悬架的结构原理和检修教案.docx
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悬架的结构原理和检修教案
福建交通职业技术学院（首页）
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年月日编号
教学目的与要求
掌握悬架结构与维修。
掌握减振器工作原理。
掌握非独立悬架和独立悬架结构与作用。
掌握电子控制悬架的作用
本课重点与难点
电子控制悬架系统
课堂进程
次序
内容
1.
第十一章悬架
第一节概述第二节弹性元件（1课时）
2.
第三节减振器横向稳定器（1课时）
3.
第五节非独立悬架与独立悬架（1课时）
4.
第六节半主动悬架与主动悬架（2课时）
5.
第七节电子控制悬架系统（2课时）
6.
a）前悬架的故障诊断与检修
第九节后悬架的故障诊断与检修（1课时）
7.
复习和布置思考题
8.
9.
10.
11.
12.
第十一章悬架
汽车车加工或车身若直接安装于车桥上，则会由于道路不平而上下颠簸振动，从而使车上的乘员感到不舒服或者使货物损坏。
因此，汽车上必须装有具缓冲、减振和导向作用的悬架装置。
汽车悬架是车架或车身与车轿之间一切传力连接装置的统称。
它的作用是弹性地连接车轿与车架或车身，缓和行驶中车辆受到的由不平路面引起的冲击力，保证乘坐舒适和货物完好；迅速衰减由于弹性系统引起的振动，传递垂直、纵向、侧向反力及其力矩，并起导向作用，使车轮按一定轨迹相对车身运动。
第一节概述
悬架一般由弹性元件、导向装置、减振器和横向稳定杆等组成。
弹性元件用来承受并传递垂直载荷、缓和不平路面、紧急制动、加速和转弯引起的冲击或车身位置的变化。
常见的弹性元件包括钢板结弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧、油气弹簧、空气弹簧和橡胶弹簧。
一、悬架种类
按照控制形式不同，悬架可分为被动式悬架和主动式悬架两大尖。
目前多数汽车上采用被动式悬架。
根据汽车导向装置的不同，悬架又可分为独立悬架和非独立悬架。
如图11-2所示。
P285
非独立悬架的特点是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。
独立悬架的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，基运动不会直接影响到另一侧车轮。
二、汽车性能对悬架的要求
汽车的固定频率是衡量汽车平顺性的重要参数，它由悬架刚度和悬架弹簧支承的质量（簧载质量）所决定。
人体所习惯的垂直振动频率约为1-1.6HZ,车身振动的固有频率应接近或处于人体适应的频率范围,才能感觉舒适.
第二节弹性元件
县架采用的弹性元件常见有钢板弹簧、螺讳弹簧、空气弹簧和油气弹簧
一、钢板弹簧
钢板弹簧在汽车县架中使用最为广泛的弹性元件。
钢板弹簧是由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，其构造如图11-3所示P286
中心螺栓4用来连接各种弹簧片，并保证各片装配时的相对位置。
中心螺栓到两端卷耳中心的距离可以相等，称为对称式钢板弹簧。
二、螺旋弹簧
螺旋弹簧大多应用在独立悬架上，尤其是前轮独立悬架中，在有些轿车上，后轮非独立悬架中也使用螺旋弹簧作为弹性元件。
螺旋弹簧用弹簧钢料卷制而成，有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两种。
由于螺旋弹簧只能承受垂直载荷，用它做弹性元件的悬架要加设导向装置和减振器。
与钢板弹簧相比，螺旋弹簧具有不需润滑、防污性强、占用纵向空间小及弹簧本身质量小的特点，因而在现代轿车上被广泛采用。
此外，螺旋弹簧变形时，不产生摩擦力，所以在其悬架中必须装有减振器，用于衰减因冲击而产生的振动。
三、扭杆弹簧
扭杆断面常为圆形，少数是矩形或管状。
如图11-6所示。
P288
当车轮跳动时，摆臂便绕着扭杆轴线摆动，使扭杆产生扭转弹性变形，在车轮与车架之间起弹性连接的作用。
四、气体弹簧
气体弹簧主要有空气弹簧和油气弹簧两种。
气体弹簧是以空气做弹性介质，即在一个密闭的容器内装入压缩空气（气压为0.5-1PMA）,利用气体的可压缩性弹簧的作用.空气弹簧又可分为囊式和膜式两种.如图11-8所示P289
衷式空气弹簧由夹有帘线的橡胶制成的气囊和密闭在其中的压缩空气构成.
