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悬架系统和部件的设计与优化翻译
DesignandoptimizationofSuspensionSystemsandComponents
悬架系统和部件的设计与优化
2Suspensionsystemsandcomponents
2.1ChassisOverview
Traditionally,thechassisofanautomobileincludedeverythingboltedtotheframeexceptthebody.Withtoday’sunibodyvehicles,however,thechassisincludessomuchmorehardwarethatdiscussionsofthechassisarenowusuallylimitedtothemechanicalpartsthatlocate,isolate,support,directorredirectthedynamicactivityofthevehicle.Inthesepages,we’lllimitourdiscussiontothesuspensionandsteering.
2悬挂系统和构件
2.1底盘总成
从传统地角度来看,底盘包含了固定在车架上除了车速以外的每一样东西。
然而,现在包含了更多的硬件的整体式车身底盘,更偏向于定义为用于限制机械部件的位置、隔离、支承、方向和重定向的汽车动力学。
Aquickworkingdefinitionofavehicle’ssuspensionisthatitcushionstherideandmakessurethewheelsmaintaincontactwiththeroadsurfacewhileturning,acceleratingandbraking.Steeringisdefinedasasystemthatmovesthesteerablewheelsleftandright,controllingvehicledirection.
对汽车悬架的功能更直接定义是,缓冲冲击和确保转向、加速和制动过程中车轮紧贴地面。
转向系统是操控车轮左右转向和控制汽车方向。
2.2SuspensionOverview/components
Amodernvehicle'ssuspensioniscomprisedofasystemofspringsandshockabsorbers.Springsholdthevehicleupwhileshockabsorbersworktocontrolordampentheactionofthespring.Fourdifferenttypesofspringsareusedincurrentproductionvehicles:
coilsprings,pneumaticsprings,torsionbarsandleafsprings.
2.2悬架系统概述和组成
现代汽车悬架是由弹簧和减震器组成的系统。
弹簧支撑起汽车,减震器则控制并且抑制弹簧作用。
有四种类型的弹簧应用在目前的汽车上:
线圈弹簧、空气弹簧、扭力弹簧和钢板弹簧。
2.2.1CoilSprings
Acoilspringisconstructedfromawireormetalbarwoundintoacoil.Acoilspringwillreturntoitsoriginalshapeafteritisstretchedorcompressed.Coilspringsarethemostcommontypeofspringusedintoday'scars
2.2.1线圈弹簧
线圈弹簧就是绕成螺旋状的金属丝或金属棒。
线圈弹簧拉伸或压缩后会恢复到原来的形状。
在现在的汽车里面,线圈弹簧是应用最为广泛的。
2.2.2LeafSprings
Aleafspringismadeofmetalorfiber-reinforcedplasticstripslayeredontopofoneanother.Whenthetwoendsoftheleafspringarefasteneddown,thecenterspringsupanddown.Likeacoilspring,aleafspringwillreturntoitsnaturalpositionwhenforcesactinguponthespringstop.Leafspringsareprimarilyusedonrearwheeldrivevehicles.
2.2.2钢板弹簧
钢板弹簧由金属或加强型纤维塑料条叠加而成。
在钢板弹簧两端被固定的情况下,弹簧中心能够上下移动。
就像线圈弹簧一样,当力停止对弹簧作用时,钢板弹簧会恢复到自然状态下的位置。
钢板弹簧主要用于后桥驱动汽车上。
2.2.3TorsionBar
Atorsionbarissimplyacoilspringthathasbeenstraightenedout.Thespringactioncomesfromtwistingthebartorsionally.Torsionbarsarewidelyutilizedonfourwheeldrivevehicleapplications.
2.2.3扭力弹簧
扭力弹簧就是线圈弹簧直接拉直而成的。
他的弹簧作用来自于棒的扭曲。
扭力弹簧广泛应用在四轮驱动汽车上。
2.2.4PneumaticSprings
Pneumaticsprings(orairsprings)areshapedmuchlikecoilsprings.Theyareessentiallybladders,orbags,filledwithair.
2.2.4空气弹簧
空气弹簧的形状非常像线圈弹簧。
它的本质是充满气的袋和包。
2.2.5SuspensionSystemOperation
Suspensionsystemspringsmustjounce(compress)andrebound(extend)withbumpsandholesintheroadsurface.Theysupporttheweightofthevehiclewhilestillallowingsuspensiontravel(movement).Thesoftnessorfirmnessofaspringisknownasspringrate.
2.2.5悬架系统的运行
悬架系统遇到路面的凸起或者凹坑时,要对弹簧进行压缩或延伸。
悬架系统承受着整车的重力仍然有可活动的悬架行程。
弹簧的软硬称为弹簧刚度。
2.2.6ShockAbsorbers
Shockabsorbersareusedtoreturnthesuspensiontoitsnaturalpositionquicklyandsmoothly.Notonlydoshockabsorberscontrolthecompressionofthespring,buttheexpansion(orrebound)aswell.
