汽车原理与结构-悬架与转向系统.ppt

上次课内容回顾上次课内容回顾轮式行驶系统轮式行驶系统一、车轮及轮胎一、车轮及轮胎辐板式车轮辐板式车轮 辐条式车轮辐条式车轮 轮胎轮胎（轮辋、轮胎标准及参数）（轮辋、轮胎标准及参数）二、悬架的组成二、悬架的组成 弹性元件弹性元件 减振部件减振部件 导向机构导向机构三、弹性元件三、弹性元件 钢板弹簧（螺旋弹簧、扭杆弹簧等）钢板弹簧（螺旋弹簧、扭杆弹簧等）油气弹簧油气弹簧（原理：两腔四阀）（原理：两腔四阀）四、非独立悬架四、非独立悬架 悬架的功能悬架的功能 钢板弹簧非独立悬架的基本构造钢板弹簧非独立悬架的基本构造共共2222页页 第第1 1页页6 6、独立悬架、独立悬架 随着汽车活动范围的扩展和行驶速度的不断提高，随着汽车活动范围的扩展和行驶速度的不断提高，许多情况下非独立悬架已无法满足车辆行驶的平顺性和许多情况下非独立悬架已无法满足车辆行驶的平顺性和操纵的稳定性。操纵的稳定性。a a）非独立悬架）非独立悬架 整体车桥，一侧整体车桥，一侧车轮受路面影响时将车轮受路面影响时将涉及到另一侧。涉及到另一侧。b b）独立悬架）独立悬架 车桥制成分体式，车桥制成分体式，每一侧车轮都可独立每一侧车轮都可独立相对地面（或车架）跳动。相对地面（或车架）跳动。共共2222页页 第第2 2页页（1 1）独立悬架的结构特点）独立悬架的结构特点 两侧车轮可独立跳动，行驶时减轻车架振动两侧车轮可独立跳动，行驶时减轻车架振动 减少汽车非簧载质量（与簧载质量相对，非簧载质减少汽车非簧载质量（与簧载质量相对，非簧载质 量越小，对车架的振动越小）量越小，对车架的振动越小）断开的车桥为汽车其他总成提供了空间断开的车桥为汽车其他总成提供了空间 （如：发动机总成位置可降低、前移；车轮上下运（如：发动机总成位置可降低、前移；车轮上下运 动的空间加大等）动的空间加大等）结构复杂、制造成本高、维修困难、轮胎磨损较大结构复杂、制造成本高、维修困难、轮胎磨损较大 独立悬架结构类型繁多，并广泛运用于小型车辆。独立悬架结构类型繁多，并广泛运用于小型车辆。目前全球各地的轿车前悬架全部采用独立悬架，越野目前全球各地的轿车前悬架全部采用独立悬架，越野 车通常所有轮都采用独立悬架。车通常所有轮都采用独立悬架。共共2222页页 第第3 3页页（2 2）独立悬架类型）独立悬架类型 横臂式：车轮在车体横向平面内摆动横臂式：车轮在车体横向平面内摆动 纵臂式：车轮在车体纵向平面内摆动纵臂式：车轮在车体纵向平面内摆动 烛式和麦弗逊式烛式和麦弗逊式 ；滑柱连杆形式，车轮沿直线移动；滑柱连杆形式，车轮沿直线移动 斜臂式：车轮在与车体成斜向的平面内摆动斜臂式：车轮在与车体成斜向的平面内摆动如图：横臂式如图：横臂式独立悬架结构独立悬架结构示意图示意图共共2222页页 第第4 4页页驱动桥驱动桥横臂式横臂式独立悬架结构示意图独立悬架结构示意图两两半轴套管是独立的，半轴套管是独立的，可在横截面上相对摆动可在横截面上相对摆动横臂横臂共共2222页页 第第5 5页页右图：烛式和麦弗逊式独立悬架右图：烛式和麦弗逊式独立悬架结构示意图结构示意图烛式：车轮可以沿固定在车架上的主销直线移动烛式：车轮可以沿固定在车架上的主销直线移动麦弗逊式：滑柱连杆式，烛式的改进，增加了横摆臂麦弗逊式：滑柱连杆式，烛式的改进，增加了横摆臂左图：纵臂式独立悬架结构左图：纵臂式独立悬架结构示意图图示意图图纵臂纵臂转动中转动中心心前进方前进方向向共共2222页页 第第6 6页页斜臂式独立悬架示意图斜臂式独立悬架示意图 车轮的浮动是沿某一确定的轴线摆动，其摆动平面车轮的浮动是沿某一确定的轴线摆动，其摆动平面倾斜于车体的纵、横截面倾斜于车体的纵、横截面共共2222页页 第第7 7页页（3 3）烛式独立悬架）烛式独立悬架特点：特点：主销固定在车架上，悬架变主销固定在车架上，悬架变形时主销参数不变形时主销参数不变采用螺旋弹簧，与主销制成采用螺旋弹簧，与主销制成一体一体转向节沿主销方向上下移动，转向节沿主销方向上下移动，变形时仅轮距略变变形时仅轮距略变有利于操纵、行驶的稳定，有利于操纵、行驶的稳定，但主销承受全部侧向力，现代但主销承受全部侧向力，现代汽车已很少采用汽车已很少采用共共2222页页 第第8 8页页（4 4）麦弗逊式独立悬架）麦弗逊式独立悬架 筒式筒式减振器减振器7 7兼有立式滑兼有立式滑柱的功能，柱的功能，横摆臂横摆臂1212两端分两端分别与车架、转向节别与车架、转向节相连；滑柱相连；滑柱7 7（减振（减振器）两端也分别与器）两端也分别与车架、转向节相连。