汽車懸架系統(tǒng)匹配與設(shè)計

概述

本章系統(tǒng)的闡述了各種懸架結(jié)構(gòu),力學模型的簡化方法,及設(shè)計計算方法。

1前懸架和后懸架概論

懸架的型式根據(jù)其是用于可轉(zhuǎn)向的前橋，還是后橋，是用于驅(qū)動橋，還是非驅(qū)動橋而有

所不同。此外，還有非獨立懸架和獨立懸架之別。屬于后者的有雙橫臂式懸架和麥弗遜式懸

架，它們所需側(cè)向（即占汽車中部的）空間小（有利于發(fā)動機布置）；以及縱臂式懸架和斜置

單臂式懸架，它們幾乎不占用高度空間，從而允許行李箱寬敞，而且底部平整。

介于非獨立懸架和獨立懸架之間的是復(fù)合式懸架。它非常節(jié)省空間，但僅可用作為前輪

驅(qū)動車輛的后懸架（見后文）。

在所有非獨立懸架中，車橋在整個彈簧行程范圍內(nèi)運動，為此必須提供車橋上方的空

間。對于后橋來說，這就要減小行李箱空間，并使備胎布置困難；而對于前橋來說，車橋要布

置在發(fā)動機下方，為了獲得足夠的彈簧壓縮行程，就不可避免地要抬高發(fā)動機或者是把它后

移。由于這個原因，非獨立懸架用于前橋僅僅是在載貨汽車以及全輪驅(qū)動的多用途轎車中。

2獨立懸架概論

轎車底盤的發(fā)展應(yīng)該比發(fā)動機發(fā)展得快。加速性能不斷改善，最高車速和轉(zhuǎn)彎車速愈來

愈高以及行駛減速度愈來愈大，要求有更加安全的底盤。獨立懸架正是適合于此要求。它的主

要優(yōu)點是：

a.需用空間小；

b.前束的運動學變化及彈性運動學變化產(chǎn)生不足轉(zhuǎn)向趨勢，即具有高速隨動轉(zhuǎn)向性能（見后

文）；

c.易于實現(xiàn)驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)向；

d.質(zhì)量小;

e.左右車輪互不影響。

￡具有高的操縱穩(wěn)定性能和平順性能.

5.1雙橫臂式懸架設(shè)計

5.1.1雙橫臂懸架的結(jié)構(gòu)與力學模型簡化

圖5.1.1某貨車的雙橫臂前懸架

圖5.1.1采用前置轉(zhuǎn)向梯形的貨車的前懸架。一根橫梁用作副車架，通過螺栓

連接在車架下方。彈簧、限位塊、減振器和兩對橫臂支承在橫梁這一“受力中心”

上。只有橫向穩(wěn)定桿、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向直拉桿和下橫臂的拉桿固定在車架縱梁上。拉

桿前部支承著一個具有縱向彈性的橡膠支座。該支座緩和帶束輪胎的縱向剛度。

雙橫臂式懸架的主要優(yōu)點在于其運動規(guī)律的可設(shè)計性。根據(jù)橫臂的相互位置，

即角度a和夕的大小，可定出側(cè)傾中心和縱傾中心的高度，改變橫臂長度，還會影

響上下跳動的車輪的角運動，即車輪的外傾角變化和（在極限情況下）與此相關(guān)的

輪距變化。當雙橫臂較短時，車輪上跳導(dǎo)致外傾角沿負值方向變化而車輪下落時導(dǎo)

致外傾角沿正值方向變化，因此車身側(cè)傾時的外傾變化規(guī)律正好與此相反。縱傾中

心0,對于前懸架來說，處在車輪后方；而對于后懸架來說，則在車輪前方。如果

（X置于車輪中心上方，不僅可以獲得良好的抗轉(zhuǎn)動縱傾性，而且還會減小驅(qū)動橋的

啟動下沉量。這也是雙橫臂式懸架愈來愈多地在較高級的轎車中用于后驅(qū)動橋的原

因。

圖5.1.2彎長臂式汽車的前輪轉(zhuǎn)向節(jié)

圖5.1.2DaimlerBenz260SE/560SEC型車的前輪轉(zhuǎn)向節(jié)。它的有效距離C

較大。上橫臂6上帶有導(dǎo)向球錢鏈的殼體。下承載錢鏈7壓入車輪轉(zhuǎn)向節(jié)5中。圖

中可清楚的看到可通風的制動盤34,他正對直徑較大的輪轂9自里向外伸出。深槽

輪輛43的底部不對稱，從而為制動鉗（圖中未畫出）留出了位置。

圖5.1.3雙橫臂式前懸架

圖5.1.3DaimlerBenz牌260SE/560SEC型車的前懸架。為了使得主銷偏移距

rs=0mm時，可通風的制動盤具有較大的直徑，該懸架的下承載錢鏈必須大致位于車

輪中心處。拉伸和壓縮行程限位塊布置在充氣的單筒式減振器中。先后伸出的支撐

桿支撐著一根附S的隔音橫梁。它的橡膠支座在圖的左下方特別標出。

兩橫臂可使車輪的上下跳動符合所需的運動學特性，并由橫臂傳力給車身（圖5.1.4）。

側(cè)向力Fsva產(chǎn)生一個附加力矩。該力矩使得曲線行駛時汽車車身的側(cè)傾度增大.