2.2.6减震器
减震器用于迅速和顺滑地使悬架恢复到自然状态下的位置,不仅能够控制弹簧的压缩,而且能够控制弹簧的延伸。
Shockabsorbersdampenthemovementofspringsbyusingfluidorgasforcedthroughholesintheshockabsorberspiston.Thesizeoftheholesdeterminethedampingeffectoftheshock.Astheshockabsorbercompressesorexpands,apistoninsidemovesthroughoilorhydraulicfluid.
减震器用油或气进入减震器活塞孔的压力来抑制弹簧的运动。
孔的大小决定了对震动的抑制效果。
当减震器压缩或延伸时,活塞部的液压油来回移动。
Springsandshocksarematchedtovehicleweight.Sometimestheyarechosentocorrespondwiththeweightofoptionalequipmentaddedtoindividualvehiclesastheyarebuilt.Thisisreferredtoasatunedsuspension.
弹簧的减震器和汽车质量相匹配。
有时候人们会选择一些和汽车质量相匹配的配件增加到自己的改装车上。
这被称为可调节悬架。
Shockabsorbersarealsomanufacturedtooperatewithactivesuspensionsystemsthatarecontrolledelectronically(orelectronicsuspensions).Theseshocksincorporatevalvesorsolenoidstocontroldamping.
减震器也可以被制造成为可以被电子信号控制的主动悬架系统。
这种减震器结合了普通阀门和电磁阀控制抑制效果。
2.2.6.1MonotubeDamper
Thistypeofshockusesasolenoidvalvetomodifytheflowpathofthedampingfluid.Inthesoftoperatingmode(solenoidOFF),twoflowpathsareavailable.Inthefirmoperatingmode(solenoidON),onlyoneflowpathisavailable.Proportionalcontroloffluidflowprovidesacontinuousrangeofdamping.
2.2.6.1单筒减震器
这种类型的减震器用一个电磁阀去修改阻尼液的流程。
在软工作模式下,两路流程都生效。
在硬工作模式下(电磁阀启动),只有一路流程生效。
控制流程的比例,可使阻尼在一个连续的围变化。
.2.6.2TwinTubeDamperwithSolenoidValve
Thistypeofshockusesasolenoidvalvetomodifytheflowpathofthedampingfluid.Inthesoftoperatingmode(solenoidOFF),twoflowpathsareavailable.Inthefirmoperatingmode(solenoidON),onlyoneflowpathisavailable.Proportionalcontroloffluidflowprovidesacontinuousrangeofdamping.
2.6.2电子阀式双筒减震器
这种类型的减震器用一个电磁阀去修改阻尼液的流程。
在软工作模式下,两路流程都生效。
在硬工作模式下(电磁阀启动),只有一路流程生效。
控制流程的比例,可使阻尼在一个连续的围变化。
2.3Non-IndependentVersusIndependentsuspensions
Frontandrearsuspensionsystemsareeither:
Non-Independent
-Onnon-independentsuspensionsystems,bothrightandleftwheelsareattachedtoonesolidaxle.Whenonetirehitsabumpintheroad,itsupwardmovementcausesaslightupwardtiltoftheotherwheel
2.3非独立式悬架和独立悬架
前轮和后轮的悬架系统有以下两种:
非独立悬架
在非独立悬架系统中,左右车轮固定在一个固定轴上。
当一个轮胎受到路面的撞击时,车轮向上运动会导致另外一个车轮有轻微的向上运动。
Independent
-Onindependentsuspensionsystems,eachwheelisattachedtoitsownsuspensionunit.Movementofonewheeldoesnotcausedirectmovementofthewheelontheothersideofthecar
独立悬架
在独立悬架系统中,每一个车轮固定在自己的悬架单元上。
一个车轮运动不会直接影响车辆上另外一侧的车轮。
2.4FrontSuspension
2.4.1Functions
Thefrontsuspensionofanyvehicleisacriticalsubsystembecauseitperformsmanyvitalfunctionssuchas:
-Supportingtheweightofthevehicleandpassengers
-Providingasmooth,comfortableridebycushioningbumpsandholesintheroad
-Maintainingtractionbetweenthetiresandtheroadduringbrakingandsteeringmaneuvers
-Holdingthewheelsinalignment
2.4前悬架
2.4.1功能
前悬架是汽车上一个关键性的子系统,因为他执行很多重要的功能。
例如:
对汽车和乘客的质量进行支撑
通过缓冲路面凸起和凹坑,提供一个平滑、舒适的驾驶性能
在制动或转向过程中,保持各个轮胎和地面的牵引力
固定前轮定位
2.4.2MajorComponents
Atypicalfrontsuspensionsystemconsistsof:
-Steeringknuckles-providespindleorbearingsupportformountingwheelhub,bearings,brakeassembly,andwheelassembly
