1、这种悬架也需要安装减振器。1.4 油气弹簧非独立悬架油气弹簧是以气体（一般式惰性气体-氮）作为弹性介质，而油液作为传力介质。它是油气体弹簧和和作为液力减振器液压缸组成，所以使用油气弹簧通常无需再安装减振器，但仍然需要导向机构来承受力和力矩。如图4所示。如表1所示，综合对比了各种非独立悬架的结构特点和优缺点表1 非独立悬架对比悬架种类弹性元件优点缺点纵置钢板弹簧非独立悬架钢板弹簧本身可以兼做导向机构，甚至有一定的阻尼作用，结构简单质量大，容易被泥污染，平顺性差螺旋弹簧非独立悬架无需润滑，不忌泥污，所需安装空间不大，弹簧本身质量小本身没有阻尼，需配合减振器使用；只能承受垂直载荷，需安装必要的导向机
2、构空气弹簧非独立悬架刚度随载荷的增大而增大，具有比较理想的刚度特性；可以控制车身高度；载荷容量大制造陈本较高，寿命较短，维护复杂油气弹簧非独立悬架具有空气弹簧的刚度特性，同时本身是减振元件，体积小质量轻对气体和油液的密封要求高，加工要求高，维护困难2. 独立悬架独立悬架的结构特点是两侧的车轮各自独立地与车架或车身弹性连接，因而具有以下优点:1）在悬架弹性元件一定的弹性范围内，两侧车轮可以单独运动，而不互相影响，这样在不平道路上可以减少车架和车身的振动，而且有助于消除转向轮不断偏摆的不良现象。2）减少了汽车非簧载质量。3）采用断开式车桥，发动机总成的位置可以降低和前移，使汽车质心下降，提高了行驶
3、稳定性。同时能给予车轮较大的跳动空间，因而可以将悬架的刚度设计得较小，使车身振动频率降低，改善行驶平顺性。以上优点是独立悬架广泛的用于现在汽车上，特别是轿车，转向轮普遍采用了独立悬架。但是独立悬架结构复杂，制造和维修成本高。在独立悬架设计不合理的时，车轮跳动造成较大车轮外倾和轮距的变化，使轮胎磨损较快。2.1车轮在汽车横向平面内摆动的悬架 2.1.1单横臂式独立悬架单横臂独立悬架的特点是党悬架变形时，车轮平面将产生倾斜而改变两侧车轮与路面接触点间的距离轮距致使轮胎相对于地面侧向滑移，破坏轮胎和地面的附着，且轮胎磨损较严重。此外这种悬架用于转向轮时，会使主销内倾和车轮外倾角发生较大的变化，对于转
4、向操纵有一定的影响，故目前在前悬架中很少采用。但是由于结构简单、紧凑、布置方便，在车速不高的重型越野汽车上也有采用。图5所示极为单横臂式独立悬架，图6为采用单横臂式独立悬架的越野车。2.1.2双横臂独立悬架双横臂独立悬架的长度可以相等，也可以不相等。在两摆臂等长的悬架中，当车轮上下跳动时，车轮平面没有倾斜，但轮距却发生了较大的变化，这将增加车轮侧向滑移的可能性。在两摆臂不等长的悬架中，如果两摆臂长度适当，可以是车轮和主销的角度以及轮距的变化都不太大，如图7所示。不太大的轮距变化在轮胎较软时可以由轮胎变形来适应，目前轿车的轮胎可以容许轮距在每个车轮上达到45mm的而不致沿路面滑移。因此，不等长双
5、横臂式独立悬架在轿车前轮上应用广泛。 有时出于布置和空间的考虑，也有使用扭转的弹簧的双横臂悬架，如图9所示。除了汽车的前轮，双臂也广泛的应用于汽车的后轮上，特别是高性能轿车和跑车上，图10所示。双横臂式悬架通过调整其上下摆臂的长度和安装点位置，可以获得各种轮胎定位参数及其变化趋势，通过配合轮胎参数使得汽车获得较好操纵稳定性，所以双横臂悬架几乎成为超级跑车和大多数赛车的首选悬架形式。值得注意的是，在大多数超级跑车和几乎所有的方程式赛车上，减振器和螺旋弹簧的并没有直接安装在横臂或者立柱上，而是通过一个推拉杆和换向摇臂将悬架的跳动运动传递到减振器和弹簧，如图14所示，减振器和弹簧则更靠近车身轴线且通