圖5.1.4獨立懸架的力學模型

圖5.1.4在前獨立懸架中，曲線行駛時的側(cè)向力Fsva在連接車身和車橋的橫臂

中引起反作用力FE和FG。由此在車身的左右側(cè)均產(chǎn)生力矩，這些力矩增大車身的側(cè)

傾。不管這種情況如何，為了使得作用在車身和橫臂支承處的力較小，并從而使支

承中的橡膠件的變形不超出極限范圍，應(yīng)讓雙橫臂式懸架中E點和G點之間的有效

距離c盡可能大點。因此PASSAT等新型雙橫臂懸架采用較長的轉(zhuǎn)向節(jié)上橫臂，以便

增加c的長度，同時，能提高側(cè)傾中心的高度,以便減少側(cè)傾（角與力矩）.擺臂需要用支

座支承，這些支座會在載荷作用下變形，并影響懸架剛度；普遍采用支座中的橡膠

件的扭轉(zhuǎn)使得剛度增大。

隨著車身的側(cè)傾，車輪也傾斜（圖5.1.5）o車身外側(cè)車輪承受較大的側(cè)向力分量，其外

傾角沿正值方向變化，而車身內(nèi)側(cè)車輪的外傾角則沿負值方向變化，這會產(chǎn)生增大輪胎側(cè)偏角

的缺點。為避免這種情況，外傾角的運動學變化應(yīng)彌補這一缺點（見后面章節(jié)）。此外，還要

盡可能地減小曲線行駛時車身的側(cè)傾。通過采用較硬的彈簧，附加橫向穩(wěn)定桿或者是增大側(cè)傾

中心的高度可以達到這一目的（見后文）

圖5.1.5曲線行駛中車身側(cè)傾一個角度

圖5.1.5如果曲線行駛中車身側(cè)傾一個角度9,車身外側(cè)獨立懸架的車輪的外

傾角變化一個正值十%，而車身內(nèi)側(cè)車輪的外傾角變化一個負值一方。輪胎的側(cè)偏角

增大，從而傳遞側(cè)傾力Aa.i的能力下降。Mvv是車輪質(zhì)量分配在前橋上的分量，

冗wv是作用在質(zhì)心S高度上的離心力。一個車輪下跌，而另一個車輪上跳，即車身

兩側(cè)車輪“反向跳動"，這時：Fnva=Fnv+JFnv,Fnvi=Fnv-JFnvo

采用雙橫臂式懸架，這種懸架在汽車的每一側(cè)均有二根橫臂，分別較接在車

架、副車架或者是車身上。如果是用作前懸架，則橫臂外端通過球錢與車輪支架，

確切地說是與轉(zhuǎn)向節(jié)軸。橫臂之間的有效距離c愈大（圖5.1.4）,作用在橫臂及其

支承上的力就愈小，即所有構(gòu)件的變形就愈小，從而車輪的導(dǎo)向性愈精確。

5.1.2汽車懸架運動學和車橋彈性運動學與定位參數(shù)設(shè)計

車橋運動學描述的是車輪在彈性變形過程和轉(zhuǎn)向是的運動。而彈性運動學則是闡述由于輪

胎和路面之間的力和力矩引起車輪定位值的變化，這是懸架部件具有彈性的結(jié)果。DIN7000規(guī)

定了反映所有運動的坐標方向（圖5.1.6）。

圖5.1.6DIN70000中規(guī)定的車橋坐標系。正的Z軸方向向上；從行使方向

看，Y軸箭頭向左

為了確保所期望的行使特性和直線行使操縱穩(wěn)定性以及避免輪胎的過度磨損，車輛前橋

應(yīng)設(shè)計定位角，包括允許的公差。如果后橋不是非獨立懸架的驅(qū)動橋，這一規(guī)定同樣適用。前

束可以通過轉(zhuǎn)向橫拉桿或一個偏心輪來調(diào)節(jié)，大多數(shù)情況下車輪外傾角和主銷后傾角也可調(diào)

節(jié)。主銷內(nèi)傾角、主銷后傾角、輪胎外傾角、主銷偏移距、主銷后傾拖距和前束角的設(shè)計值。

車輪定位值與負荷及載荷分配有關(guān)，為了不給修理和批產(chǎn)中的測量工作造成不必要的麻

煩，德國標準DIN70020把空載狀況作為測量基準,ISO和GB標準也定空載為檢查標準數(shù)值。

1軸距和輪距與懸架設(shè)計

（2）軸距

軸距L-從前橋軸心至后橋軸心測得的距離-對行使性有決定性的影響。與汽車長度相比，

大的軸距可以使乘客合理的安置在車橋之間，從而減小負荷對載荷分配的影響。并且車身的前

懸部分和車身的后懸部分都較短，使縱傾振動的趨勢下降，這樣可以采用較軟的彈簧，提高行

使平順性。相反，軸距較短則使轉(zhuǎn)彎輕便，即同樣的轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角下，轉(zhuǎn)彎圓較小。

大部分最近投入市場的這種形式汽車的軸距還是比以前的要長。比值Ki可以作衡量依

據(jù)。在現(xiàn)在轎車中這個值為：

軸距

=0.60±0.07

車輛長度

汽車越小，Ki值應(yīng)越大。軸距一般在L=2150-3070之間，可從各類汽車公司的說明書中

獲知。這是懸架設(shè)計的硬點之一.

