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1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上 存檔編號(hào) 華北水利水電大學(xué) North China University of Water Resources and Electric Power 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 題目 乘用車懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué) 院 機(jī)械學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 姓 名 學(xué) 號(hào)

2、 指導(dǎo)教師 完成時(shí)間 2014.05 教務(wù)處制 獨(dú)立完成與誠(chéng)信聲明 本人鄭重聲明：所提交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨(dú)立工作所取得的成果并撰寫完成的，鄭重確認(rèn)沒有剽竊、抄襲等違反學(xué)術(shù)道德、學(xué)術(shù)規(guī)范的侵權(quán)行為。文中除已經(jīng)標(biāo)注引用的內(nèi)容外，不包含其他人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）作者簽名： 指導(dǎo)導(dǎo)師簽名： 簽字日期：

3、 簽字日期： 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）版權(quán)使用授權(quán)書 本人完全了解華北水利水電大學(xué)有關(guān)保管、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定。特授權(quán)華北水利水電大學(xué)可以將畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的全部或部分內(nèi)容公開和編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)提供檢索，并采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段復(fù)制、保存、匯編以供查閱和借閱。同意學(xué)校向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原件或復(fù)印件和電子文檔（涉密的成果在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定）。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）作者簽名： 導(dǎo)師簽名： 簽字日期： 簽字日期： 專心---專注-

4、--專業(yè) 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，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(dòng)，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(shí)有理想的運(yùn)動(dòng)特征，增強(qiáng)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(diǎn)及國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，然后以日產(chǎn)天籟為設(shè)計(jì)參照，使用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法（非優(yōu)化設(shè)計(jì)）設(shè)計(jì)計(jì)算前麥弗遜懸架和后多連桿懸架，涵蓋了選定懸架質(zhì)量分配系數(shù)，選定車震頻率、偏頻比，計(jì)算懸架靜撓度和動(dòng)撓度，減震器行程及工作缸內(nèi)徑的選擇及螺旋彈簧的直徑、工作圈數(shù)設(shè)計(jì)等。 本次設(shè)計(jì)中使用UG軟件做出三維模型，再進(jìn)行裝配，裝配完成后，將其分別導(dǎo)入AD

5、AMS/car和adams/view中進(jìn)行仿真分析和動(dòng)畫仿真，得出汽車行駛時(shí)的仿真動(dòng)畫、整車車輪前束角、整車車輪外傾角、前輪主銷內(nèi)傾角、前輪主銷后傾角、摩擦半徑、后輪側(cè)傾中心坐標(biāo)的相關(guān)數(shù)據(jù)變化。 在介紹了主動(dòng)懸架和半主動(dòng)懸架之后，闡述了他們之間以及相對(duì)于傳統(tǒng)懸架之間的優(yōu)缺點(diǎn)、前麥弗遜懸架和后多連桿懸架減震器可行的改良方法，以及未來研究方向，最后對(duì)此次設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)進(jìn)行一次回顧，總結(jié)設(shè)計(jì)中的收獲和存在的問題。 關(guān)鍵字：麥弗遜式懸架、多連桿懸架、三維模型、運(yùn)動(dòng)仿真、仿真分析 中圖分類號(hào)：U463.33+1 Abstract The main function of the role of

6、the suspension is to pass all the forces and moments between 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 ro

7、ad surface roughness and load variations, and enhance handling 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 sus

8、pension and rear multi-link suspension, including car shock 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 simulatio

9、n, then related data such as the toe angle , camber angle, kingpin 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 bet

10、ween them, Finally, the design is summarized. Keywords: McPherson suspension, multi-link suspension, three-dimensional model, motion simulation，Simulation Analysis 目 錄 緒論 1.1課設(shè)背景及研究意義 懸架

