Suspension System Fundamentals
Function of a suspension system
A suspension system has several important functions:
1.Supporting the weight of the frame,body,engine,transmission,drive train,and passengers.
2.Provides a smooth,comfortable ride by allowing the wheels and tires to move up and down with minimum movement of the vehicle body.
3.Allows rapid cornering without extreme body roll(vehicle leans to one side).
4.Keeps the tires in firm contact with the road,even after striking bumps or holes in the road.
5.Prevents excessive body squat(body tilts down in rear)when accelerating or heavily loaded.
6.Prevent excessive body dive(body tilts down in front)when braking.
7.Allows the front wheels to turn from side to side for steering.
8.Works with the steering system to help keep the wheels in correct alignment.
As you will learn,a suspension system uses springs, swivel joints,dampening devices,movable arms,and other components to accomplish these functions.
Basic suspension system
Before discussing suspension system components in detail,you should be able to visualize each major part and understand how it functions in relation to the other parts.As each part is introduced,look at Figure 67-1.
1.control arm-movable lever that fastens the steering knuckle to the vehiclersquo;s body or frame.
2.steering knuckle-provides a spindle or bearing support for the wheel hub,bearings,and wheel assembly.
3.ball joint-movable connection that allows the control arm to move up and down while allowing the steering knuckle to swivel from side to side.
Independent and nonindependent suspension systems
Suspension systems maybe grouped into two broad categories:independent and nonindependent. Both can be found on todayrsquo;s cars and trucks.
Independent suspension
Independent suspension system allows one wheel to move up and down with minimal effect on the other wheels.Look at Figure 67-2A.Since each wheel in an independent suspension system is attached to its own suspension unit,movement of one wheel does not cause direct movement of the wheel on the other side of the vehicle.
There are many types of independent suspension systems,many of which will be discussed later in this chapter.independent suspension is widely used on modern vehicles,especially passenger cars.
Nonindependent suspension
Nonindependent suspension has both the right and left wheels attached to the same solid axle. When one tire hits a bump in the road,its upward movement causes a slight upward tilt of the other wheel.Hence,neither wheel is independent of the other,Figure 67-2B.
Understeer and Oversteer
Understeer means that the vehicle is slow to respond to steering changes in a turn.The rear tires retain traction,but the front tires may slip on the road surface due to lack of downforce or other factors.
Oversteer basically means that the rear tires try to skid around sideways in a sharp or hard turn. The front tires retain traction,but the rear tires skid.
Suspension systems are designed to balance oversteer and understeer.The perfect suspension system will provide neutral steering-all four wheels have equal traction in turns.
Lateral acceleration
Lateral acceleration is the amount of side force a vehicle can handle before its lose traction and skid in a sharp turn.It is measured in units of gravity,or “g-force”usually on a skidpad(round or circular driving course).The higher the “grsquo;s”the better.Passenger cars can attain a lateral acceleration of about 1.0g,while race cars can produce more than 3.0grsquo;s in turns.
Independent suspension systems generally obtain higher lateral acceleration than nonindependent designs.They are able to keep all four tires in full contact with the road surface better than older,heavier,solid-axle designs.
Suspension System Springs
Suspension system springs must jounce(compress) and rebound(extend) as a vehicle travels over bumps and holes in the road surface.They must support the weight of the vehicle while still allowing suspension travel(movement).The most common types of springs are the coil spring,leaf spring,air spring,and torsion bar.See Figure67-3.
Coil spring
A coil spring is a length of spring-steel rod wound into a spiral.It is the most common type of spring found in modern suspension systems.Coil springs may be used on both the front and rear of the vehicle.See Figure67-4.
Leaf Spring
A leaf spring is commonly made of flat plates or strips of spring steel that are bolted together.A few are made of fiberglass .Although leaf spring were once used on front suspension systems,they are now limited to the rear of some cars.An exploded view of a leaf spring assembly is given in Figure67-5.
A monoleaf spring is made of a single,thick leaf,which is usually made of reinforced fiberglass.Multiple-leaf springs have several thin steel leaves sandwiched together.
Each end of the leaf spring has an eye (cylinder shaped hole),which holds a bushing.The front spring eye normally bolts directly to the frame structure.Two large U-bolts secure the axle or axle housing to the leaf springs.A shackle fastens the rear leaf spring eye to the vehiclersquo;s frame and allows the spring to change length when bent.Insulator are placed between the springs to prevent squeaks and rattles.
Leaf spring windup is a condition that cause the rear leaf springs to flex when driving or braking forces are applied to the suspension system.The twisting and distortion of the spring can cause body squat and dive.Figure67-6.
