懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟分解

1、懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟在此主要是分析競(jìng)爭(zhēng)車型的底盤布置。底盤布置首先要確定出輪胎、懸架形式、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)軸、油箱、地板、前縱梁結(jié)構(gòu)（滿足碰撞）等，因?yàn)檫@些重要的參數(shù)，如輪胎型號(hào)、懸架尺寸、發(fā)動(dòng)機(jī)布置、驅(qū)動(dòng)形式、燃油種類等在開發(fā)過程中要盡可能早地確定下來(lái)。在此基礎(chǔ)上，線束、管路、減振器、發(fā)動(dòng)機(jī)懸置等才能繼續(xù)下去懸架選擇對(duì)各種后懸架結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行優(yōu)缺點(diǎn)比較，包括對(duì)后部輪罩間空間尺寸的分析比較，進(jìn)行后懸架結(jié)構(gòu)的選擇。常見的后懸架結(jié)構(gòu)型式有：扭轉(zhuǎn)梁式、拖曳臂式、多連桿式。扭轉(zhuǎn)梁式懸架優(yōu)點(diǎn)：1 .與車身連接簡(jiǎn)單，易于裝配。2 .結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，部件少，易分裝。3 .垂直方向尺寸緊湊。4 .底板平整，有利于油

2、箱和后備胎的布置。5 .汽車側(cè)傾時(shí)，除扭轉(zhuǎn)梁外，有的縱臂也會(huì)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形，起到橫向穩(wěn)定作用，若還需更大的懸架側(cè)傾角剛度，還可布置橫向穩(wěn)定桿。6 .兩側(cè)車輪運(yùn)轉(zhuǎn)不均衡時(shí)外傾具有良好的回復(fù)作用。7 .在車身?yè)u擺時(shí)具有較好的前束控制能力。8 .車輪運(yùn)動(dòng)特性比較好，操縱穩(wěn)定性很好，尤其是在平整的道路情況下。9 .通過障礙的軸距具有相當(dāng)好的加大能力，通過性好。10 .如果采用連續(xù)焊接的話，強(qiáng)度較好。缺點(diǎn)：1 .對(duì)橫向扭轉(zhuǎn)梁和縱向拖臂的連續(xù)焊接質(zhì)量要求較高。2 .不能很好地協(xié)調(diào)輪跡。3 .整車動(dòng)態(tài)性能對(duì)軸荷從空載到滿載的變化比較敏感。4 .但這種懸架在側(cè)向力作用時(shí)，呈過度轉(zhuǎn)向趨勢(shì)。另外，扭轉(zhuǎn)梁因強(qiáng)度關(guān)系，

3、允許承受的載荷受到限制。扭轉(zhuǎn)梁式懸架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，在一些前置前驅(qū)汽車的后懸架上應(yīng)用較多。拖曳臂式懸架優(yōu)點(diǎn)：1 .Y軸和X軸方向尺寸緊湊，非常有利于后乘艙（尤其是輪罩間寬度尺寸較大）和下底板備胎及油箱的布置。2 .與車身的連接簡(jiǎn)單，易于裝配。3 .結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，零件少且易于分裝；4 .由于沒有襯套，滯后作用小。5 .可考慮后驅(qū)。缺點(diǎn)：1 .由于沿著控制臂相對(duì)車身轉(zhuǎn)軸方向控制臂較大的長(zhǎng)寬比，側(cè)向力對(duì)前束將產(chǎn)生不利的影響。2 .車身?yè)u擺（bodyroll）對(duì)外傾產(chǎn)生不利影響；（適當(dāng)?shù)目刂票坜D(zhuǎn)軸有可能改善外傾的回復(fù)能力，但這導(dǎo)致輪罩間寬度尺寸的減小。）3 .調(diào)校很困難，因?yàn)樗械膸缀螀?shù)以及相關(guān)變量都

