1.2 车辆悬架的组成

典型的车辆悬架系统由弹性元件、导向机构和减振器等组成，个别结构则还有缓冲块、稳定杆等，如图1-2所示。

车辆悬架一般具备的三个基础部件是：弹簧、减振器和防止侧倾的稳定杆。

图1-2 车辆悬架组成元件示意图

1—上摆臂 2—弹簧 3—减振器 4—下摆臂 5—稳定杆 6—纵向推力杆

1.2.1 弹簧

悬架弹簧的软硬对车辆行驶的安全性和乘坐舒适性有重要的影响。弹簧较软的汽车（如林肯城市这样的豪华汽车）可以彻底消除颠簸并提供极平稳的行驶感觉，车辆的舒适性高，但同时在制动和加速过程中易产生俯冲和蹲伏现象，在转弯时易产生侧倾和翻滚趋势，即车辆的安全性差。然而，弹簧较硬的汽车（如马自达Miata车型）在颠簸路面上的平稳性稍差，乘坐舒适性差，但车身移动非常小，这意味着即使是在转弯处，也可以用较激烈的方式来驾驶，即车辆的行驶安全性高。目前，应用最多的是螺旋弹簧和钢板弹簧。

1.螺旋弹簧

螺旋弹簧是最常见的弹簧类型。它其实是一个绕轴盘绕的重型扭杆，通过伸缩来缓冲车轮的运动。螺旋弹簧结构简单，制造容易，应用最为广泛，常见的车辆悬架螺旋弹簧如图1-3所示。

2.钢板弹簧

钢板弹簧由若干片钢板组合在一起，由充当一个单元的金属层（称为“叶片”）组成，即由多片钢板弹簧叠加而成。扁平长方形的钢板呈弯曲状，以数片叠成的底盘用弹簧，一端以销子安装在吊架上，另一端使用吊耳连接到大梁上，使弹簧能伸缩。钢板弹簧起初在马车上使用，直到1985年才在大多数美国汽车上应用，目前适用于一些非承载车身的硬派越野车及中大型的货车，如图1-4所示。

图1-3 车辆悬架螺旋弹簧

图1-4 钢板弹簧

钢板弹簧的种类主要有多片钢板弹簧、少片变截面弹簧、两级变刚度复式钢板弹簧、渐变刚度弹簧等。

钢板弹簧与车架的连接方式有两种，一种是摆动吊耳式连接，另一种是滑板式连接。其中，采用滑板式连接方式的钢板弹簧一端有卷耳，另一端没有卷耳，插入与车架固定连接的支架内并可滑动。第一片簧片为平直的端头，第二片的端部制有向下的弯角，以免车架剧烈跳动时钢板从支架中脱出。为避免钢板弹簧变形时直接摩擦支架，在后支架上装有滑块和两侧的垫板。由于钢板弹簧变形时，主片上表面与弧形滑块的接触点是变动的，因而钢板弹簧工作长度变化，其刚度也略有改变。当载荷小时，钢板弹簧有效长度较长，弹性好；而当载荷增大时，钢板弹簧的有效长度减小，刚度略有增加。

钢板弹簧有摩擦阻尼和变刚度两个特点。

（1）摩擦阻尼 由于钢板弹簧在载荷作用下变形时，各片钢板之间有摩擦产生，对车辆振动有衰减作用。因此，在对减振要求不高的车辆，如一般中型货车的后悬架或重型货车悬架中，大都采用钢板弹簧的悬架，而不安装单独的减振器。但是各片钢板之间的干摩擦，将使车轮所受的冲击在很大程度上传给了车架，即降低了悬架缓和冲击的能力，并使各钢板之间的磨损加快。为了保证钢板片之间产生定值摩擦力以及消除噪声，可在钢板片之间夹入耐磨的塑料片，如在某些高级轿车的后悬架钢板弹簧，就采用了这种结构。

