装置和减振器。奥迪奥迪100100轿车后悬架轿车后悬架 7/13/20246.1.3 空气弹簧非独立悬架 1.1.压气机；压气机；2.7.2.7.空气滤清器；空气滤清器；3.3.车身高度控制阀；车身高度控制阀；4.4.控制杆；控制杆；5.5.空气弹簧；空气弹簧；6.6.储气罐；储气罐；8.8.贮气筒；贮气筒；9.9.压力调节器；压力调节器；10.10.油水分离器油水分离器7/13/20246.2 独立悬架两侧车轮分别独立地与车架或车身弹性地连接，当一侧车轮受到冲击时，基本不会直接影响到另一侧车轮。所采用的车桥是断开式的。使得发动机可放低安装，有利于降低汽车重心，并使结构紧凑。允许前轮有大的跳动空间，有利于转向，便于选择软的弹簧元件使平顺性得到改善。非簧载质量小，可提高汽车车轮的附着性。独立悬架的特点独立悬架的特点:7/13/20246.2.1 双横臂式（双叉式）独立悬架 7/13/20247/13/2024选择长度比例合适，则可以使车轮和主销的角度及轮距选择长度比例合适，则可以使车轮和主销的角度及轮距变化比较小变化比较小,这种结构有利于减少轮胎磨损，提高汽车行这种结构有利于减少轮胎磨损，提高汽车行驶平顺性和方向稳定性。驶平顺性和方向稳定性。7/13/20246.2.2 滑柱摆臂式独立悬架（麦弗逊式或支柱式）筒式减振器装在滑柱桶内;滑柱桶与转向节刚性连接;螺旋弹簧安装在滑柱桶及转向节总成上端的支承座内，弹簧上端通过软垫支承在车身连接的前簧上座内;滑柱桶的下端通过球铰链与悬架的横摆臂相连。当车轮上下运动时，滑柱桶及转向节总成沿减振器活塞运动轴线移动，同时，滑柱桶的下支点还随横摆臂摆动。7/13/2024麦弗逊式悬架的特点通常由两个基本部分组成：支柱通常由两个基本部分组成：支柱式减震器和式减震器和A字型托臂字型托臂 结构简单结构简单 悬挂重量轻和占悬挂重量轻和占用空间小，内侧空间大，有利于发用空间小，内侧空间大，有利于发动机布置动机布置。降低车子的重心降低车子的重心7/13/2024麦弗逊式悬架的广泛应用大到宝马大到宝马M3，保时捷，保时捷911这类高性能车，小这类高性能车，小到菲亚特到菲亚特STILO，福特，福特FOCUS，甚至国产，甚至国产的哈飞面包车前悬架都是采用的麦弗逊式设的哈飞面包车前悬架都是采用的麦弗逊式设计计麦弗逊在汽车前悬挂上的应用之广是其他悬麦弗逊在汽车前悬挂上的应用之广是其他悬挂无法比拟的。挂无法比拟的。7/13/2024麦弗逊（麦弗逊（Mcpherson）是美国伊利诺斯州人，）是美国伊利诺斯州人，1891年生。大学毕业后他曾在欧洲搞了多年的航年生。大学毕业后他曾在欧洲搞了多年的航空发动机，并于空发动机，并于1924年加入了通用汽车公司的工年加入了通用汽车公司的工程中心。程中心。30年代，通用的雪佛兰分部想设计一种年代，通用的雪佛兰分部想设计一种真正的小型汽车，总设计师就是麦弗逊。他对设真正的小型汽车，总设计师就是麦弗逊。他对设计小型轿车非常感兴趣，目标是将这种四座轿车计小型轿车非常感兴趣，目标是将这种四座轿车的质量控制在的质量控制在0.9吨以内，轴距控制在吨以内，轴距控制在2.74米以内，米以内，设计的关键是悬架。麦弗逊一改当时盛行的板簧设计的关键是悬架。麦弗逊一改当时盛行的板簧与扭杆弹簧的前悬架方式，创造性地将减振器和与扭杆弹簧的前悬架方式，创造性地将减振器和螺旋弹簧组合在一起，装在前轴上。实践证明这螺旋弹簧组合在一起，装在前轴上。实践证明这种悬架形式的构造简单，占用空间小，而且操纵种悬架形式的构造简单，占用空间小，而且操纵性很好。后来，麦弗逊跳槽到福特，性很好。后来，麦弗逊跳槽到福特，1950年福特年福特在英国的子公司生产的两款车，是世界上首次使在英国的子公司生产的两款车，是世界上首次使用麦弗逊悬架的商品车。麦弗逊悬架由于构造简用麦弗逊悬架的商品车。麦弗逊悬架由于构造简单，性能优越的缘故，被行家誉为经典的设计。单，性能优越的缘故，被行家誉为经典的设计。麦弗逊式悬架的由来7/13/20246.2.3 斜置单臂式独立悬架 单横臂和单纵臂独立单横臂和单纵臂独立悬架的折衷方案悬架的折衷方案;其摆臂绕与汽车纵轴其摆臂绕与汽车纵轴线具有一定交角的轴线具有一定交角的轴线摆动，选择合适的线摆动，选择合适的交角可以满足汽车操交角可以满足汽车操纵稳定性要求。纵稳定性要求。适于做后悬架。适于做后悬架。7/13/20246.2.4 多杆式独立悬架多杆式独立悬架多杆悬架系统具有良好操纵稳定性，可减小轮胎摩损。7/13/20247 横向稳定器 现代轿车的悬架一般都很软，即现代轿车的悬架一般都很软，即 固有频率固有频率很低。很低。在汽车高速行驶中转向时，车身会产生很在汽车高速行驶中转向时，车身会产生很大的横向倾斜和横向角振动。大的横向倾斜和横向角振动。为减少这种横向倾斜，常在悬架中加设横为减少这种横向倾斜，常在悬架中加设横向稳定器。向稳定器。应用得最多的是杆式横向稳定器应用得最多的是杆式横向稳定器。7/13/2024工作原理7/13/20248 8 可控悬架技术简介可控悬架技术简介7/13/2024请到课件7/13/20247/13/20247/13/2024