车架、转向节相连。因此该结构行驶因此该结构行驶过程所承受侧向力过程所承受侧向力的大部分由横摆臂的大部分由横摆臂1212承担，减轻了滑柱的承担，减轻了滑柱的负担。负担。共共2222页页 第第9 9页页（5 5）多轴汽车平衡悬架）多轴汽车平衡悬架 多轴汽车的车轮较多，若是采用简单的非独立悬架多轴汽车的车轮较多，若是采用简单的非独立悬架或直接与车架刚性连接，则不能保证所有车轮与地面的或直接与车架刚性连接，则不能保证所有车轮与地面的接触；若都采用一般的独立悬架则结构过于复杂，特别接触；若都采用一般的独立悬架则结构过于复杂，特别是多轴全驱动车辆，底盘构造更加复杂，不符合实际的是多轴全驱动车辆，底盘构造更加复杂，不符合实际的需求。需求。三轴汽车行驶情况示意图三轴汽车行驶情况示意图左图：刚性连接左图：刚性连接 右图：等臂式平衡悬架右图：等臂式平衡悬架共共2222页页 第第1010页页特点：特点：使前桥转向轮承受足够的垂直荷载，保证转向功能使前桥转向轮承受足够的垂直荷载，保证转向功能 所有车轮分担的垂直荷载与平路行驶时接近，有利所有车轮分担的垂直荷载与平路行驶时接近，有利 于发挥汽车的设计性能（特别是多轴驱动越野车）于发挥汽车的设计性能（特别是多轴驱动越野车）避免因荷载分配不均造成的局部超载避免因荷载分配不均造成的局部超载 等臂式平衡悬架是三轴汽车常见的一种悬架，其结等臂式平衡悬架是三轴汽车常见的一种悬架，其结构与纵臂式独立悬架相似。构与纵臂式独立悬架相似。采用钢板弹簧，并充当杠杆，两端为二、三轮轴中采用钢板弹簧，并充当杠杆，两端为二、三轮轴中心，整体相当于一套以悬架中心为支点的等臂杠杆，可心，整体相当于一套以悬架中心为支点的等臂杠杆，可保证车轮在不平路面行驶时垂直荷载分布的均匀性。保证车轮在不平路面行驶时垂直荷载分布的均匀性。（如图所示）（如图所示）共共2222页页 第第1111页页三轴三轴汽车中后驱动桥平衡悬架外观图汽车中后驱动桥平衡悬架外观图共共2222页页 第第1212页页（6 6）主动悬架概述）主动悬架概述 传统的悬架（被动悬架）其刚度、阻尼特性等都是传统的悬架（被动悬架）其刚度、阻尼特性等都是按经验或优化设计的方法确定，这类悬架一旦用于汽按经验或优化设计的方法确定，这类悬架一旦用于汽车，在任何环境下，性能保持不变。车，在任何环境下，性能保持不变。主动悬架主动悬架 悬架系统的刚度、阻尼特性可以根据汽车行驶状态、悬架系统的刚度、阻尼特性可以根据汽车行驶状态、路面状况等条件不同，进行动态自适应调节，从而使悬路面状况等条件不同，进行动态自适应调节，从而使悬架始终处于最佳减振状态。架始终处于最佳减振状态。悬架刚性的可变性将大幅度提高车辆行驶的速度和悬架刚性的可变性将大幅度提高车辆行驶的速度和平稳性。平稳性。共共2222页页 第第1313页页主动悬架分类主动悬架分类 2020世纪八十年代以来世界各大公司争相研发这类系世纪八十年代以来世界各大公司争相研发这类系统，目前丰田、沃尔沃（瑞典）等已有较成功的运用。统，目前丰田、沃尔沃（瑞典）等已有较成功的运用。主动悬架系统按是否拥有动力源，分为全主动悬架主动悬架系统按是否拥有动力源，分为全主动悬架系统和半主动悬架系统两大类。系统和半主动悬架系统两大类。全主动悬架构造全主动悬架构造 基本构造：由弹性元件、减振单元、导向机构、作基本构造：由弹性元件、减振单元、导向机构、作用力控制装置四大部分组成。用力控制装置四大部分组成。主动悬架中常规零部件与一般悬架功能、作用相主动悬架中常规零部件与一般悬架功能、作用相同，其关键部分是作用力控制装置。同，其关键部分是作用力控制装置。共共2222页页 第第1414页页作用力控制装置包括四部分：作用力控制装置包括四部分：执行机构：执行机构：执行控制系统的指令，按要求完成具体操作。执行控制系统的指令，按要求完成具体操作。常用元件由常用元件由液压缸、气缸、伺服电机、电磁铁液压缸、气缸、伺服电机、电磁铁等。等。