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1、存檔編號華北水利水電大學North China University of Water Resources and Electric Power 畢 業(yè) 設 計題目 乘用車懸架系統設計 學 院 機械學院 專 業(yè) 機械設計制造與其自動化 姓 名 學 號 指導教師 完成時間 2014.05 教務處制獨立完成與誠信聲明本人重聲明：所提交的畢業(yè)設計（論文）是本人在指導教師的指導下，獨立工作所取得的成果并撰寫完成的，重確認沒有剽竊、抄襲等違反學術道德、學術規(guī)的侵權行為。文中除已經標注引用的容外，不包含其他人或集體已經發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中作了明確的說明并
2、表示了意。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。畢業(yè)設計（論文）作者簽名： 指導導師簽名： 簽字日期： 簽字日期：畢業(yè)設計（論文）使用授權書本人完全了解華北水利水電大學有關保管、使用畢業(yè)設計（論文）的規(guī)定。特授權華北水利水電大學可以將畢業(yè)設計（論文）的全部或部分容公開和編入有關數據庫提供檢索，并采用影印、縮印或掃描等復制手段復制、保存、匯編以供查閱和借閱。同意學校向國家有關部門或機構送交畢業(yè)設計（論文）原件或復印件和電子文檔（涉密的成果在解密后應遵守此規(guī)定）。畢業(yè)設計（論文）作者簽名： 導師簽名：簽字日期： 簽字日期：75 / 88摘要懸架的主要功能是傳遞作用在車輪和車身之間的一切力和力矩
3、，緩沖傳給車身的沖擊載荷，通過減震器衰減由車輪引起的簧上震動，保證汽車行駛的平順性，保證車輪在路面不平和載荷變化時有理想的運動特征，增強汽車的操縱穩(wěn)定性，輕便性。本文首先論述了懸架的分類、優(yōu)缺點與國外的研究現狀，然后以日產天籟為設計參照，使用傳統設計方法（非優(yōu)化設計）設計計算前麥弗遜懸架和后多連桿懸架，涵蓋了選定懸架質量分配系數，選定車震頻率、偏頻比，計算懸架靜撓度和動撓度，減震器行程與工作缸徑的選擇與螺旋彈簧的直徑、工作圈數設計等。本次設計中使用UG軟件做出三維模型，再進行裝配，裝配完成后，將其分別導入ADAMS/car和adams/view中進行仿真分析和動畫仿真，得出汽車行駛時的仿真動畫
4、、整車車輪前束角、整車車輪外傾角、前輪主銷傾角、前輪主銷后傾角、摩擦半徑、后輪側傾中心坐標的相關數據變化。在介紹了主動懸架和半主動懸架之后，闡述了他們之間以與相對于傳統懸架之間的優(yōu)缺點、前麥弗遜懸架和后多連桿懸架減震器可行的改良方法，以與未來研究方向，最后對此次設計設計進行一次回顧，總結設計中的收獲和存在的問題。關鍵字：麥弗遜式懸架、多連桿懸架、三維模型、運動仿真、仿真分析中圖分類號：U463.33+1AbstractThe main function of the role of the suspension is to pass all the forces and moments bet
5、ween the wheel and the body, buffer the impact load transmitted to the vehicle body, damp vibration caused by the wheels through shock absorber to ensure the car ride comfort, assure that there are ideal exercise characteristics while in the road surface roughness and load variations, and enhance ha
6、ndling and stability of the car. This paper first discusses the classification of the suspension, the pros and cons and research status, then Nissan Teana reference design, using traditional design methods to calculate the front McPherson suspension and rear multi-link suspension, including car shoc
