多圖看懂汽車懸架是如何工作的,解開我多年困惑!

【瘋狂機械控第500期】懸架系統是一種由彈簧、減震筒和連桿所構成的車用系統,用於連接車輛與車輪。懸架系統使車輛的操控與剎車適合良好的動態安全與駕駛樂趣,並保持車主的舒適性及隔絕適當的路面噪音、彈跳與震動。


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在古代埃及就已經出現過板式彈簧的蹤跡。古代兵器專家使用彎曲的板式彈簧加強攻城武器,後來在投石器上所使用的板式彈簧更加精密,可以使用好幾年。那時彈簧不是由金屬製造的,而是使用堅硬的樹枝當作彈簧,就像制弓一樣的操作。


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在19世紀早期,大部分的英國四輪馬車都配有彈簧,木製彈簧用於輕型馬車的避震,而較大的馬車彈簧則採用鋼鐵製造。這些鐵製的彈簧由低碳鋼製成,通常疊放多層成為板式彈簧。


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汽車在早期開發時,比作自身提供動力推進的馬車。但是相對來講,馬車設計是用來低速行駛的,它的懸架並不適用於內燃機引擎所產生的高速行駛。


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1903年,德國的Mors汽車公司首次將車輛安裝了減震筒。1920年,Leyland汽車公司在懸架系統中加入了扭杆裝置。1922年,Lancia Lambda開創先例的使用了獨立前輪懸架,在1932年以後上市銷售車輛普及了此懸架系統。


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懸架剛性(或稱彈簧剛性)是懸架伸縮時,用來設定車高或其定位的要素之一。車輛載重大通常會搭配更硬的懸架來抵銷額外的重量負載,否則可能在途中(或彈跳時)壓毀車輛。


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一般來說,經常裝載大重量的車輛應配置較硬的彈簧,其彈簧剛性接近車重的上限值,這樣車輛可以正常的載貨並順利行駛。駕駛空載的貨用卡車可能會對乘客不太舒適,這是因為與車重相關的高彈簧剛性,坐起來減震太硬。


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彈簧剛性是一個比值,用來測量一個彈簧在偏斜時被壓縮或伸展時的阻抗。按照虎克定律,彈力強度隨著偏斜增加而增加。簡單來講,這個現象可以由下列公式所述:F=kx


其中,F為彈簧的施力;k為彈簧的剛性;x為靜力平衡時的位移量。


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下面說說五種常用的汽車懸架:麥弗遜懸架、雙叉臂懸架、多連桿懸架、扭力梁懸架和整體橋懸架。


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麥弗遜式懸架是絞結式滑柱與下橫臂組成的懸架形式,減振器可兼做轉向主銷,轉向節可以繞著它轉動。特點是主銷位置和前輪定位角隨車輪的上下跳動而變化。這種懸架構造簡單,佈置緊湊,前輪定位變化小,具有良好的行駛穩定性。所以,目前轎車使用最多的獨立懸架是麥弗遜式懸架。


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對於很多前置發動機前輪驅動的車輛來說,車頭部分的大部分空間都要用來佈置橫放的發動機以及變速箱,留給懸掛的空間並不大,因此麥弗遜懸掛體積小質量輕的優勢就會表現的非常明顯。


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雙叉臂懸掛是由兩根長短不等的A字臂和充當支柱的減震器所組成的。上下兩根A字臂分別通過球鉸與車輪上的轉向節上下節臂相連,而串連的減震器和螺旋彈簧則充當了支柱和轉向主銷的角色,它的上端與副車架相連,下端則和下襬臂相連。上下A臂負責吸收轉向時的橫向力,而支柱減震器只負責支撐車身重量和控制車輪上下跳動。


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雙叉臂懸掛可以說是最堅固的獨立懸架。我們都知道,三角形是最穩固幾何形狀,雙叉臂懸掛的上下兩根A字臂擁有類似三角形的穩定結構,不僅擁有足夠的抗扭強度,上下兩根A臂對橫向力都具有很好的導向作用,另外車輪的四個定位參數前後外傾角、前輪前束量、主銷內傾角和主銷後傾角都是精確可調,可以提升車輛操控性。如果使用在SUV汽車上時,也能夠應付極限越野路況下帶來的巨大沖擊。


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多連桿獨立懸掛,可分為多連桿前懸掛和多連桿後懸掛系統。其中前懸掛一般為3連桿或4連桿式獨立懸掛;後懸掛則一般為4連桿或5連桿式後懸掛系統,其中5連桿式後懸掛應用較為廣泛。其五根連桿分別為:主控制臂、前置定位臂、後置定位臂、上臂和下臂,它們分別對各個方向產生作用力。


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多連桿懸掛能實現主銷後傾角的最佳位置,大幅度減少來自路面的前後方向力,從而改善加速和制動時的平順性和舒適性,同時也保證了直線行駛的穩定性,因為由螺旋彈簧拉伸或壓縮導致的車輪橫向偏移量很小,不易造成非直線行駛。


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不過多連桿懸掛由於結構複雜、成本高、零件多、組裝費時,並且要達到非獨立懸架的耐用度,始終需要保持連桿不變形、不移位,在材料使用和結構優化上也會很考究。所以多連桿懸架是以追求優異的操控性和行駛舒適性為主要訴求的,而並非適合所有情況。


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扭力梁懸架是汽車後懸掛裝置類型的一種,在扭力梁式非獨立懸架上增加一個平衡杆來使車輪產生傾斜,保持車輛的平穩。其工作原理是將非獨立懸掛的車輪裝在一根整體車軸的兩端,這樣當一邊車輪運轉跳動時,就會影響另一側車輪也作出相應的跳動,使整個車身振動或傾斜。


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採取這種懸掛系統的汽車一般平穩性和舒適性較差,但由於其構造較簡單,承載力大,該懸掛多用於載重汽車、普通客車和一些其他特種車輛上。  


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整體橋懸掛就是有整體的車橋結構連接兩個車輪,車橋不能斷開,同一車橋上的兩個車輪沒有相對運動。對於驅動橋來說,主要還是由差速器殼體、橋管、半軸、軸承等部分組成,而對於非驅動橋的整體橋來說,其結構更為簡單,且現在多為貨車採用。


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出於向舒適性和公路性能的妥協,現在採用整體橋懸掛的車型已經不多了,但是這並不能抹殺它的實用性和在越野愛好者心目中的地位,由於整體橋懸掛結構簡單,便於維護和改裝,因此那些強調承載和越野的車型還會繼續沿用這種懸掛。

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