4、是相關(guān)聯(lián)的。4 .由于沒有襯套，所有傳遞給車身的振動(dòng)都是未經(jīng)過濾的。多連桿式懸架優(yōu)點(diǎn)：多連桿式懸架能同時(shí)兼顧良好的乘坐舒適性和操縱穩(wěn)定性，這種優(yōu)點(diǎn)主要得益于其結(jié)構(gòu)上具有下面這些幾何特性：1 .利用多桿控制車輪的空間運(yùn)動(dòng)軌跡，能更好地控制車輪定位參數(shù)變化規(guī)律，得到更為滿意的汽車順從轉(zhuǎn)向特性。2 .受到側(cè)向力時(shí)前束具有自動(dòng)回正能力；3 .受到縱向力時(shí)前束具有自動(dòng)回正能力。4 .車輪行駛時(shí)的外傾角回復(fù)能力。5 .通過障礙的軸距較大6 .能兼顧后輪驅(qū)動(dòng)。7 .后輪驅(qū)動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)向力控制。缺點(diǎn)：1 .零部件數(shù)量多，制造加工困難。2 .試驗(yàn)調(diào)校工作復(fù)雜，且不便于調(diào)整，適應(yīng)性較差。3 .對(duì)懸架幾何尺寸的公差和彈

5、性元件特性的要求較高。4 .單位質(zhì)量的負(fù)荷能力較低（需要一個(gè)后副車架）。5 .對(duì)使用條件要求比較苛刻。6 .所占空間較大，影響后乘員艙和后底板的空間布置。7 .制造成本較高?？紤]到后懸架載荷的變化較前懸架大，一般的，前懸架結(jié)構(gòu)選擇時(shí)性能不優(yōu)于后懸架。事，的值按大小順序?yàn)椋?）BeamAxle（剛性軸）；2）TwistedAxle（扭梁）；3）MultilinkAxle在此引入“過強(qiáng)度系數(shù)”的概念：過強(qiáng)度系數(shù)=卜2部會(huì)黑，一般最大不超過1.35;否則在滿足了最大質(zhì)量的車型后，對(duì)最小質(zhì)量的車型來(lái)說(shuō)強(qiáng)度就顯得過剩，帶來(lái)的是成本的無(wú)謂增加。懸架的設(shè)計(jì)總是與整車的設(shè)計(jì)緊密相連的，整車預(yù)布置通常包括動(dòng)力總

6、成的預(yù)布置和懸架的預(yù)布置。在基本確定了整車的總體尺寸、驅(qū)動(dòng)型式、相應(yīng)的輪胎、最小的目標(biāo)轉(zhuǎn)彎半徑后就可以進(jìn)行懸架的預(yù)布置了。1 .懸架的預(yù)布置在懸架的預(yù)布置過程中主要考慮以下幾點(diǎn)：1 .整車姿態(tài)一般來(lái)說(shuō)，整車姿態(tài)是通過懸架的布置來(lái)設(shè)定的，可以說(shuō)懸架的布置決定了整車姿態(tài)。一旦整車姿態(tài)確定后，在以后更改就比較困難了。通常整車在滿載狀態(tài)下的整車姿態(tài)是005之間。如下圖所示：整車姿態(tài)示意圖2 .輪胎的跳動(dòng)行程輪胎行程根據(jù)車型的不同略有不同。通常在懸架的預(yù)布置過程中前后輪胎的行程按上跳、下跳各100mm考慮；越野車要大一些。在后期的調(diào)整中，由于后軸載荷變3 .驅(qū)動(dòng)型式驅(qū)動(dòng)型式對(duì)懸架的影響主要在四驅(qū)的保護(hù)上

7、。一般來(lái)說(shuō)如果一款轎車后懸架采用了扭轉(zhuǎn)梁結(jié)構(gòu)，要保護(hù)四驅(qū)在總布置上就很困難了。四驅(qū)布置的對(duì)比4 .導(dǎo)向桿的布置對(duì)于導(dǎo)向桿的布置，縱向?qū)驐U（或拖曳臂）設(shè)計(jì)布置時(shí)盡可能水平布置，以保證輪胎上跳或者回彈軸距變化盡可能的??；而橫向推力桿（或橫向擺臂）盡可能與后軸平行且左右對(duì)稱布置。2 .前懸架的布置前懸架的型式主要有非獨(dú)立鋼板彈簧懸架、麥弗遜獨(dú)立懸架、雙橫臂獨(dú)立懸架、多連桿獨(dú)立懸架和雙橫臂獨(dú)立懸架的一些變形。懸架在目前的轎車和部份的輕型客車、輕型貨車的前懸架大多采用獨(dú)立懸架，一般在整車設(shè)計(jì)之初就已確定了懸架的型式。下面以麥弗遜為例來(lái)說(shuō)明一下前懸架的設(shè)計(jì)過程。在前懸架的布置過程中主要從以下幾點(diǎn)來(lái)考慮：