Air Spring
An air spring is typically a two-ply rubber cylinder that gives the unit a spring action,similar to that of a coil spring.Refer to Figure67-7.
An air spring is lighter than a coil spring.This give
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悬架系统的基本原理
悬架系统的功能
悬架系统有几个重要的功能：
1、支撑车架、车身、发动机、变速箱、传动系和乘客的重量。
2、通过允许车轮和轮胎相对车身的最小位移来保证平顺舒适的驾驶。
3、避免快速转弯时，车身发生极度侧倾（车辆向一边倾斜）。
4、在有突出的石块或孔洞的路面上，保持轮胎与路面牢固接触。
5、加速和重载时，防止车身过度后倾（车身向后倾斜）。
6、制动时，防止车身过度前倾（车身向前倾斜）。
7、允许前轮朝一边转向。
8、与转向系统一起工作，以帮助保持车轮在正确的一条直线上。
你将会学到，悬架系统是采用弹簧、旋转接头、缓冲装置、摇臂、和其他部件来实现这些功能。
基本的悬架系统
在讨论了悬架系统的组件之后，你应该能够看到每个主要部分，了解它是怎样与其他部分共同作用的。每一部分的介绍，如图67-1。
图67-1 悬架系统的基本组成
球头
转向节
控制臂
衬套
减震器
车架
弹簧
图67-1 悬架系统的基本组成
1.控制臂——可活动的杆系调节转向节贴紧车辆的车身或车架。
2.转向节——提供一个轴或轴承支撑轮毂、轴承、轮总成。
3.球头——活动连接，允许控制臂上下移动，使转向节从一边到另一边转向。
独立和非独立悬架系统
悬架系统是分为两大类：独立和非独立。两者都可以在今天的汽车和卡车上发现。
独立悬架
独立悬架系统允许一轮在影响最小的情况下与另一轮的有相对的上下移动。如图67-2A。由于在独立悬架系统每一车轮与独立的悬挂装置相连，所以一车轮运动不直接影响另一车轮的运动。
独立悬架系统的类型有很多，其中许多将在这章的后面再讨论.独立悬架系统广泛应用在现代汽车，特别是乘用车。
非独立悬架
非独立悬架具有将左、右轮连接到一起的实心轴。当一个车轮在路面上受到撞击，它的向上运动也会造成另一轮微微向上。因此，车轮不是相互独立的，如图67-2B。
图67-2 独立悬架与非独立悬架比较 A-独立悬架允许车轮独立运动 B-非独立悬架 一轮运动会引起另一轮倾斜
路面冲击
实心轴倾斜
另一车轮倾斜
车轮撞击后向上抬起
另一车轮不受影响
转向不足和转向过度
转向不足意味着车辆在旋转方向的变化上反应慢。后轮保持牵引，但前面的轮胎可能由于缺乏下压力或其他因素在路面上滑动。
转向过度意味着后轮在猛烈的急转弯时打滑。前轮胎保留牵引，但后轮轮胎打滑。
悬架系统是设计用来平衡过度转向和不足转向的的机构。完美的悬架系统将提供中性转向，给四个轮子在转向时相同的牵引。
横向加速度
侧向加速度是车辆在其失去牵引力和刹车在急转弯时可承受的最大侧向力量总和。它是重力测量单位，通常用在skidpad上（圆形或圆形的驾驶课程）。“grsquo;s”越高更好。客车可以达到约1.0g侧向加速度，而赛车可以产生大于3grsquo;s。
独立悬架系统普遍可以获得比独立悬架更高的横向加速度。他们能够比旧的，重的，实心轴的设计更好保持四个轮胎完全接触路面。
悬架系统的弹簧
悬架系统的弹簧必须能在车辆行驶在凹凸不平的路面时伸缩。弹簧必须支撑汽车的重量，同时仍然允许悬挂的行程（运动）。最常见的弹簧的类型是螺旋弹簧、钢板弹簧、空气弹簧、扭杆弹簧。如图67-3。
