懸架系統(tǒng)的計(jì)算報(bào)告材料

編號(hào)： 版本號(hào)： V1.0□□□□□□□□項(xiàng)目名稱：編制: 校對(duì)： 審查：會(huì)審： 標(biāo)準(zhǔn)化：審核： 批準(zhǔn)：2014年03月

修訂記錄序號(hào)修訂日期頁碼原文內(nèi)容修訂內(nèi)容備注（修訂原因）TOC\o"1-5"\h\z1概述 11.1計(jì)算目的 1懸架系統(tǒng)基本方案介紹 11.3懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)的輸入條件 12懸架系統(tǒng)的計(jì)算 22.1彈簧剛度 22.2懸架偏頻的計(jì)算 22.2.1前懸架剛度計(jì)算 32.2.2前懸架偏頻計(jì)算 42.2.3后懸架剛度計(jì)算 42.2.4后懸架偏頻計(jì)算 5懸架靜撓度的計(jì)算 52.4側(cè)傾角剛度計(jì)算 62.4.1前懸架的側(cè)傾角剛度 62.4.2后懸架的側(cè)傾角剛度 82.5 整車的側(cè)傾角計(jì)算 92.5.1懸架質(zhì)量離心力引起的側(cè)傾力矩 92.5.2側(cè)傾后，懸架質(zhì)量引起的側(cè)傾力矩 92.5.3總的側(cè)傾力矩 102.5.4懸架總的側(cè)傾角剛度 102.5.5整車的側(cè)傾角 102.6縱傾角剛度 102.7 減振器參數(shù) 112.7.1減振器平均阻力系數(shù)的確定 112.7.2壓縮阻尼和拉伸阻尼系數(shù)匹配 132.7.3減震器匹配參數(shù) 133 懸架系統(tǒng)的計(jì)算結(jié)果 144結(jié)論及分析 15參考文獻(xiàn) 151概述1.1計(jì)算目的通過計(jì)算，求得反映 純電動(dòng)車懸架系統(tǒng)性能的基本特征，為零部件開發(fā)提供參考。計(jì)算內(nèi)容主要包括懸架剛度、懸架側(cè)傾角剛度、剛度匹配、懸架偏頻、靜撓度和阻尼等。1.2懸架系統(tǒng)基本方案介紹純電動(dòng)車前懸架采用麥弗遜式獨(dú)立懸架帶橫向穩(wěn)定桿結(jié)構(gòu)，后懸架系統(tǒng)采用拖曳臂式非獨(dú)立懸架結(jié)構(gòu)。前、后懸架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖、圖2

表1 □□□□□□項(xiàng)目開發(fā)目標(biāo)車質(zhì)心'咼（mm）空載483、,片+1、.滿載489前輪距（mm）1299后輪距（mm）1304軸距（mm）2332整車整備質(zhì)量（kg）1100最大總質(zhì)量（kg）1400前軸荷（kg）空載605、,片+1、.滿載630后軸荷（Kg）空載495、,片+1、.滿載770前懸架非簧載質(zhì)量（kg）49后懸架非簧載質(zhì)量（kg）432□□□□□□□2.1彈簧剛度根據(jù)KC試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，選定彈簧剛度:前懸架彈簧剛度為： C€20N/mm；sf后懸架彈簧剛度為：C€21.7N/mm；sr2.2DOODODO懸架系統(tǒng)將車身與車輪彈性的連接起來，由此彈性元件與它所支承的質(zhì)量組成的振動(dòng)系統(tǒng)決定了車身的固有頻率,這是影響汽車行駛平順性的重要性能指標(biāo)之一。

圖4□□□□□□□□□□2.2.1前懸架剛度計(jì)算前懸架剛度按式（1）計(jì)算:rb丫K€C— （1）f…p,式中：K——懸架剛度，N/mm；b——前彈簧中心線與轉(zhuǎn)向瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)中心距離，mm；p 車輪中心面距轉(zhuǎn)向節(jié)瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)中心距離，mm。根據(jù)圖3得b=2435mm，p=2578mm帶入式（1）得前懸架剛度為：€20x(€20x(2435\…2578丿2€17.84N/mm取襯套的剛度約為懸架剛度的15%，所以前懸架總剛度為:K=17.84X(1+15%)=20.52N/mmf2.2.2前懸架偏頻計(jì)算前懸架偏頻按式(2)計(jì)算：1 '1000€Kn= f2)/2兀、2)式中：nf前懸架偏頻，K—f-前懸架的剛度，N/mm；mf—前懸架簧載質(zhì)量，kg；mf1-一前懸架滿載簧載質(zhì)量,kg；m-一前懸架空載簧載質(zhì)量，kg。f2根據(jù)表1得m=(630-49?/2二290.5kgfim=(605-49?/2=278kgf2并把K=20.52N/mm帶入式(2)得出：f前懸架滿載偏頻：n=1.34f1前懸架空載偏頻：n=1.37f22.2.3后懸架剛度計(jì)算K=C€cos(a) ( 3)r Sr式中：a——彈簧中心線與后軸垂線間的夾角，a=5.3°(見圖4)；貝V：K=Cxcos(5.3o)=21.7x0.9957=21.6N/mmrsr考慮在懸架系統(tǒng)中橡膠塊的變形，其剛度約為懸架剛度的15%?20%，此處取15%，

