獨(dú)立車輪懸掛系統(tǒng)系統(tǒng)的發(fā)明

通用汽車工程部門首次開發(fā)出獨(dú)立車輪懸掛系統(tǒng)，能夠降低在汽車任何一個(gè)車輪遇到碰撞或坑洼時(shí)造成的影響，以此使汽車更安全、更舒適。由于每個(gè)車輪均與車軸相連，因而通常被稱為"臂式"懸掛，并應(yīng)用于北美市場上所有1934 款的通用汽車車型上。

懸掛系統(tǒng)作用是將車輪所受的各種力和力矩傳遞給車架和車身，并能吸收、緩和路面?zhèn)鱽淼恼駝?dòng)和沖擊，減少駕駛室內(nèi)噪聲，增加乘員的舒適性，以及保持汽車良好的操作性和平穩(wěn)行駛性。另外，懸掛系統(tǒng)能配合汽車的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)，當(dāng)汽車在不同路況作加速、制動(dòng)、轉(zhuǎn)向等運(yùn)動(dòng)時(shí)，能提供足夠的安全性，保證操縱不失控。

車輪定位是懸掛系統(tǒng)中重要的一環(huán)。正確的車輪定位，不僅能減少輪胎的磨損，延長零部件使用壽命，還能確保汽車直線行駛的穩(wěn)定性。因此，懸掛系統(tǒng)除使車輪與地面完全貼合外，還必須保證車輪的定位，從而使汽車操縱性能得以完全發(fā)揮。

懸掛根據(jù)結(jié)構(gòu)可分為非獨(dú)立懸掛和獨(dú)立懸掛兩基本類型。

非獨(dú)立懸掛與整體式車橋配合使用，主要用在商用車(載貨汽車)或越野汽車的后懸掛。這種懸掛的左右車輪不相互獨(dú)立，當(dāng)一側(cè)車輪因道路不平，相對車架或車身位置變化的同時(shí)，另一側(cè)車輪也有同樣的變化。

獨(dú)立懸掛與斷開式車橋配合使用，主要用在轎車上。這種懸掛的左右車輪相互獨(dú)立，當(dāng)一側(cè)車輪因道路不平，相對車架或車身位置變化的同時(shí)，另一側(cè)車輪不受影響。 獨(dú)立懸掛按照結(jié)構(gòu)形式又可分成橫臂式、縱臂式和炷式(麥弗遜式)，等等很多。因?yàn)榍?、后懸掛的職能和受力狀況還是有很大的差別的，所以有必要按照前后軸各自分開來解釋。

轎車的前懸掛主要有雙橫臂式和麥佛遜式(又稱滑柱擺臂式)兩大類。

雙橫臂式懸掛

雙橫臂式懸掛是最早用于轎車的結(jié)構(gòu)形式，一般采用兩個(gè)不等長的叉形擺臂上下布置，轉(zhuǎn)向節(jié)分別用兩個(gè)球頭銷與兩個(gè)擺臂相連。螺旋彈簧套在筒式減振器外，多安排在下擺臂與車身之間。由于它結(jié)構(gòu)復(fù)雜，質(zhì)量大成本高，故應(yīng)用較少。雙橫臂式懸掛由上短下長兩根橫臂連接車輪與車身，兩根橫臂都非真正的桿狀，而是大體上類似英文字母Y或C，這樣的設(shè)計(jì)既是為了增加強(qiáng)度，提高定位精度，也為減振器和彈簧的安裝留出了空間和安裝位置。同時(shí)，下橫臂的長度較長，且與車輪中心大致處于同一水平線上，這樣做的目的是為了在車輪跳動(dòng)導(dǎo)致下橫臂擺動(dòng)時(shí)，不致產(chǎn)生太大的擺動(dòng)角，也就保證了車輪的傾角不會(huì)產(chǎn)生太大變化。這種結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但經(jīng)久耐用，同時(shí)減振器的負(fù)荷小，壽命長。

