独立悬挂

独立悬挂（Independent Suspension）也被称独立悬架，是指每一侧的车轮均是单独地通过弹性悬挂系统悬挂在车架或车身下面的汽车悬挂系统。这类悬挂两侧的车轮均是单独跳动，互不相干，能减小车身的倾斜和振动。同时，其还可以使发动机位置降低，汽车重心也得到降低，从而提高汽车的行驶稳定性。不过，独立悬挂也存在结构复杂、成本高、维修不便等缺点。^[2][1]

与其它悬挂系统类似，独立悬挂也是由弹性元件、减振器、导向机构等组成，并主要有横臂式、纵臂式、多连杆式、烛式、麦弗逊式以及空气悬挂系统等类型。横臂式悬挂系统是指车轮在汽车横向平面内摆动的独立悬挂系统；纵臂式独立悬挂系统是指车轮在汽车纵向平面内摆动的悬挂系统结构；多连杆式悬挂系统是由3～5根杆件组合起来控制车轮位置变化的悬挂系统；烛式悬挂系统的结构特点是车轮沿刚性固定在车架上的主销轴线上下移动；麦弗逊式悬挂系统的车轮也是沿着主销滑动的悬挂系统，但与烛式悬挂系统不完全相同，它的主销是可以摆动的；空气悬挂系统的特点是利用空气弹簧取代金属弹簧，而空气弹簧运动性能的特点是负载能力可调。^[2]

与其它悬挂系统类似，独立悬挂也是由弹性元件、减振器、导向机构等组成。它们分别起着缓冲、减振、导向和传递力及力矩的作用。^[2]

弹性元件起到缓冲汽车底盘受到的路面冲击的作用，主要是弹簧，根据其结构形式的不同可以分为钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧以及气体弹簧，其中以钢板弹簧和螺旋弹簧最为常用。其中，钢板弹簧是由若干片等宽但不等长的合金弹簧片组合而成的一根近似等强度的弹性梁。钢板弹簧本身有减振作用，且可以承受垂直力以外的力和力矩。螺旋弹簧是用弹簧钢棒料卷制而成，容易制作、价格低，常用于各种独立悬架。其特点是没有减振和导向功能，只能承受垂直载荷，因此悬架中必须另装减振器和导向机构，前者起到减振作用，后者用以传递垂直力以外的各种力和力矩，并且起到导向功能。^[4][2]

减振器的主要作用是降低车辆在行驶过程中不平路面对车辆造成的振动冲击。减振器或减振弹簧的损坏会造成车辆行驶条件的恶化。一般情况下，在减振器损坏之前，能看到减振器漏油的痕迹。^[4]

导向机构主要由横向稳定杆、导向杆等组成，其主要主要为：传递车轮和车架间的力和力矩，同时保持车轮按照一定的运动轨迹相对于车身运动。其中，稳定杆可以保证车辆稳定的转向并减小车身的侧倾角，其特点是结构简单，行驶平稳，具有较小的转弯半径，而且具有良好的接近性，便于进行维修。^[4]

包括独立悬挂等悬挂系统的功能原理都如出一辙，均是能通过把车桥和车架弹性地连接起来，并用自身来吸收和缓和行驶中因路面不平引起的车轮跳动而传给车架的冲击和振动，以及用来传递路面作用于车轮的支持力、驱动力、制动力和侧向力及其产生的力矩。^[5][2]

独立悬挂系统主要具备以下优点： 1、质量轻，可减少车身受到的冲击，并能提高车轮的地面附着力。2、可用刚度小的较软弹簧，以改善汽车的舒适性。3、可以使发动机位置降低，汽车重心也得到降低，从而提高汽车的行驶稳定性。4、可实现左右车轮单独跳动，互不相干，能减小车身的倾斜和振动。^[2]

不过，独立悬挂系统也存在着结构复杂、成本高、维修不便的缺点。^[2]

现代轿车大都是采用独立式悬挂系统，按其结构形式的不同，独立悬挂系统又可分为横臂式、纵臂式、多连杆式、烛式、麦弗逊式以及空气悬挂系统等。^[2]

横臂式悬挂系统是指车轮在汽车横向平面内摆动的独立悬挂系统，按横臂数量的多少又分为双横臂式和单横臂式悬挂系统。^[2]