8、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)幾何尺寸的確定在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，首先要確定轉(zhuǎn)向梯形，以保證車輪能繞一個(gè)轉(zhuǎn)向中心在不同的圓周上作無(wú)滑動(dòng)的純滾動(dòng)。對(duì)轎車來(lái)說(shuō)，通常采用斷開式轉(zhuǎn)向梯型機(jī)構(gòu)，有時(shí)為了提高車輛的靈活性，減小轉(zhuǎn)彎半徑而改變轉(zhuǎn)向梯型；當(dāng)然，初步確定的時(shí)候可以不這樣考慮。根據(jù)初步設(shè)定的最小轉(zhuǎn)彎半徑和相應(yīng)的計(jì)算公式及阿克左右車輪轉(zhuǎn)角的關(guān)系，同時(shí)結(jié)合相應(yīng)的前縱梁布置產(chǎn)生的幾轉(zhuǎn)角。同時(shí)可以初步選定轎車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)角傳動(dòng)比，一般為定義轉(zhuǎn)向半徑,q阿克曼角關(guān)系：Ctga1-Ctga2=q/p最小轉(zhuǎn)彎半徑公式：主銷尺寸的定義主銷幾何尺寸的定義主要包括，主銷后傾角、主銷內(nèi)傾角和它們的偏置距。主銷后傾角和主銷相對(duì)輪心的偏置距一起保

9、證輪胎的側(cè)向力回正力距以利于汽車的直線行駛；主銷內(nèi)傾角保證車輛低速行駛條件下的自動(dòng)回正性。同樣，對(duì)主銷的初步取值也是通過經(jīng)驗(yàn)來(lái)選取或者通過對(duì)參考樣車的測(cè)量來(lái)獲得。一般對(duì)轎車的前獨(dú)立懸維能說(shuō)走銷后傾角在3°r4°左右，主銷內(nèi)傾角在1015。左右；主銷內(nèi)傾左傾角確定后相應(yīng)的主銷偏置距和拖距也標(biāo)確楚手咿主銷后傾角示意圖主銷內(nèi)傾角示意圖前懸架幾何尺寸的定義在主銷的幾何尺寸確定以后，結(jié)合輪胎、副車架、輪胎轉(zhuǎn)角的幾何約束就可以開始確定前懸架的設(shè)計(jì)硬點(diǎn)。首先定義主銷上的A點(diǎn)，A點(diǎn)在輪物和等速萬(wàn)向節(jié)中間，位置越低越好。（越低則地面的激勵(lì)對(duì)球頭銷的側(cè)向力偏?。┤缦聢D所示：A點(diǎn)即下球頭銷的中心

10、，A點(diǎn)與B點(diǎn)的連線即是主銷在整車坐標(biāo)中XZ平面的投影。圖中清晰的顯示了定義設(shè)計(jì)硬點(diǎn)A要考慮的邊界條件。定義主銷上控制點(diǎn)B時(shí)，在一般的懸架中盡可能的將位置設(shè)計(jì)的低一些；這樣有利于獲得更大的主銷內(nèi)傾角，提高車輛低速行駛時(shí)的轉(zhuǎn)向回正力矩。但是要考慮輪胎上跳下跳目標(biāo)和B點(diǎn)的支撐的功能性；特別對(duì)于麥弗遜前懸架來(lái)說(shuō)B點(diǎn)的位置越高越好，有利于平衡掉滑柱的橫向分力，減小滑柱導(dǎo)桿的摩榛。（公式驗(yàn)證）I9減振器的布置在X-Z平面內(nèi)定義減震器時(shí)通常讓減振器軸線跟主銷軸線重合，這是最簡(jiǎn)單和最有效的解決方案。（但如此無(wú)法減小減振器活塞桿對(duì)油封的橫向力）如下圖所示：主銷軸裝與誠(chéng)振器軸畿一致外澳用在車就行血的回正在x-z平