7、k frequency is selected, suspension deflection calculation, selection and design of the damper and springs, and the like. Make use of three-dimensional model by UG software , after the completion of the assembly，get it into ADAMS simulation, then related data such as the toe angle , camber angle, ki
8、ngpin inclination angle, caster angle, Scrub radius，roll center location are obtained.After the introduction of active suspension and semi-active suspension, describes the advantages ，disadvantages and the future research directions between them, Finally, the design is summarized.Keywords: McPherson
9、 suspension, multi-link suspension, three-dimensional model, motion simulation，Simulation Analysis目 錄摘要IAbstractII第一章 緒論11.1課設背景與研究意義11.2國外的研究現狀11.3本文的主要研究容3第二章 懸架的結構分析與整體參數設計42.1懸架系統的簡介與分類42.1.1懸架系統的簡介42.1.2懸架系統的分類52.2獨立懸架的特點52.3整體參數的設計62.3.1主要技術指標或主要參數62.3.2頻率的選取與計算72.3.3懸架系統的靜撓度72.3.4懸架系統的動撓度82.3
10、.5懸架系統剛度8第三章 懸架系統的設計計算103.1懸架設計的一般要求103.2減振器選擇103.2.1減震器工作原理103.2.2阻尼系數的確定123.2.3最大卸載力133.2.4減振器的尺寸設計143.3螺旋彈簧的設計計算173.4橫向穩(wěn)定桿設計213.5懸架系統的桿系設計24第四章 懸架的三維建模254.1麥弗遜前懸架的三維建模254.2后多連桿懸架的三維建模284.3整車懸架裝配圖31第五章 懸架系統的運動學仿真335.1基于adams/view的運動仿真335.2基于adams/car的仿真分析34第六章 整車懸架的主動化改造426.1傳統懸架的弊端426.2電控懸架的優(yōu)勢426
11、.3電控懸架426.3.1電控懸架的分類426.3.2電控懸架系統的組成436.3.3電控懸架的工作原理446.4主動化方案46第七章 總結與展望487.1總結487.2展望48參考文獻49致 51附錄一 英文文獻原文53附錄二 英文文獻譯文60附錄三 開題報告65附錄四 任務書72第一章 緒論1.1課設背景與研究意義 懸架是現代汽車上把車身與車輪有彈性的起來的重要組件，在傳遞作用在車輪和車身之間的一切力和力矩的同時，通過減震器對懸架振動進行衰減，使汽車獲得高速的行駛能力和理想的運動特性。采用彈性聯接后，汽車可以看做是由懸掛質量、非懸掛質量和彈簧組成的振動系統。懸架對于整車的意義重大。懸架本身
12、的性能特點、與整車的匹配關系等直接決定了汽車行駛的平順性、操作穩(wěn)定性和乘坐舒適性，進而影響著整車的性能。面對科技的迅速發(fā)展、以與生活需求的提高，人們的乘駕選擇也日新月異，無論是轎車、客車、房車、自卸車、SUV，還是MPV，都要提供一個人性化的舒適的環(huán)境。作為衡量汽車質量的指標之一，汽車懸架系統可以很好的緩解路面給予車輛的沖擊，減輕汽車振動給乘客的不適反應。針對于不同的車型，對懸架設計進行優(yōu)化，譬如，有些載貨汽車懸架需要足夠的剛度，以安全為首，效益為先，而一些自駕車要求較高的舒適性，較小的阻尼。而對于軍用汽車，應具有較好的越野能力，在城市和山地都能發(fā)揮其最優(yōu)的性能，這就需要懸架的剛度可調、可變。
13、優(yōu)良的避震懸架，也可以減輕振動沖擊給零件帶來的損壞，減少故障，降低維修成本。不僅如此，車輪外傾角的設計也便于駕駛轉向，主銷傾角和主銷后傾角的設計也有回正的作用，利于行駛的安全，而前束角的設計，則相應的減小了輪胎的磨損。總而言之，在舒適的駕駛環(huán)境下才能保持身體的平衡和心情的愉悅，優(yōu)良的懸架系統會更加輕便以與安全。鑒于懸架在整車中的重大意義， 懸架的的研究相對整車來說顯得至關重要。1.2國外的研究現狀汽車誕生后，隨著對懸架的深入研究，扭桿彈簧、橡膠彈簧、鋼板彈簧等相繼問世。直到1934年世界上才出現了第一個由螺旋彈簧組成的被動懸架。盡管一百多年來，汽車懸架的結構形式與其原理一直不斷地演進，但就結構
