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10.11 商用车轴梁定位
轴梁悬架必须提供如下两个相对于底盘的自由度：
1. 由于静态负载或动态碰撞和反弹引起轴的垂直位移，两侧车轮同时上升和下降。
2. 横向轴扭转以允许汽车在不平坦的路面行驶的同时一侧车轮下降时另一侧车轮上升。
此外，悬架必须能够约束车轴相对底盘的多种运动，并且其结构必须能承载车轴和底盘之间的力和力矩。
侧倾和俯仰都涉及到约束和支撑悬架构件的一些旋转运动，无论是弹簧本身还是独立的摇臂，他们都必须能够绕着某个点摆动。
悬架构件之间的铰接有两种基本的方法：圆柱副铰接和球铰接。这些接头可以是刚性金属，半刚性金属或者柔性橡胶，工作要求决定了他们材料的选取。
为了能够将力从车轮传递到底盘，反之亦然，悬架必须具有内置部件来吸收以下力和力矩：
1 由车载重量所产生的垂直力，
2 由牵引力和制动力所产生的纵向力，
3 由离心力，坡路和横向风所产生的横向力，
4 由驱动和制动作用所产生的转矩的反作用力。
10.11.1 多片板簧卷耳的支撑
多片板簧轴的位置取决于弹簧卷耳，卷耳应具有足够的强度和支撑力来应对车辆的载重驱动和制动推力以及侧向力。
（a）主叶片全包式
（b）第二叶片紧紧半包式
（c）第二叶片松动全包式
图10.75 板簧卷耳保护
设计用于汽车和轻型货车的弹簧通常仅需要单个主片（图10.75（a））单独包裹在衬套和弹簧销上，但对于重负载的条件下，就需要第二个叶片包裹在主叶片周围以给予额外的支撑。
如果第二个叶片紧紧包裹着主叶片卷耳，那么就不会有任何的叶片间的滑动，这对于多片板簧的弹性弯曲来说是至关重要的。作为折中方案，可以使用部分或者半包裹的第二叶片（图10.75（b））来支撑弹簧的主片，当弹簧在动态碰撞和反弹之间发生弯曲时，这种结构方式能够允许发生较小的相对纵向运动。在重载的工况下，第二个叶片将会很松散地包裹在主片卷耳周围（图10.75（c））。这样容许叶片间发生一定程度的相对运动，同时也为主片卷耳提供了备用的作用。当主片在某一时刻断裂时，第二叶片就能够代替主叶片并提供足够的支撑；因此，它可以防止因车轴的偏移而可能导致的汽车失控。
10.11.2 横向和纵向弹簧，轴和底盘附件
（图10.76-10.83）
对于少量的横向轴扭曲，支撑弹簧销钉和卸扣板的橡胶衬套足以吸收连接错位，并且在极端情况下，弹簧离开他们本来的位置而变形，并且调节轴相对于底盘框架的横向旋转。车辆在凹凸不平的路面上行驶时，可能不得不采取额外的措施来应对非常大程度的车辆的侧倾以及俯仰。
半椭圆形弹簧可以以多种方式连接到底盘和桥壳，以适应由于车辆的载重和由一个或其他车轮上升引起的横向轴倾斜导致的纵向弹簧叶片外倾（弓形）变化或者沿着地面的轮廓而下降。
弹簧叶片末端连接附件可能有以下几种：
- 交叉接头（图10.76），
- 销和叉旋转接头（图10.77）
- 螺栓和叉旋转接头（图10.78）
- 销和球旋转接头（图10.79）
- 球形和帽形旋转接头（图10.80）
图10.76（a和b）主簧底盘交叉接头
图10.77 主簧底盘销叉旋转接头
图10.78 主簧底盘螺栓和叉旋转接头
图10.79（a-c）主簧底盘销和球旋转接头
图10.80（a-c） 主簧底盘球形和帽形旋转接头
或者在中跨区域将弹簧叶片附件与车轴连接起来的不是直接夹紧装置，而是通过某种旋转装置来实现相对较大的横向轴倾斜的调整。因此易于弹簧相对运动的横轴可以通过枢轴销（图10.81）或球轴鞍形接头装置（图10.82）来实现。类似地，对于无功平衡梁卸扣板附件，接头也可以是球形和帽形接头。（图10.83）
图10.81（a和b） 轴到弹簧枢轴销座的安装
图10.82 轴到弹簧球形座的安装
图10.83 串联轴平衡梁以卸扣板球面接头
10.12 可变刚度钢板弹簧
悬架的作用就是为了保护汽车不受在崎岖不平的路面上行驶时造成的冲击。如果车轴直接和底盘相连，而不是通过弹簧这种介质，那么汽车底盘和车体将会和崎岖不平的路面轮廓一样并且因此相应的升降。随着速度的增加，车轮经过一个凸块就会反弹并离开路面，这样轮胎和底面之间的抓地力便会消失。在这些情况下，将不会产生有效的牵引力、制动迟缓以及转向控制。