經(jīng)計(jì)算：K€24.84N/mmr2.2.4后懸架偏頻計(jì)算2.2.4后懸架偏頻按式（4）計(jì)算:1 '100>0Kn€ r(4)r 2兀；m(4)r式中:后懸架偏頻;K 后懸架的剛度，N/mm；r后懸架簧載質(zhì)量，kg；mr1后懸架滿載簧載質(zhì)量，kgmr1后懸架滿載簧載質(zhì)量，kg；mr2后懸架空載簧載質(zhì)量，kg。根據(jù)表1得m=(770-43?/2=363.5kgr1m 二226kgr2并把K€24?84N/mm帶入（4）式得出:r后懸架滿載偏頻：n€1.32r1后懸架空載偏頻：n€1.67r22.3懸架靜撓度的計(jì)算2.3靜撓度也是表征懸架性能的參數(shù)，按式（5）計(jì)算:5）、€mgK5）c式中:靜撓度，mm；前懸空載靜撓度，mm；前懸滿載靜撓度，mm；

f、 后懸空載靜撓度，mm；r空f 后懸滿載靜撓度，mm；r滿m簧載質(zhì)量，kg；g 重力加速度，m/s2；K——懸架剛度，N/mm。所以，按式（5）計(jì)算得出：前懸架空載靜撓度：f二mg/k€132.77mmTOC\o"1-5"\h\zf空 f2 f前懸架滿載靜撓度：f二mg/k€138.74mmf滿 fi f后懸架空載靜撓度f€mg/k€89.13mmr空 r2 r后懸架滿載靜撓度f”€mg/k€143.36mmr滿 r1 r空載狀態(tài)后前懸架偏頻比：nr2/nf2=1.67/1.37=1.22滿載狀態(tài)后前懸架偏頻比：nr1/nf1=1.32/1.34=0.98懸架剛度匹配結(jié)論：一般舒適型轎車前懸架偏頻在1?1.45之間，后懸架偏頻在1.17?1.58之間。開發(fā)目標(biāo)車前后懸架的空、滿載靜撓度和頻率值以及偏頻比較合理，適合舒適型乘用車。2.4側(cè)傾角剛度計(jì)算2.4.1前懸架的側(cè)傾角剛度前懸架的側(cè)傾角剛度由兩部分共同作用，即螺旋彈簧引起的側(cè)傾角剛度與橫向穩(wěn)定桿引起的側(cè)傾角剛度。1）螺旋彈簧引起的側(cè)傾角剛度按式（6）計(jì)算：bBbBP式中:C? 前螺旋彈簧引起的側(cè)傾角剛度，N?mm/rad；fb——前彈簧中心線與轉(zhuǎn)向瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)中心距離，mm；p車輪中心面距轉(zhuǎn)向節(jié)瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)中心距離，mm；B 前輪距，mm；C 前螺旋彈簧剛度，N/mm。sf根據(jù)圖3得b=2435mm,p=2578mm,根據(jù)表1得B=1299mm,并把C=20sfN/mm帶入式(6)得出螺旋彈簧的側(cè)傾角剛度為：C=1.51X107N?mm/rad屮f參考KC試驗(yàn)數(shù)據(jù)襯套扭轉(zhuǎn)時(shí)的剛度有約為15%的影響，則前懸架由螺旋彈簧引起的側(cè)傾角剛度為：C?，1.15X(1.51X107),1.73X107N?mm/radf2)橫向穩(wěn)定桿引起的角剛度按式(7)計(jì)算：3EIL2L—a3+L(a+b…+4L?+c)(7)1 2 2(7)式中各參數(shù)參見示意圖5：C 橫向穩(wěn)定桿引起的角剛度,N?mm/rad9bd 穩(wěn)定桿直徑，mm；I 穩(wěn)定桿的截面慣性矩，mm；E——材料的彈性模量，(N/mm)2