图67-3 悬架系统的弹簧 A-螺旋弹簧 B-钢板弹簧 C-空气弹簧 D-扭杆
螺旋弹簧
螺旋弹簧是一定长度弹簧绕钢棒绕成螺旋形。它是现代悬架系统弹簧最常见的类型。螺旋弹簧可以用在车辆的前部和后部。如图67-4。
图67-4 前后悬架都会用螺旋弹簧 它是乘用车和轻型卡车上最常见的弹簧类型
后悬架
鼓式制动器
后传动轴
减震器
螺旋弹簧
前盘式制动器
横梁
控制臂
前悬架
减震器
螺旋弹簧
钢板弹簧
钢板弹簧通常是由钢板用螺栓连接在一起制成。有一些是玻璃纤维做的。虽然钢板弹簧曾经用在前悬，但现在他们仅限于用在一些汽车的后部。一钢板弹簧的剖面图如图67-5。
图67-5 简单钢板弹簧组装分解图
u型螺栓
弹簧节
钢板弹簧骑马螺栓
主片弹簧
弹簧圆眼衬套
中心螺丝
垫板
回跳头
重载面钢板
绝缘体
卷耳
减震器
衬套
弹簧吊架
钢板弹簧的一个叶是由一片金属薄板，通常是玻璃纤维组成。
钢板弹簧的两端各有一个含有衬套的眼（圆筒形孔）。前面的弹簧的眼通常直接安装于框架。两大U型螺栓把轴或轴套固定于板簧。钩环作用是将后钢板弹簧眼紧固到车辆的框架和允许弹簧改变长度时弯曲。绝缘体之间设置弹簧防止产生吱吱声和嘎嘎声。
钢板弹簧发条是一个致使驱动或制动力应用于悬架系统时后叶片弹簧弯曲。弹簧的扭转和畸变会导致车身前倾或后倾.图67-6。
图67-6 当钢板弹簧支撑驱动桥时，钢板弹簧的发条是一个问题，扭矩会弯曲钢板弹簧
制动转矩反应
加速转矩反应
车架
空气弹簧
空气弹簧是典型的一个充满空气的双层橡胶圆筒状物。如图67-7。
图67-7 空气弹簧在某些汽车上有应用，她们尤其能适应高度自动调节系统
减震器回跳行程
减震器压缩行程
空气弹簧比螺旋弹簧轻。这使它能提供一个比螺旋弹簧更平稳的驾驶。空气弹簧必须使用特殊合成橡胶化合物，所以它能在寒冷的天气中正常运行。温度越低，橡胶越硬。
扭杆弹簧（弹簧）
扭力杆是由一个大弹簧钢棒组成。扭杆的一端固定在车架上，另一端固定在悬架控制臂。如图67-8。
图67-8 控制臂的位移扭曲扭杆，扭杆的扭曲运动就像类似传统弹簧的运动
上下活动
扭杆
控制臂
支撑杆
车架
悬架系统的上下运动使扭杆扭曲，然后再回到原来的形状，使控制臂重新回到原位。
弹簧术语
你应该知道几个与弹簧有关的术语。下面几节讨论了一些最重要的问题。
弹簧率是指弹簧的刚度或拉力，弹簧的弯曲和压缩速度由簧下质量决定。
簧上质量是由弹簧和悬架系统支撑的部件的重量。簧下质量应该保持比簧上质量高。
簧下质量是不由弹簧支撑的部件的重量，轮胎，轮毂，轮毂轴承，转向节，与桥壳是簧下质量。
簧下重量应保持在较低水平，以改善行驶平顺性，高簧下重量的运动（重轮和悬挂部件）会向驾驶室传递振动。
悬架系统的设计
现在您已经介绍了悬架系统的基本知识，我们将详细介绍每个部分的结构。
控制臂
控制臂是当车轮上下运动时支持转向节、转向节轴承，或桥壳在一定位置，如图67-9。
图67-9 学习控制臂的基本组成，衬套与控制臂的内端配合，球头与控制臂的外端配合，球头与转向节连接。
轮轴轴承孔
密封
转向节
球头
控制臂
控制臂衬套
控制臂衬套
控制臂的外端有衬套，后悬架控制臂可以在两端有衬套。
控制臂衬套作用为轴承，使控制臂在用螺栓固定在框架或悬挂装置轴上上下摆动。衬套可按下或拧入控制臂的孔。
支撑杆
支撑杆连接底部的控制臂的外端或车架。它使控制臂朝向车辆前方或后方摆动。如图67-8。
支撑杆前端由软化杆的运动的橡胶衬套组成。它允许全悬挂行程时底部控制臂在一定范围内前后移动。
球接头
球接头（用于球窝关节短裤）是一个连接机构，通过将控制臂的外端与转向节连接使每一个方向旋转都受限。如图67-9和图67-10。
图67-10剖面图展示了前驱汽车的球接头、转向节、轮毂，学习这些部件的组成。
底部球接头
轮毂和轮毂轴承总成
转向节
顶部球接头
车轮