为了将车轴和车轮从底盘分隔开，悬架系统是十分必要的，当车轮在道路上与路面碰撞时，垂直偏转被弹簧材料的弹性所吸收，弹簧将在受到冲击时所吸收的应变能量在回弹时释放，但是在阻尼和受控条件下。在大多数操作条件下，弹簧的挠曲使得轮胎能够保持与道路的轮廓相互接触，因此弹簧使得车身避免遭受到冲击，保护所运输的货物并防止过高的应力施加在底盘上，否则将导致其疲劳失效。它还可以确保通过车轮和车轴所传递的道路引起的车身振动受到缓冲，从而提高驾驶员的乘坐舒适性。当车辆沿着道路行驶时，弹簧的应用允许车轮沿着道路轮廓行驶并且底盘和车身能够保持稳定的平均高度，这是通过弹簧在轴和底盘之间不断伸展和收缩来实现的，从而消除了储存在车轮和悬架组件上的能量。
车辆悬架的设计是为了使弹簧能够从空载状态偏转到满载状态，并且还允许由车轮快速通过道路上的一些障碍物或者凹坑引起进一步的挠曲，使得非弹簧轴和车轮的冲击与颠簸和反弹运动相互响应。静态或动态加载时悬架挠曲的容易程度取决于弹簧的刚度（弹簧劲度系数），弹簧的刚度定义为单位挠度。
即弹簧刚度或劲度系数S==（N/m）
低弹簧刚度（低劲度系数）意味着弹簧将在其自由状态下上下振动，这种自由状态具有较低的固有振动频率，因此可提供较小的行程。相反地，高弹簧刚度指的是具有高固有振动频率的弹簧，如果仅支撑相对较轻的负载，则该弹簧将会产生十分不舒适的乘坐感觉。前，后悬架的固有振动频率大致在每分钟60到90次循环之间。前悬架的固有振动频率往往比后悬架的固有振动频率略低一点。典型的前，后悬架固有振动频率分别为每分钟75和85次循环。低于每分钟60次循环的弹簧频率将会产生晕车感觉，频率超过每分钟90次循环时车身将会产生严重的颠簸。对于已经给定的一组前后弹簧刚度，增加车辆载荷或静挠度会降低乘坐频率并且降低平顺性。减少载重量会增加振动频率和乘坐舒适度。
汽车载重量、静挠度、弹簧刚度和乘坐舒适性都是相互关联并且会相互产生矛盾的一些特性。
对乘用车来说空载和满载并没有什么大的区别；主要区别在于驾驶员，三名乘客，行李箱和满油箱，而不是仅仅只有半满油箱和驾驶员。因此如果车的自重1000kg，三个乘客和行李以及满油箱重量差不多有300kg，满载状态与空载状态的重量之比将是1300/1000=1.3:1。在这些不同的情况下，静挠度可以容易地通过柔软和较低的弹簧刚度来调整，它可以将静挠度限制到最大约50mm，而在悬架系统的固有振动频率中具有很小的变化。对于重型货车，如果其中一个后桥的空载重量为2000kg，其满载能力为10000kg，则满载状态与空载状态下的重量之比为10000/2000 = 5：1。因此，如果用于车桥悬架的弹簧刚度被设计的与空载状态下的车桥达到最佳行程，则需要较低的弹簧刚度。当轴变得满载时，悬架挠度可能是五倍于50mm的空载状态下的静挠度，其将达到250mm。从空载到满载，底盘高度较大的变化将会导致并发情况相当大程度的增加，因此这种情况是不可接受的。
如果在满载时将悬架弹簧刚度设计出最佳行程，当满载时，悬架挠度的变化可减小到50和75mm之间。使用高刚度弹簧时的主要缺点在于，当满载状态时会产生接近最佳的行驶状态，这是因为当车轴未空载时，弹簧的刚度将非常高，从而导致非常不舒适的行驶体验，随后底盘和车身的各种结构都将会出现机械损伤。
很显然，单一弹簧刚度是不合适的，所以为了解决车辆有效载荷的巨大变化以及限制悬架的垂直升降量至可控范围内，双重或渐变弹簧刚度是必不可少的。
10.12.1 两级变刚度复式钢板弹簧
这种结构基本上是一个主要的半椭圆形弹簧，在主弹簧上方有一个类似但较小的辅助弹簧。这个弹簧通过一个弹簧销固定在前部的底盘上，以便驱动力可以从车轴和车轮传递到底盘。弹簧的后端只支撑向下的负载，并不限制弹簧的前后运动。
在空载状态下，只有主弹簧支撑车辆的重量，并且所承载的任何有效载荷（图10.84（a））都经受相对较小的行程。当载荷大于约三分之一负载时，辅助弹簧的端部与安装在底盘上的支座相接触。垂直向下的挠曲现在与
图10.84（a-g）多种可变比率钢板弹簧悬架
