全面解析汽车悬挂系统:图解各种悬挂形式的优缺点

我们常常在汽车简介中遇到诸如麦弗逊式、双叉臂式、多连杆式、双连杆式、四连杆式、扭力梁式、拖拽臂式等多种前后悬挂系统的名称,这些专业术语可能让人感到困惑。然而,汽车悬挂系统是选择汽车时的重要参考因素,它直接影响到汽车的稳定性、舒适性和安全性,是汽车的关键部件之一。

悬挂系统,简而言之,就是由车身与轮胎间的弹簧和避震器与车架连接部分共同构成的支持系统。其核心功能是支撑车身并优化驾驶与乘坐体验。不同的悬挂系统会给驾驶者和乘客带来截然不同的感受。

目前,许多汽车制造商会声称其车型操控性优越、乘坐舒适,但这种宣传有时可能误导消费者,导致车辆失控等事故。一般来说,汽车的悬挂系统可分为非独立悬挂和独立悬挂两大类。随着消费者对操控性和舒适性需求的提高,非独立悬挂系统已逐渐被淘汰。

非独立悬挂系统的特点是两侧车轮通过一根整体式车架相连,车轮与车桥一起通过弹性悬挂系统悬挂在车架或车身下方。其优点在于结构简单、成本低廉、强度高以及保养容易,同时行车中前轮定位变化小。然而,由于其舒适性和操纵稳定性相对较差,现代轿车中已较少使用,主要见于货车和大客车上。

独立悬挂系统

独立悬挂系统意味着每一侧的车轮都单独通过弹性悬挂系统与车架或车身相连。这种设计带来了诸多优点,包括轻量化的质量、减少车身冲击、提升车轮地面附着力。它允许使用较软的弹簧,从而显著改善汽车的舒适性。此外,独立悬挂系统还能降低发动机位置,进而降低汽车重心,有助于提高行驶稳定性。更重要的是,左右车轮可以独立跳动,互不干扰,从而有效减小车身的倾斜和震动。然而,独立悬挂系统也存在结构复杂、成本高、维修难度大的不足。尽管如此,现代轿车中广泛采用的是独立式悬挂系统,其结构形式多样,包括横臂式、纵臂式、多连杆式、烛式以及麦弗逊式等。

独立悬挂系统

类型
麦弗逊式悬挂系统
麦弗逊式悬挂系统与烛式悬挂系统有所不同,其车轮沿着主销滑动,而主销设计为可摆动,融合了摆臂式与烛式悬挂系统的特点。
优点
相比双横臂式悬挂系统,麦弗逊式结构更为紧凑,车轮跳动时前轮定位参数变化较小,确保了出色的操纵稳定性。同时,其取消了上横臂,为发动机及转向系统的布置提供了便利。
与烛式悬挂系统相比,麦弗逊式的滑柱所受侧向力得到了显著改善。
麦弗逊式悬挂系统在中小型轿车中应用广泛,如国产奥迪、桑塔纳、夏利、富康等轿车均采用此类型独立悬挂系统。尽管在技术含量上并非顶尖,但麦弗逊式悬挂系统以其经久耐用和出色的道路适应能力,赢得了广泛的赞誉。

横臂式悬挂系统
横臂式悬挂系统,一种车轮在汽车横向平面内摆动的独立悬挂系统,根据横臂数量的差异,可分为双横臂式和单横臂式。
横臂式悬挂系统
单横臂式悬挂系统以其结构简单和侧倾中心高的特点受到青睐,这使得它具有较强的抗侧倾能力。然而,随着现代汽车速度的提升,其侧倾中心过高的问题逐渐凸显,导致车轮跳动时轮距变化显著,进而加剧了轮胎的磨损。此外,在急转弯情况下,左右车轮的垂直力转移过大,后轮外倾增大,降低了后轮侧偏刚度,可能引发高速甩尾等严重后果。因此,单横臂式独立悬挂系统在高速汽车上的应用受到限制。

双横臂式独立悬挂系统则分为等长双横臂式和不等长双横臂式。等长双横臂式虽然能保持主销倾角不变,但同样存在轮距变化大和轮胎磨损严重的问题。相比之下,不等长双横臂式通过合理选择和优化上下横臂的长度,以及精心布置,使得轮距和前轮定位参数的变化控制在可接受的范围内,从而确保了汽车稳定的行驶性能。因此,不等长双横臂式悬挂系统在轿车的前后悬挂系统上得到广泛应用,甚至部分运动型轿车和赛车也采用这一结构来提升后轮的操控性能。