由于球头充满油脂，油脂配件和润滑脂密封通常放置在关节处如图67-11.球接头的尾端是带螺纹大螺母。拧紧螺母时，锥形双头螺栓与转向节或轴承拉紧，得到一个力配合。
油塞
球头销
底部球接头
顶部球接头
图67-11球接头
密封
密封
插座
插座
球头螺栓
油塞
减震器
减震器通过限制弹簧的振荡（压缩伸展运动）来平滑车辆的平顺性，没有减震器，车辆在道路上碰跌或驼峰后，会继续长时间上下跳动，这将使乘坐不舒服和不安全。
图67-12显示了减震器的基本组成部分。它们包括活塞杆，活塞杆密封，活塞，油腔或储气罐，压缩气缸，延长气缸，和流量控制阀。大多数减震器是用油填充。有些是空气或油气。
图67-12 减震器的基本组成
气压调节室
塔底
横膈膜
活塞阀组件
活塞阀组件
润滑油室
密封组件
密封组件
活塞杆
测尘管
塔顶
减震器不管是冲击压缩或扩展，油造成了运动阻力。活塞杆会缓慢进或出。这导致弹簧和悬架系统的运动。
减震器的一端连接到悬架组件，如控制臂，另一端固定在车辆的车身或车架，通过这样，减震杆拉伸，抵抗悬架系统的运动。
减震器的操作说明如图67-13.车辆撞击到隆起物车辆的轮胎被迫上升时，减振器压缩。控制臂向下移动，活塞和活塞杆向外运动，减震器扩展。这发生在压缩冲程或当轮胎通过带有孔洞的路。
图67-13 减震器作用剖面图。A-压缩行程 B- 伸张行程
补给阀
扩展阀弹簧
扩展阀
压头
扩展口
压头孔
限制端口
内筒
活塞
限制端口
旁通阀弹簧
蓄水池
活塞连杆
活塞杆密封
伸张
压缩
气动减震器
气动减震器使用低压气体来帮助振动时油不产生气泡，参考图67-12。
通常氮气包围主油缸分离室，活塞在油内工作，气体在油上保持恒定压力，以防止气泡形成。
自流平减振器
自流平减震器使用特殊的设计，通过液压锁动作，以帮助维持正常的车辆限制高度。
在一个冲击阀系统中，当它被减振压缩到的最小长度时，它会保持液压压力。这种液压锁定动作有助于改变力或抑制重量使减震杆保持在相同的长度上。有助于在不同的条件下保持车辆的水平。
可调减震器
可调减震器提供了一种改变减震器刚度的方法。通常通过转动冲击外体或调节旋钮，可以设置减震器变软或变硬，使之平稳行驶以便更好地操纵。
一些电子（电脑）自动改变减震悬架系统的刚度的系统。将在本章的后面讨论。
支撑组件
支撑组件包括一个减震器、螺旋弹簧（大多数类型），和上阻尼器单元。支撑经常更换上控制臂，下控制臂和支柱来支撑前轮组件。如图67-14。
图67-14
隔震器
保险杠
底部控制臂
支撑杆
衬套
阀
支撑减震器总成
防尘罩
螺旋弹簧
减震器杆
控制臂衬套
稳定杆
球接头
主轴
支撑架
车架横梁
橡胶缓冲器
球轴承
螺杆
一个典型的支撑组件的基本部分如图67-15。它包括：
挡板
隔震器
挡板
上部弹簧座
支撑轴承
支撑阻尼器
保险杠
塔体
上部支撑架
支撑杆螺母
橡胶缓冲器
防尘罩
螺旋弹簧
减震器支杆
图67-15 支杆剖面图
1、支杆减震器——活塞在充油操作（或油、气）缸内工作，防止弹簧振荡。
2、防尘罩——金属罩或橡胶靴，使路面污物远离减震器杆。
3、底部弹簧座——围绕减震器螺旋弹簧下部形成。
4、螺旋弹簧——支撑车辆重量并允许悬架运动。
5、上部弹簧座——保持弹簧的上端并与支柱轴承接触。
6、支撑轴承——滚珠轴承使减震器和弹簧组件旋转以作转向动作，仅用于车辆前部。
7、橡胶保险杠——保险杠，防止悬架的极端压缩和扩展过程中金属对金属的接触的压缩和回跳。
8、橡胶隔振器——防止噪音传递到车辆的车身结构。
9、上部支撑杆——保持固定上端的支撑组件于车架或承载式车身。
10、减震杆螺母——六角螺母保持减震杆于上支柱器。
11、阻
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