悬架是汽车的车架与车桥或车轮之间的一切传力连接装置的总称,其作用是传递作用在车轮和车架之间的力和力扭,并且缓冲由不平路面传给车架或车身的冲击力,并衰减由此引起的震动,以保证汽车能平顺地行驶。典型的悬架结构由弹性元件、导向机构以及减震器等组成,个别结构则还有缓冲块、横向稳定杆等。弹性元件又有钢板弹簧、空气弹簧、螺旋弹簧以及扭杆弹簧等形式。其中,现代轿车悬架多采用螺旋弹簧和扭杆弹簧,个别高级轿车则使用空气弹簧。
悬架是汽车中的一个重要总成,它把车架与车轮弹性地联系起来,关系到汽车的多种使用性能。从外表上看起来,轿车悬架仅是由一些杆、筒以及弹簧组成,但千万不要以为它很简单,相反,轿车悬架是一个较难达到完美要求的汽车总成。这是因为悬架既要满足汽车的舒适性要求,又要满足其操纵稳定性的要求,而这两方面又是互相对立的,比如,为了取得良好的舒适性,需要大大缓冲汽车的震动,这样,弹簧要设计得软些,但弹簧软了却容易使汽车发生刹车“点头”、加速“抬头”以及左右侧倾严重等不良倾向,不利于汽车的转向,容易导致汽车操纵不稳定等。
汽车悬架的种类有多种多样,按传统的分类方法可分为独立式和非独立式。
(1)非独立悬架
非独立式悬架的结构特点是两侧车轮由一根整体式车架相连,车轮连同车桥一起通过弹性悬架悬挂在车架或车身的下面。非独立式悬架具有结构简单、成本低、强度高、保养容易、行车中前轮定位变化小的优点,但由于其舒适性及操纵稳定性都较差,在现代轿车中基本上已不再使用,多用在货车和大客车上。
(2)独立悬架
独立式悬架是每一侧的车轮都是单独地通过弹性悬架悬挂在车架或车身下面的。其优点有:质量轻,减少了车身受到的冲击,并提高了车轮的地面附着力;可用刚度小的较软弹簧,改善汽车的舒适性;可以使发动机位置降低,汽车重心也得到降低,从而提高汽车的行驶稳定性;左右车轮单独跳动,互不相干,能减小车身的倾斜和震动。不过,独立式悬架存在着结构复杂、成本高、维修不便的决点。现代轿车大都是采用独立式悬架,按其结构形式的不同,独立式悬架又可分为横臂式、纵臂式、多连杆式、烛式以及麦弗逊式悬架等。
横臂式悬架是指车轮在汽车横向平面内摆动的独立悬架,按横臂数量的多少又分为双横臂式和单横臂式悬架。单横臂式具有结构简单,侧倾中心高,有较强的抗侧倾能力的优点,但随着现代汽车速度的提高,侧倾中心过高会引起车轮跳动时轮距变化大,轮胎磨损加剧;而且在急转弯时左右车轮垂直力转移过大,导致后轮外倾增大,减少了后轮侧偏刚度,从而产生高速甩尾的严重工况。单横臂式独立悬架多应用在后悬架上,但由于不能适应高速行驶的要求,目前应用不多。双横臂式独立悬架按上下横臂是否等长,又分为等长双横臂式和不等长双横臂式两种悬架。等长双横臂式悬架在车轮上下跳动时,能保持主销倾角不变,但轮距变化大(与单横臂式相类似),造成轮胎磨损严重,现已很少用。对于不等长双横臂式悬架,只要适当选择、优化上下横臂的长度,并通过合理的布置,就可以使轮距及前轮定位参数变化均在可接受的限定范围内,保证汽车具有良好的行驶稳定性。目前不等长双横臂式悬架已广泛应用在轿车的前后悬架上,部分运动型轿车及赛车的后轮也采用这一悬架结构。