（2）变刚度 钢板弹簧采用不同的安装方式，可得到二级刚度钢板弹簧和渐变刚度钢板弹簧。

当货车上采用纵置式钢板弹簧非独立悬架时，如果主钢板弹簧的上面叠加副钢板弹簧，主、副钢板弹簧用U形螺栓固定装到后桥上，其中，主钢板弹簧上端的连接如前所述，副钢板弹簧两端平直。如图1-5所示，便可得到二级刚度钢板弹簧。

由图1-5可知，当汽车载荷不大时，其两端上表面与铆接在车架上的副簧托架之间存在空隙而不接触，故只有主簧起作用，副簧不起作用。当汽车重载或满载时，主簧变形大，副簧与托架接触，此时主、副簧同时工作，悬架刚度随之增大。

为了提高汽车的平顺性，有些轻型货车把副簧置于主簧下面，便形成渐变刚度的钢板弹簧，如图1-6所示。

由图1-6可知，渐变刚度钢板弹簧的主钢板弹簧较薄，刚度小，挠度大，而副钢板弹簧较厚，刚度大，挠度小，主、副钢板弹簧通过中心螺栓叠加在一起，在两端主、副钢板弹簧之间有间隙。因此，当载荷小时，仅有主钢板弹簧起作用，而当载荷增大到一定程度时，副簧开始与主簧逐片接触，悬架刚度也随之平缓变化，从而改善了汽车行驶的平顺性。

图1-5 二级刚度的主、副钢板弹簧悬架

图1-6 渐变刚度钢板弹簧悬架

1—主钢板弹簧 2—副钢板弹簧 3—中心螺栓

1.2.2 稳定杆

稳定杆，也叫防侧倾杆、横行稳定杆，它是汽车悬架系统的一部分，与减振器或滑柱配合使用，以便为汽车行驶提供附加稳定性，其结构如图1-7所示。

稳定杆是一个横跨整个车轴的金属杆，它连接到前轮前方的车架上，但要用衬套连接以使其可以旋转，两臂连接到两侧的前悬架梁上，将悬架的两侧有效地连接在一起。

图1-7 车辆悬架稳定杆

如果汽车左右轮分别通过不同路面凸起或坑洞时，也就是左右两轮的水平高度不相同时，会使稳定杆扭转而产生防倾阻力抑制车身侧倾。也就是说当左右两边的悬架上下同时动作时稳定杆就不会发生作用，只有在左右两边悬架因为路面起伏或转向过弯造成的不同步动作时稳定杆才产生作用。稳定杆只有在起作用时才会使悬架变硬，不像硬的弹簧会全面地使悬架变硬。当汽车转弯时，弯道外侧的前悬架梁会向上推稳定杆的臂，从而对稳定杆施加转矩，转矩会使另一端的臂发生转动，导致车辆另一侧的悬架也发生压缩，这样可以使行驶更平稳，并减少了车辆的倾斜度，尤其是它能抵消转弯时悬架上的汽车的侧倾趋势。如果不安装稳定杆，而完全依靠弹簧来减少车身的侧倾则需要非常硬的弹簧，更要用阻尼系数很高的减振器来抑制弹簧的弹跳，这样必然会造成乘坐舒适性变差、行经不平路面时循迹性不良的后遗症。但是如果配合适当的稳定杆不但可以减少侧倾，还可以提高车辆的舒适性和循迹性。鉴于此，当今几乎所有汽车都将稳定杆作为标准配备。

稳定杆和弹簧所提供的防倾阻力是相辅相成的，而且防倾阻力是成对发生的，也就是说车头的防倾阻力是和车尾防倾阻力伴随发生，但是由于车身配重比例以及其他外力的作用会使前后的防倾阻力并不平衡，这样便会直接影响车身重量的转移和操控的平衡。后轮的防倾阻力太大，会造成转向过度；前轮的防倾阻力太大，会造成转向不足。为了改善操控，不仅可利用稳定杆来抵制车身侧倾，还可以用来控制车身防倾阻力的前后分配比例。稳定杆的功能就是保持车身的良好平衡和限制过弯时的车身侧倾，以及改善轮胎的贴地性。因此，设计合适刚度的稳定杆，在不影响车辆转弯性能情况下，不仅可降低车身侧倾度，还可改善车辆的舒适性。