6、常隐藏于车壳内部。使用这种结构的原因应该有如下几点：1）便于布置，较细的推拉杆更方便布置，以免和传动轴和转向拉杆发生干涉，对于方程式赛车来说其较长的横臂使得小行程的减振器不足以连接横臂和车架，必须通过推拉杆来传递力和运动。2）减小空气阻力，这一点对方程式赛车特别重要，露在外面的推拉杆显然比粗壮的减振器和弹簧拥有更小的正投影面积，同时能够有效减小乱流。3）减小非簧载质量，减振器和弹簧的重量有它们两端的支座承受，只有推拉杆的一部分质量贡献给非簧载质量，同时由于不需连接减振器和弹簧，横臂结构也相对简化，进一步减少了非簧载质量。4）调整悬架参数，通过合理设计推拉杆和换向器结构，可以实现机构传动比的变化
7、，从而实现悬架的线刚度的变化，即实现变刚度。当然，在普通民用车上，基于成本和使用空间的考虑，并不采用这种结构。 另外，实现双横臂式悬架的结构，两根横摆臂并不是唯一的方式。前面讲到的单横臂式悬架由于其会导致较大的主销和轮胎倾角的改变不利于稳定的形式，并没有得到广泛的应用。但设计师巧妙的再原有单横臂的基础上增加了一个连杆，并是半轴与立柱连接处能够活动，是半轴或半轴套管充当了上横臂，构成了一种特殊的双横臂式悬架，有效克服了单横臂式悬架的缺点。当半轴充当横臂时，由于半轴既要传递扭矩，又要充当横臂承受拉压力，对半轴的要求较高。2.2车轮在汽车纵向平面内摆动的悬架即纵臂式独立悬架，纵臂式独立悬架有单纵臂式
8、和双纵臂式两种。由于该悬架的摆臂绕车身的横向轴线摆动，除了螺旋弹簧，横置的扭簧也应用得非常广泛。2.2.1单纵臂式独立悬架车轮采用单纵臂式独立悬架时，车轮上下跳动将使主销的后倾角产生很大的变化。因此，单纵臂式独立悬架一般不用与转向轮。图16为富康轿车后单纵摆臂式悬架。 有的单纵臂式悬架纵臂本身通橡胶衬套直接与车身连接，在承受侧向力时刚度不足，这时需要一个横向推力杆来进行一定的约束，其运动的干涉通过橡胶衬套的弹性来补偿，如图17所示 另一种单纵臂式独立悬架，其弹性元件为螺旋弹簧，但是它与上述的单纵臂式独立悬架的结构又有不同。它有一根整体的V形断面（或其他形式的断面）横梁，在其两端焊接着管状纵臂，
9、从而形成了一个整体构架后轴体。纵臂前端通过橡胶金属支承与车身作铰接式连接。纵臂后端与轮毂、减振器相连。汽车行驶时，车轮连同后轴体相对车身以橡胶金属支承为支点作上下摆动，相当于单纵臂式独立悬架。当两侧悬架变形不等时，后轴体的V形断面横梁发生扭转变形，由于该横梁有较大的弹性，可起横向稳定器的作用。它不像普通带有整体轴的非独立悬架那样，一侧车轮的跳动会直接影响另一侧车轮。因此，该悬架又称纵臂扭转梁式独立悬架，如图18所示。图18 纵臂扭转梁式独立悬架值得一提的是，在一些中高级轿车上还采用了瓦特连杆来配合扭转梁式独立悬架，如图19所示。瓦特连杆最初是由英国传奇发明家兼工程师詹姆斯-瓦特所发明的。别克英