麥佛遜式懸掛

麥佛遜式(即滑柱擺臂式)懸掛結(jié)構(gòu)相對比較簡單，只有下橫臂和減振器-彈簧組兩個(gè)機(jī)構(gòu)連接車輪與車身，它的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，占用空間小，上下行程長等。缺點(diǎn)是由于減振器和彈簧組充當(dāng)了主銷的角色，使它同時(shí)也承受了地面作用于車輪上的橫向力，因此在上下運(yùn)動(dòng)時(shí)阻力較大，磨損也就增加了。且當(dāng)急轉(zhuǎn)彎時(shí)，由于車身側(cè)傾，左右兩車輪也隨之向外側(cè)傾斜，出現(xiàn)不足轉(zhuǎn)向，彈簧越軟這種傾向越大。

轎車后懸掛系統(tǒng)主要有多連桿式和擺臂式兩種等。

多連桿懸掛系統(tǒng)

過去的多連桿懸掛由于是在后車軸左右一體化(與中間的差速器剛性連接)的情況下使用的，會(huì)有平順性差等缺點(diǎn)。多連桿懸掛克服了過去多連桿懸掛的很多的不足，得到越來越多的應(yīng)用(尤其是在中高級轎車上)。不管是成熟的"5連桿"也好，還是最新的"4連桿"也罷，都是為了更好地使車輪能適應(yīng)各種不同的路況，讓車輪的定位不會(huì)因路況和受力變化產(chǎn)生太大擾動(dòng)，因?yàn)橹挥羞@樣才能保證駕駛員的操控意志在車輪上得以充分的體現(xiàn)。另外5連桿懸掛構(gòu)造簡單、重量輕，可以減少懸掛系統(tǒng)占用的空間。個(gè)別的豪華轎車會(huì)應(yīng)用全新的4連桿懸掛系統(tǒng)，會(huì)有更精確的轉(zhuǎn)向控制。

擺臂式后懸掛

是僅車軸中間的差速器固定，左右半軸在差速器與車輪之間設(shè)萬向節(jié)，并以其為中心擺動(dòng)，車輪與車架之間用Y型下擺臂連接。"Y"的單獨(dú)一端與車輪剛性連接，另外兩個(gè)端點(diǎn)與車架連接并形成轉(zhuǎn)動(dòng)軸。根據(jù)這個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸是否與車軸平行，擺臂式懸掛又分為全拖動(dòng)式擺臂和半拖動(dòng)式擺臂，平行的是全拖動(dòng)式，不平行的叫半拖動(dòng)式。

常見的獨(dú)立懸掛系統(tǒng)有多連桿式懸掛系統(tǒng)、麥佛遜式懸掛系統(tǒng)、拖曳臂式懸掛系統(tǒng)等。

多連桿式懸掛系統(tǒng)是由3-5根桿件組合起來控制車輪的位置變化的懸掛系統(tǒng)。多連桿式能使車輪繞著與汽車縱軸線成二定角度的軸線內(nèi)擺動(dòng)，是橫臂式和縱臂式的折衷方案，適當(dāng)?shù)剡x擇擺臂軸線與汽車縱軸線所成的夾角，可不同程度地獲得橫臂式與縱臂式懸掛系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，能滿足不同的使用性能要求。多連桿式懸掛系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是:車輪跳動(dòng)時(shí)輪距和前束的變化很小，不管汽車是在驅(qū)動(dòng)、制動(dòng)狀態(tài)都可以按司機(jī)的意圖進(jìn)行平穩(wěn)地轉(zhuǎn)向，其不足之處是汽車高速時(shí)有軸擺動(dòng)現(xiàn)象。