-Controlarms-movableleversthatfastensteeringknuckletothecarframe
-Balljoints-swiveljointsthatallowcontrolarmsandsteeringknuckletorotate,moveupanddown,andmovefromsidetoside
-Springs-supporttheweightofthecar;flextopermitcontrolarmandwheeltomoveupanddown
2.4.2主要部件
一个经典的前悬架系统的组成有:
转向节---提供安装位置给轮毂、轴承、制动总成和车轮总成的一个轴或者轴承。
操纵杠---被固定在车架转向节上一个可移动的杠杆
球轴承---允许控制臂和转向节旋转、上下移动和轴向移动的一个回转接头
弹簧---支承汽车的质量,伸缩运动使控制臂和车轮能够上下移动
-Shockabsorbers-keepsuspensionfromcontinuingtobounceupanddownafterspringscompressandextend
-Stabilizerbars-metalrodsthatrunbetweenlowercontrolarmstoprovideadditionalstabilityandamorelevelride
-Bearings-eliminatefrictionbetweenrotatingshaftsandstationaryparts
减震器---使悬架在弹簧压缩后延伸后连续的上下运动。
平衡杠---一个可以增加稳定性使汽车行驶更加平稳,工作在下控制臂的金属棒。
轴承---消除旋转轴和固定部件间的阻力。
2.5FrontSuspensionTypes
Therearefourbasictypesoffrontsuspensioninusetodaytheyare:
-MacPhersonstrut
-Unequallengthcontrolarm(SLA)
-TwinI-beamaxles
-Straightaxle
2.5前悬架的种类
当下基本的四种前悬架:
麦弗逊式悬架
双叉臂式悬架
-TwinI-beamaxles
-Straightaxle
ThetwotypesoffrontsuspensionsystemsthataccountfornearlyallvehiclesinproductiontodayarethedoubleA-armandtheMacPhersonstrut.Therearealsoafewvariationsthathavenotworkedwellinlarge-carapplications,butmayoffernewpossibilitieswithlowmassvehicles.
现在生产的汽机几乎用的都是双叉臂式悬架和麦弗逊式悬架。
这两种悬架也有一些不太适合在大车上应用的变种,但是同样使轻量化汽车有新的可能。
MultilinkandActiveareothertypesofsuspensionsystemsthataredifficulttodescribebecausetheirconstructionisnotstrictlydefined.
多连杆式悬架和主动悬架因为它们的结构没有被严格定义而比较难描述。
Intheory,anyindependentsuspensionshaving3controlarmsormorearemulti-link.MultilinkisfamiliarwiththeSLAsuspensiontype.Activesuspensioncanbeanytypeofsuspensionsystemswithactivecomponents.
理论上,独立悬架有3个控制臂和更多的连杆。
多连杆式悬架和双叉臂式悬架比较相似。
主动悬架是带有主动部件的悬架。
2.5.1MacPhersonStrut
TheMacPhersonstrutfrontsuspensionsystemwasinventedinthe1940'sbyEarlS.MacPhersonoftheFordMotorCompany.Itwasintroducedonthe1950EnglishFordandhassincebecomeoneofthepredominatesuspensionssystemsoftheworld.Thissimplesystemutilizesthepistonrodofthebuilt-intelescopicshockabsorbertoalsoserveasthekingpinaxis.Normally,acoilspringismountedoverthestrutassembly,inwhichcase,athrustbearingatthetopofthespringpreventsspringwind-upduringturns.
2.5.1麦弗逊式支柱
麦弗逊式支柱前悬架系统被福田汽车公司的麦弗逊伯爵于二十世纪四十年代发明。
在1950年被英国福特公司引进,从此便主导了悬架世界。
这一简单的系统利用活塞杆嵌入到筒式减震器充当轴向立轴。
正常来说,线圈弹簧安装到支柱总成中,在这种情况下,一个止推轴承安装在弹簧顶部,防止弹簧在转弯过程中上下摇晃。
Thelowerlink/controlarmmaybeintheformofanordinaryA-arm.Morecommonly,anarrowtransverselink(sometimescalledatrackrod)locatesthelowerendofthestrutinthetransversedirectionandaseparatemembercalledaradiusrodlocatestheassemblyinthelongitudinaldirection.However,theanti-rollbarcanserveasthelongitudinallinkandtherebyeliminatetheseparateradiusrod.
下端的连杆/控制臂可以形成一个普通的A型臂。
更普通的,一个窄的横向杠(有时也叫导向杠)位于横向支柱的下端尾部和位于总成纵向的推杆。
然而,防倾杠能够作为纵向连杆,因此可以不用推杆。
TheMacPhersonstrutdesignhasbecomepopularbecauseittakesupverylittlespace.AMacPhersonstrutfrontsuspensionisacombina
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