（3）輪距

較大的前輪距bv和后輪距瓦（圖5.1.7），對汽車的曲線行使性能和側(cè)傾具有決定性的影

響。輪距應(yīng)盡可能大，但其與汽車寬度的比值不能超過一個給定值。就前橋而言，車輪在上跳

且轉(zhuǎn)向角達最大時不允許擦及汽車翼子板。而且對于驅(qū)動橋（不管是前橋還是后橋都適用）來

說，至少都有安裝雪地防滑鏈所需的空間。車輪在上跳時不允許碰上任何底盤部件或車身。目

前轎車的的輪距為b、,.h=1205-1550。比值kB可作為衡量寬度利用率的參數(shù)，它盡可能大：

輪距

=0.81~0.86

車輛寬度

圖5.1.7在雙輪結(jié)構(gòu)中，輪距bv是指車輪中心平面之間的距離。在此必須注意的

是，每個車輪的承載的能力變小

在幾乎所有的獨立懸架中，車輪的上下跳動都會導(dǎo)致輪距發(fā)生變化。輪距變化的后果由

其產(chǎn)生的作用而定；或者說-如以下章節(jié)所述-當需要較高側(cè)傾中心時，輪距變化是不可避免

的。輪距變化的缺點是會引起滾動輪胎的側(cè)偏（圖5.1.8和圖5.1.9）o從而產(chǎn)生側(cè)向力、較大

的滾動阻力和使直線行使能力下降。此外，輪距變化還對轉(zhuǎn)向系有影響。

行皎方向

圖5.1.8在獨立懸架中，汽車駛過不生側(cè)偏角a。由此不僅產(chǎn)生了側(cè)向

平路面時車輪的上下跳動會引起輪距的力，還使直線行使的能力下降，滾動阻

變化，從而使輪胎產(chǎn)力增大。

圖5.1.9由于輪距的變化產(chǎn)生輪胎作

用在路面上的側(cè)向力Fs。午線輪胎上測

量的結(jié)果。

在底盤設(shè)計中要求事先在圖紙上檢查前橋和后橋上的輪距變化。為此可在雙橫臂式懸架

中作出長度為c和f的橫臂繞C點和D點（也就是橫臂轉(zhuǎn)軸）轉(zhuǎn)動的圓弧。外側(cè)球絞中心用點

1和點2表示（圖5.1.10）。為了描述車輪支架和車輪，配制了一塊模板（圖5.1.11）它上面的

孔點除了點1和點2外還有車輪接地點N以及需要時還包括轉(zhuǎn)向橫拉桿外端較中心Uo如圖

5.1.10所示，著塊模板上的點1和點2沿著繞C點和D點的圓弧運動。而且向上的運動的極限

位置由模板上的N點到達預(yù)先按車輪上跳距離Si繪出的與地面的平行線決定，向下運動的極

限位置由車輪下落距離S2決定。在次將N和U的位移逐點繪出。由這些找到的點的連線即可

定出輪距的變化以及轉(zhuǎn)向橫拉桿錢點的位移。但在此沒有考慮橫臂支承中的彈性。

圖5.1.10借助于圖5.L11中所述模塊確定雙橫臂式懸架輪距變化（在車輪接地點

N）和轉(zhuǎn)向橫拉桿外端絞點U的軌跡圖解法。

圖5.1.11可簡單確定輪距變化的模板。適用于雙橫臂式懸架（圖5.1.10）麥弗遜式懸架在

汽車翼子板上有一個支撐點Co在車輪上跳時下球較點2和點C之間的距離縮短，而在車輪下

落時該距離增長。

在所有的獨立懸架中，極點P的位置確定了（在小的彈性范圍內(nèi)的）瞬時輪距

變化土ab。如果P點位于地面上，并且雙橫臂式懸架的橫臂長度選擇得使極點當車

輪上下跳動時在地面上來回側(cè)向移動，則可避免輪距變化。通過計算、作圖可以在

彈簧行程$=±70111111的范圍內(nèi)證明這一事實。不過在此還沒有考慮存在的彈性。

在安裝完畢的汽車上，輪距變化是可測量的。它是車輪上下跳動值（S］和S2）的函數(shù)，

可通過測量支承著同一車橋上的2個車輪的2塊平行板的側(cè)向位移而獲得。2塊板相互平行是

必要的，因為在車輪上下跳動時產(chǎn)生的微小的前束變化引起板的轉(zhuǎn)動，會使測量不準。在圖形

表達中車輪跳動值標在縱坐標上（圖5.1.12）,并且-與車橋的運動方向一致-上跳值（si）向上

為正，下落值向下（S2）。零位置應(yīng)與設(shè)計質(zhì)量相對應(yīng)，即汽車中乘坐3名（也可能是2名）

68Kg的乘客。觀察空車可能會與實際情況不符。

圖5.1.12獨立懸架上兩個車輪之間輪距b、,或比與載荷狀態(tài)有關(guān)2個車輪的輪距變化4b

標在橫坐標軸上，這是輪距增大（作為正值）向右，輪距減小（作為負值）向左。零位置的

輪距b、，.h是重要的參數(shù)必須標出，它與滿載（或空載）時的輪距差值4b可在彈簧特性曲線

上確定。零位置至允許軸荷時的輪距差值可在彈簧特性曲線上確定。零位置至允許軸

荷時的壓縮行程（或至空載狀況下的拉伸行程As?）可在彈簧特性曲線上讀出，4b作出

△S的函數(shù)，可從輪距變化曲線上得到。

圖5.1.13示出了雙橫臂式懸架的輪距變化曲線。可以看出輪距變化值很小。正如上所詳細

描述的，曲線的形狀由側(cè)傾中心Wv的高度決定。圖5.1.13中Renault牌車的側(cè)傾中心位于地面

上，優(yōu)點是在無干擾的直線行使中只有很小的輪距變化值。其它兩種轎車的側(cè)傾中心則在地面

上方。

設(shè)計位置k

圖5.1.13在前橋驅(qū)動型車的Fit牌Uno型車和Renault牌20型車以及標準驅(qū)動型

式的Mercedes牌190E型車上測得的2個車輪的輪距變化。具有雙橫臂式懸架的

Renauit牌車，其優(yōu)點是顯而易見的。

圖5.1.14在VW牌GolfGti81

型車測得的2個車輪的輪距變化。

設(shè)計位It布ft較低

mm-15mm

輪距減小量輪距增大量

T

在雙橫臂式懸架中，彈簧安裝在上橫臂

或是下橫臂上。兩種情況下都將出現(xiàn)一組力

偶。這個力偶根據(jù)橫臂支承中的彈性使輪距

變化曲線有微小變化。在每種情況下根據(jù)在

汽車（裝有彈簧）上測得的變化

圖5.1.15在Opel牌Manta型車的

雙橫臂式懸架上根據(jù)裝有彈簧和不裝

彈簧的形式測得的2個車輪的輪距變

化和車輪跳動量的關(guān)系曲線。2種形式

下的曲線曲率不同。

圖5.1.15Opel牌Manta型車的雙橫臂式

懸架的輪距變化和車輪跳動量的關(guān)系曲線

2側(cè)傾中心和側(cè)傾軸線

側(cè)傾中心及側(cè)傾軸線直接影響汽車操縱穩(wěn)定性及平順性，在所有的獨立懸架中，輪距變化

和側(cè)傾中心高度之間有直接的關(guān)系。因此這二者總是一起考慮。

⑴定義

根據(jù)DIN7000規(guī)定，側(cè)傾中心是指通過車輪中心的橫向垂直平面上的一點，在這點上給

簧載質(zhì)量一即車身一施加一個側(cè)向力（y軸方向），可以不產(chǎn)生側(cè)傾角運動。因此側(cè)傾中心是

汽車軸線（從前面看）和車橋中心（從側(cè)面看）上的點，圍繞著這點車身在側(cè)向力作用下做側(cè)

