法拉利悬架系统结构原理与维修（一）

浙江/宁振华

一、介绍

1.悬架

对汽车动态性能的研究基本上分为两个部分：操控和舒适。

操控：是指那些与路面保持稳定性和驾驶乐趣等动态性能相关的所有汽车功能。

舒适：主要是指对垂直平面上的汽车动态性能的研究，即路面不规则性通过汽车传递给人体的压力。

如果你曾经驾驶过卡丁车，应该知道卡丁车尽管减轻了重量、速度低并减小了力矩，却非常容易在弯道中，以及加速或制动过程中失去抓地力，因为它太接近地面。引起这种抓地力丧失的原因是完全没有悬架，使得所有产生的力均压在轮胎上，从而极易超过极限条件。

悬架可以定义为：连接车轮和车身的组件，为车轮提供所需的不同自由度水平，允许汽车在所有方向行驶。前悬架：3个自由度，如图1所示。后悬架：2个自由度，如图2所示。

图1 前悬架

悬架可以由不同数量和形状的零件构成，以多种方式排列，但是在任何情况下主要有三种功能：

图2 后悬架

（1）连接车轮和底盘，允许最多3个自由度。

（2）将车轮和地面间的冲击转换为弹性装置的变形能。

（3）耗散该弹性能。

所有悬架均含有：

（1）承载装置：它们机械连接车轮和车身，确保其正确运动。

（2）弹性装置：它们弹性连接车轮和底盘。

（3）能量耗散装置：它们将弹性装置储存的能量转换为热量。

悬架类型如表1所示。

2.悬架的特性

悬架必须控制车轮和底盘之间的连接，保持精确的角度和高度：

◆轮胎地面位置

◆主销

◆后倾角

◆主销偏距

◆后倾角偏距

◆瞬时回转中心

◆侧倾中心

◆外倾角

◆前束角

表1 悬架类型

3.轮胎地面位置(接触面)

地面位置是指轮胎和地面之间的接触区域的中心。该位置非常重要，因为这是与地面交换力集中的地方。必须具有相对于车轮回转轴的适当规定位置，如图3所示。

图3 轮胎地面位置

4.主销

图4 主销

在图4中，它是在转向过程中车轮的垂直轴和回转轴之间的角度。

5.后倾角

图5 后倾角

图6 偏距1

◆车轮再定位（转向回正，转向负载）

在图5中，它是垂直轴和转向轴之间的角度。它负责两种转向效果：

◆转向过程中的外倾角变化

6.主销偏距和后倾角偏距

在图6中，它是车轮地面位置到转向轴与地面交点之间的距离。在图7中，它是车轮地面位置到转向轴与地面交点之间的距离。

图7 偏距2

图8 瞬时回转中心和侧倾中心

图9 侧倾轴

7.瞬时回转中心和侧倾中心

（1）瞬时回转中心

它是悬架稳固支持车身做刚性转动时的中心，如图8所示。

（2）侧倾中心

它是底盘的横截面在轮轴处相对于地面转动的中心。因而可以确定前侧倾中心和后侧倾中心，它们的连线确定为侧倾轴。

8.侧倾轴

汽车在侧倾运动过程中的回转中心。其位置决定了悬架几何形状对侧倾刚性的影响程度。如果汽车重心在侧倾轴上，就不会有相对于悬架的任何侧倾；如果重心在该轴下方，就会有与相对于悬架的标准方向相反的侧倾趋势，如图9所示。

9.车轮外倾角

在图10中，它是垂直轴和通过车轮中心线的轴之间的角度。它极大地影响车轮行为，产生横向推力，增加在漂移产生的推力上。

10.车轮前束角

在图11中，它是通过车轮中心线的轴和汽车纵向轴之间的角度。前束角对相同车轴上的车轮设定和施加大小相等、方向相反的漂移。

图10 车轮外倾角

图11 车轮前束角

11.外倾角的变化

在悬架的垂直移动过程中，角度和特征尺寸并非常量，而是在运动特性的作用下产生变化。

其作用趋势是弯道外侧的车轮具有接近横向抓地极限的最佳外倾角，如图12所示。

12.前束角的变化

考虑侧倾的影响，外侧车轮压缩，内侧车轮张开；因此悬架几何形状将使得外侧车轮分开，而内侧车轮收敛。其结果是“感应转向”，旨在减少驾驶员感受到的漂移。由于转向不足行为在本质上更加稳定，在压缩阶段中的前束角变化（打开）适宜于前悬架，而相反的变化则适宜于后悬架，如图13所示。

13.轮距的变化

这是由于垂直回弹而产生的车轮地面位置的横向位移。这些作用力不规则地压迫轮胎，而且在不对称回弹的情况下，会改变汽车的行为，影响其稳定性，如图14所示。

14.F430设置数据

F430设置数据如表2和表3所示。

15.弹性元件

图12 外倾角的变化

图13 前束角的变化

图14 轮距的变化

图15 弹性元件

表2 设置数据1

表3 设置数据2

弹簧是悬架的首要弹性元件。在汽车悬架系统中最广泛使用的弹簧是圆柱螺旋弹簧。当汽车静止在地面上时，弹簧处于预载状态；它将平衡汽车重量所需的力，在一侧卸在底盘上，在另一侧卸在悬架上。

要考虑的其他弹性元件有：行程端部橡胶套筒和防倾杆，如图15所示。

16.横向稳定杆

也称为防倾杆，它是在相同车轴上的车轮独立运动情况下工作的弹性装置。它相对于底盘自由转动，对于每个对称回弹，不承受变形，但是它在不对称回弹的作用下扭转，如图16所示。

图16 横向稳定杆

（待续）