麥弗遜式懸掛系統(tǒng)的車輪也是沿著主銷滑動(dòng)的懸掛系統(tǒng)，但與燭式懸掛系統(tǒng)不完全相同，它的主銷是可以擺動(dòng)的，麥弗遜式懸掛系統(tǒng)是擺臂式與燭式懸掛系統(tǒng)的結(jié)合。與雙橫臂式懸掛系統(tǒng)相比，麥弗遜式懸掛系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是:結(jié)構(gòu)緊湊，車輪跳動(dòng)時(shí)前輪定位參數(shù)變化小，有良好的操縱穩(wěn)定性，加上由于取消了上橫臂，給發(fā)動(dòng)機(jī)及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的布置帶來方便;與燭式懸掛系統(tǒng)相比，它的滑柱受到的側(cè)向力又有了較大的改善。麥弗遜式懸掛系統(tǒng)多應(yīng)用在中小型轎車的前懸掛系統(tǒng)上，保時(shí)捷911、國產(chǎn)奧迪、桑塔納、夏利、富康等轎車的前懸掛系統(tǒng)均為麥弗遜式獨(dú)立懸掛系統(tǒng)。雖然麥弗遜式懸掛系統(tǒng)并不是技術(shù)含量最高的懸掛系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，但它仍是一種經(jīng)久耐用的獨(dú)立懸掛系統(tǒng)，具有很強(qiáng)的道路適應(yīng)能力。

拖曳臂式懸掛系統(tǒng)是專為后輪設(shè)計(jì)的懸掛系統(tǒng)，像標(biāo)致車系、雪鐵龍車系、歐寶車系等歐洲轎車比較喜歡采用這種懸掛系統(tǒng)。拖曳臂式懸掛系統(tǒng)的最大優(yōu)點(diǎn)是左右兩輪的空間較大，而且車身的外傾角沒有變化，避震器不發(fā)生彎曲應(yīng)力，所以摩擦小，乘坐性佳，當(dāng)其剎車時(shí)除了車頭較重會(huì)往下沉外，拖曳臂懸吊的后輪也會(huì)往下沉平衡車身，而其缺點(diǎn)是無法提供精準(zhǔn)的幾何控制，不過如果調(diào)校得當(dāng)，可以用最少的成本和空間達(dá)到最好的效果，所以小車多采用這種形式的后懸掛。

燭式懸掛系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是車輪沿著剛性地固定在車架上的主銷軸線上下移動(dòng)。燭式懸掛系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是:當(dāng)懸掛系統(tǒng)變形時(shí)，主銷的定位角不會(huì)發(fā)生變化，僅是輪距、軸距稍有變化，因此特別有利于汽車的轉(zhuǎn)向操縱穩(wěn)定和行駛穩(wěn)定。但燭式懸掛系統(tǒng)有一個(gè)大缺點(diǎn):就是汽車行駛時(shí)的側(cè)向力會(huì)全部由套在主銷套筒的主銷承受，致使套筒與主銷間的摩擦阻力加大，磨損也較嚴(yán)重。燭式懸掛系統(tǒng)現(xiàn)已應(yīng)用不多。

主動(dòng)懸掛系統(tǒng)是近十幾年發(fā)展起來的、由電腦控制的一種新型懸掛系統(tǒng)。它匯集了力學(xué)和電子學(xué)的技術(shù)知識，是一種比較復(fù)雜的高技術(shù)裝置。例如裝置了主動(dòng)懸掛系統(tǒng)的法國雪鐵龍桑蒂雅，該車懸掛系統(tǒng)系統(tǒng)的中樞是一個(gè)微電腦，懸掛系統(tǒng)上的5種傳感器分別向微電腦傳送車速、前輪制動(dòng)壓力、踏動(dòng)油門踏板的速度、車身垂直方向的振幅及頻率、轉(zhuǎn)向盤角度及轉(zhuǎn)向速度等數(shù)據(jù)。電腦不斷接收這些數(shù)據(jù)并與預(yù)先設(shè)定的臨界值進(jìn)行比較，選擇相應(yīng)的懸掛系統(tǒng)狀態(tài)。同時(shí)，微電腦獨(dú)立控制每一只車輪上的執(zhí)行元件，通過控制減振器內(nèi)油壓的變化產(chǎn)生抽動(dòng)，從而能在任何時(shí)候、任何車輪上產(chǎn)生符合要求的懸掛系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)。因此，桑蒂雅轎車備有多種駕駛模式選擇，駕車者只要扳動(dòng)位于副儀表板上的"正常"或"運(yùn)動(dòng)"按鈕，轎車就會(huì)自動(dòng)設(shè)置在最佳的懸掛系統(tǒng)狀態(tài)，以求最好的舒適性能。