测量系统：测量系统：适时测量系统各种状态，为控制提供依据。适时测量系统各种状态，为控制提供依据。控制系统：控制系统：核心部件为计算机，完成数据的处理和发出核心部件为计算机，完成数据的处理和发出各种控制指令。各种控制指令。能源系统：能源系统：为以上各个部件提供能源。为以上各个部件提供能源。共共2222页页 第第1515页页 四轮各安四轮各安装一个油气装一个油气弹簧，经油弹簧，经油路相连形成路相连形成全闭环式环全闭环式环路控制系统。路控制系统。车身、车轮车身、车轮的振动量经的振动量经传感器转换传感器转换成一种信息成一种信息传到控制系传到控制系伦敦城市客车所用的一伦敦城市客车所用的一种主动悬架种主动悬架统进行处理并发出指令达到执行系统，调整油气弹簧的高度统进行处理并发出指令达到执行系统，调整油气弹簧的高度和刚度。和刚度。液压系统油气弹簧共共2222页页 第第1616页页第七章第七章 汽车转向系统汽车转向系统 操作转向系统使行进中的汽车，能按驾驶操作转向系统使行进中的汽车，能按驾驶员的意志改变行驶方向。员的意志改变行驶方向。就轮式汽车而言，所控制的是转向桥（前就轮式汽车而言，所控制的是转向桥（前桥）车轮相对汽车纵轴线（前进方向）偏转一桥）车轮相对汽车纵轴线（前进方向）偏转一定角度；另外，驾驶员也能通过这一机构校正定角度；另外，驾驶员也能通过这一机构校正行驶中因意外受力所造成的车轮偏转。行驶中因意外受力所造成的车轮偏转。弯道弯道 路面干扰路面干扰 交通干扰交通干扰 意外事件意外事件交通交通障碍障碍事故事故弯道弯道共共2222页页 第第1717页页系统功能的实现系统功能的实现 普通车辆的转向系统是由人力操作的，系统普通车辆的转向系统是由人力操作的，系统所有传力件为机械零件，即所谓机械转向系；所有传力件为机械零件，即所谓机械转向系；对大型汽车来说，转向控制则要兼用人力、对大型汽车来说，转向控制则要兼用人力、发动机动力（人力仅占小部分），这类系统称为发动机动力（人力仅占小部分），这类系统称为动力转向系。动力转向系。1010吨以上重型车，一旦动力转向失灵，人力吨以上重型车，一旦动力转向失灵，人力将很难（无法）完成汽车转向。将很难（无法）完成汽车转向。机械转向系统机械转向系统 动力转向系统动力转向系统共共2222页页 第第1818页页一、汽车转向系统的组成一、汽车转向系统的组成 无论是机械还是动力，转向系统都是由无论是机械还是动力，转向系统都是由转向操作、运转向操作、运动转换、转向传动动转换、转向传动三大部分组成，动力转向系统中则另附三大部分组成，动力转向系统中则另附有液压传力等动力装置。有液压传力等动力装置。机械转向系统示意图1、2、4为为操作部分操作部分3 3 万向节万向节5 转向器转向器运动转换运动转换6、7、8、10为传为传动部分动部分共共2222页页 第第1919页页二、理想状态两侧转向轮偏转角二、理想状态两侧转向轮偏转角 为保证转向时所有车轮均相对地面作纯滚，车轮偏转为保证转向时所有车轮均相对地面作纯滚，车轮偏转参数应满足以下关系：（见下图）参数应满足以下关系：（见下图）双轴汽车转双轴汽车转向轮偏角向轮偏角DE ctgOE/L（ODDE）/L ctgOD/L 则：则：两侧转向轮偏转角两侧转向轮偏转角 ctg ctgB/L当取当取max有：有：RminL/maxRmin称为车辆的最小转弯半径称为车辆的最小转弯半径共共2222页页 第第2020页页转向近似机构转向近似机构 设计转向传动机构各杠杆时，必须准确计设计转向传动机构各杠杆时，必须准确计算主要参数以保证上述关系。算主要参数以保证上述关系。迄今为止，世界上所有车辆的转向传动机迄今为止，世界上所有车辆的转向传动机构尚不能做到绝对准确，一般仅能达到构尚不能做到绝对准确，一般仅能达到、在一定范围内足够接近理想状态。在一定范围内足够接近理想状态。共共2222页页 第第2121页页 思考题：1.1.独立悬架有什么结构特点？主动悬架与独立悬架有什么结构特点？主动悬架与 传统悬架有何异同？传统悬架有何异同？2.2.为什么要求两侧转向轮转向偏角不同？什么是转为什么要求两侧转向轮转向偏角不同？什么是转 向条件？其理想关系如何？向条件？其理想关系如何？思考题共共2222页页 第第2222页页