10、朗，奔驰A级，B级车均采用这种结构用于扭力梁悬架上， 以此来减少后轮侧向力对车轮前束的影响。使两侧车轮受力始终与路面保持最适宜的接触，达到最佳的附着力。一方面提高了车辆的驾乘舒适性，也加强了车辆循迹性。瓦特连杆机构由中央控制臂、横梁和瓦特连杆组成，控制中心固定在横梁上，当控制臂一端被从左边推动，它就向右边拉动，反之亦然。横梁在中央控制臂与车体之间起到了固定连接的作用。当汽车在转向的时候，侧向力会作用在车轮上。瓦特连杆的作用就是平衡两边车轮上的这些侧向力，将这些力反转到另一边。这样，两边车轮就能始终与路面保持最适宜的接触，而汽车在转向时也就能变得更加稳定。2.2.2双纵臂式独立悬架 双纵臂式独立
11、悬架的两个纵臂长度一般做成相等，形成平行四连杆机构。车轮上下跳动时，主销的后倾角保持不变，这种形式的悬架适用于转向轮。2.3车轮沿主销移动的悬架2.3.1 烛式悬架其优点是当悬架变形时，主销的定位角不会发生变化，仅轮距、轴距稍有改变；有利于汽车的转向操纵性和行驶稳定性。缺点是侧向力全部由套筒和主销承受，二者间的摩擦阻力大，磨损严重。因此，这种结构形式目前很少采用。如图21所示2.3.2麦弗逊式悬架麦弗逊式悬架，图22，是目前前置前驱动轿车和某些轻型客车应用比较普遍的悬架结构形式。筒式减振器为滑动立柱，横摆臂的内端通过铰链与车身相连，外端通过球铰链与转向节相连。减振器的上端与车身相连，减振器的下
12、端与转向节相连，车轮所受的侧向力大部分由横摆臂承受，其余部分由减振器活塞和活塞杆承受。筒式减振器上铰链的中心与横摆臂外端球铰链中心的连线为主销轴线，此结构也为无主销结构。 尽管麦弗逊悬架在广泛用于前轮，但由于其结构简单，占用空间小，也有一些轿车将其用于后轮上，如图23所示。2.4 单斜臂式独立悬架单斜臂式独立悬架的结构介于单横臂和单纵臂之间，多用于后轮驱动汽车的后悬架上。如下图所示，单斜臂与汽车纵轴线行成一定的夹角（090）的轴线摆动。适当的选择夹角，可以调整轮距、车轮倾角、前束等变化最小，从而可获得良好的操纵稳定性。有的单斜臂式独立悬架，为了控制前束的变化，在单斜臂上安装了一根辅助杆，称为控
13、制前束杆。2.4 多连杆悬架 所谓多连杆悬挂，顾名思义就是通过各种连杆配置把车轮与车身相连的一套悬挂机构。而连杆数量在3根以上才称为多连杆，目前主流的连杆数量为5连杆。如下图所示。我们知道，双横臂式悬架是通过上下两个控制臂对车轮进行定位。由于控制臂仅能做上下方向的浮动，通过对控制臂长度的设计配置可以达到动态控制车轮外倾角的目的，提高汽车转弯时的操控性能。但对于转向轮和随动轮来说，仅仅靠控制外倾角来适应弯道所提高的性能显然是有限的。虽然双横臂式臂悬挂在设计上拥有很大的设计自由度，如果要用双横臂式悬架来控制前束，通常的做法就是在控制臂与车身相连的前端连接处装入较柔软的橡胶衬套。当车辆转弯时由于前后
14、衬套的刚度不同，车轮会向弯道方向改变一定的前束角度，如果这种设计用于后轮，后轮就可在横向力的作用下随动转向，虽然这个转向角度很小，但对性能还是有一定提高的。通过设计橡胶衬套的刚度能达到一定的可变前束角角度以及随动转向功能，但橡胶衬套的首要任务还是起连接悬挂和隔绝震动的作用，因此刚度不能过低。这就造成对可变前束以及随动转向的局限性，紧能获得一个很小的角度。多连杆悬挂就完全解决了这个问题，它通过不同的连杆配置，使悬挂在收缩时能自动调整外倾角，前束角以及使后轮获得一定的转向角度。其原理就是通过对连接运动点的约束角度设计使得悬挂在压缩时能主动调整车轮定位，而且这个设计自由度非常大，能完全针对车型做匹配
