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底盘科普之悬架(一)

lorryxie 发表于 2014-4-13 20:42:09 来自手机 | 只看该作者
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本帖最后由 lorryxie 于 2014-4-13 00:18 编辑

底盘科普之悬架(一)
       ——悬架界的常青树:麦弗逊悬架
      说到悬架,大家第一个想到的绝对是麦弗逊悬架,不用说,几乎90%的量产乘用车都在使用这种悬架。究其原因,无非两点:一是成本相对低占用空间小,二是结构相对简单且性能并不差。下面就简单介绍一下麦弗逊悬架,行内人士请跳过
      麦弗逊悬挂(MacPhersan),是现在非常常见的一种独立悬挂形式,大多应用在车辆的前轮。简单地说,麦弗逊式悬挂的主要结构即是由螺旋弹簧加上减震器以及A字下摆臂组成,减震器可以避免螺旋弹簧受力时向前、后、左、右偏移的现象,限制弹簧只能作上下方向的振动,并且可以通过对减震器的行程、阻尼以及搭配不同硬度的螺旋弹簧对悬挂性能进行调校。
  麦弗逊悬挂最大的特点就是体积比较小,有利于对比较紧凑的发动机舱布局。不过也正是由于结构简单,对侧向不能提供足够的支撑力度,因此转向侧倾以及刹车点头现象比较明显。下面就为大家详细的介绍一下麦弗逊悬挂的构造以及性能表现。
  麦弗逊悬挂的历史
  麦弗逊式悬挂是应前置发动机前轮驱动(ff)车型的出现而诞生的。ff车型不仅要求发动机要横向放置,而且还要增加变速箱、差速器、驱动机构、转向机,以往的前悬挂空间不得不加以压缩并大幅删掉,因此工程师才设计出节省空间、成本低的麦弗逊式悬挂,以符合汽车需求。
  麦弗逊(Macphersan)是这套悬挂系统发明者的名字,他是美国伊利诺伊州人,1891年生。大学毕业后他曾在欧洲搞了多年的航空发动机,并于1924年加入通用汽车公司的工程中心。30年代,通用公司想设计一种真正的小型汽车,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的质量控制在0.9吨以内,轴距控制在2.74米以内,设计的关键是悬挂。麦弗逊一改当时盛行的板簧与扭杆弹簧的前悬挂方式,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,1950年福特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。
 麦弗逊悬挂的构造

  麦弗逊式悬挂由螺旋弹簧、减震器、A字形下摆臂组成,绝大部分车型还会加上横向稳定杆。麦弗逊式独立悬架的物理结构为支柱式减震器兼作主销,承受来自于车身抖动和地面冲击的上下预应力,转向节(也可说车轮,因为转向节作用于车轮)则沿着主销转动;此外,其主销可摆动,特点是主销位置和前轮定位角随车轮的上下跳动而变化,且前轮定位变化小,拥有良好的行驶稳定性。

  在麦弗逊式独立悬架中,支柱式减震器除具备减震效果外,还要担负起支撑车身的作用,所以它的结构必须紧凑且刚度足够,并且套上螺旋弹簧后还要能减震,而弹簧与减震器一起,构成了一个可以上下运动的滑柱。还有一个关键部件---A字型下摆臂,它的作用是为车轮提供横向支撑力,并能承受来自前后方向的预应力。车辆在运动过程中,车轮所承受的所有方向的冲击力量就要靠支柱减震器和A字型下托臂这两个部件承担。(摘自太平洋汽车网)

       了解完了麦弗逊悬架,我们可以总结出麦弗逊悬架的两个主要缺点:一是构造相对简单,对主销和车轮定位参数的控制相对单一(相对于双叉臂等复杂悬架)。二是减震器不仅要随车轮旋转,还要承受额外的侧向力,“塔座”(top mount)处受力不好,影响寿命。OK,这个时候,很多攻城湿就坐不住了,开始设法弥补麦弗逊的这种“先天不足”。于是乎,就出现了下面要介绍的两个主角,他们是麦弗逊悬架最成功也是最常用的“变种”。

      1.双球节型悬架(double pivot strut)

这个名称来自于宝马,但是奔驰也用这样的悬架,我们先来简单看一下这类悬架的特点。






      很明显,如右图所示,原来麦弗逊的下摆臂被分为两个控制臂分别与转向节相连,这样以来,在转向时(左图),主销(这个时候应该是虚拟主销,因为车轮旋转轴线通过下摆臂的前后控制臂的延长线,而非之前麦弗逊的下摆臂球头。)是变化的,且变化轨迹是一条复杂的曲线,而非麦弗逊的单一微小变化的轴线。这样就可以使得车轮定位参数控制更加复杂精确,大大提高整车的操控稳定性。弥补了上文的第一个缺点。

      2.加强型麦弗逊悬架(Hiper-strut)