前穩(wěn)定桿直徑d=19mm，所以1晉€—F€63971mm4前穩(wěn)定桿材料為：60si2MnA所以E=206000(N/mm)2前橫向穩(wěn)定桿引起的角剛度為:… 3x206000x6397.1x94522x$54.93-189.63+472.6x(189.6+83.5》+4x170.42x(83.5+199.5€2.27x107N.mm/rad考慮固定方式，新的穩(wěn)定桿在車輪處的等效側(cè)傾角剛度與穩(wěn)定桿所提供的側(cè)傾角剛度比為：i=0.5，穩(wěn)定桿在車輪處的等效側(cè)傾角剛度為:0.5xC€1.13x107N.mm/rad申b由于連接件是橡膠元件，故實(shí)際剛度值一般比理論值減小15%~30%,取15%。則C€1.13x107x0.85€0.96x107Nmm/rad申b所以，前懸架總的側(cè)傾角剛度：K€C+C€2.69x107N.mm/rad申f 0f 申b2.4.2后懸架的側(cè)傾角剛度(8)K?€丄S2C<COSa

r2Fsr(8)式中:a——彈簧中心線與后軸垂線間的夾角 a€5.3degCsrCsr彈簧剛度C€21.7N/mm；sr彈簧安裝間距S€896mm；F8962以上數(shù)據(jù)代入公式88962x21.7xcos5.3。€0.867x107N-mm/rad考慮襯套扭轉(zhuǎn)時(shí)的剛度有約為0%的影響：C€1.2x0.867x107€1.04x107N-mm/rader貝V：后懸架側(cè)傾角剛度為C€1.04x107N-mm/rader一般要求前懸架側(cè)傾角剛度要稍大于后懸架側(cè)傾角剛度以滿足汽車稍有不足轉(zhuǎn)向特性的要求，并且前、后懸架側(cè)傾角剛度比值一般在1.4?2.6之間。根據(jù)

以上計(jì)算結(jié)果得前、后懸架側(cè)傾角剛度比值為2.5,顯然開發(fā)目標(biāo)車型滿足要求。2.5整車的側(cè)傾角計(jì)算車廂側(cè)傾角€是和汽車操縱穩(wěn)定性及平順性有關(guān)的一個(gè)重要參數(shù)。側(cè)傾角的r數(shù)值影響到汽車的橫擺角速度穩(wěn)態(tài)響應(yīng)和橫擺角速度瞬態(tài)響應(yīng)。以下質(zhì)心及側(cè)傾中心示意圖各參數(shù)是從裝載數(shù)模上測(cè)定的。當(dāng)汽車作穩(wěn)態(tài)圓周行駛時(shí)，車廂側(cè)傾角決定于側(cè)傾力矩M與懸架總的角剛度刀K。以下依據(jù)滿載狀態(tài)下穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)要求的0.4gm/s2進(jìn)行計(jì)算。2.5.1懸架質(zhì)量離心力引起的側(cè)傾力矩TOC\o"1-5"\h\z簧載質(zhì)量離心力引起的側(cè)傾力矩M :€r1M=aMh （9）€r1式中：a 側(cè)向加速度；a=0.4g\o"CurrentDocument"y yM——懸上質(zhì)量， M二1100-49-43二1008kg；h 整車質(zhì)心到側(cè)傾軸線的距離為:h=316.17mm（見圖6）；以上數(shù)據(jù)代入公式11,可得側(cè)傾力矩M:€r1M=aMh=0.4?9.8?1008?316.17=0.1249?107N-mm€r1 y2.5.2側(cè)傾后，懸架質(zhì)量引起的側(cè)傾力矩車廂側(cè)傾后，懸架質(zhì)量的質(zhì)心偏出距離e,因此，其重力引起的側(cè)傾力矩為:

M二G*e，G*h*€ (10)€r2 S Sr式中：為懸上質(zhì)量重力為9878.4N;h——整車質(zhì)心到側(cè)傾軸線的距離316.17mm(見圖6);€r――整車側(cè)傾角；M二9878.4…316.17x€二0.312?…107N?mmTOC\o"1-5"\h\z€r2 r r2.5.3總的側(cè)傾力矩M二M+M二(0.1249+0.312€)x107N?mm?r ?r1 €r2 r22.5.4懸架總的側(cè)傾角剛度\o"CurrentDocument"C二C+C二2.69x107+1.04x107二3.73x107N?mm/rad€總 ?f ?r2.5.5整車的側(cè)傾角MI= rCMI= rCe總(0.124%0.312?)x107 r 3.73x107=? =2.09。r角度汽車在轉(zhuǎn)彎時(shí)，車身在0.4g的側(cè)向加速度的作用下，車身側(cè)傾角不大于3?5°,顯然開發(fā)目標(biāo)車型滿足要求。2.6縱傾角剛度在制動(dòng)強(qiáng)度Z=0.5時(shí)，當(dāng)車輛發(fā)生縱傾時(shí)，前后懸架受力的變化量相當(dāng)于軸荷轉(zhuǎn)移量厶G△G=ZgMh/L (11)sg式中：Z――制動(dòng)強(qiáng)度：0.5；M——滿載簧載質(zhì)量Ms=1400-49-43=1308kg;sh 簧載質(zhì)心高(滿載)hg=489mm；gL 軸距2332mm;通過上式計(jì)算得到的軸荷轉(zhuǎn)移量是1343.95N；前后懸架變形由公式S=\G/2K可得出：式中：K——懸架剛度，前懸架為20.52N/mm，后懸架為24.84N/mm。計(jì)算得：前懸架S€32.75mmf后懸架S€27mmr整車縱傾筋€180x(S+S)/L/,€1.47。f r整車縱傾角剛度為K=AGxL/€2.13x106N.mm/deg2.7減振器參數(shù)汽車的懸架中安裝減振裝置的作用是衰減車身的振動(dòng)保證整車的行駛平順性和操縱穩(wěn)定性。下面僅考慮由減振器引起的振動(dòng)衰減不考慮其他方面的影響，以方便對(duì)減振器參數(shù)的計(jì)算。汽車車身和車輪振動(dòng)時(shí)，減振器內(nèi)的液體在流經(jīng)阻尼孔時(shí)的摩擦和液體的粘性摩擦形成了振動(dòng)阻尼，將振動(dòng)能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，并散發(fā)到周圍的空氣中去，達(dá)到迅速衰減振動(dòng)的目的。汽車的懸架有了阻尼以后，簧載質(zhì)量的振動(dòng)是周期衰減振動(dòng)，用相對(duì)阻尼比屮來評(píng)定振動(dòng)衰減，相對(duì)阻尼比的物理意義是指出減振器的阻尼作用在與不同剛度和不同質(zhì)量的懸架系統(tǒng)匹配時(shí)，會(huì)產(chǎn)生不同的阻尼效果。2.7.1減振器平均阻力系數(shù)的確定減振器阻力系數(shù)的確定：(12)4兀mnyi2(12)cos2a式中：丫一一減振器阻力系數(shù)；屮一一相對(duì)阻尼比；m——懸架一側(cè)的簧載質(zhì)量;n——懸架偏頻；.ai€—i——杠桿比 b；

€——減振器安裝角，減振器軸線與Z坐標(biāo)軸的夾角，前減振器的安裝如圖7,后減振器的安裝見圖8；圖8□□□□□□□□□□□□□根據(jù)前后懸架減振器的布置形式，以下各參數(shù)取值如下:表2參數(shù)列表項(xiàng)目前懸架后懸架m278kg226kg1.37Hz1.67Hzi€8.425。12.576。相對(duì)阻尼系數(shù)的選擇：對(duì)于無內(nèi)摩擦的彈性元件(如螺旋彈簧)懸架，一般取屮=0.25?0.35。對(duì)于有內(nèi)摩擦的懸架，相對(duì)阻尼系數(shù)可取小些。參考同類型車：取前懸相對(duì)阻尼系數(shù)屮f€°3；取后懸相對(duì)阻尼系數(shù)屮r€°3將以上參數(shù)代入公式12,可得：前減振器的平均阻力系數(shù)為：4?mn屮i2 4,3.14,278,1.37,0.3,(1.08)2…€ f_ff-f—€f cos2a (cos8.425。)2f€1737.77N/(m/s)后減振器的平均阻力系數(shù)為：4兀mn屮i2 4,3.14,226,1.67,0.3,(1)2…= r——rr―r——=一rcos2a (cos12.576。)2r=1492.6N/(m/s)2.7.2壓縮阻尼和拉伸阻尼系數(shù)匹配通常情況下，將壓縮行程時(shí)的相對(duì)阻尼比屮c取得小些，伸張行程時(shí)的相對(duì)阻尼比屮r取得大些；這樣，既可以保證整車的平順性又不降低操縱穩(wěn)定性，兩者之間保持屮c=(0.25?0.5)屮r。為避免懸架碰撞車架，一般把減震器拉伸和壓縮阻力按8：2?6：4的比例關(guān)系分配。根據(jù)常規(guī)類型車，選減震器拉伸和壓縮阻力按10：3的比例關(guān)系分配。因此，根據(jù)前面計(jì)算得到：前減振器壓縮阻尼系數(shù)5 €401N/(m/s)fc前減振器拉伸阻尼系數(shù)j€1336.74N/(m/s)fo后減振器壓縮阻尼系數(shù)j€344.45N/Cm/s)rc后減振器拉伸阻尼系麵€1148.15N/Cm/