傾運動。此外車橋和車身之間的側(cè)向力通過這個點。側(cè)傾中心是汽車軸線上或下的點W（圖

5.1.16）?輪距變化曲線上車輪接地點處的切線A-B的垂直線也通過這個點。據(jù)此可由△$和4

b（在切線上量取）確定前懸架的側(cè)傾中心W點高度hwv（及后懸架的hwh），而且這里還考慮

了擺臂支撐中的彈性其中的關(guān)系為：

助=%，，八

=tana(5.3.1)

氏0.5?瓦.」

由此可得折算到單個車輪上的側(cè)傾中心高度為:

前懸架：hWv=—^

Av2

后懸架：九班=竺?生（單輪，5.3.2）

Av2

當bv=1400mm,單輪△b=6mm及△s=40mm時有：

,61400…

九人=—?----=105mm

'402

在任一負載狀態(tài)點下的輪距變化越大（圖5.1.14）,切線的垂直線就越陡，側(cè)傾中心距

離地面也就越高。而輪距變化越小時W點的離地高度也就越小，并且當切線A-B與縱坐標軸

平行時，W點就在地面上。圖中所給的是2個車輪的輪距變化，側(cè)傾中心高度也可以用同樣的

方法得出，只須僅考慮輪距變化的一半她即可。由此得出公式：

2

廂產(chǎn)絲也?（雙輪，5.3.3）

W'J,AS?4

在圖5.1.17中曲線上所作的切線，在正常載荷下將趨向與縱坐標軸平行。加栽時，側(cè)傾中

心下降（這是不理想的），這是麥弗遜式懸架的缺點。相反，在雙橫臂懸架中切線的角度是變

化的，從而使W點的高度在負荷狀態(tài)下的變化很小.

圖5.1.16側(cè)傾中心W位于汽車軸線

（從前面看）和側(cè)視圖中的車橋中心

上。

圖5.1.17根據(jù)測得的單輪輪距變化曲

線，作出曲線上任一負載狀態(tài)下的切

線，可確定側(cè)傾中心的高度hwv.h。

（2）側(cè)傾軸線

汽車上理論的側(cè)傾線C（即前、后懸架側(cè)傾中心的連線，圖5.1.18）的位置和側(cè)傾中心在

負荷作用下的高度變化一樣對行使性能具有決定性的影響。在獨立懸架中這根軸線應(yīng)大致與地

面平行，但盡可能離地高些。平行是為了使得在曲線行使時前后軸上的軸荷變化接近相等（從

而保證中轉(zhuǎn)向性能）；而盡可能高則是為了使車身的側(cè)傾限制在極限范圍內(nèi)。然而前懸架的側(cè)

傾中心高度受到允許的輪距變化極限所限制；并且?guī)缀醪豢赡艹^廂,.=150加加。此外，在前

輪驅(qū)動型式的車輛中，由于前橋軸荷大，且為驅(qū)動橋，故盡可能使前輪輪荷變化小。由于獨立

懸架中側(cè)傾中心高度為：前懸架力眸=0?120mm

后懸架hWv=0~150/77/77

底盤的設(shè)計首先要確定（與輪距變化有關(guān)的）前懸架的側(cè)傾中心高度既小以便隨之能確

定相應(yīng)的后橋。采用獨立懸架時，后懸架側(cè)傾中心的高度%,“要稍大些。如果采用非獨立懸

架，則曲線行使中的車身支承范圍更小。它是由比輪距bn更窄的彈簧中心距bF決定的。為了

補償這一不足，建議將后懸架的側(cè)傾中心設(shè)計更高些（參見圖5.1.18）。

圖5.1.18前后懸架側(cè)傾中心之間的連線C（這里是傾斜的）稱之為理論側(cè)傾軸

線，距離4心是指側(cè)傾軸線和車身質(zhì)心之間的垂直于地面的側(cè)傾力臂。如果汽車的

后懸架是非獨立懸架，圖示傾斜的側(cè)傾曲線是有利的。而當前后懸架都是獨立懸架

時，側(cè)傾軸線略有些傾斜即可。

圖5.1.18中附加標出的線A和B是實際的側(cè)傾軸線，大都平行于地面。確切的位置與擺臂

的狀態(tài)有關(guān)。車身在側(cè)向力作用下圍繞A線和B線傾斜。

⑶懸架的側(cè)傾中心

極點的高度確定了側(cè)傾中心W的位置（圖5.1.19）o如果P點高于地面，則側(cè)傾中心同

樣也高于地面。如圖5.1.17中所見，在輪距變化曲線零點處的切線與垂直線偏離一個角度a。

而這一點的曲線曲率與極點p和車輪接地點N之間的距離有關(guān)。兩點相互離得越遠，曲線的曲

率就越小，而車輪外傾角的運動學變化規(guī)律也就愈不理想。下面的圖例說明了側(cè)傾中心高度

和距離P的圖解法。極點距離q可以量出或簡單計算出：

(5.3.4)

必須已知等數(shù)：c,a%勺,a也0,圖5.1.19雙橫臂式懸架和縱橫

臂式參見的距離R，和。的圖解法和

計算法。

如圖5.1.19所示，在雙橫臂式懸架中只

有橫臂的相互位置（即角度。和￡的大小）

有影響作用。將橫臂內(nèi)外轉(zhuǎn)動點的連線延

長，以便得到極點p。將。點與車輪接地點N

連接，即可在汽車軸線上獲得側(cè)傾中心W.

當橫臂相互平行時，則P點位于8。作出與

k其平行的通過N點的平行線（圖5.1.20）。

hsA----------2______r

w當極點P遠離車輪接地點時，建議通過

2Aco5/)*dlana*P0

計算求出距離P和Aw。參照圖5.1.19下方

sk

的計算公式。在側(cè)視圖上相互交錯的橫臂轉(zhuǎn)動軸-設(shè)計上要求，以便獲得縱傾中心需從E/點和

G/點引出向下及向上的垂直線得出點E2和G2（圖5.1.21）,在后視圖上由以E2線和G/G2

線得到極點Po它與車輪中心平面的連線（如圖5.1.21所示）又給出了側(cè)傾中心。如果車橋的

導(dǎo)向由橫置板彈簧承擔，則在采用中心夾具的情況下，運動杠桿臂L3對求得側(cè)傾中心有決定

影響。而在2點支撐的情況下，彈簧上的距離L2是決定性因素。

圖5.1.20橫臂相互平行的雙橫臂式懸架的側(cè)傾中心的確定。極點P位于8.