纵臂式独立悬架是指车轮在汽车纵向平面内摆动的悬架结构,又分为单纵臂式和双纵臂式两种形式。单纵臂式悬架当车轮上下跳动时会使主销后倾角产生较大的变化,因此单纵臂式悬架不用在转向轮上。双纵臂式悬架的两个摆臂一般做成等长的,形成一个平行四杆结构,这样,当车轮上下跳动时主销的后倾角保持不变。双纵臂式悬架多应用在转向轮上。国产富康轿车的后悬架为单纵臂式独立悬架。
烛式悬架的结构特点是车轮沿着刚性地固定在车架上的主销轴线上下移动。烛式悬架的优点是,当悬架变形时,主销的定位角不会发生变化,仅是轮距、轴距稍有变化,因此特别有利于汽车的转向操纵稳定和行驶稳定。但烛式悬架有一个大缺点,就是汽车行驶时的侧向力会全部由套在主销套筒和主销承受,致使套筒与主销间的摩擦阻力加大,磨损也较严重。烛式悬架现已应用不多。
麦弗逊式悬架的车轮也是沿着主销滑动的悬架,但与烛式悬架不完全相同,它的主销是可以摆动的,麦弗逊式悬架是摆臂式与烛式悬架的结合。与双横臂式悬架相比,麦弗逊式悬架的优点是,结构紧凑,车轮跳动时前轮定位参数变化小,有良好的操纵稳定性,加上由于取消了上横臂,给发动机及转向系统的布置带来方便;与烛式悬架相比,它的滑柱受到的侧向力又有了较大的改善。虽然麦弗逊式悬架并不是技术水平最高的悬架结构,但它是一种经久耐用的独立悬架,具有很强的道路适应能力。
多连杆式悬架系由3-5根杆件组合起来控制车轮的位置变化的悬架。多连杆式悬架能使车轮绕着与汽车纵轴线成一定角度的轴线内摆动,是横臂式和纵臂式的折衷方案,适当地选择摆臂轴线与汽车纵轴线所成的夹角,可不同程度地获得横臂式与纵臂式悬架的优点,能满足不同的使用性能要求。多连杆式悬架的主要优点是,车轮跳动时轮距和前束的变化很小,不管汽车是在驱动、制动状态都可以按司机的意图进行平稳的转向。其不足之处是汽车高速时有轴摆动现象。
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什么是吸能安全车身?
随着轿车技术的不断进步和道路条件的不断改善,轿车的速度越来越高,随之带来的就是发生碰撞的几率大幅度增加,给车内乘客的人身安全带来极大的威胁。为了在汽车发生碰撞时更好地保护车内乘客的安全,轿车车身的前后均应设计变形区,或者称为吸能区,以保证在发生碰撞时,轿车车身的变形能够按照预先设计的方向逐渐变形直至停车,从而尽量减小传递到乘客舱和乘客身体的冲击,减小乘客舱的变形,保障车内乘客安全。
设计变形吸能区时,需要在车身上设计一些强度比较小的区域。在发生碰撞时这些区域会断裂或者发生折叠,而不会向乘客舱方向挤压。经过精确设计变形吸能区的轿车,可以准确预测在发生碰撞时车身的变形方向和程度。习惯上,人们把采用了车身变形吸能区设计的车身称为吸能安全车身。
全球公认的汽车安全专家——瑞典Volvo(富豪)轿车公司是最早关注汽车安全并在汽车安全研究方面取得非凡成就的汽车公司。Volvo(富豪)轿车公司生产的高级轿车S80可谓是汽车安全技术的典范。S80的车身前部精确设计的吸能区能够在发生碰撞时按照预先设计的方向进行变形。同时,前部两侧的纵梁由上下两部分构成,和车身前部的横梁一起,将发生碰撞时产生的冲击分散到车身的其他区域并被吸收。这更进一步确保汽车按照预先设计的方式减速停车,而乘客受到的冲击被降至最低。在S80车身后部,也同样设计有碰撞吸能区。由不同尺寸和结构形状的纵梁和横梁将碰撞产生的冲击分散吸收,同时,碰撞吸能结构使汽车尾部的变形按照设计的方向进行,确保使乘客舱的后部变形最小,保障车内乘客安全。