15、和调校，因此多连杆悬挂能最大限度的发挥轮胎抓地力从而提高整车的操控极限。但由于结构复杂，成本也非常高。 3. 横向稳定器现在轿车的悬架一般很软，在高速行驶中转向时，车身会产生很大的横向倾斜和横向角振动。为了减少这种横向倾斜，往往在悬架中加设横向稳定器。用的最多的是干事横向稳定器。 杆式横向稳定器主要由U形横向稳定杆、连接杆和支座组成，支座固定在车身上，稳定杆两端通过连杆与下摆臂相连，图27所示。当车身只作垂直移动而两侧悬架变形相等时，横向稳定杆在支座的套筒内自由转动，横向稳定杆不起作用。当两侧悬架变形不等而车身相对于路面横向倾斜时，稳定杆一端向上运动，另一端向下运动，从而被扭转。弹性稳定杆所产
16、生的扭转内力矩妨碍了悬架弹簧的变形，因而减小了车身的横向倾斜和横向角振动。随着道路状况的好转和行驶车速的提高，很多重型货车的非独立悬架也安装了横向稳定器，以提高转弯时的稳定性。如图27所示。除了前面所述的U型杆的横向稳定器，还有一些其他结构和形式的横向稳定器，多见于各种赛车上。他们通常都被设计成结构小巧、重量轻、易更换和调整。如图29所示。读书笔记之油气悬架（hydraulic-pneumatic/hydro-pneumatic/hydra gas suspension）悬架系统是提高车辆行驶平顺性和操纵稳定性、减少动载荷引起零部件损坏的关键。但基于经典隔振理论的传统悬架无法同时兼顾这几方面的
17、要求，全主动悬架能满足这一要求，但因价格昂贵而不能付诸工程实际。而油气悬架不仅能满足车辆乘坐动力学的要求，且造价远比全主动悬架低得多。油气悬架本身并不是一个新概念，它最早使用在飞机的起落架上，用来提高飞机着陆的平稳性。50年代后期，人们才逐渐将它应用到车辆中来，以提高车辆舒适性、操纵稳定性等性能。油气悬架是将油和气结合，利用气体的可压缩性作为悬架的弹性元件，利用油液的流动阻力实现减振，同时又利用油液的不可压缩性实现较为准确的运动和力的传递，利用油液流动的易控性实现各种大功率的控制。因此，油气悬架不仅具有较好的弹性特性，更重要的是它能方便地实现汽车运动姿态等的良好控制。为提高车辆行驶平顺性，国外
18、小客车、载重卡车及工程机械上早已采用了油气悬架系统，特别在矿山自卸载重卡车上用的更为普遍。当车辆在不平道路上行驶时可以减少地面传递给车身的冲击力，当采用电铲装载矿石时可减少矿石下落时对汽车的冲击，特别在空载时可得到较小的振动频率。由于空载和满载载荷变化幅度大，车身高度变化较大，此时如装有能随载荷变化可自动调节车身高度的油气悬架则可获得理想的弹性特性而使车辆具有良好的平顺性，从而改善驾驶员的劳动条件，提高车辆的平均行驶速度和车辆的运输生产率。我国自行设计的矿山载重汽车SH380，采用了油气悬架，美国WABCO公司生产的矿山载重汽车35C（载重313kN）、75B（载重666.82kN）、120（