在麥弗遜式懸架中必須從車身上的固定連接點E做活塞桿運動方向的垂直線并將下橫臂延

長。2條線的交點即給出P點（圖5.1.22）。圖5.1.22同時還說明了如何通過將輪距從bV!增

寬至bV2,從而使側(cè)傾中心自線。W1升至W2。負的主銷偏移距要求下導(dǎo)出較移至車輪內(nèi)部。

圖5.1.21雙錢鏈雙橫臂懸架側(cè)傾中心

圖5.1.21當橫臂轉(zhuǎn)動軸空間相互交錯時，先在側(cè)視圖上通過E1和G1點作垂直地面的直

線。它們與轉(zhuǎn)動軸C1C2和D1D2的交點為E2和G2點，由此可在后視圖上用這兩點確定極

點。

圖5.1.22在上置中心夾緊的橫置板簧中的W和P的確定。

圖5.1.23下置2點支承的橫置板簧中的W和P的確定。

段EP為減振器柱軸的垂線該圖表明hw與擺臂的長度無關(guān)，該長度只對運動學特性有決定

性影響。當擺臂位置較平時，建議通過計算來求得hw和P。這時在作圖時極點P可能會落在繪

圖板以外。

3車輪外傾角

（1）外傾角值和外傾角定義

根據(jù)DIN70000規(guī)定，外傾角是指車輪中心平面和道路平面垂直線之間的夾角。如果車輪

上部

向外傾斜（圖5.1.24）,外傾角取正值，向內(nèi)

傾斜取負值-7,對汽車操縱穩(wěn)定性影響極十

圖5.1.24正的外側(cè)角是指車輪平

面上部向外偏離垂直線。

在乘坐2?3名乘員（零位置）時，轎車的前輪通常設(shè)計得具有微小的正外傾角，以使車輪

盡可能垂直于稍許有點拱形的路面滾動，并使磨損均勻和滾動阻力小。如圖5.1.24所示，理想

的外傾角值為：

y=5'-10'即約0.1°

為了獲得良好的輪胎轉(zhuǎn)彎側(cè)偏性能，目前所取得外傾角大都偏離了理想值。轎車空載時外傾角

基本上在理想值附近，而加載狀況下車輪則取有輕微的負值外傾角（圖5.1.24和5.1.25）。

除外傾角的大小外，有關(guān)公差范圍的說明也是重要的也就是說既允許偏離規(guī)定值，也可

以讓左右車輪的外傾角不相等。大量的研究表明，為了使前橋零件制造經(jīng)濟并且不要因狹小的

公差限制生產(chǎn)，通常取得的公差為±30'。大部分前懸架中，外傾角是可調(diào)的。

車輪外幀角Y

圖5.L25研究表明，當外傾角丫=+5,?+10，時，輪胎的磨損最均勻。更大的正

值外傾角會使輪胎外側(cè)胎肩磨損加劇。而更大的負值外傾角則加劇內(nèi)側(cè)胎肩的磨

損。

為了避免在直線行使中產(chǎn)生單側(cè)牽引轉(zhuǎn)向，應(yīng)該使左右車輪的主銷內(nèi)傾角之差不大于

△。=30,如圖所示，外傾角和主銷內(nèi)傾角有直接的關(guān)系，即外傾角偏差愈大，主銷內(nèi)傾角的

偏差也愈大。因此廠方規(guī)定左右外傾角之差不允許超過30，。比如在前橋總成圖上的說明可寫

成：

外傾角+30'±30'

左右車輪外傾角最大偏差30'