14、功能而言，它主要由減震裝置，彈簧元件和導向機構三部分組成，一些情況下，一個零部件兼起多個作用，例如，鋼板彈簧不僅起到彈性元件的作用，還起到了導向機構的作用，麥弗遜懸架的減震器的活塞桿不僅其到了減震作用，同時起到了導向作用。典型的麥弗遜式獨立懸架使用減振器兼做主銷, 這樣，在減振器活塞桿在相對減振器筒往復運動工作時, 會受到側向力的作用, 不符合最佳受力狀態(tài), 因此一些麥弗遜式獨立懸架用專用的滑柱結構確定主銷軸線, 此類結構又被稱為滑柱擺臂式獨立懸架。但這些懸架依然有很大的缺陷，面對復雜的路況，這種懸架不能改變懸架的剛度，而且，隨著車速的提高和用途的多樣性，人們的視線也開始移到了主動和半主動懸架
15、上面。半主動懸架的研究工作起始于1973年，由D.A.Crosby 和D.C.Karnopp首先提出，半主動懸架較少的考慮懸架的剛度，以改變懸架的阻尼為主，依據簧上質量的速度、加速度等響應進行信息的反饋。半主動懸架的研究主要集中在執(zhí)行器的研究和執(zhí)行策略的研究，半主動懸架穩(wěn)定性優(yōu)于被動懸架，可靠性優(yōu)于主動懸架。主動懸架是1954年由美國通用汽車公司在設計懸架時率先提出，這種懸架在面對任何工況都能保持在最佳狀態(tài)，主動懸架與被動懸架之間的區(qū)別在于是否是有源控制，主動懸架通過有源的減震效果最好，但由于結構復雜，能耗高，成本昂貴和元件較多，元件集成度不足帶來的可靠性等問題，我國目前絕大部分汽車仍然使用被
16、動懸架。目前國外高級大客車幾乎全部使用空氣懸架，空氣懸架在輕型汽車上的應用量也在迅速上升。部分轎車也逐漸安裝使用空氣懸架，如美國的林肯等。在一些特種車輛上，空氣懸架的使用幾乎為唯一選擇。國外的汽車空氣懸架發(fā)展經歷了“鋼板彈簧氣囊復合式懸架被動全空氣懸架主動全空氣懸架(即ECAS電控空氣懸架系統)”的變化型式。主動全空氣懸架應用了電子控制系統，使傳統的空氣懸架系統的性能得到很大改善，汽車在各種路面、各種工況條件下能實現主動調節(jié)、主動控制。雖然已經對空氣懸架進行了很多的研究，但從目前仍然存在一些問題:氣囊脫落、推力桿斷裂、襯套、螺絲松動等問題，因此對空氣懸架的可靠性分析和電子控制的研究是今后懸架系
17、統發(fā)展研究的主題。由于國的自主性設計的汽車普遍使用被動懸架，且成本較低，懸架的穩(wěn)定性依然有改進提升的可能，所以被動懸架在國在相當長的時間會繼續(xù)使用。綠色環(huán)保是當今社會的主題，而電控懸架帶來的確實大量的消耗，所以，能量反饋式懸架將是未來研究的主題之一。1.3本文的主要研究容本文以日產天籟乘用車的的各方面的尺寸為參數，確定空載和滿載的簧上質量，選定懸架質量分配系數，選定前懸架頻率，計算出后懸架頻率，懸架的靜撓度，動撓度，從而確定減震器的行程與阻尼，彈簧的參數。最后使用UG對懸架進行建模裝配，再將裝配圖導入到ADAMS/view中進行運動仿真，再在adams/car中進行仿真分析和運動仿真。首先基于
18、天籟汽車的整體參數與懸架模型，選擇前懸架為麥弗遜懸架，后懸架為多連桿懸架。設計計算轎車懸架的整體參數，主要包括頻率的選取與計算，靜撓度、動撓度以與懸架系統剛度的計算。通過資料查詢，利用傳統的設計方法分別設計計算前麥弗遜懸架和后多連桿懸架的減震器、彈簧以與穩(wěn)定桿的相關參數，使其滿足課設任務書的要求。然后，使用UG軟件進行三維建模，然后進行裝配，基于adams/car調用軟件模塊進行動畫仿真，了解懸架的運動規(guī)律，分析懸架系統中各個零件之間的相互約束關系，并進行仿真分析，基于adams/view，導入裝配圖，制作動畫仿真。最后對本次設計進行總結，通過分析，提出自己設計中遇到的問題以與解決方法，對于仍
19、然存在的問題希望以后能夠得到解決。作為衡量汽車質量的指標之一，汽車懸架系統可以很好的緩解路面給予車輛的沖擊，減輕汽車振動給乘客的不適反應。懸架本身的性能特點、與整車的匹配關系等直接決定了汽車行駛的平順性、操作穩(wěn)定性和乘坐舒適性。第二章 懸架的結構分析與整體參數設計2.1懸架系統的簡介與分類2.1.1懸架系統的簡介 懸架是汽車的車架（或承載式車身）與車橋（或車輪）之間的一切傳力連接裝置的總稱，其作用是傳遞作用在車輪和車架之間的力和力扭，并且緩沖由不平路面?zhèn)鹘o車架或車身的沖擊力，并衰減由此引起的震動，以保證汽車能平順地行駛。沒有最完美的設計，只有最人性化的需求，汽車的舒適性要求和操縱穩(wěn)定性的要互相
20、對立的。比如，為了獲得良好的舒適性，就要大大緩沖汽車的震動，這樣彈簧就要設計得軟些，但彈簧軟了卻容易使汽車發(fā)生剎車“點頭”、加速“抬頭”以與左右側傾嚴重，容易導致汽車操縱不穩(wěn)定，不利于轉向等。汽車懸架的簧上重量越大，其乘坐舒適性就越好，反之容易顛簸。典型的懸架一般是由彈性元件、導向機構以與減震器等部件組成，橫向穩(wěn)定桿，個別的結構還會有緩沖塊等。彈性元件分別有鋼板彈簧、空氣彈簧、螺旋彈簧以與扭桿彈簧等形式，現代轎車懸架多采用螺旋彈簧和扭桿彈簧。懸架一般包括以下幾個部分9：（1）減振器為了改善汽車的行駛平順性, 在車輪上下跳過程中，減振器活塞在工作腔進行往復運動，減震器產生阻尼力，從而迅速衰減汽車