19、载重980.67kN）、前苏联别拉斯540、日本小松HD320、法国TX40及意大利伯里尼公司生产的矿山载重汽车等也都采用了油气悬架。对牵引形工程机械来说，由于它本身工作的特点，在行驶状态需要有良好的弹性悬架以保证较高的平均行驶速度，而在作业状态则希望将弹性悬架变成刚性悬架。油气悬架可以做到在作业状态将弹性消除，而在行驶状态又能恢复其弹性。美国UETA和UETEZ万能工程履带牵引车就具有这种性能。如采用一般的悬架，要将弹性悬架变成刚性悬架，其结构会很复杂图30 油气悬架油气悬架的特征1）非线性刚度传统的悬架因弹性元件的刚度大多为线性的而使其刚度基本保持不变，而在油气悬架中，弹性元件的刚度具有非
20、线性、渐增（减）的特点，这就可以实现车辆在平坦路面上行驶平顺，在劣质路面上因悬架吸收较多的冲击能量而使其保持一定的行驶速度。2）非线性阻尼可迅速抑制车架的振动，具有很好的减振性。3）车身高度自由调节通过悬架缸的同时或单独调节，车架高度可上下升降、前后升降或左右升降，这对改善车辆的通过性能和行驶性能十分重要。4）刚性闭锁通过切断液压缸与蓄能器及其它液压元件的连接油路，利用油液压缩性较小的特点，可使油气悬架处于刚性状态，在这种条件下车辆可承受较大载荷并能缓慢移动。5）改善车辆运动性能通过悬架纵横交错的不同连接可以改善车辆的某些运动性能（如侧倾运动、俯仰运动），解决车辆启动和刹车时的点头现象等。6）
21、单位储能比大这一特点对重型车辆特别有利，可以有效地减轻悬架质量和结构尺寸。但油气悬架也有不足之处1）油气悬架布置在车外，防护性较差。2）成本一般较扭杆悬架要高，据国外资料统计，其成本约高2025 3）油气悬架压力较高，对油和气的密封装置要求较高，零部件加工精度要求较严，否则会因漏油、漏气而不能使用。4）油气悬架一般较难在-40度的气温下正常工作，它对油液和橡胶的低温油气弹簧（hydraulic-pneumatic/hydro-pneumatic/hydra gas spring）我们知道悬架是有减振元件、弹性元件而和导向机构组成，通过上面定义不难发现油气弹簧兼具有减振原件和弹性元件的作用，那么
22、油气悬架就是由油气弹簧和导向机构组成的一种悬架，对于油气悬架的核心部分即为油气弹簧油气弹簧的分类根据气室的个数分：单气室和双气室根据是否有油气隔膜：油气分隔式和油气不分隔式还有一种两级压力式油气弹簧，他含有两个气室，应属于双气室油气弹簧，区别普通双气室油气弹簧的特征是，两级压力式油气弹簧俩气室压力对主活塞（工作活塞）的作用力方向是相同的，而普通双气室油气弹簧俩气室压力对主活塞（工作活塞）的作用力方向是相反的。TIPS：根据油气弹簧的定义和分类，事实上上汽车构造（下）中在油气弹簧之前介绍的充气式减震器也是一种形式的油气弹簧，他的浮动活塞相当于油气隔膜，因为其中所充入气压压力相对较低，活塞截面积也
23、较小，使用时还是需要配合额外的弹性元件。该类型的减震器主要应用于小型车辆，甚至是摩托车上，多见于用于高性能改装和赛车的应用。 下面主要讨论重型载重汽车上使用的油气弹簧，对已该充气式减震器不再赘述。不同类型的油气弹簧比较类型特点工作原理图例说明单气室油气分隔式球形气室中隔膜将油气隔开，防止油液乳化；气室装有充气阀，便于充气和维护。活塞上行，工作液经压缩阀等流入气室，隔膜另一侧空气压缩，并通过油液将弹力传出来；活塞下行，工作也经伸张阀回流工作缸，气室内工作压力减小。阀体和节流孔以及加油孔位于工作缸的缸盖上，而不是随活塞一起移动；活塞杆即活塞导向柱，空心结构，但其内部以及与工作缸之间均无油液。单气室
