上海通用别克悬架与车桥故障分析与检修(2)

1970-01-01 08:00

图2、独立悬架与非独立悬架

图a为非独立悬架(整体桥悬架或刚性悬架)因其结构简单,工作可靠,而被广泛应用于货车的前、后悬架。在轿车中,非独立悬架仅用于后桥。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架在车架或车身上一侧车轮受到冲击时会直接影响到另一侧车轮。非独立悬架由于簧载质量比较大,特别是汽车高速行使,悬架受到较大的冲击载荷时,汽车平顺性较差。

悬架的结构,特别是导向机构的结构,随所采用的弹性元件的不同而有差异,而且有时差别很大。采用螺旋弹、气体弹簧时需要有较复杂的导向机构。而采用钢板弹簧时,由于钢板弹簧本身可兼起导向机构的作用,并有一定的减振作用,使得悬架结构大为简化。因而在非独立悬架中大多数采用钢板弹簧作为弹性元件。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。

图b为独立悬架,独立悬架的特点是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。独立悬架所采用的车桥是短开式的,这样可使发动机降低安装位置,有利于降低汽车重心,并使结构紧凑。独立悬架允许前轮有较大的跳动空间,这样便于选择较软的弹性

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元件使平顺得到改善。同时,独立悬架簧载质量小,可提高汽车车轮的附着性能。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,这样可以满足行使平顺性,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。

(2)控制力的角度来分,则可把悬架分为被动悬架、半主动悬架和主动悬架三大类。目前多数汽车上采用被动式悬架。被动式悬架的定义是,汽车姿态(状态)只能被动取决于路面、行驶状况和汽车的弹性元件、导向装置以及减振器这些机械零件。80年代,主动悬架开始在一部分汽车上应用,目前使用主动悬架的高级汽车越来越多。主动悬架可以根据路面和行驶工况自动调整悬架的刚度和阻尼,从而使车辆能主动地控制垂直振动及其车身或车架的姿态。该系统通常由传感器、控制阀、执行机构和悬架系统组成。

1、被动悬架

一般的汽车绝大多数装有由弹簧和减振器组成的机械式悬架。由于这种常规悬架系统内无能源供给装置,悬架的弹性和阻尼参数不会随外部状态而变化,因而称这种悬架为被动悬架。这种悬架虽然往往采用参数优化的设计方法,以求尽量兼顾各种性能要求,但在实际上由于最终设计的悬架参数是不可调节的,所以在使用中很难满足高的行驶要求。

2、半主动悬架

半主动悬架可视为由可变特性的弹簧和减振器组成的悬架系统,虽然它不能随外界的输入进行最优控制和调节,但它可按存贮在计算机内部的各种条件下弹簧和减振器的优化参数指令来调节弹簧的刚度和减振器的阻尼状态。半主动悬架又称无源主动悬架,因为它没有一个动力源为悬架系统提供连续的能量输入,所以在半主动悬架系统中改变弹簧刚度要比改变阻尼状态困难得多,因此在半主动悬架系统中以可变阻尼悬架系统最为常见。半主动悬架系统的最大优点是工作时几乎不消耗动力,因此越来越受到人们的重视。

3、主动悬架

主动悬架是一种具有作功能力的悬架,通常包括产生力和扭矩的主动作用器

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(油缸、汽缸、伺服电机、电磁铁等)、测量元件(如加速度、位移和力传感器等)和反馈控制器等。因此,主动悬架需要一个动力源(液压泵或空气压缩机等)为悬架系统提供连续的动力输入。当汽车载荷、行驶速度、路面状况等行驶条件发生变化时,主动悬架系统能自动调整悬架刚度(包括整体调整和各轮单独调整),从而同时满足汽车的行驶平顺性,操纵稳定性等各方面的要求,其优点可归纳为如下几个方面:

①悬架刚度可以设计得很小,使车身具有较低的自然振动频率,以保证正常行驶时的乘坐舒适性。汽车转向等情况下的车身侧倾,制动、加速等情况下的纵向摆动等问题,由主动悬架系统通过调整有关车轮悬架的刚度予以解决。而对于传统的被动悬架系统,为同时兼顾到侧倾、纵摆等问题,不得不把悬架刚度设计得较大,因而正常行驶时汽车的乘坐舒适性受到损失。

②采用主动悬架系统,因不必兼顾正常行驶时汽车的乘坐舒适性,可将汽车悬架抗侧倾、抗纵摆的刚度设计得较大,因而提高了汽车的操纵稳定性,即汽车的行驶安全性得以提高。

③先进的主动悬架系统,还能保证在车轮行驶中碰抵砖石之类的障碍物时,悬架系统在瞬时将车轮提起,避开障碍行进,因而汽车的通过性也得以提高。

④汽车载荷发生变化时,主动悬架系统能自动维持车身高度不变。在各轮悬架单独控制的情况下,还能保证汽车在凸凹不平的道路上行驶时,车身稳定。

⑤普通悬架在汽车制动时,车头向下俯冲。而装有某些主动悬架系统的汽车(如沃尔沃740型小轿车)却不存在这种情况。制动时,该车尾部下倾,因而可以充分利用后轮与地面间的附着条件,加速制动过程,缩短制动距离。