21、的振動，使動能轉化成熱能散發(fā)到空氣中，從而達到衰減振動的目的。車身高度同時得到了改變，進而增強車輪和地面的附著力.目前廣泛使用的減振器主要是筒式液力減振器。 （2）彈性元件為了起到舒適性的作用，減震器不能迅速的改變車身的振動，所以在車輪受到大的沖擊時，彈簧受到壓縮，部分動能轉化為熱能的同時，剩余部分轉化為彈性勢能儲存起來，在下次振動中釋放出來。彈性元件主要有鋼板彈簧,螺旋彈簧,扭桿彈簧,氣彈簧和橡膠彈簧等。（3）導向機構導向機構主要作用就是傳遞力和力矩,起到導向作用并控制能夠控制車輪的運動軌跡。（4）橫向穩(wěn)定桿其作用是為了防止車身在轉向等情況下發(fā)生過大的車身傾斜。2.1.2懸架系統的分類懸架系
22、統根據汽車兩側車輪的運動是否相互關系，可以分為兩種形式。（1）非獨立懸架 如圖，非獨立懸架的結構特點是汽車兩側車輪安裝在一根整體式車軸的兩端。這種懸架系統當一側車輪印道路不平而跳動時，會影響另一側車輪的工作，所以稱為非獨立懸架，也稱為整體懸架或相關懸架。（2）獨立懸架如圖，獨立式懸架兩端車輪分別安裝在斷開時的車軸兩端，每段車軸的車輪單獨通過彈性元件與車架相連。采用這種懸架的汽車，當一側車輪跳動時，對另一側車輪不產生影響，因此成為獨立懸架。一般按照車輛的運動的方式，獨立懸架可以分為2：1） 橫臂式獨立懸架：車輪在汽車橫向平面擺動的獨立懸架；2） 縱臂式獨立懸架：車輪在汽車縱向平面擺動的獨立懸架；
23、3） 單斜臂式獨立懸架：其擺臂的白東周線和車軸線斜交叉；4） 車輪沿主銷軸線移動的懸架：包括燭式懸架和麥弗遜懸架。2.2獨立懸架的特點獨立懸架有以下特點2；1） 在一定圍，兩輪可以單獨運動，減小了行駛時車架和車身的鎮(zhèn)定，也可以防止轉向輪偏擺。2） 一般都配有穩(wěn)定桿，減少了轉彎時的左右搖晃，改進穩(wěn)定性。3） 非懸架的重量小，可提高汽車的平順性和乘坐舒適性。4） 坐游輪之間沒有車軸，所以地板和發(fā)動機的安裝位置可以降低，這樣可降低車輛重心有利于提供汽車行駛的穩(wěn)定性。 基于天籟車型，選擇麥弗遜前懸架和多連桿后懸架，分別有以下優(yōu)點：1） 構件少，非懸架重量輕；2） 懸架的占的空間小，可以增大發(fā)動機室的可
24、用空間；3） 懸架支撐點之間距離大，即使安裝錯位或制造過程中產生大的誤差，也不會對前輪定位產生大的影響，所以通常不需要定位調整。 1）連桿較多，可使車輪和地面盡可能保持垂直，減小了車身的傾斜。盡可能維持 輪胎的貼地性； 2）主控制臂可以起到調整后輪前束的作用，以提高車輛行駛穩(wěn)定性，有效降低輪 胎的摩擦； 3）高檔轎車由于空間充裕、且注重舒適性能和操控穩(wěn)定性，所以大多使用多連桿 懸架，非常適合高檔轎車。2.3整體參數的設計2.3.1主要技術指標或主要參數本次畢業(yè)設計整車主要性能參數參照天籟2012舒適版的車型進行，其主要設計參數如下：1）加速時間(0100 km/h)：11.8s；2）最小轉彎半
25、徑：5.3m；3）整備質量：1457kg；4）滿載質量：1940kg；5）最高車速：190km/h；6）外形尺寸（長X寬X高）：4850mmX 1795mmX 1475mm；7）軸距：2775mm；8）前輪距：1560mm；9）后輪距：1560mm；10）最小離地間隙：135mm；11）行箱容積：506L；12）燃油箱容積：70L；13）驅動方式：前置前驅，發(fā)動機橫置；14）供油方式：多點電噴；15）發(fā)動機排量、燃油、氣缸排列型式、進氣型式： 2000mL、汽油 93號(92號)、L型、自然吸氣式；16）壓縮比、環(huán)保標準、缸體材料：10:1、國4、鋁合金；17）最大功率/轉速：100kW/ 5
26、600r/min(rpm)；18）最大扭矩/轉速：190Nm/ 4400r/min(rpm)；19）轉向助力：電子液壓；20）前制動類型、后制動類型、手剎類型：通風盤、盤式、機械駐車制動；21）制動距離（(1000km/h)）：42.27m；22）前懸掛類型：前麥弗遜式獨立懸架；23）后懸掛類型：后多連桿式獨立懸架；24）輪胎規(guī)格：205/65 R16。25）前懸LF：963mm 26）后懸LR: 1105mm2.3.2頻率的選取與計算對于大多數的乘用車而言，懸架質量分配系數0.81.2。為了使前后懸架工作時在垂直方向互不影響，選定懸架質量分配系數1.0，前、后懸架的自然振動頻率分別用（約為1