11、面內(nèi)定義減震器車輪外傾角的變化示意圖在雙橫臂前懸架（或雙叉臂前懸架）中，由于空間的原因通常減振器和彈簧做成總成件；在y-z平面內(nèi)定義減震器（包括彈簧）時(shí)主要考慮的是杠桿比。在麥弗遜懸架中通常根據(jù)輪胎尺寸定義C點(diǎn)（需要的話要考慮防滑鏈）。D點(diǎn)是控制臂旋轉(zhuǎn)軸線和通過A點(diǎn)的Y-Z平面的交點(diǎn)。A,、BD點(diǎn)的相互位置決定了輪胎上下跳過程中的輪距的變化和外傾角的回正性。為了得到足夠的輪胎上下跳過程中外傾角的回正性，可以通過將B點(diǎn)向內(nèi)移，但是所有這些都要同懸架的其他特性綜合考慮；具體可以在懸架幾何運(yùn)動(dòng)分析中考慮。在Y-Z平面內(nèi)定義減震器控制臂旋轉(zhuǎn)軸線的定義控制臂軸線的主要根據(jù)抗制動(dòng)點(diǎn)頭來(lái)角定義，如果增加在X

12、-Z平面內(nèi)的傾角（即E在橫向上如果布置允許點(diǎn)比F點(diǎn)低），抗點(diǎn)頭能力就能提高；當(dāng)然這需要和后懸架匹配。的話總是希望盡量的長(zhǎng)一些（S12目前較長(zhǎng)，力臂變長(zhǎng)，受力變?。?；在相同的A點(diǎn)行程下，擺臂越長(zhǎng)橫向擺角越小，有利于提高橡膠襯套的壽命。同時(shí)在Y-Z平面內(nèi)應(yīng)保證前懸架的側(cè)傾中心高在0120mm勺范圍內(nèi)。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)硬點(diǎn)的布置H和I點(diǎn)小意圖轉(zhuǎn)向桿系與懸架導(dǎo)向桿系在輪胎上下跳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)上會(huì)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干涉，這個(gè)干涉主要引起輪胎前束的變化。在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)幾何尺寸的所有點(diǎn)的定義中，對(duì)于點(diǎn)H主要通過考慮阿克曼角和輪胎幾何約束來(lái)確定。定義I點(diǎn)的位置時(shí)主要考慮輪胎上下跳過程中的前束變化最小化。根據(jù)懸架桿系的幾何運(yùn)動(dòng)關(guān)系確

13、定I點(diǎn)；將I點(diǎn)放在輪胎上下跳過程中H點(diǎn)所形成的圓弧的中心。依據(jù)上述步驟在三維制圖軟件中可以確定各個(gè)設(shè)計(jì)硬點(diǎn)的坐標(biāo)。獲得了這些前懸架設(shè)計(jì)硬點(diǎn)的空間坐標(biāo)后，可以通過相應(yīng)的公式得出前懸架的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析；目前更多的是運(yùn)用ADMAS軟件進(jìn)行分析。3 .后懸架的設(shè)計(jì)步驟目前公司車型的后懸架主要是扭轉(zhuǎn)梁和拖曳臂的非獨(dú)立懸架，這些類型的后懸架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，懸架參數(shù)也教容易控制；但是后排乘客的舒適性也較低。目前轎車用的后懸架選用多連桿的趨勢(shì)越來(lái)越明顯。缺點(diǎn)是：零件數(shù)增加，公差要求更嚴(yán)格，加工成本增加；試驗(yàn)測(cè)試復(fù)雜；承載能力相對(duì)較弱。在后懸架的設(shè)計(jì)時(shí)需要基本確定汽車斷面尺寸、輪胎上跳和下跳行程、是否要驅(qū)動(dòng)保護(hù)

