汽車懸架系統(tǒng)開發(fā)布置流程

1、懸架系統(tǒng)開發(fā)流程-布置部分目標設定BENCHMARK在此主要是分析競爭車型的底盤布置。底盤布置首先要確定出輪胎、懸架形式、轉向系統(tǒng)、發(fā)動機、傳動軸、油箱、地板、前縱梁結構(滿足碰撞)等，因為這些重要的參數(shù)，如輪胎型號、懸架尺寸、發(fā)動機布置、驅(qū)動形式、燃油種類等在開發(fā)過程中要盡可能早地確定下來。在此基礎上，線束、管路、減振器、發(fā)動機懸置等才能繼續(xù)下去懸架選擇對各種后懸架結構型式進行優(yōu)缺點比較，包括對后部輪罩間空間尺寸的分析比較，進行后懸架結構的選擇。常見的后懸架結構型式有：扭轉梁式、拖曳臂式、多連桿式。扭轉梁式懸架優(yōu)點：1. 與車身連接簡單，易于裝配。2. 結構簡單，部件少，易分裝。3. 垂直方

2、向尺寸緊湊。4. 底板平整，有利于油箱和后備胎的布置。5. 汽車側傾時，除扭轉梁外，有的縱臂也會產(chǎn)生扭轉變形，起到橫向穩(wěn)定作用，若還需更大的懸架側傾角剛度，還可布置橫向穩(wěn)定桿。6. 兩側車輪運轉不均衡時外傾具有良好的回復作用。7. 在車身搖擺時具有較好的前束控制能力。8. 車輪運動特性比較好，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好的加大能力，通過性好。10. 如果采用連續(xù)焊接的話，強度較好。缺點：1. 對橫向扭轉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. 整車動態(tài)性能對軸荷從空載到滿載的變化比較敏感。4. 但這種懸架在側向力作用時，呈過

3、度轉向趨勢。另外，扭轉梁因強度關系，允許承受的載荷受到限制。扭轉梁式懸架結構簡單、成本低，在一些前置前驅(qū)汽車的后懸架上應用較多。拖曳臂式懸架優(yōu)點：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. 與車身的連接簡單，易于裝配。3. 結構簡單，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：1. 由于沿著控制臂相對車身轉軸方向控制臂較大的長寬比，側向力對前束將產(chǎn)生不利的影響。2. 車身搖擺（body roll）對外傾產(chǎn)生不利影響；（適當?shù)目刂票坜D軸有可能改善外傾的回復能力，但這導致輪罩間寬度尺寸的減小。）3. 調(diào)校很

4、困難，因為所有的幾何參數(shù)以及相關變量都是相關聯(lián)的。4. 由于沒有襯套，所有傳遞給車身的振動都是未經(jīng)過濾的。多連桿式懸架優(yōu)點：多連桿式懸架能同時兼顧良好的乘坐舒適性和操縱穩(wěn)定性，這種優(yōu)點主要得益于其結構上具有下面這些幾何特性：1. 利用多桿控制車輪的空間運動軌跡，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向特性。2. 受到側向力時前束具有自動回正能力；3. 受到縱向力時前束具有自動回正能力。4. 車輪行駛時的外傾角回復能力。5. 通過障礙的軸距較大6. 能兼顧后輪驅(qū)動。7. 后輪驅(qū)動時的轉向力控制。缺點：1. 零部件數(shù)量多，制造加工困難。2. 試驗調(diào)校工作復雜，且不便于調(diào)整，適應

5、性較差。3. 對懸架幾何尺寸的公差和彈性元件特性的要求較高。4. 單位質(zhì)量的負荷能力較低（需要一個后副車架）。5. 對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，前懸架結構選擇時性能不優(yōu)于后懸架。的值按大小順序為：1）Beam Axle（剛性軸）；2）Twisted Axle(扭梁)；3）Multilink Axle在此引入“過強度系數(shù)”的概念：過強度系數(shù)=，一般最大不超過1.35；否則在滿足了最大質(zhì)量的車型后，對最小質(zhì)量的車型來說強度就顯得過剩，帶來的是成本的無謂增加。懸架的設計總是與整車的設計緊密相

6、連的，整車預布置通常包括動力總成的預布置和懸架的預布置。在基本確定了整車的總體尺寸、驅(qū)動型式、相應的輪胎、最小的目標轉彎半徑后就可以進行懸架的預布置了。1. 懸架的預布置在懸架的預布置過程中主要考慮以下幾點：1. 整車姿態(tài)一般來說，整車姿態(tài)是通過懸架的布置來設定的，可以說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00.5°之間。如下圖所示：整車姿態(tài)示意圖2. 輪胎的跳動行程輪胎行程根據(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，由于后軸載荷變化較大，