27、1.45Hz）、（約為1.171.58Hz）表示。選取 =1.44Hz汽車前、后懸架偏頻=0.850.95，偏頻值越小，則車輛的平順性表現越好，由前懸可知 =1.44Hz,所以Hz (2-1)2.3.3懸架系統的靜撓度乘用車的設計頻率要接近人步行時的振動頻率，人步行時頻率是步行時身體上下運動的垂直振動頻率，約為n=11.6Hz。懸架的自然振動頻率為 n= （2-2）式中： -重力加速度；-懸架簧載質量；-懸架垂直變形量（撓度）。 fc1= （2-3）fc2=乘用車的靜撓度選擇圍為：100300，所以選擇符合要求。2.3.4懸架系統的動撓度懸架的動撓度表示車輛從滿載靜平衡位置開始到懸架壓縮至結構
28、所允許最大變形時，車輪中心未知點相對車身(或車架)的垂直方向上的位移。設計懸架時，應該要求懸架的動撓度應較大，以防止在凸凹不平路面上行駛時經常碰壞車架。對轎車，取7090。 通常=（0.50.8），因此選取fd1=80mm符合要求。選取fd2=70mm符合要求。對于一般汽車的整體來說，懸架的工作行程即為動撓度和靜撓度之和，這個值不應小于130，由fd1+fc1=200130，fd2+fc2=170130滿足技術要求。2.3.5懸架系統剛度已知整車的整備質量:=1457,滿載質量為1940，由于車型的發(fā)動機是前置前驅的，因此空載時前軸載荷為整備質量的56%，后軸載荷為整備質量的44%,滿載時后軸
29、載荷為滿載質量的50%,后軸載荷為滿載質量的50%, 空載時前軸單輪分配簧上荷載 l1=145756%-60=348 (2-4) 空載時后軸單輪分配簧上荷載 ml2=145744%-60=260 (2-5) 滿載時前軸單輪分配簧上載荷 s1=194050%-60=455 (2-6) 滿載時后軸單輪分配簧上載荷 s2=194050%-60=455 (2-7) 各個車輪上的簧下載荷取60，則前懸架剛度：K137.16 (2-8) 后懸架剛度：K244.59第三章 懸架系統的設計計算3.1懸架設計的一般要求23由于懸架對整車的操縱穩(wěn)定性、抗縱傾能力依著決定性的作用，所以必須考慮下面幾方面的要求：1）
30、 要合理設計懸架的彈性特性和阻尼特性，以確保汽車擁有良好的行駛平順性，避免壓縮或伸行程極限點的硬沖擊。2） 導向機構要合理，確保車輪和車架之間力和力矩傳遞可靠，保證車輪跳動時定位參數變化不會過大。3） 導向機構的運動與轉向桿系相協調，不能發(fā)生干涉使轉向輪搖擺。4） 側傾中心與縱傾中心位置恰當，避免汽車加速或制動時發(fā)生后仰或點頭。5） 懸架的質量要小，尤其是非懸掛質量。6） 設計時，考慮給轎車發(fā)動機和行箱留下足夠空間7） 設計的零件應有足夠強度和使用壽命。8） 成本低，便于維修。3.2減振器選擇3.2.1減震器工作原理1減震器的供能是吸收懸架垂直振動的能量，并轉化為熱能耗散掉，使振動迅速衰減。減
31、震器大體上可以分為兩類，即摩擦式減震器和液力減震器，由于庫倫摩擦力隨相對運動速度的提高而減小，并且容易受油水的影響，因此現代的汽車上已經不再采用，1901年首次出現了液力減震器，主要有兩種結構，搖臂式和筒式，筒式減震器的質量為擺臂式的一般，不但制作方便而且工作壽命長。筒式減振器常用的三種結構可分為雙筒式、單筒充氣式和雙筒充氣式。選用雙筒式液力減振器如下圖圖3.1減震器1-活塞桿，2-工作缸筒，3-活塞，4-伸閥，5-儲油缸筒，6-壓縮閥，7-補償閥，8-流通閥9-導向座，10-防塵罩，11油封 在活塞上裝有伸閥和流通閥，工作缸筒的下端的制作商有壓縮閥和補償閥，流通閥和補償閥一般都是單向的，由于
32、彈簧很軟，當閥上油壓產生的作用力和彈簧同向時，油閥關閉，當油壓作用力反相時，即使油壓很小，閥門也能打開。壓縮閥和伸閥是卸壓閥，其彈簧較硬，油壓到一定將個程度才能打開。壓縮行程：活塞下移，下腔的油液頂開流通閥8流入上腔室，由于活塞桿的存在，上腔室增加的容積大于下腔減少的容積，導致下腔油壓升高，頂開壓縮閥6流入儲油筒，期間受到阻尼力，振動進而衰減。伸行程：活塞上移，上腔的油液頂開伸閥4流入下腔室，由于活塞桿的存在，上腔室減小的體積大于下腔增加的體積，導致下腔油壓降低，儲油筒油液頂開補償法7進行補充，這些節(jié)流閥就起到了阻尼作用。在壓縮行程，減振器阻尼力應較小，以便充分發(fā)揮彈性元件的彈性作用，緩和沖擊
33、，使乘客感到舒適。這時，彈性元件起主要作用，在懸架伸行程中，減振器阻尼力應大，迅速減振。因此伸行程的阻尼比壓縮行程大，所以伸行程的油液通孔面積比壓縮行程小。3.2.2阻尼系數的確定 (3-1)式中，為懸架系統的剛度；為阻尼系數；為簧上質量。相對阻尼系數的物理意義是：在與不同簧上質量和不同剛度的懸架系統匹配時，減震器會具有不同的阻尼效果。值越大，說明振動能衰減越迅速，意味著有較大沖擊力傳到車身，對于汽車穩(wěn)定性產生不利影響；值越小時情形與之相反。一般情況下，壓縮行程的相對阻尼系數和伸行程的相對阻尼系數之間的關系為。 設計計算時，先選取與的平均值。對于彈性元件無摩擦懸架系統，通常取0.250.35；