稳定杆的软硬度是由制作的材质、杆身、杆径、杆臂的长度以及杆臂与杆身所成的角度决定的。杆身越长横向稳定杆就越软，但杆臂的角度和长度却是容易调整的。一般来说稳定杆的材质大同小异，所以要改变稳定杆的软硬度都是通过改变杆径来实现的。另外，根据杠杆原理，改变悬架与稳定杆臂的连接点就可改变杆臂的力矩，可调式稳定杆就是从这里着手的。此外，把固定稳定杆的橡胶垫换成硬的材质会有意想不到的效果，在实际测试中，使用一支直径20mm的稳定杆配上硬质的衬垫和使用直径25mm的稳定杆配上橡胶衬垫具有相同的效果。要计算所需稳定杆的软硬度是很复杂的，不但要考虑自身的软硬度，更要考虑与弹簧的搭配情况，因此，要升级和调校好一套优秀的稳定杆系统，除了进行合理优化设计外，还应该多次进行弯道的行驶测试。

1.2.3 减振器

弹簧具有极佳的能量吸收或释放性能，但在耗散能力方面要稍差一些。因此，如果车辆不使用阻尼结构，也无其他阻尼部件，汽车弹簧将以不可控制的速率弹开并释放它所吸收的振动能量，并继续按其自身频率往复振动，直到耗尽最初施加在它上面的所有能量。所以，仅构建在弹簧上的悬架会使汽车根据地形以弹跳方式行驶且不受控制，势必使汽车振动加剧，甚至发生共振。因此，为了满足车辆的行驶安全性、乘坐平顺性和操纵稳定性的要求，车辆悬架一般都安装一个重要的阻尼部件，即悬架减振器，并且使其阻尼特性与弹性元件特性相匹配。

图1-8 按能量转换介质减振器分类框图

减振器也称为缓冲器，它通过一种称为阻尼的过程来控制不希望发生的弹簧运动。在车辆悬架中所采用的减振器有很多，按照能量转换介质、结构和作用方式等的不同，减振器有不同的分类。

（1）按能量转换介质分类 按能量转换介质的不同，减振器可分为摩擦式减振器、液压式减振器和电磁式减振器，如图1-8所示。其中，摩擦式减振器原先用在重型货车，现已很少使用；液压式减振器，目前广泛使用；电磁式减振器可分为电流变减振器和磁流变减振器，国外已经有应用，目前国内正处于开发研制阶段。

（2）按结构分类 减振器分为摇臂式减振器和筒式液压减振器，如图1-9所示，其中，摇臂式减振器目前很少使用。

（3）按作用方式分类 按作用方式的不同，减振器可分为双向作用式减振器和单向作用式减振器，如图1-10所示。其中，双向作用式减振器在复原和压缩行程都起作用，在汽车上广泛采用；单向作用式减振器仅在复原行程时起作用，现在很少采用。

图1-9 按结构减振器分类框图

图1-10 按作用方式减振器分类框图

（4）按阻尼是否可调进行分类 按阻尼是否可调，减振器可分为不可调阻尼减振器和可调阻尼减振器，如图1-11所示，而可调阻尼减振器又可分为有级可调式和无级可调式减振器。

目前应用最为广泛的是液压筒式减振器，如图1-12所示。

图1-11 按阻尼调节方式减振器分类框图

图1-12 液压筒式减振器

减振器通过将悬架运动的动能转换为可通过液压油耗散的热能，来放缓和减弱振动性运动的大小。因为减振器和滑柱与汽车操控性能密切相关，因此将其视为非常重要的安全性能。已磨损的减振器和滑柱会使过多的车身重量向前后左右转移，从而导致轮胎的抓地性能以及操控和制动性能降低。