主動(dòng)懸掛系統(tǒng)具有控制車身運(yùn)動(dòng)的功能。當(dāng)汽車制動(dòng)或拐彎時(shí)的慣性引起彈簧變形時(shí)，主動(dòng)懸掛系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與慣力相對抗的力，減少車身位置的變化。例如德國奔馳2000款Cl型跑車，當(dāng)車輛拐彎時(shí)懸掛系統(tǒng)傳感器會(huì)立即檢測出車身的傾斜和橫向加速度。電腦根據(jù)傳感器的信息，與預(yù)先設(shè)定的臨界值進(jìn)行比較計(jì)算，立即確定在什么位置上將多大的負(fù)載加到懸掛系統(tǒng)上，使車身的傾斜減到最小。

下面綜合一下各種獨(dú)立懸掛的形式并舉例說明應(yīng)用實(shí)例，見下表:

獨(dú)立懸掛 橫臂式 單橫臂式 奔馳轎車的后獨(dú)立懸掛

雙橫臂式 紅旗CA7560、依維柯等的前懸掛

縱臂式 單縱臂式 富康、桑塔納、捷達(dá)、雷諾5型等轎車的后懸掛

車輪沿主銷移動(dòng)的懸掛 炷式懸掛 略

麥弗遜式(滑柱擺臂式) 捷達(dá)、桑塔納、高爾夫、奧迪100、紅旗7220等的前懸掛

單斜臂式 介于單橫和單縱臂之間的形式 福特Sierra轎車、寶馬5系列轎車的后懸掛

空氣懸掛懸掛的彈性元件不再是傳統(tǒng)的鋼板彈簧或螺旋彈簧，而是充入了惰性氣體的空氣彈簧，減震效果大大優(yōu)于傳統(tǒng)的懸掛，多用于高檔轎車或高檔客車上(國外的載重車上也有)。

被動(dòng)懸掛就是以上所講的傳統(tǒng)懸掛，是對應(yīng)于主動(dòng)懸掛來講的一個(gè)稱呼。

主動(dòng)懸掛的名字主要是考慮到它能在一定范圍內(nèi)"主動(dòng)"調(diào)節(jié)懸掛的剛度和阻尼等特性。主動(dòng)懸掛又稱為電控懸掛，逐漸得到了應(yīng)用。電控懸掛的控制形式主要有兩種，由液壓控制的形式和由氣壓控制的形式。

液壓電控懸掛的控制形式是較先進(jìn)的形式。俠義的講，主動(dòng)懸掛也是指的這種形式，它采用一種有源方式來抑制路面對車身的沖擊力及車身傾斜力。

氣壓電控懸掛的控制形式又稱為"自適應(yīng)懸掛"，它通過在一定范圍內(nèi)的調(diào)整來應(yīng)對路面的變化。電控懸掛的控制中心是ECU，而輔助ECU工作的是各種傳感器，它們向ECU輸入各種數(shù)據(jù)幫助計(jì)算機(jī)對懸掛設(shè)置進(jìn)行調(diào)整。傳感器是電控懸掛上重要的零部件，一旦失靈整個(gè)懸掛系統(tǒng)工作就會(huì)不正常。除了空氣彈簧之類的成熟新型懸掛部件，還有電磁減振器等尖端的新技術(shù)產(chǎn)品，總之懸掛系統(tǒng)是汽車的新技術(shù)是發(fā)展較快的領(lǐng)域，畢竟很多的電子控制技術(shù)在這方面的應(yīng)用是最廣泛的。