7、為了提高后排乘客的舒適性后懸架的行程取值要比前懸架的大。還要考慮輪胎加裝防滑鏈的要求。3. 驅(qū)動型式驅(qū)動型式對懸架的影響主要在四驅(qū)的保護上。一般來說如果一款轎車后懸架采用了扭轉梁結構，要保護四驅(qū)在總布置上就很困難了。四驅(qū)布置的對比4. 導向桿的布置對于導向桿的布置，縱向?qū)驐U（或拖曳臂）設計布置時盡可能水平布置，以保證輪胎上跳或者回彈軸距變化盡可能的小；而橫向推力桿（或橫向擺臂）盡可能與后軸平行且左右對稱布置。2. 前懸架的布置前懸架的型式主要有非獨立鋼板彈簧懸架、麥弗遜獨立懸架、雙橫臂獨立懸架、多連桿獨立懸架和雙橫臂獨立懸架的一些變形。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

8、用獨立懸架，一般在整車設計之初就已確定了懸架的型式。下面以麥弗遜為例來說明一下前懸架的設計過程。在前懸架的布置過程中主要從以下幾點來考慮：l 轉向系統(tǒng)幾何尺寸的確定在轉向系統(tǒng)的設計過程中，首先要確定轉向梯形，以保證車輪能繞一個轉向中心在不同的圓周上作無滑動的純滾動。對轎車來說，通常采用斷開式轉向梯型機構，有時為了提高車輛的靈活性，減小轉彎半徑而改變轉向梯型；當然，初步確定的時候可以不這樣考慮。根據(jù)初步設定的最小轉彎半徑和相應的計算公式及阿克曼轉角的關系可以初步確定左右車輪轉角的關系，同時結合相應的前縱梁布置產(chǎn)生的幾何約束就可以確定左右車輪的轉角。同時可以初步選定轎車轉向系統(tǒng)角傳動比，一般為15

9、-17。qq12q oDdAckermann errordD定義轉向半徑，轉向角和阿克曼角阿克曼角關系：Ctg1- Ctg 2 = q/p最小轉彎半徑公式：l 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輪心的偏置距一起保證輪胎的側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回正性。同樣，對主銷的初步取值也是通過經(jīng)驗來選取或者通過對參考樣車的測量來獲得。一般對轎車的前獨立懸架來說主銷后傾角在3°4°左右，主銷內(nèi)傾角在10°15°左右；主銷內(nèi)傾后傾角確定后相應的主銷偏置距和

10、拖距也就確定了。主銷后傾角示意圖 主銷內(nèi)傾角示意圖l 前懸架幾何尺寸的定義在主銷的幾何尺寸確定以后，結合輪胎、副車架、輪胎轉角的幾何約束就可以開始確定前懸架的設計硬點。首先定義主銷上的A點，A點在輪輞和等速萬向節(jié)中間，位置越低越好。（越低則地面的激勵對球頭銷的側向力偏小）如下圖所示： A點示意圖A點即下球頭銷的中心，A點與B點的連線即是主銷在整車坐標中XZ平面的投影。圖中清晰的顯示了定義設計硬點A要考慮的邊界條件。定義主銷上控制點B時，在一般的懸架中盡可能的將位置設計的低一些；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的轉向回正力矩。但是要考慮輪胎上跳下跳目標和B點的支撐的功能性；特別

11、對于麥弗遜前懸架來說B點的位置越高越好，有利于平衡掉滑柱的橫向分力，減小滑柱導桿的摩檫。（公式驗證）A、B兩點示在XY平面投影意圖l 減振器的布置在X-Z平面內(nèi)定義減震器時通常讓減振器軸線跟主銷軸線重合，這是最簡單和最有效的解決方案。（但如此無法減小減振器活塞桿對油封的橫向力）如下圖所示：在X-Z平面內(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（需要的話要考慮防滑鏈）。D點是控制臂旋轉軸線和通過A點的Y-Z平面的交點。A,、B、D

12、點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動分析中考慮。在Y-Z平面內(nèi)定義減震器l 控制臂旋轉軸線的定義控制臂軸線的主要根據(jù)抗制動點頭來角定義，如果增加在X-Z平面內(nèi)的傾角（即E點比F點低），抗點頭能力就能提高；當然這需要和后懸架匹配。在橫向上如果布置允許的話總是希望盡量的長一些（S12目前較長，力臂變長，受力變小）；在相同的A點行程下，擺臂越長橫向擺角越小，有利于提高橡膠襯套的壽命。同時在Y-Z平面內(nèi)應保證前懸架的側傾中心高在0120mm的范