還需附加說明的是測量工況。根據(jù)DIN70020規(guī)定，必須在空載（即汽車無人乘坐）時進行測

量。

在采用獨立懸架和復(fù)合懸架的后懸架中，為了提高輪胎的側(cè)偏性能，車輪外傾角常設(shè)計成

負值。各種轎車在空載下的外傾角已是Y=1°。但這樣對于斜置單臂式懸架來說，在滿載工況

下存在車輪外傾角負的太大的危險。而這種危險會使輪胎發(fā)熱過量并由此導(dǎo)致輪胎胎面剝離。

一般轎車生產(chǎn)廠把這種形式的懸架的車輪外傾角又再設(shè)計成空載下取正值，其原因亦在此。在

非轉(zhuǎn)向的后橋上，外傾角公差值可達±30、附加的限制是不必要的。

（2）外傾角的運動變化

獨立懸架的缺點在于汽車作曲線行使時車輪隨車身一起傾斜，即車身外側(cè)車輪相對于地

面向正的外傾角方向變化，從而降低了承載較高一側(cè)的輪胎（與車身內(nèi)側(cè)輪胎相比）的側(cè)偏性

能。為了消除這一影響，轎車的懸架常常設(shè)計成車輪上跳時外傾角朝負值方向變化，而在下落

時朝正值方向變化（圖5.1.26和5.1.27）。

橫坐標為以（°）為單位的外傾角值，向左為負，向右為正。縱坐標上則以mm為單位

標出了向上的車輪上跳量S1及向下的車輪下落量S2。雙橫臂式懸架在車輪上跳曲線向負的外傾

角方向凹入，表明了這種懸架的優(yōu)點。而導(dǎo)向彈簧柱和減振器柱式懸架的曲線向相反的方向凹

入（這是不利的）。相反，在車輪下落后2種懸架的車輪外傾角向正值方向變化，這就意味著

（承載下的）車身的內(nèi)側(cè)車輪承受側(cè)向力的性能更好。

圖5.1.26研究表明，當外傾角丫=+5,?+10，時，輪胎的磨損最均勻。更大的正

值外傾角會使輪胎外側(cè)胎肩磨損加I劇。而更大的負值外傾角則加劇內(nèi)側(cè)胎肩的磨

損。

圖5.1.27在Opel牌RekordD型車雙橫臂式前懸架上測得的外傾角變化與車輪

上跳量Si和下落量S2之間的函數(shù)關(guān)系曲線。圖中同時給出FaitUno型車彈簧柱式前

懸架和Mercedes190E型車麥弗遜式前懸架的相應(yīng)曲線。

圖5.1.28給出了獨立懸架的外傾角變化曲線。可以看出它比前懸架的性能更好。由于不存

在轉(zhuǎn)向角，斜臂和橫臂可以安排得更合理。從所描述的零位置起，Mercedes車在滿載下壓縮量

為53mm,于是外傾角為7滿載=-2。50,，處于零界值7=-4。之下。零界值是不允許超過的。

圖5.1.28Mercedes190E型和Porsche924型車的后輪外傾角變化曲線。所分析

的190E型車的空間擺臂式懸架可調(diào)整出精確的外傾角，空載時丫。!=-55，及丫

。產(chǎn)-35，，乘坐3人后增大到約-1°30\當車輪上跳時，曲線呈斜率遞增性變化。出

廠說明中空載下丫=-50,±30\Porsche924型車的斜置單臂式懸架的變化曲線呈直

線型。當車輪上跳時，它的負外傾角小于所分析的190E型車。出廠說明規(guī)定空載狀

態(tài)下丫=一25'±30',左右最大偏差30、

（3）外傾角變化的圖解法

在設(shè)計中，前輪外傾角變化作為車輪跳動量的函數(shù)可根據(jù)柱銷內(nèi)傾角變化ACT方便的確

定。在雙橫臂式懸架中，作出長度為e和f的橫臂繞C點和D點（即橫臂轉(zhuǎn)動軸）運動的圓

弧，并標出在零位置時外側(cè)球校的中心點1和2（圖5.L29）。在上圓弧上任意確定一點3,并

繞該點以長度1-2作圓弧，即可得出點4。當車輪上跳為Si時，3-4連線與線1-2的夾角即為變

化角ACT。如果這個角向負的外傾角方向變化（如圖例中），則用零位置時時的外傾角為減去

ACT,即

7=4-Ac（例如+45'—2°=—

如果向正的方向變化，則要加入A。

7=4+ACT

一車輪正常位置

---車輪］跳傳先

圖5.1.29設(shè)計中雙橫臂式懸架的車輪外傾角變化的確定方法。它與主銷內(nèi)傾角

變化△。相同。

(4)彈簧外傾角

在曲線行使時，還必須考慮把由于側(cè)向力引起的外傾角變化附加到側(cè)傾外傾角中去。根據(jù)

DIN70000規(guī)定，△九是車輪外傾角的一個分量，它是由于懸架及轉(zhuǎn)向系中存在彈性，從而在車

輪和路面之間的力以及由其產(chǎn)生的力矩的作用下產(chǎn)生的。

OpelKadett

5

kN?taCorollo

A

■

-

K

W

-

M

I

VbMHl

圖5.1.30當在車輪接地點加上靜態(tài)側(cè)向力后，在各種后懸架上測得的彈性外傾

角變化曲線：

Opel牌Kadett型車：復(fù)合式懸架

Fiat牌Un。型車：復(fù)合式懸架

LanciaDelta型車：麥弗遜式懸架

Toyota牌Corolla型車：麥弗遜式懸架

Renault牌11型車：縱臂式懸架

可明顯看出，復(fù)合式懸架具有較小的彈性外傾角變化。考慮輪胎的拖距后所得的結(jié)果相

同。

所有的獨立懸架均可近似的參考下值作為彈性外傾系數(shù)（每kN）

dy/dF=22'/ikN（5.3.7a）

4前束和自轉(zhuǎn)向特性

（1）定義和規(guī)定值

根據(jù)DIN70000規(guī)定，靜態(tài)前束角6,是指在靜止的汽車上（參考狀態(tài)下）汽車縱向中心平

面和地面的交線之間的角度。如果車輪的前部靠近汽車縱向中心平面，則前束為正值；反之則

為負值（后束角）。

靜態(tài)總前束角是左右車輪前束角之和。

在前面所述的，1983年公布的標準規(guī)范中規(guī)定前束角的單位為弧度、度（也可用分）。而

在

DIN70020第一部分（1976年8月9日公布）

中規(guī)定前束用mm。這里前束是指差值V=B-

C（圖5.1.31）,既左右車輪輪輛邊緣后部間

距大于前部的余量。前束應(yīng)在空載時車輪停

在直線行使位置的狀態(tài)下，在車輪中心高度

上測量。V和車橋上的兩個車輪有關(guān)。在用

角度表達的形式下，車輪前束角6V與車輪側(cè)

偏角相當。也就是說，在具有前束的狀態(tài)

下，汽車的兩個前輪是斜向?qū)χ玫摹Ｈ秉c是

使?jié)L動阻力增大。

圖5.1.31根據(jù)DIN70020中規(guī)

定，前束V是指B-C的差值，單位為

mm,在車輪中心高度處的輪輛邊緣上

測得。

\FK=0.01心每加=10'