这种悬架严格意义上说已经脱离了麦弗逊悬架,可以说是介于麦弗逊与双叉臂之间。



         从左图中看出,hiper-strut将减震器与下摆臂相连,然后在转向节上方加一个球头,充当类似上摆臂的功能,在车轮旋转时,主销(红色虚线)为上球头与下摆臂球头的连线,而非麦弗逊的减震器上点与下球头,这样最大的好处就是减小了主销内倾角,使得主销偏置距变小,减轻扭矩转向(见附)的影响,另外最主要的是减震器不再作为旋转轴,不受额外的侧向力,上球头增加了悬架侧向刚度,提高了操控稳定性,弥补了上文中第二个缺点。值得注意的细节是:hiper-strut不是简单的将减震器连接到下摆臂然后转向节上部加一个球头,除此之外,右图中的轭型构建上有球头与转向节下部相连,此时下摆臂只与轭型构建通过衬套连接,这样以来,运动机构就变的相对复杂,而并非简单的麦弗逊改变而来。

附:扭矩转向

扭力转向是怎样的?

  估计不少人有过这样的经历,车辆在正常行驶时,并没有出现跑偏的问题,但如果在突然急加速时,车头就不自觉地跑向一侧,这种现象就是我们所说的“扭力转向”,通常在车辆急加速的时候体现出来的,很多人也叫“加速跑偏”,这也是前驱车共有的“通病”。

加速会跑偏?解析前驱车扭力转向问题

  一般在车辆正常行驶的情况下,尤其是小排量的家用车上,“扭力转向”几乎是感觉不到的。但在急加速时往往就容易体现出来,尤其在大排量大扭矩的前驱车上更为明显,这当然会影响车辆的操控性能。为什么这种现象出现在前驱车上?

● 扭力转向是如何发生的?

加速会跑偏?解析前驱车扭力转向问题

  由于前驱车横置发动机布局的原因,前驱动半轴通常采用一长一短的设计。当车辆在急加速,突然有大的动力输入到驱动半轴时,由于两端驱动半轴的长度不一样,同一时间作用到两侧驱动轮的扭力就不一样,半轴短的一侧车轮扭力大,而半轴长的一侧车轮扭力小。这样导致的结果是,一侧车轮的转速要大于另一侧车轮,因此车辆方向就会“自己”跑向一侧(半轴较长的一侧)。这个就是扭力转向发生的根本原因。

  好的悬挂设计可以在一定程度上缓解扭力转向的问题。如果左右驱动半轴不等长,当车辆在急加速时,由于重心后移,车头都会有抬高的现象。随着车头的抬高,由于左右驱动半轴不等长,两端万向节的传动角度变化不一样,半轴短的一侧角度变化较大,在扭力的作用下,也加大了前轮提起的幅度。

加速会跑偏?解析前驱车扭力转向问题

  现在很多前驱车都是采用麦弗逊前悬,急加速时,在不等扭力的作用下,容易引起前轮外倾角的变化,进而可能放大了扭力转向的作用。因此在这个过程中,悬挂的设计也是有影响的。还有一点需要提一下的是,不好的差速器也会引起扭力转向的问题。在突然大的扭力输出时,不好的差速器容易导致传递到两侧车轮的扭力不同而导致加速跑偏。

  简单来说,造成扭力转向的主要原因是不等长驱动半轴,而适当的悬挂设计可以一定程度地缓解扭力转向的问题。因为发动机动力输出突然猛烈增加时,由于长短半轴导致两侧驱动轮的扭力不同,同时由于车轮的动力突然增加,前悬被拉伸会引起外倾角的细微变化,也可能放大了扭力转向的作用。(摘自太平洋汽车网)




          以上就是简单的麦弗逊悬架的科普,所有知识都是概述。具体的每个细节都很有研究深度,这里就不做叙述,以后会分细节来和大家讨论,欢迎大家补充,同时也欢迎大家发帖讨论。

     

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沙发
lorryxie 发表于 2014-4-12 23:46:39 | 只看该作者
本帖最后由 lorryxie 于 2014-4-13 00:20 编辑

发帖太不容易了,之前排版完全不行,沙发自己做
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板凳
dodojiang 发表于 2014-4-13 08:57:50 | 只看该作者
板凳来一个
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地板
zhongwen个人认证 发表于 2014-4-13 10:20:06 | 只看该作者
已阅,,,,,再多发
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5#
zhongwen个人认证 发表于 2014-4-13 10:28:33 | 只看该作者
期待炜哥精品再现
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6#
halfway个人认证 发表于 2014-4-13 11:08:48 | 只看该作者
期待谢工再发精品~
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7#
lorryxie 发表于 2014-4-13 16:08:35 来自手机 | 只看该作者
halfway 发表于 2014-4-13 11:08
期待谢工再发精品~

多谢捧场……
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8#
lorryxie 发表于 2014-4-13 16:09:09 来自手机 | 只看该作者
zhongwen 发表于 2014-4-13 10:28
期待炜哥精品再现

且看下集……
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9#
乡野村夫 发表于 2014-4-13 19:59:46 | 只看该作者
期待悬架简介二。。。
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10#
lorryxie 发表于 2014-4-13 20:42:09 来自手机 | 只看该作者
乡野村夫 发表于 2014-4-13 19:59
期待悬架简介二。。。

峰哥也多发发啊
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