13、圍內(nèi)。下擺臂定義示意圖l 轉向系統(tǒng)設計硬點的布置 H和I點示意圖轉向桿系與懸架導向桿系在輪胎上下跳動的運動學上會產(chǎn)生運動干涉，這個干涉主要引起輪胎前束的變化。在轉向系統(tǒng)幾何尺寸的所有點的定義中，對于點H主要通過考慮阿克曼角和輪胎幾何約束來確定。定義I點的位置時主要考慮輪胎上下跳過程中的前束變化最小化。根據(jù)懸架桿系的幾何運動關系確定I點；將I點放在輪胎上下跳過程中H點所形成的圓弧的中心。I點確定示意圖依據(jù)上述步驟在三維制圖軟件中可以確定各個設計硬點的坐標。獲得了這些前懸架設計硬點的空間坐標后，可以通過相應的公式得出前懸架的運動學分析；目前更多的是運用ADMAS軟件進行分析。3. 后懸架的設計步驟

14、目前公司車型的后懸架主要是扭轉梁和拖曳臂的非獨立懸架，這些類型的后懸架結構簡單，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越來越明顯。缺點是：零件數(shù)增加，公差要求更嚴格，加工成本增加；試驗測試復雜；承載能力相對較弱。在后懸架的設計時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)動保護、輪胎規(guī)格、承載能力、整車操縱目標、前懸架特征和零部件采用的工藝。有了以上的基本輸入后，一般分以下幾點對后懸架進行布置。l 選擇連桿數(shù)目和梯形結構，對于一款中級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立懸架叫著兩連桿獨立懸架，具有三根

15、橫向連桿的獨立懸架叫著三連桿獨立懸架（如下圖所示）。連桿越多意味著橡膠襯套應用的也越多，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。兩連桿獨立懸架外傾角能夠通過橫向拉桿的幾何運動來控制。 兩聯(lián)桿后獨立懸架三聯(lián)桿后獨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。因此三連桿的獨立懸架調(diào)節(jié)車輪外傾和前束對拖曳臂橡膠襯套的變形影響要小。l 后懸架各控制點的安裝位置在布置之出首先要明確哪些懸架的控制硬點連接在車身上，哪些點懸架的控制硬點連接在副車架上。將這些點布置在副車架上會花費更多的成本和增加整車的重量，但是能提高對前束和車輪外傾的控制精度，提高過濾震動噪音的能力。對于一款中

16、級轎車而言通常都將控制外傾和前束連桿上的設計硬點和主橫向擺臂的設計硬點布置在副車架上。通常來說對點1（拖曳臂與車身連接點）和16（車輪中心）設定按以下幾點來做布置：制動點頭和加速抬頭的關系；整車尺寸和白車身的幾何約束；是否需要做后輪驅(qū)動的保護。為了控制整車的制動點頭和加速抬頭現(xiàn)象，通常點1的z軸坐標要高于點16（輪心）的z軸坐標。l 定義后懸架主銷如圖所示，后主銷軸是黃色和藍色平面的交線。黃色平面是拖曳臂襯套的正交面，藍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。其余的關系與前懸架的一致。相當于轉向橫拉桿l 定義橫向

17、擺臂的長度和方向在滿足布置的幾何約束的前提下，主橫向擺臂越長越好（越長對襯套的壽命越小）；俯視方向上盡量與后軸平行（搞不明白），在保護四驅(qū)時與后軸的夾角越小越好（搞不明白）。同時保證后懸架的側傾中心高在80150mm的范圍內(nèi)。對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度和方向主要跟據(jù)懸架的運動學關系來決定。如下圖所示：后驅(qū)保護前束和車輪外傾調(diào)節(jié)桿l 減振器和緩沖塊和彈簧的布置減振器布置位置大體上有四種，如下圖所示：可以根據(jù)實際的布置需要來選擇。與彈簧一樣，杠桿比越接近1越好。 在完成了前后懸架的基本布置之后就要對懸架機構進行靜態(tài)力學分析、動態(tài)力學分析和懸架的幾何運動學分析。懸架機構靜態(tài)與動態(tài)力學分析懸架機構幾何學運動分析主銷分析內(nèi)外輪轉角關系車輪行程分析車輪行程于側傾中心分析橫向載荷分析縱向載荷分析前后懸架零部件的結構設計在設計零部件結構時首現(xiàn)要明確該零部件的功用、力學分析、邊界條件、工藝可行性和成本。下面對各零部件進行分類介紹。彈簧1.螺旋彈簧螺旋彈簧是緩沖元件，形似螺旋線而得名，它具有不需潤滑，不怕污垢，重量小且占空間位置少的優(yōu)點。當路面對輪子的沖擊力傳到螺旋彈簧時，螺旋彈簧產(chǎn)生變形，吸收輪子的動能，轉換為螺旋彈簧的