34、對于彈性元件有摩擦懸架系統，值取偏小些。為避免懸架碰撞車架，取0.5。根據以上所述：取0.4，0.50.50.40.2 0.3 (3-2)減振器阻尼系數，而懸架固有振動頻率圖3.2減震器的樣式（1）麥弗遜前懸架： 麥弗遜前懸架屬于C型, 所以壓縮阻尼系數： (3-3) 伸阻尼系數 (3-4)（2）后多連桿懸架： 后多連桿懸架屬于B型,所以壓縮阻尼系數： 伸阻尼系數:3.2.3最大卸載力當減震器活塞振動到一定值時，活塞速度就是卸載速度，此時卸載速度是個均值。 VX=Awcos (3-5)（1）麥弗遜前懸架：車身振幅A取40mm,則 Vx=0.04m/s 壓縮行程的最大卸載力FY=* Vx=174
35、7*0.4=698.8N (3-6)拉伸行程的最大卸載力 FS= *VX=3494*0.35=1222.9N (3-7)（2）后多連桿懸架； 車身振幅A=0.4mm,則 Vx=0.04m/s 壓縮行程的最大卸載力FY=* Vx=4175*0.336=1403N拉伸行程的最大卸載力FS= *VX=8350*0.336=2806NFY1800N,Fs4459滿足技術要求。 彈簧的節(jié)距： 本文中 (3-22)彈簧總圈數：=9彈簧的自由高度: (3-23)彈簧的滿載高度： (3-24)壓縮的最大高度為H0-f2=354-200=154mm。 (3-25)彈簧螺旋導程角：=arctanarcctan80
36、(3-26)螺旋彈簧穩(wěn)定性校核 （3-27）3.694459滿足技術要求。彈簧的節(jié)距： 本文中彈簧總圈數：=7彈簧的自由高度：彈簧的滿載高度：壓縮的最大高度為H0-f2=254-170=84m。彈簧螺旋導程角：=arctanarcctan80螺旋彈簧穩(wěn)定性校核2.655.3，彈簧不會失穩(wěn)。目前，我國的螺旋彈簧材料主要有50CrVA、45CrNiMoV 、60Si2MnA和60Si2CrVAT，其中50CrVA彈簧鋼的強度較低，45CrNiMoV彈簧鋼的成本較高，60Si2MnA和60Si2CrVAT彈簧鋼存在高脫碳傾向，這直接影響螺旋彈簧的疲勞性能、彈性衰減和應用。目前，國外用于越野車變剛度懸
37、架螺旋彈簧的材料是51CrV4和52CrMoV4，51CrV4彈簧鋼的工藝性不足，最大抗拉強度為1650MPa；52CrMoV4彈簧鋼的工藝性優(yōu)于51CrV4彈簧鋼，但強度與其相當且成本較高。另外有一種新型材料50CrMnSiVNb彈簧鋼由于國外同類產品。3.4橫向穩(wěn)定桿設計為了降低汽車的固有振動頻率以改善汽車的行駛平順性，現代轎車懸架的垂直剛度值都較小，從而使汽車的傾斜角剛度值也很小從而汽車轉彎時車身更容易 側，所以，現代汽車大多數都有橫向穩(wěn)定桿來提高側傾角剛度，從而提高行駛穩(wěn)定性，這樣能約束汽車轉向時，車身的側傾角，如果恰當的選擇前后懸架的剛度比值，可以彌補汽車轉向性不足。當汽車在坑洼不平
38、的路面行駛時，左右車輪有相對的唯一，增加了橫向穩(wěn)定桿之后，就增加了車輪處的垂直剛度，從而提高汽車的行駛平順性。由于連接點處橡膠件的變形，穩(wěn)定桿的側傾角剛度會減小約 1530。 當穩(wěn)定桿兩端受到大小相等、方向相反的垂向力P 作用時(參見圖 3)，其端點的垂向位移 f 可用材料力學的辦法求出，具體為 （3-28）穩(wěn)定桿材料一般為45號彈性圓鋼，為了減小質量一般采用空心桿管壁厚與外徑比一般為0.125，這樣外徑雖然增加了11.8%，但質量可以減小50%。式中E 材料的彈性模量，E2.06105Mpa；I 穩(wěn)定桿的截面慣性矩，mm4d 穩(wěn)定桿的直徑mmP 端點作用力，N；f 端點位移，mm。穩(wěn)定桿的角
39、剛度公式為 （3-29） （3-30）(1)麥弗遜前懸架：G為剪切彈性模數取值80000，B為有效長度，當角剛度取為時，由Cjb可求得所需要的穩(wěn)定桿直徑 （3-31）=19.6mm選擇整數標準值d=20mm圖3.3橫連桿一般情況下，如圖 2 所示的穩(wěn)定桿的最大應力發(fā)生在截面 B 的側，其大小只與B處的圓角半徑有關，因為 R 決定了此處的 曲度系數。對于穩(wěn)定桿，最大扭轉應力不應超過 700MPa， （3-32）式中K曲度系數，K =+0.615C；C 彈簧指數由式(公式1)和K 與C 的表達式，可求出需要的最小圓角半徑 R。通常為了減小扭轉應力，推薦 R 的取值不小于 1.25d。載荷作用下，B
40、處的彎曲應力應小于等于 1250MPa。取R=40mm所選尺寸可用其尺寸參數如下表:表3.3橫向穩(wěn)定桿的結構參數/mm參 數Labcl1l 2d尺寸1328.612560479.328025020（2）后多連桿懸架 = 17.6mm,取d=18mm，R=40mm一般情況下，如圖 2 所示的穩(wěn)定桿的最大應力發(fā)生在截面 B 的側，其大小只與B處的圓角半徑有關，因為 R 決定了此處的 曲度系數。對于穩(wěn)定桿，最大扭轉應力不應超過 700MPa，式中K曲度系數，K =+0.615C；C 彈簧指數。由式(公式1)和K 與C 的表達式，可求出需要的最小圓角半徑 R。通常為了減小扭轉應力，推薦 R 的取值不小