24、油气弹簧结构简单，工作可靠，加工要求相对较低；伸张行程刚度减小，活塞杆易脱出，常采用伸张限制器或增加伸张阻尼的办法。油气不分隔式活塞上方有一层工作液，器密封作用，液面上方即气室；工作液和气体之间没有分隔。活塞上行，气室压力增加，工作液经管型活塞杆侧壁上常通孔和单向阀流入活塞缸和工作缸之间的环形腔；活塞下行，气室压力减小工作液由环形腔经常通孔回流；带有拉申行程限制器，防止活塞杆从工作缸中滑出；活塞杆为空心结构，活塞杆与工作缸之间有环形腔结构，补偿活塞杆进出的体积并形成液体流动产生阻尼。双气室反压气室式具有主副两气室，副气室对主活塞的作用力和主气室对主活塞的作用力相反。活塞上行，主气气室被压缩，副
25、气室伸张，油液通过阻尼孔从副油缸流向主油缸；活塞下行，主气气室伸张，副气室被压缩，油液通过阻尼孔从主油缸流向副油缸；副油缸油液补偿活塞杆进出油缸的体积。主副油缸均为不分隔式，通过油液和活塞密封；阻尼孔为与副油缸中；本类型的油气弹簧和单气室油气弹簧的刚度变化均较小，不利于适应较大的载荷变化。带反压气室的双气室油气弹簧能够提高伸张行程的刚度，能有效防止活塞在伸张行程与油缸相撞；两级式油气弹簧具有较大的刚度范围，适应较大的载荷变化。两级压力式具有主副两气室，副气室对主活塞的作用力和主气室对主活塞的作用力相同。活塞上行，载荷较小时，工作缸油液经阻尼孔流向第一气室，同时活塞杆内腔油液经节流孔流向环形腔，
26、载荷较大时，第二气室的通过阀启动，工作液进入第二气室；活塞下行，两气室中的工作也根据载荷大小分别回流工作缸。两气室具有大小不同的压力，利用通过阀控制气室的启用；活塞内腔的工作也还可以通过上面的小孔进出环形腔，在伸张行程终了前，小孔逐渐被堵，形成较大阻尼力，防止活塞脱出；压缩行程；压缩终了位置有限位块，防止过度压缩。由于油气悬架的以上优点，国外的汽车大公司、研究单位都非常重视油气悬架的开发和研究。美国WABCO（威斯汀豪斯气制动公司）从1957年起就开始设计，生产HAUL-PAK Hydrair系列车辆油气悬架。目前，国外在重型汽车、自卸车、起重车上采用油气悬架已相当普遍，甚至在轿车上已逐渐采用
27、油气悬架。下图表示出了美国底特律市从1962年以来生产的轿车油气悬架情况。目前，油气悬架应用的主要领域有以下几个方面：军事车辆意大利生产的“半人马座”轮式装甲车、法国生产的AMX-10RC轮式输送车、瑞士生产的“锯脂鲤” （Piranha）轮式坦克，有4x4，6x6, 10x10轮多种型式。全地面起重机德国利勃海尔公司生产的LTM系列起重机、美国格鲁夫公司生产的GMK系列起重机、日本钢铁株式会社生产的RK系列起重机、徐州重型机械厂生产的QAY25起重机。铲运机械美国卡特彼勒公司生产的TS-24B自行式铲运机。轮式挖掘机日本日立建筑机械有限公司生产的10吨轮式挖掘机。矿用自卸车美国卡特彼勒（Caterpillar）公司的Cat789型大型矿用自卸车；瑞典沃尔沃（Volvo）公司的VME R90型大型矿用自卸车；上海重型汽车制造厂SH380、SH382型大型矿用自卸车等。其他车辆 一些作高级轿车等。