膜式空气弹簧由像胶片和金属压制件组成,它比囊式空气弹簧的弹性曲线更为理想,固定有频率更低些,且尺寸小,便于布置,因而多于用小轿车上.但其造价较贵,寿命较短.
由于空气和油气弹簧只能承受垂直载荷,因此采用这种弹簧的悬架也必须加设导向装置和减振器.
第三节减振器
汽车在行驶中四个车轮在垂直方向上会受到不同力的作用,悬架系统中的弹性元件受冲击会相应产生振动,因此需要在悬架中与弹性元件并联安装减振器,以衰振动,提高汽车行驶的平顺性,如图11-10所示.P289
汽车悬架系统中通常采用液力减振器.
1、在悬架压缩行程中（车桥和车架相互靠近），减振器阻尼力较小，以便充分发挥弹性元件的弹性作用，缓和冲击。
这时，弹性元件起主要作用。
2、在悬架伸张行程中（车桥和车架相互远离），减振器阻尼力应较大，以迅速减振，此时减振器起主要作用。
3、以车架或车身与车桥间的相对运动速度过大时，要求减振器能自动加大液流量，使阻尼力始终保护在一定限度之内，以避免车架或车身承受过大的冲击载荷。
在汽车悬架系统中广泛采用的液力减振器是筒式减振器，由于其在压缩和伸张行程中的能起减振作用，因此又称为双向作用式减振器。
双向作用筒式减振器的工作过程如下：
压缩行程时，此时减振器被压缩，汽车车轮移近车身，减振器内的活塞3向下移动，下腔的容积减小，油压升高。
2、有些车型的悬架系统采用充气式减振器和阻尼力可调式减振器。
图11-12所示为充气式减振器，这种减振器的缸筒下部装有一个浮动活塞2，在浮动活塞和缸筒一端形成一个封闭气室1，内部装有高压氮气。
浮动活塞（封气活塞）的上面是油液，活塞上装有大断面的O型密封圈，作用是把油和气完全隔开，在工作活塞8上装有压缩阀4和伸张阀7，它们的通道载面积随工作活塞运动速度的变化而变化。
从而产生不同的阻尼力。
伸张阀和压缩阀均由一组厚度相同、直径不等，由大到小排列的弹簧钢片组成。
与双向作用筒式减振器相比，充气式减振器有如下优点；
1）由于采用浮动活塞而减少了一套阀的系统，使结构简化，重量减轻。
2）由于减振器里充有高压氮气，能减少车轮爱突然冲击时的振动，并可消除噪声。
3）由于充气式减振器的工作缸和活塞直径都大于相同条件的双向作用筒式减振器，因而其阻尼力更大。
工作可靠性更强。
4）充气式减振器内部的高压气体和油液被浮动活塞隔开，消除了油的乳化现象。
充气式减振器的不足之处是油封要求高，充气工艺复杂，不易维修，当缸筒受外界较大冲击而变化时，则不能工作
第四节横向稳定器
现代轿车悬架很软，即固有频率很低。
汽车高速行驶转弯时，车身会产生较大的侧向倾斜和侧向角振动。
为了提高悬架的侧倾角刚度，减小侧倾，常在悬架中加设稳定器。
图11-13所示P292为标式横向稳定器。
当车身受到振动而两侧县架变形相同时，横向稳定杆在套管内自由转动，此时横向稳定杆不起作用。
当两侧县架变形不等，车身相对路面发生侧向倾斜时，弹性的稳定杆产生扭杆内力矩就阻碍了悬架弹簧的变形，从而减小了车身的侧倾和侧向角振动。
即车架的一侧移近弹簧下支座稳定杆的同侧末端就相对车架向上抬起，而另一侧车架远离弹簧座，相应一侧横向稳定杆的末端应相对车架下移。
同时，横向稳定杆中部对于车架没有相对运动，而稳定杆两边的纵向部分向不同方向偏转，于是稳定杆被扭转。
第四节非独立悬架与独立悬
非独立悬架由于结构简单，工作可靠，被广泛用于一般货车和客车的悬架上，而用在轿车上往往只作为后悬架。
钢板弹簧被用做非独立悬架的弹性元件，由于它起导向装置的作用，并有一定的减振作用，使得悬架系统大为简化。
独立悬架采用断开式车桥，两侧车轮分别通过独立悬架与车架或车身相连，每侧车轮可单独运动，互不干扰。
轿车和载质量在1000KG以下的货车的转向轮广泛采用独立悬架，这样可以满足行驶平顺性，操纵稳定性等方面的要求。
但是，独立悬架结构复杂，制造成本高，维修不方便。