41、于 1.25d。載荷作用下，B處的彎曲應力應小于等于 1250MPa。取R=40mm。所選尺寸可用其尺寸參數如下表表3.4橫向穩(wěn)定桿的結構參數/mm參 數LabcL2L1d尺寸1110.412560365.2250280183.5懸架系統的桿系設計麥弗遜前懸架導向機構的要求：1）懸架上載荷變化時，輪距的變化不應超過40mm，變化大會引起輪胎早期磨損，不應產生縱向加速度。2）制動時，應使車身有抗前俯作用；加速時，有抗后仰作用。3）側傾軸線應大致與地面平行，盡可能高，側重中心高度為0120mm.多連桿后懸架導向機構的要求：1）懸架上載荷變化時，輪距無明顯變化，汽車轉彎時，應使側傾角小，車輪車身傾斜
42、方向相反，避免過多轉彎效應.2) 導向機構應有足夠的強度，可靠傳遞除垂直方向以外的各種力和力矩。3) 側傾軸線應大致與地面平行，盡可能高，側重中心高度為80150mm。通過計算或者進行仿真分析得出側傾中心坐標，依據軸距等可計算出抗制動縱傾性（前俯角）與抗驅動縱傾性（后仰角）。第四章 懸架的三維建模4.1麥弗遜前懸架的三維建模圖4.1橫向穩(wěn)定桿圖4.2彈簧上端蓋圖4.3懸架梁圖4.4連接桿圖4.5減震器圖4.6緩沖塊圖4.7活塞桿圖4.8彈簧圖4.9轉向節(jié)圖4.10下擺臂圖4.11麥弗遜懸架裝配圖4.2后多連桿懸架的三維建模圖4.12減震器圖4.13活塞桿圖4.14彈簧圖4.15車橋總成圖1.1
43、6半徑桿圖4.17下后連桿圖4.18下前連桿圖4.19穩(wěn)定桿圖4.20懸架臂圖4.21前懸架梁圖4.22后懸架裝配圖俯視圖圖4.23 后多連桿懸架裝配圖正視圖4.3整車懸架裝配圖圖4.24懸架總裝配圖俯視圖圖4.25懸架總裝配圖側視圖第五章 懸架系統的運動學仿真5.1基于adams/view的運動仿真動畫仿真的操作總結如下：從UG中選取所需裝配圖，以TXT格式導出在adams/view中新建，并導入此文件將模型實體化，設置工作網格，重力，設置并選取工作單位畫出車輪以與測試平臺并定位對裝配圖重新進行約束以螺旋彈簧代畫出原始彈簧以與減震器設置懸架運動方程與力的作用點運動公式 Function(ti
44、me): 100*sin(360d*time)，d=/180,周期為一秒加載動畫、調整步長與記錄速度，運行并導出圖5.1基于adams/view的前懸架仿真正視圖圖5.2基于adams/view的前懸架仿真俯視圖5.2基于adams/car的仿真分析10仿真分析的操作總結如下: 在adams/car中創(chuàng)建子系統 創(chuàng)建裝配系統 數據導入 創(chuàng)建圖表并導出圖5.3基于adams/car前懸架仿真分析表5.1基于adams/car前懸架仿真分析的參數設置主銷是個虛擬的轉向軸線，許多獨立懸架的汽車已經沒有主銷了，是上擺臂球銷與下擺臂球銷中心的連接線，通常主銷與減震器中心線是存在角度的，一般商用車的非獨立
45、懸掛車橋用到主銷，作用于轉向節(jié)的主銷孔。主銷是相對于汽車轉向而定義的。圖5.4 Caster angle 前輪主銷后傾角 從汽車的側面看去，主銷的位置略微向后傾斜。主銷軸線與通過前輪中心的鉛垂線所形成的夾角，就是主銷后傾角。前輪在轉向時，會以主銷為軸線向左右轉動。主銷后傾角不僅能增加汽車直線行駛時的穩(wěn)定性，而且在轉向后使前輪自動回正。由于主銷在汽車側當汽車轉彎時，由于受到離心力的作用，地面對前輪的側向反力作用在主銷的后面，主銷的反作用力使車輪有自動回正的趨勢。如果轉向軸向后傾斜，即上端的球形接頭或支桿安裝點在下端的球形接頭后面，則后傾角就是正的；如果轉向軸向前傾斜，則后傾角就是負的。本次設計中
46、汽車的主銷后傾角圖5.5主銷后傾角為4.56，滿足310。主銷后傾角可以減小，也可以為負值，從而避免回正力矩過大引起的前輪擺振。主銷后傾角太小會使轉向不穩(wěn)定，并使車輪晃動，會加劇前輪的杯狀化磨損。如果主銷后傾角左右不等，則汽車將會駛向后傾角較小的一側。簡單的說，后傾角的存在意義靠主銷后端的反作用力保持行駛的平穩(wěn)回正，預防轉向過大。后輪不必檢測后傾角。圖5.6前輪主銷傾角 kingpin inclination從車前后方向看輪胎時，主銷軸向相對車身向側傾斜，與鉛垂面所形成的夾角稱為主銷傾角。當車輪以主銷為中心回轉時，車輪的最低點將會陷入路面以下，事實上這時不可能的，而是將轉向車輪連同整個汽車前部