14、、輪胎規(guī)格、承載能力、整車操縱目標(biāo)、前懸架特征和零部件采用的工藝。有了以上的基本輸入后，一般分以下幾點(diǎn)對(duì)后懸架進(jìn)行布置。選擇連桿數(shù)目和梯形結(jié)構(gòu)，對(duì)于一款中級(jí)轎車一般采用兩連桿或者三連桿的居多。通常把具有兩根橫向連桿的獨(dú)立懸架叫著兩連桿獨(dú)立懸架，具有三根橫向連桿的獨(dú)立懸架叫著三連桿獨(dú)立懸架（如下圖所示）。連桿越多意味著橡膠襯套應(yīng)用的也越多，過多的使用橡膠襯套意味著需要冒更多的可能出現(xiàn)的問題。兩連桿獨(dú)立懸架外傾角能夠通過橫向拉桿的幾何運(yùn)動(dòng)來(lái)控制。兩聯(lián)桿后獨(dú)立懸架三聯(lián)桿后獨(dú)立懸架三連桿的車輪外傾和前束的控制可以分別通過各自的調(diào)節(jié)桿完成。因此三連桿的獨(dú)立懸架調(diào)節(jié)車輪外傾和前束對(duì)拖曳臂橡膠襯套的變形影響

15、要小后懸架各控制點(diǎn)的安裝位置在布置之出首先要明確哪些懸架的控制硬點(diǎn)連接在車身上，哪些點(diǎn)懸架的控制硬點(diǎn)連接在副車架上。將這些點(diǎn)布置在副車架上會(huì)花費(fèi)更多的成本和增加整車的重量，但是能提高對(duì)前束和車輪外傾的控制精度，提高過濾震動(dòng)噪音的能力。對(duì)于一款中級(jí)轎車而言通常都將控制外傾和延里底什上的設(shè)計(jì)硬點(diǎn)和主橫向擺臂的設(shè)計(jì)硬點(diǎn)布置在副車架上。f1Q0通常來(lái)說(shuō)對(duì)點(diǎn)1（拖曳臂與車身連接點(diǎn)）和16（車輪中心）設(shè)定按以下幾點(diǎn)來(lái)做布置：制動(dòng)點(diǎn)頭和加速抬頭的關(guān)系；整車尺寸和白車身的幾何約束；是否需要做后輪驅(qū)動(dòng)的保護(hù)。為了控制整車的制動(dòng)點(diǎn)頭和加速抬頭現(xiàn)象，通常點(diǎn)1的z軸坐標(biāo)要高于點(diǎn)16（輪心）的z軸坐標(biāo)。定義后懸架主銷如

16、圖所示，后主銷軸是黃色和藍(lán)色平面的交線。黃色平面是拖曳臂襯套的正交面，藍(lán)色的平面是車輪外傾角控制臂軸線和主橫向擺臂產(chǎn)生的平面,通常二者是平行的。由于橡膠襯套的彈性變形，這樣確定的只是初步的主銷。其余的關(guān)系與前懸架的一致。定義橫向擺臂的長(zhǎng)度和方向在滿足布置的幾何約束的前提下，主橫向擺臂越長(zhǎng)越好（越長(zhǎng)對(duì)襯套的壽命越?。?；俯視方向上盡量與后軸平行（搞不明白），在保護(hù)四驅(qū)時(shí)與后軸的夾角越小越好（搞不明白）。同時(shí)保證后懸架的側(cè)傾中心高在80150mm勺范圍內(nèi)。對(duì)于車輪外傾控制臂和前束調(diào)節(jié)桿的布置，在滿足布置的條件下長(zhǎng)度和方向主要跟據(jù)懸架的運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系來(lái)決定。如下圖所示：后驅(qū)保護(hù)減振器和緩沖塊和彈簧的布置減

17、振器布置位置大體上有四種，如下圖所示:息架性能車身防向隹置載荷減振器布置在橫擺臂上(Mitsubishi減振舞布量在轉(zhuǎn)向節(jié)上的后減振器布置在轉(zhuǎn)向節(jié)車輪中心(Focus)減振器布置在拖曳臂上在完成了前后懸架的基本布置之后就要對(duì)懸架機(jī)構(gòu)進(jìn)行靜態(tài)力學(xué)分析、動(dòng)態(tài)力學(xué)分析和懸架的幾何運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。懸架機(jī)構(gòu)靜態(tài)與動(dòng)態(tài)力學(xué)分析懸架機(jī)構(gòu)幾何學(xué)運(yùn)動(dòng)分析主銷分口內(nèi)外輪J5DJ-150J-LeftWee.Rj3hiSteerh-L就MeeLsf：Slwirgssf口山-EEraFEMI匚EOJajlCD加<o0.020.0(D0nubsteerancleIjeilnunu50nun.nu-300.nnnu_n-

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