独立悬架中的弹性元件往往都使用螺旋弹簧和扭杆弹簧，钢板弹簧和其它形式的弹簧很少使用。
根据悬架导向装置的不同，独立悬架可分为双横臂、单横臂、纵臂式、单斜臂、多杆式及滑柱连杆（摆臂）式（麦弗逊式）等多种，目前采用较多的是不等长双臂式、滑柱连杆式和斜置单臂式。
一、钢板弹簧式非独立悬架
在使用钢铁弹簧为弹性元件的非独立悬架上，由于钢板弹簧是纵向布置，所以又称国纵置板簧式非独立悬架。
如图11-14所示P293
螺旋弹簧非独立悬架常用于轿车的后悬架，由于作用螺旋弹簧作为弹性元件，仅仅能受垂直载荷，因此，其悬架系统需要安装导向装置和减振器。
图11-17为奥迪轿车后悬架装置。
三、空气弹簧非独立悬架
空气弹簧非独立悬架多用于重型车和高级轿车中。
现代电子控制主动或半主动悬架多采用空气弹簧做弹性元件。
五、滑柱摆臂式独立悬架
滑柱摆臂式独立悬架也称麦弗逊式独立悬架，目前此种悬架广泛应用于发动机前置前轮驱动轿车的前悬架中。
这种悬架由减振器、螺旋弹簧、横摆臂和横向稳定杆等组成。
图-11-29所示P301
六、多杆式独立悬架
独立悬架中的弹性元件多采用螺旋弹簧，对于侧向力及纵向力的承受和传递，就需加设导向装置即杆件来完成。
因而一些轿车上为减轻自重和简化结构采用多杆式悬架。
如图11-33所示P301
第六节半主动悬架与主动悬架
对于传统悬架当其结构确定后，就具有固定的悬架刚度和阻尼系数，在汽车行驶的过程中不能人为地控制加以调节，因此称为被动悬架。
电控悬架可以调节悬架刚度和阻尼系数，突破被动悬架的局限区域，因此，电近代悬架是一种主动悬架。
悬架根据调节悬架的刚度和阻尼系数分为半主动悬架系统和全主动悬架系统。
一、半主动悬架系统
半主动悬架是对悬架的刚度和阻尼系其中这一能进行实时调节控制的悬架。
半主动悬架系统又根据调节阻尼系数的特点分为有级式半主动悬架和无级式半主动悬架两种。
由于半主动悬架控制系统较简单，而且又能达到与全主动悬架相近的性能，故应用较广泛。
二、全主动悬架系统
全主动悬架系统是对悬架的刚度和阻尼系数均能进行实时调节，可以同时提高车辆的平顺性和操纵稳定性，全主动悬架系统的示意图，如图11-36所示P305
全主动悬架系统根据控制的介质可分为主动空气悬架、主动油气悬架和主动液力悬架三种。
全主动悬架一般包括控制机构和执行机构。
控制机构是由ECU和传感器等组成的闭环控制系统，通过传感器监测道路条件、汽车的运行状态和驾驶员的需求，按照设定的控制规律向执行机构（空气弹簧、动力源等）适时地发出控制信号，以调节悬架刚度和阻尼系数。
三、电控悬架的功用
电控悬架系统结构如图11-39所示P306，它具有车高调节、悬架刚度和减振器阻尼系数“软→中→硬”能级转换控制功用。
电控悬架还具有汽车高度调整控制的功能。
1、弹簧弹性系数（刚度）与阻尼系数（减振力）控制；
2、车高调整功能
第七节电子控制悬架系统
一、零部件在汽车上的位置
电控悬架由空气弹簧减振器组件、执行器、电控悬架ECU、高度控制压缩机、高度传感器、相关传感器（转向传感器、车速传感器、节气门位置传感器）等组成。
如图11-41所示。
P309，下面以几个常见的电控悬架系统来介绍零部件在汽车上的位置。
三、电控悬架的结构原理
电控悬架控制原理示意图如图11-50所示P312。
由于电控悬架需要进行车身高度、弹簧刚度和阻尼系数的控制，因此系统由车高传感器、车速传感器、节气门位置传感器、转向传感器和控制空气弹簧进行适应性地调节，保持车辆平顺性和操纵稳定性。
1）车高传感器
检测汽车高度和因道路不平坦而引起的悬架位移量，其工作原理如图11-51所示。
P314
车高传感器由一个开口圆盘和两个光电传感器组成。
2）转向传感器
转向传感器装在转向器上，用来检测
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