47、向上太高，借助汽車的重力迫使車輪轉正，預防轉向過大。主銷傾角還使得主銷軸線與路面交點到車輪中心平面與地面交線的距離為主銷偏距，即調整主銷偏距。減少主銷偏距，可以減輕轉向時的摩擦阻力。從而減小轉向時駕圖5.7主銷傾角駛員加在方向盤上的力，便于操縱，由于角度的產生，出現了分力的效果，從而也可減少從轉向輪傳到方向盤上的沖擊力。主銷傾不能過大，否則轉向過于沉重。主銷傾角一般為813，本次設計中為1113.3，最大值超出0.3度，主銷傾角過大會加速輪胎的磨損，可以通過轉向力矩的補償進行優(yōu)化設計。圖5.8Camber angle前輪外傾角前輪所在平面與地面不是完全垂直的，而是與地面有一個向外的傾斜角，這個
48、傾斜角有著特殊的作用，當汽車在比較平坦的路面上行駛時，行駛的方向會有一定的誤差的偏離，當這個傾角存在時，在一定等到誤差圍，前輪能夠自己回到中間向前的方向的位置，這樣，路面的不平對行駛影響也不會很大，從而保證汽車的行進方向基本不變。外傾角可對車軸上的車輪軸承施加適當的橫推力，使車輪緊靠輪轂軸承，以減少外軸承與輪轂螺母的負荷，轉向輕便。車輪外傾角理想的的變化為-20.5/50mm,本次設計中為-0.81.6/100mm,變化圍很小，比較理想。圖5.9前輪前束角toe angle前輪前束，是使汽車兩前輪的前端距離小于后端距離。其距離之差叫做前束值。采用這種結構目的是修正上述前輪外傾角引起的車輪向外側
49、轉動10。由于車輪傾斜，左右前輪分別向外側轉動，為了修正這個問題，如果左右兩輪帶有向的角度，則正負為零，左右兩輪可保持直線行進，減少輪胎磨損。前束角變化為-1.41.7/100mm，圍較小，比較理想。圖5.10車輪外傾角圖5.11摩擦半徑scrub radius圖5.12基于adams/car后懸架的仿真分析表5.2基于adams /car后多連桿懸架的參數設置圖5.13車輪外傾角camber angle圖5.14車輪前束角toe angle圖5.15 Scrub radius摩擦半徑圖5.16側傾中心坐標roll center location過高的側傾中心可能導致車輪跳動時過大的輪距變化，
50、加劇輪胎磨損。常用的轎車前獨立懸架側傾中心高度為0120mm，本次設計中側傾中心高度為80150mm，輪距無明顯變化，滿足要求13。第六章 整車懸架的主動化改造6.1傳統懸架的弊端由彈性元件和減震器所構成的懸架系統其彈性和阻尼特性是一定的，但當路面不平時，只能被動地作出相應，成為被動懸架。這種懸架有一些局限性：1） 彈簧不能太軟，太軟的彈簧需要很大的工作空間，汽車上無法布置，同時當懸架的偏頻小雨0.7HZ時，還容易引起乘客暈車。2） 阻尼特性不僅影響平順性，同時影響著接地能力。3） 在平坦的路上，為了增強舒適性，阻尼小點好，在坑洼不平的路上，為了減少顛簸，阻尼取大點的好，懸架的特性是一定的，汽
51、車的載荷，路面情況以與行駛速度是變化的，因此懸架無法在所有工況下都具有良好平順性。6.2電控懸架的優(yōu)勢電控懸架就是根據路面情況和汽車運動狀態(tài)，主動調節(jié)系統的剛度、減震器阻尼系數、車身高度和姿態(tài)、使懸架系統始終處于最佳減震狀態(tài)，高汽車的行駛平順性和操縱穩(wěn)定性。6.3電控懸架相對于傳統的懸架系統而言，電子控制懸架系統是以電子控制為模塊中心，對汽車懸架的彈簧剛度、減震器系數、傾斜剛度和車身高度等進行實時控制，從而提高汽車的乘坐舒適性和操縱穩(wěn)定性的懸架系統。6.3.1電控懸架的分類2根據控制目的不同，電子控制懸架系統可分為：車高控制系統、剛度控制系統、阻尼控制系統和綜合控制系統，而現在大多都是前三種控
52、制的綜合，來最大限度的提高穩(wěn)定性和舒適性。根據懸架的結構形式，可分為電控空氣懸架系統和電控液壓懸架系統。根據控制系統有源和無源，可以分為主動懸架和半主動懸架。主動懸架就是根據路面情況和汽車運動狀態(tài)，主動調節(jié)系統的剛度、減震器阻尼系數、車身高度和姿態(tài)、使懸架系統始終處于最佳減震狀態(tài)，這種調節(jié)消耗能量，需要有動力源支持，所以是有源的。主動懸架工作時，會把傳感器檢測到的狀態(tài)信號反饋給控制模塊，然后由ECU發(fā)出指令給執(zhí)行機構。提高汽車的行駛平順性和操縱穩(wěn)定性。圖6.1主動懸架半主動懸架只能對減震器的阻尼力進行調節(jié)，不需要專門提供動力，是無源的，還對橫向穩(wěn)定器的剛度進行調節(jié)。半主動懸架系統采用的的為可調阻尼器，ECU輸出信號，使步進電動機（步進電機是將電脈沖信號轉變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進電機件，當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度）帶動驅動桿轉動，從而改變阻尼器阻流孔的面積來改變阻尼。半主動懸架按阻尼級又可以分成有級式和無級式兩種。有級式半主動懸架由駕駛員根據路面
前麥弗遜懸架和后多連桿懸架設計說明