单横臂式具有结构简单，侧倾中心高，有较强的抗侧倾能力的优点。但随着现代汽车速度的提高，侧倾中心过高会引起车轮跳动时轮距变化大，轮胎磨损加剧，而且在急转弯时，左、右车轮垂直力转移过大，导致后轮外倾增大，减少了后轮侧偏刚度，从而产生高速甩尾的严重工况。单横臂式独立悬挂系统多应用在后悬挂系统上，但由于不能适应高速行驶的要求，目前应用不多。^[2]

双横臂式独立悬挂系统按上下横臂是否等长，又分为等长双横臂式和不等长双横臂式两种悬挂系统。等长双横臂式悬挂系统在车轮上下跳动时，能保持主销倾角不变，但轮距变化大（与单横臂式相类似），造成轮胎磨损严重，现已很少用。对于不等长双横臂式悬挂系统，只要适当选择、优化上下横臂的长度，并通过合理的布置，就可以使轮距及前轮定位参数变化均在可接受的限定范围内，保证汽车具有良好的行驶稳定性。目前不等长双臂式悬挂系统已广泛应用在轿车的前后悬挂系统上，部分运动型轿车及赛车的后轮也采用这一悬挂系统。^[2]

纵臂式独立悬挂系统是指车轮在汽车纵向平面内摆动的悬挂系统结构，又分为单纵臂式和双纵臂式两种形式。单纵臂式悬挂系统当车轮上下跳动时会使主销后倾角产生较大的变化，因此单纵臂式悬挂系统不用在转向轮上。双纵臂式悬挂系统的两个摆臂一般做成等长的，形成一个平行四杆结构，这样，当车轮上下跳动时主销的后倾角保持不变。双纵臂式悬挂系统多应用在转向轮上。^[2]

多连杆式悬挂系统是由3～5根杆件组合起来控制车轮位置变化的悬挂系统。多连杆式能使车轮绕着与汽车纵轴线成一定角度的轴线摆动，是横臂式和纵臂式的折中方案，适当地选择摆臂轴线与汽车纵轴线所成的夹角，可不同程度地获得横臂式与纵臂式悬挂系统的优点，能满足不同的使用性能要求。多连杆式悬挂系统的主要优点是车轮跳动时，轮距和前束的变化很小，不管汽车是在驱动、制动状态都可以按驾驶人的意图进行平稳的转向；其不足之处是汽车高速时有轴摆动现象。^[2]

烛式悬挂系统的结构特点是车轮沿刚性地固定在车架上的主销轴线上下移动。烛式悬挂系统的优点是当悬挂系统变形时，主销的定位角不会发生变化，仅轮距、轴距稍有变化，因此特别有利于汽车的转向操纵稳定和行驶稳定。但烛式悬挂系统有一个很大的缺点，就是汽车行驶时的侧向力会全部由套在主销套筒里的主销承受，致使套筒与主销间的摩擦阻力加大，磨损也较严重。烛式悬拄系统现已应用不多。^[2]

麦弗逊式悬挂系统的车轮也是沿着主销滑动的悬挂系统。但与烛式悬挂系统不完全相同，它的主销是可以摆动的。麦弗逊式悬挂系统是横臂式与烛式悬挂系统的结合，与双横臂式悬挂系统相比，麦弗逊式悬挂系统的优点是结构紧凑，车轮跳动时前轮定位参数变化小，有良好的操纵稳定性，再加上由于取消了上横臂，给发动机及转向系统的布置带来方便；与烛式悬挂系统相比，它的滑柱受到的侧向力又有了较大的改善。^[2]

麦弗逊式悬挂系统多应用在中小型轿车的前悬挂系统上，如保时捷911以及中国生产的奥迪、桑塔纳、夏利、富康等轿车的前悬挂系统均为麦弗逊式独立悬挂系统。虽然麦弗逊式悬挂系统并不是技术含量最高的悬挂系统结构，但它是一种经久耐用的独立悬挂系统，具有很强的道路适应能力。^[2]

空气悬挂系统的特点是利用空气弹簧取代金属弹簧，而空气弹簧运动性能的特点是负载能力可调；弹性系数随负载变化；负载变化时，固有频率几乎不变；固有频率较低。这些特点使得空气悬挂系统具有乘坐更舒适安全、能改善车辆的行驶平顺性、延长轮胎和制动片的使用寿命等特点。^[2]