此外,多连杆式悬挂系统作为一种结合了横臂式和纵臂式特点的折衷方案,通过(3—5)根杆件的巧妙组合,实现了车轮在特定轴线内的摆动。这种系统能够满足不同的使用性能要求,同时保持车轮跳动时轮距和前束变化小,使汽车在驱动和制动状态下都能平稳转向。然而,其不足之处在于高速时可能存在轴摆动现象,需要进一步的技术优化来解决这一问题。
多连杆式悬挂系统与钢板弹簧式非独立悬挂系统
多连杆式悬挂系统通过巧妙组合3至5根杆件,实现了车轮在特定轴线内的摆动,从而满足了不同的使用性能需求。它使得汽车在驱动和制动状态下都能保持平稳的转向性能,同时减少了车轮跳动时轮距和前束的变化。然而,该系统在高速时可能存在轴摆动现象,需要进一步的技术优化来克服这一不足。

另一方面,钢板弹簧式非独立悬挂系统以其独特的结构在货车的前、后悬架中得到了广泛应用。其核心元件——钢板弹簧,不仅作为弹性元件使用,还起到了导向机构的作用,简化了悬架系统的设计。这种悬架系统通过U型螺栓将钢板弹簧固定在车桥上,并利用钢板弹簧销钉将前端卷耳部与前支架连接。后端卷耳则通过吊耳销与吊耳架相连,形成活动吊耳,使得后端可以自由摆动。当车架受到冲击时,弹簧的变形会导致两卷耳之间的距离发生变化。


钢板弹簧式非独立悬挂系统与主动悬挂系统
主动悬挂系统是近年来由电脑控制技术推动下发展起来的新型悬挂系统。它融合了力学与电子学的专业知识,构成了一套复杂而先进的技术装置。以法国雪铁龙桑蒂雅为例,其主动悬挂系统的核心是一台微电脑,通过五种传感器实时收集车速、制动压力、油门踏板动作、车身垂直振动状态以及转向盘角度和速度等关键数据。

该系统的优势在于,微电脑能实时处理这些数据,并与预设的临界值进行比较,从而智能选择最合适的悬挂状态。同时,微电脑还能独立控制每个车轮上的执行元件,通过调节减振器内油压的变化来产生所需的振动,确保在任何时候、任何车轮都能产生符合要求的悬挂动作。

因此,桑蒂雅轿车提供了多种驾驶模式供驾驶者选择。只需简单扳动副仪表板上的“正常”或“运动”按钮,轿车便会自动调整至最佳的悬挂状态,以提供最舒适的驾驶体验。

主动悬挂系统与空气悬挂系统

空气悬挂系统相较于传统的螺旋弹簧悬挂系统,具有显著的优越性。它能根据道路的起伏自动调高或调低底盘高度,从而灵活适应不同路况的驾驶需求。正因如此,空气悬挂系统在越野车上得到广泛应用,以确保车辆能轻松应对泥泞、涉水、砂石等复杂路面。尽管空气悬挂系统极为先进且实用,但其也有着较为“脆弱”的一面,需要特别的维护和保养。
空气悬挂系统,以其复杂的结构而闻名,其故障几率相较于螺旋弹簧悬挂系统要高出许多。由于空气被用作调整底盘高度的动力,因此减振器的密封性至关重要。一旦空气减振器发生漏气,整个系统将陷入瘫痪状态。此外,频繁调整底盘高度还可能导致气泵系统局部过热,从而显著缩短气泵的使用寿命。随着SUV车型日趋小型化和城市化,其越野性能受到了一定程度的限制。在城市的平坦路面上,空气悬挂系统的优势似乎并不明显。面对这些技术挑战和市场困境,空气悬挂系统在消费者中的认可度自然受到了一定影响。

结语:

在选购车辆时,我们可能会关注各种悬挂系统的形式,但在日常用车过程中,对悬挂系统的保养同样重要。过重的颠簸、长时间的弯道驾驶等都可能对悬挂系统造成损伤。轻微的悬挂系统损伤可能只会影响车辆的操控性和舒适性,但长期使用导致的重度损伤则可能给轮胎带来额外压力,甚至可能引发严重的交通事故。

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