確定前束角R.要用到單個車輪的前束值v（即v/2）：

用弧度表示：山尸%（5.3.8）

用角度分表示%=%）?57.3?60（5.3.8a）

口在輪輛邊緣上測的，應(yīng)此必須考慮到距離D這一因素。在給定的前束值下，比如v=2mm,

小規(guī)格的12〃輪輛的前束角比15”的要大。圖5.1.32所示為輪輛直徑的影響。查輪胎找出各

個尺寸，D=d+2do前橋和后橋的前束值在：

v=1.0mm和4.5mm之間，

通常相當于金=0.0058rad。由于這個數(shù)量級的數(shù)字對修理行業(yè)是不適用的，目前在所有的車

間手冊中的前束說明都只用角度中的（'）或（mm）為單位，而且是指兩個車輪上的前束。

植捌仆仆121?U15,

圖5.1.32前束角6、與輪輛規(guī)格和單位為mm的單個前輪前束值的關(guān)系曲線。

矩MR=FR-r”使得在轉(zhuǎn)向橫拉桿中

產(chǎn)生力Fro制動力R與FR方向相

同，但作用力臂不同。

行駛方向

圖5.1.33滾動阻力使得在車

輪中心作用一縱向力FR,它通過

杠桿臂口把車輪向后壓向后束方

向。為簡化起見，在此及后面的

圖中把主銷軸假定成垂直的。力

直線行駛的車輪具有最小的輪胎磨損和最小的滾動阻力。滾動中在接地面上出現(xiàn)一個由

前向后的滾動阻力FR,通過杠桿臂0產(chǎn)生一個力矩，該力矩經(jīng)過轉(zhuǎn)向拉桿作用在轉(zhuǎn)向系上（圖

5.1.33）o

如果還存在彈性一尤其是在擺臂支座中一這個力矩還會輕微的向后擠壓車輪。為了達到

直線行駛目的，就規(guī)定了車輪相互斜相對立，即前束的方式。在前輪驅(qū)動行駛的車輛中驅(qū)動力

是由后向前作用的，這是車輪前側(cè)受到擠壓（圖5.1.34），從而使的在此采用后束（即負前束）

可能是有利的。為了不是反拖工況（即放松油門）下的行駛穩(wěn)定性變壞，前輪驅(qū)動行駛的車輛

也有部分采用前束。

除前束值的大小外，還規(guī)定了公差。對前輪來說，由于可以通過改變轉(zhuǎn)向橫拉桿的長度進

行調(diào)節(jié)，公差值不要超過±1mm。后獨立懸架的前束只能通過轉(zhuǎn)動擺臂轉(zhuǎn)動軸才可調(diào)節(jié)，即必

須有相應(yīng)的工具，以便能保證約±lmm的同樣的公差（圖5.1.35）。如果汽車的前束不能調(diào)

節(jié)，則必須允許取更大的偏差值，以便不會因零件的公差范圍下而使制造不經(jīng)濟。

圖5.1.34在前輪驅(qū)動型式的圖5.1.35為了調(diào)節(jié)外傾角和前

車輛中，驅(qū)動力使得車輪受到向前束，可在斜臂支承處設(shè)計帶有偏心

束方向的擠壓。兩側(cè)都出現(xiàn)力艮。盤片的六角螺栓。它安裝在側(cè)面的

法蘭盤上（Ford公司產(chǎn)品圖）。

一些轎車的出廠說明中表明:

r-

刖后

+25+1°'

Mercedes190E+20'±10'-5

+,

Mercedes500SE+3±lmm十+D3Q5-1.5

FordEEscort-2.5±1mm

Audi80+10'±15z

Audi!))quattro0+5,-10,±10'

-10

（A=全輪驅(qū)動,$=標準驅(qū)動型式，V=前輪驅(qū)動）

這些說明適用于空載狀況。

（2）前束的運動變化

比在靜止的汽車上調(diào)整出一個正確的前束更為重要的是，前束值在行使中能否保持，或者

說是否會因汽車的上下跳動而變化。后者可能是由于不足轉(zhuǎn)向性能的結(jié)果或者是為了達到確定

的行使性能所需要的。為了不因輪胎的側(cè)偏而使磨損加劇，滾動阻力加大以及直線行使能力受

到損害，如圖5.1.36和圖5.1.37中曲線1所示，無論在車輪下落還是上跳都不應(yīng)出現(xiàn)前束值的

變化。在圖中縱坐標上上是車輪跳動量（向上和向下），在橫坐標上向右是單輪正前束，向右

是負前束，即后束。曲線1是理想的形式，在設(shè)計中很難實現(xiàn)。必須允許與理想形式有小的偏

前束的變化可能是由于轉(zhuǎn)向橫拉桿的長度和位置不確定的結(jié)果。在轉(zhuǎn)向橫拉桿位于前橋

后方的

情況，雙橫臂式懸架的例中表明了不同長±70mm的范圍，3=27'的前束只產(chǎn)

度的轉(zhuǎn)向橫拉桿是如何在起作用的（圖生因彈性引起的極其微小的變化。

5.1.38）o長度太短（點2）,車輪在上跳定位值非常精確地符合出廠說明，

及下落時均被向后往一起拉，這就導(dǎo)致出6產(chǎn)25'一”。

現(xiàn)后束，如圖5.1.37中曲線2和圖5.1.39

所示。轉(zhuǎn)向橫拉桿長度太長，車輪相互壓

向前束方向，見曲線3o在兩中情況下曲

線都類似與圓弧狀。如果轉(zhuǎn)向橫拉桿的長

度較正確而內(nèi)錢鏈太高（或外校鏈太低，

圖5.1.40）,在車輪下落時其后側(cè)被向內(nèi)

拉，出現(xiàn)后束，而當車輪上跳時則產(chǎn)生前

束。結(jié)果是曲線類似一條傾斜的直線（圖

5.1.37中曲線4）。轉(zhuǎn)向橫拉桿內(nèi)側(cè)錢5太

低或外側(cè)較太高，則產(chǎn)生相反的影響，如

相應(yīng)的曲線所示，如轉(zhuǎn)向橫拉桿位于前橋

前方則所有討論的情況均出現(xiàn)相反的影

響。

—圖5.1.37單個車輪在上下跳動時因

把左惻4輪I---------轉(zhuǎn)向橫拉桿的長度或位置不確定而可能

6便I車把-------

總前京-------

二產(chǎn)生的前束變化。

法

如

設(shè)ilG7WcDW>

ac/

.qc

?