⑥装有某些主动悬架系统的汽车在转向时,车身不但不向外倾斜,反而向内倾斜,从而有利于转向时的操纵稳定性。

⑦主动悬架可使车轮与地面保持良好接触,即车轮跳离地面的倾向减小,保持与地面垂直,因而可提高车轮与地面间的附着力,使车轮与地面间相对滑动的倾向减小,汽车抗侧滑的能力得以提高。轮胎的磨损也得以减轻,转向时车速可以提高。

⑧在所有载荷工况下,由于车身高度不变,保证了车轮可全行程跳动。而传统的被动悬架系统中,当汽车载荷增大时,由于车身高度的下降,车轮跳动行程

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减少,为不发生运动干涉,不得不把重载时的悬架刚度设计得偏高,因而轻载时的平顺性受到损失。而主动悬架系统则无此问题。

⑨由于车身高度不变,侧倾刚度、纵摆刚度的提高,消除或减少了转向传动机构运动干涉而发生的制动跑偏、转向特性改变等问题,因而可简化转向传动机构的设计。

⑩因车身平稳,不必装大灯水平自调装置。

主动悬架系统的主要缺陷是成本较高,液压装置噪音较大,功率消耗较大。 4、主动悬架和半主动悬架系统按其控制方式又可分为机械控制悬架系统和电子控制悬架系统。

最早在英国伦敦的公共汽车上用的一种主动悬架系统,是一种纯机械式控制系统。系统中有四个油气弹簧和高度控制阀,油泵和贮压器可使供油管路中维持稳定的高压,四个高度控制阀则分别控制四个油气弹簧中的油压,从而控制了四个油气弹簧的刚度。汽车载荷增大时,高度控制阀动作,油气弹簧中油压上升,反之则油压下降,直至车身高度达到设定值为止。汽车转向时,外侧两个高度控制阀增大两个外侧油气弹簧的油压,内侧两个油气弹簧油压则下降,从而维持车身水平,即提高了车身抗侧倾能力。制动(或加速)时,则前面两个(或后面两个)高度控制阀使前面两个(或后面两个)油气弹簧中的油压上升,另外两个油气弹簧中的油压下降,维持车身水平,即提高了车身的抗纵摆能力。

为了保证车轮正常跳动时防止高度控制阀误动作,在高度控制阀与车轮摆臂的连接传感元件中装有缓冲减振装置。该缓冲减振装置的振动特性必须与车轮悬架的振动特性良好匹配才能保证系统正常工作。这一点完全靠机械振动系统的合理设计来保证。

法国某些雪铁龙汽车上采用的主动悬架系统(由英国开发),也是种纯机械控制系统,其主要特点是:前桥采用了两个高度控制阀,两个油气弹簧;后桥采用了一个高度控制阀,一个油气弹簧。两个前油气弹簧的液压缸分别于对角线处的两个对应的后液力滑柱的下腔相通,两个后液力滑柱的上腔均与后油气弹簧的液压腔相通。主液压管路中的液压由油泵和贮压器维持。

机械控制悬架系统的特点是结构简单,成本低,但是机械控制悬架系统存在着控制功能少,控制精度低,不能适应多种使用工况等问题。所以,近年来随着

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电子技术的飞速发展,随着车用微机、各种传感器、执行元件的可靠性和寿命的大幅度提高,电子控制技术被有效地应用于悬架系统控制中。

可调式悬架就是根据车辆不同的需求状态来对悬架的高度和软硬进行调整,从而使车辆处在最佳的形式状态。当下汽车的可调式悬架按控制类型可分为三大类。

①空气式可调悬架

空气式可调悬架就是指利用空气压缩机形成压缩空气,并通过压缩空气来调节汽车底盘的离地间隙一种悬架方式。

一般装备空气式可调悬架的车型在前轮和后轮的附近都设有离地距离传感器,按离地距离传感器的输出信号,行车电脑判断出车身高度的变化,再控制空气压缩机和排气阀门,使弹簧自动压缩或伸长,从而起到减震的效果。空气式可调悬架中的空气弹簧的软硬能根据需要自动调节。当在高速行驶时,空气悬架可以自动变硬来提高车身的稳定性,而长时间在低速不平的路面行驶时,行车电脑则会使悬架变软来提高车辆的舒适性。

②液压式可调悬架

液压式可调悬架就是指根据车速和路况,通过增减液压油的方式调整汽车底盘的离地间隙来实现车身高度升降变化的一种悬架方式。

内置式电子液压集成模块是液压式可调悬架的核心,可根据车速、减振器伸缩频率和伸缩程度的数据信息,在汽车重心附近安装有纵向、横向加速度和横摆陀螺仪传感器,用来采集车身振动、车轮跳动、车身高度和倾斜状态等信号,这些信号被传送给行车电脑,行车电脑在根据输入信号和预先设定的程序操纵前后四个执行油缸工作。通过增减液压油的方式实现车身高度的升或降,也就是根据车速和路况自动调整离地间隙,从而提高汽车的平顺性和操纵稳定性。

③电磁式可调悬架

电磁式可调悬架就是指利用电磁反应来实现汽车底盘的高度升降变化的的一种悬架方式。它可以针对路面情况,在1毫秒时间内作出反应,抑制振动,保持车身稳定,特别是在车速很高又突遇障碍时更能显出它的优势。它的反应速度比传统的悬架快5倍,即使是在最颠簸的路面,也能保证车辆平稳行驶。

电磁悬架系统是由行车电脑、车轮位移传感器、电磁液压杆和直筒减振器组

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