汽车悬架系统工作原理
作者：William Harris
（本文为博闻网版权所有, 未经许可禁止以任何形式转载或使用。违者必究。）
推荐到：
本文包括：
1 1. 引言
2 2. 减振器
3 3. 专用悬架
4 4. 了解更多信息
5 5. 阅读所有引擎盖下类文章
人们在考虑汽车的性能时，通常会关注马力、扭矩和“0到60”加速时间等参数。但是如果驾驶员无法操控汽车，那么活塞发动机产生的所有动力都将毫无用处。有鉴于此，汽车工程师在掌握了四冲程内燃发动机后，立即就把注意力转向了悬架系统。
本田发动机有限公司供图
本田雅阁2005 Coupe双A形控制臂式悬架
汽车悬架的工作是最大限度地增加轮胎与路面之间的摩擦力，提供能够良好操纵的转向稳定性，以及确保乘客的舒适度。在本文中，我们将探究汽车悬架的工作方式、发展演变过程以及未来设计的发展方向。
如果路面非常平坦，没有坑坑洼洼，就不需要悬架。但道路往往并不平坦。即使是新铺的高速公路，其路面也会有些微凹凸不平而对汽车车轮造成影响。就是这样的路面将力作用在车轮上。根据牛顿运动定律，力都具有大小和方向。路上的颠簸会使车轮垂直于路面上下运动。当然，力的大小取决于车轮颠簸的程度，但无论如何，在通过不平路面时车轮都会产生一个垂直加速度。
如果没有一个居间结构，所有车轮的垂直能量将直接传递给在相同方向上运动的车架。在这种情况下，车轮会完全丧失与路面的接触，然后在向下的重力作用下再次撞回路面。因此，您需要的是这样一个系统：它能够吸收垂直加速车轮的能量，使车轮顺着路面上下颠簸的同时车架和车身不受干扰。
对行驶中汽车的力的研究称为车辆动力学。您需要了解下面一些概念，以便理解为何必须将悬架置于首要地位。大多数汽车工程师从两个方面来考虑行驶中汽车的动力特征：∙行驶性能——汽车平稳驶过崎岖不平的路面的性能
∙操纵性能——汽车安全地加速、制动和转弯的性能
这两个特征可通过三个重要原理进一步加以描述：路面隔离性能、抓地性能和转弯性能。下表描述了这些原理以及工程师们如何尝试解决它们各自的问题。
原
理
定义目标解决方案
路
面
隔离性能车辆吸收路面振动或将其与乘客
席隔离的性能。
使车身在驶过不平路面时不受干
扰。
吸收并消化路面颠簸
产生的能量，从而使
车辆不至于产生过度
的震动。
抓地性能在各种类型的方向变化以及直线
行驶过程中汽车保持与路面接触
的程度。例如，制动时汽车的重
量将从后轮移至前轮。因为车头
扎向路面，所以这种运动类型称
为“俯冲”。相反，加速时汽车
的重量会从前轮移至后轮，称为
“蹲伏”。
保持轮胎与地面接触，因为轮胎
与路面之间的摩擦力会影响车辆
转向、制动和加速性能。
尽量减少车身重量的
左右和前后转移，因
为这会降低轮胎的抓
地性能。
转
弯性能车辆沿弯路行驶的性能。
尽量减少车身的翻滚趋势。当汽
车转弯时，离心力会作用于汽车
的重心并将其向外推，从而抬高
车辆的一侧而降低另一侧，造成
翻滚趋势。
转弯时将汽车的重量
从较高的一侧转移到
较低一侧。
汽车悬架及其各种部件提供了上面所述的全部解决方案。
下面我们来看一个典型悬架的部件，从较大的底盘图片开始依次介绍悬架所固有的各个部件。底盘
汽车悬架实际上是底盘的一部分，底盘包含了位于车身下方的所有重要系统。
这些系统包括：
∙车架——承载负荷的结构性部件，用于支撑汽车的发动机和车身，而它本身车架由悬架支撑
∙悬架系统——用于支撑重量、吸收和消除振动以及帮助维持轮胎接触的装置
∙转向系统——使驾驶员能够操控车辆方向的机械
∙轮胎和车轮——利用抓地与路面的摩擦力使车辆能够运动起来的部件
因此，悬架在任何车辆中都是主要系统之一。
有了这样一个总体概念后，下面我们来看所有悬架都具备的三个基础部件：弹簧、减振器和防横摇稳定杆。
弹簧
现在的弹簧系统均以下面四种基本设计之一为基础：
∙螺旋弹簧——最常见的弹簧类型。它其实是一个绕轴盘绕的重型扭杆，通过伸缩来缓冲车轮的运动。
Car Domain供图
螺旋弹簧
HowStuffWorks Shopper供图
叶片弹簧
∙叶片弹簧——由若干绑在一起充当一个单元的金属层（称为“叶片”）组成。它最初用在马车上，直到1985年才用在大多数美国汽车上。现在大多数卡车和重型车辆仍在使用它们。
∙扭杆——利用钢棒的扭转特性来提供类似螺旋弹簧的性能。其工作原理是：钢棒的一端锚固在车架上，另一端与一个A形控制臂相连。A形控制臂的作用就像一个垂直于扭杆移动的杠杆。当车轮遇到颠簸路面时，其垂直运动传递至A形控制臂，然后通过杠杆作用传递至扭杆。然后，扭杆沿轴发生扭曲以提供弹力。在二十世纪的五六十年代，欧洲的汽车制造商普遍使用此系统，同样的还有美国的Packard和克莱斯勒公司。
HowStuffWorks Shopper供图
扭杆
空气弹簧——由车轮和车身之间的柱状充气室构成。它利用压缩空气减缓车轮震动。
这一设计概念实际上已经出现了上百年，在两轮马车上就有它的踪迹。最初的空气弹簧由充气的皮囊制成，很像一个风箱。到二十世纪三十年代，它们被模压橡胶空气弹簧取代。
HSW Shopper供图
空气弹簧
根据弹簧在汽车上的位置（例如位于车轮与车架之间），工程师们发现使用簧载质量和非簧载质量的概念会便于讨论问题。
弹簧：簧载质量和非簧载质量
簧载质量是弹簧上支撑的车辆的质量，而非簧载质量则粗略定义为路面与悬架弹簧之间的质量。弹簧的硬度会影响汽车行驶时簧载质量的响应情况。弹簧较松的汽车（如林肯城市这样的豪华汽车）可以彻底消除颠簸并提供极平稳的行驶感觉，但同时在制动和加速过程中易产生俯冲和蹲伏现象，在转弯时易产生侧倾和翻滚趋势。弹簧较紧的汽车（如马自达Miata）在颠簸路面上的平稳性稍差，但车身移动非常小，这意味着即使是在转变处，也可以用较激烈的方式来驾驶。
因此，虽然弹簧本身看似简单，但在汽车上设计和实现这些装置，并在乘客的舒适度与汽车的操纵性能之间取得平衡，将是一项复杂的任务。更甚的是，弹簧无法独自提供极其平稳的行驶感觉。原因何在？因为弹簧在吸收能量方面的性能极佳，但在耗散能力方面要稍差一些。为此，需要使用一种称为减振器的部件。