两组弹簧的弯曲方向相反，这大大增加了总的弹簧刚度，并且还限制了从轴到底盘的各种运动。提供的两种弹簧刚度的方法，一种用于轻载，另一种用于接近完全载荷的状态，被许多重型货车所采用。
10.12.2 两级变刚度伸展形钢板弹簧（图10.84（b））
使用的这种半椭圆形弹簧结构，车轴被夹紧到弹簧稍微偏离中间位置的地方。弹簧的前端钩到固定的吊耳上，而后端在卸载时沿着外部的滑块支座运动。该弹簧的全部跨度在车辆部分装载时是有效的。由于有效的弹簧跨度缩短，主弹簧片在弯曲的滑动垫上从最外侧位置向其最内侧位置滑动，所以弹簧会逐渐变硬。因此弹簧的第一挠曲阶段导致了弹簧刚度增加的非常少，这对于保持软行程来说是非常理想的。
一旦车辆载荷增加到大约三分之一时，弹簧的挠曲使主叶片与内滑块接触。这大大缩短了弹簧的有效长度，弹簧刚度的相应增大防止了过度的垂直挠曲。轴的进一步加载将使主叶片围绕第二滑块滑动，从而为第二阶段提供少量渐进硬化。这种类型的悬架弹簧已经在重型越野车上获得成功。
10.12.3 渐变式多片辅助钢板弹簧（图10.84（c））
弹簧跨度悬挂在固定吊耳和摆动吊耳之间。这种弹簧结构是由一堆弹簧叶片夹在中间位置附近组成的，大约三分之二的弹簧叶片向上弯曲（弧形），以便它们的尖端相互接触并且能够支撑叶片上方的叶片。其余的弹簧叶片向下弯曲，因此当轿车或厢式货车仅部分负载时向下弯曲的弹簧叶片不能协助支撑车体重量。随着车辆载荷的增大，上部弹簧叶片将在轴的任一侧上偏斜并向下弯曲，直到它们的弯曲形状与第一个向下弯曲的下部弹簧叶片相同。这为平常向上弯曲的（向下弯曲的）叶片提供了额外的向上的阻力，使得随着更多的叶片形成向下的弓形形状，更多的叶片变得活跃起作用并且有助于总的弹簧刚度的增加。这种先进的弹簧结构早已广泛用于汽车和货车上。
10.12.4 渐变式变截面辅助钢板弹簧
（图10.84（d））
在轻载荷下，随着主锥形叶的后端从滑块的弯曲面上的最后位置向最前位置滑动，造成了弹簧刚度较小的变化，由此减小了有效的弹簧长度。较低的辅助叶片的渐进作用是由通常向上弯曲的主锥形叶片挠曲，随着较重的载荷被施加在轴上而变平产生的。其结果是与辅助叶片的上表面接触的主弹簧下表面逐渐向外扩展并且因此提供对主锥形叶片的附加和渐进支撑。
提供扭矩杆以将驱动力传递到底盘，并且在某些设计中还包括防倾杆的曲臂。
这种渐变式弹簧加强装置特别适用于拖拉机单元后悬架，其满载状态和空载状态的重量之比很大。
10.12.5 渐变式双率固定悬臂钢板弹簧（图10.84（e））
这个有趣的结构布局使主弹簧叶片的前端通过弹簧销连接到固定吊耳。主叶片后端与四分之一椭圆形弹簧的外端接触，弹簧夹紧并安装到后弹簧吊耳上。当轴没有施加负载时，有效的弹簧长度由一半的椭圆形和四分之一的椭圆形主叶跨度组成，因此组合的弹簧长度提供了相对较低的第一阶段的弹簧刚度。
当轴稳定的施加载荷时，半椭圆形主弹簧叶片和四分之一椭圆主弹簧叶片两者挠曲并且变得平坦，使得它们的端部接触面逐渐向前移动直到全部弹簧长度都相互接触。当所有弹簧叶片对齐时，有效的弹簧跨度要短得多，从而显着增加可作用的弹簧刚度。这种弹簧悬挂概念已被采用于一些牵引车单元的后弹簧上。
10.12.6 双率扭结摆动卸扣弹簧（图10.84（f））
最初以传统方式实现对半椭圆形钢板弹簧的支撑；弹簧的前端直接固定在前弹簧吊耳上，并通过摆动卸扣板间接固定在后弹簧吊耳上。弹簧卸扣板具有一个形成在板的弹簧侧的直角止动纽结。
在空载状态下，随着轮子翻滚和倾斜，弧形（弓形）弹簧会产生弯曲，导致弹簧的跨度不断地伸展和收缩，因此摆动的卸扣板可以改变这种运动。随着车轴载荷的增加，弯曲的弹簧片会变直，直到最终卸扣板上的扭结抵靠部与弹簧卷耳的主叶片的上表面轻微接触。任何进一步的载荷增加都会扭曲主叶片，从而缩短有效的弹簧跨度并导致弹簧变硬以限制过度的垂直挠曲。提供两级弹簧刚度的纽结摆动卸扣适用于货车和轻型商用车。
10.12.7 渐变式双速摆动悬臂钢板弹簧（图10.84（g））
这种双速弹簧有一个四分之一椭圆弹簧组夹在弹簧卸扣板上。在未加载状态下，半椭圆形主叶和辅助主叶尖彼此相互接
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