3的4e"i變化"

+

室做收金4輪中心病假）

圖5.1.36在Mercedes

190/190E型車的空間擺臂式后懸架圖5.1.38轉(zhuǎn)向橫拉桿太短（點

上測得的車輪上下跳動時的后輪前2）,使車輪在上跳或下落時均產(chǎn)生

束變化曲線。在車輪跳動量不超過

后束。太長則相反在兩個方向均產(chǎn)生前束（參見圖5.1.37）o

轉(zhuǎn)向橫拉桿內(nèi)側(cè)錢（點4）太

高得到圖5.1.37中曲線4,太低則得

到曲線5。

（3）側(cè)傾轉(zhuǎn)向引起的前束變化

圖5.1.39所示為幾輛轎車在運動過程中引起的前束變化曲線。在曲線行使時，上跳的車

身外側(cè)車輪產(chǎn)生后束，而下落的內(nèi)側(cè)車輪產(chǎn)生前束。在車身側(cè)傾的影響下轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角輕微的回

轉(zhuǎn)，從而由前橋的側(cè)傾不足轉(zhuǎn)向性可抵消汽車的過度轉(zhuǎn)向趨勢（圖5.1.40）及改善換道行駛時

的性能。

后橋在側(cè)傾時產(chǎn)生側(cè)向力過度轉(zhuǎn)向-并非沒有危險性。它可能在換道行使

時引起二次轉(zhuǎn)向（圖5.1.41）。為了防止這種情況發(fā)生并改善汽車的綜合性能，可將后軸也設(shè)

計的具有側(cè)傾不足轉(zhuǎn)向性（圖5.1.42）。這時獨立懸架中上跳的車身外側(cè)產(chǎn)生前束，而下落的

內(nèi)側(cè)車輪產(chǎn)生后束。

圖5.1.39在車身下沉心=?。!?!!的VW牌GolfGTi81型車上測得的前束變化曲

線。在（按工廠規(guī)定附加標出的）設(shè)計位置處的車輪上下跳動時的前束變化值小于

汽車在下沉位置時的情況。這對行駛性能和輪胎磨損的影響是不利的。此外圖中還

可以看出只有微小的車輪上跳余量。

向

A

圖5.1.40如果在車身側(cè)傾或

者是由于側(cè)向力的作用而上跳

的車身外側(cè)前輪產(chǎn)生后束，而

下落的內(nèi)側(cè)前輪產(chǎn)生前束，則

轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向角輕微地回轉(zhuǎn)一

個角度6v，車橋具有不足轉(zhuǎn)向

性。

圖5.1.41在側(cè)向力作用下，后橋傾斜一個角度6h，并引起使汽車向曲線內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)

的過度轉(zhuǎn)向（左圖）。VW牌汽車在Golf、Jetta和Passat型車中裝有軌跡校正軸

承，它可進一步防止過度轉(zhuǎn)向。

行駛方向

圖5.1.42為了減小過度轉(zhuǎn)向趨勢，后懸架可以設(shè)計成在轉(zhuǎn)彎時車橋產(chǎn)生側(cè)傾不

足轉(zhuǎn)向，即在車身側(cè)傾的影響下，上跳的車身外側(cè)車輪產(chǎn)生前束，而下落的內(nèi)側(cè)車

輪產(chǎn)生后束。

（4）縱向力引起的前束變化

（a）制動過程中的前束

前束能使汽車在制動過程中穩(wěn)定行駛。良好的直線行駛性能既可通過采用負的主銷偏移

距，又可通過前束的彈性運動變化來實現(xiàn)。

車頭部分在制動時下沉，把運動規(guī)律設(shè)計得具有側(cè)傾不足轉(zhuǎn)向，兩個車輪產(chǎn)生后束，即

附加的轉(zhuǎn)向方向與在正的主銷偏移距下制動力Fb產(chǎn)生的相同（圖5.1.43）o需要前束方向的反

向轉(zhuǎn)向時，可通過使前懸架具有心=0或較小的正主銷偏移距來實現(xiàn)。為此只要在橫臂1和轉(zhuǎn)向

橫拉桿7之間設(shè)置矢量C即可（圖5.1.43）。現(xiàn)以1985年前生產(chǎn)的MercedesW123型車的前

懸架為例。縱桿4前端支承在擺臂上的點G處，后端置于支承座5上。在制動力Fb作用下，

由于件5上的縱向彈簧變形，下導(dǎo)向較G向點4偏移，轉(zhuǎn)向橫拉桿外端較U側(cè)移向點9。由于

點G和U沿不同的圓弧運動，而且轉(zhuǎn)向橫拉桿的側(cè)向彈性小于橫臂1的支座D,故兩個前輪受

到向前束方向的擠壓，盡管存在著反向作用力矩Mb=Fb-rbo

圖5.1.43在轉(zhuǎn)向橫拉桿7

和相鄰橫臂1（大都是下置的）

之間設(shè)置有用的矢量角C,可

在制動時產(chǎn)生前束彈性運動變

化。圖中以MercedesW123型

車為例。

（b）不產(chǎn)生前束變化的子午線輪胎縱向剛度的克服

目前在大量生產(chǎn)的轎車中只采用鋼絲子午線輪胎。與以前使用的斜交輪胎相比，其缺點

是子午線輪胎具有縱向剛度（請參閱《輪胎和車輪》等相關(guān)書籍手冊）。剛性很大的鋼絲帶束

層引起縱向振動，并通過車輪支架和擺臂傳給車身，使車身中產(chǎn)生令人不適的嗡嗡噪聲，特別

是在石塊路和粗糙不平的水泥路上以及速度低于80km/h行駛時。如果使車輪支架具有確定的

縱向可動性，則可吸收這種振動。這又牽涉到一個設(shè)計上不易解決的問題。因為在此時出現(xiàn)的

位移SW+2mm的影響下既不允許產(chǎn)生前束變化，又不可在車輪接地點存在側(cè)向力，直線行駛

能力及滾動阻力將變差。

在前橋上這個問題可通過一根橫臂來解決，它帶有一向后（或向前）的動臂（圖5.1.44和

5.1.45）o該動臂又側(cè)向支承在一個具有急劇遞增變化的和精確選定彈簧特性的橡膠支承座

上。重要的是安裝在點D和G處的支承件在轉(zhuǎn)彎側(cè)向力及制動力的作用下只能有少許的變形。

圖5.1.44為了緩和鋼絲子午線

輪胎的縱向剛度BMW牌3系列型

車在前懸架上設(shè)計了一根鐮刀形擺

臂。該擺臂在縱向力作用下繞只有

少許變形的球較D轉(zhuǎn)動并通過動

臂4用大塊橡膠支座支承在車身

上。該支座在側(cè)向具有起始軟，隨