11、是現(xiàn)代汽車上把車身與車輪有彈性的鏈接起來的重要組件，在傳遞作用在車輪和車身之間的一切力和力矩的同時(shí)，通過減震器對(duì)懸架振動(dòng)進(jìn)行衰減，使汽車獲得高速的行駛能力和理想的運(yùn)動(dòng)特性。采用彈性聯(lián)接后，汽車可以看做是由懸掛質(zhì)量、非懸掛質(zhì)量和彈簧組成的振動(dòng)系統(tǒng)。懸架對(duì)于整車的意義重大。懸架本身的性能特點(diǎn)、與整車的匹配關(guān)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(jìn)而影響著整車的性能。面對(duì)科技的迅速發(fā)展、以及生活需求的提高，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(gè)人性化的舒適的環(huán)境。 作為衡量汽車質(zhì)量的指標(biāo)之一，汽車懸架系統(tǒng)可以很好的緩解路面給予

12、車輛的沖擊，減輕汽車振動(dòng)給乘客的不適反應(yīng)。針對(duì)于不同的車型，對(duì)懸架設(shè)計(jì)進(jìn)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(duì)于軍用汽車，應(yīng)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(diào)、可變。 優(yōu)良的避震懸架，也可以減輕振動(dòng)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(shè)計(jì)也便于駕駛轉(zhuǎn)向，主銷內(nèi)傾角和主銷后傾角的設(shè)計(jì)也有回正的作用，利于行駛的安全，而前束角的設(shè)計(jì)，則相應(yīng)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(tǒng)會(huì)更加輕便以

13、及安全。鑒于懸架在整車中的重大意義， 懸架的的研究相對(duì)整車來說顯得至關(guān)重要。 1.2國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 汽車誕生后，隨著對(duì)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(xiàn)了第一個(gè)由螺旋彈簧組成的被動(dòng)懸架。盡管一百多年來，汽車懸架的結(jié)構(gòu)形式及其原理一直不斷地演進(jìn)，但就結(jié)構(gòu)功能而言，它主要由減震裝置，彈簧元件和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)三部分組成，一些情況下，一個(gè)零部件兼起多個(gè)作用，例如，鋼板彈簧不僅起到彈性元件的作用，還起到了導(dǎo)向機(jī)構(gòu)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(shí)起到了導(dǎo)向作用。 典型的麥弗遜式獨(dú)立懸架使用減振器兼做主銷, 這樣，在減振器活塞桿

14、在相對(duì)減振器筒往復(fù)運(yùn)動(dòng)工作時(shí), 會(huì)受到側(cè)向力的作用, 不符合最佳受力狀態(tài), 因此一些麥弗遜式獨(dú)立懸架用專用的滑柱結(jié)構(gòu)確定主銷軸線, 此類結(jié)構(gòu)又被稱為滑柱擺臂式獨(dú)立懸架。 但這些懸架依然有很大的缺陷，面對(duì)復(fù)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(dòng)和半主動(dòng)懸架上面。 半主動(dòng)懸架的研究工作起始于1973年，由和首先提出，半主動(dòng)懸架較少的考慮懸架的剛度，以改變懸架的阻尼為主，依據(jù)簧上質(zhì)量的速度、加速度等響應(yīng)進(jìn)行信息的反饋。半主動(dòng)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(dòng)懸架穩(wěn)定性優(yōu)于被動(dòng)懸架，可靠性優(yōu)于主動(dòng)懸架。主動(dòng)懸架

15、是1954年由美國(guó)通用汽車公司在設(shè)計(jì)懸架時(shí)率先提出，這種懸架在面對(duì)任何工況都能保持在最佳狀態(tài)，主動(dòng)懸架與被動(dòng)懸架之間的區(qū)別在于是否是有源控制，主動(dòng)懸架通過有源的減震效果最好，但由于結(jié)構(gòu)復(fù)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(guó)目前絕大部分汽車仍然使用被動(dòng)懸架。 目前國(guó)外高級(jí)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(yīng)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(guó)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(guó)外的汽車空氣懸架發(fā)展經(jīng)歷了“鋼板彈簧→氣囊復(fù)合式懸架→被動(dòng)全空氣懸架→主動(dòng)全空氣懸架(即ECAS電控空氣懸架系統(tǒng))”的變化型

16、式。主動(dòng)全空氣懸架應(yīng)用了電子控制系統(tǒng)，使傳統(tǒng)的空氣懸架系統(tǒng)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(shí)現(xiàn)主動(dòng)調(diào)節(jié)、主動(dòng)控制。 雖然已經(jīng)對(duì)空氣懸架進(jìn)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(dòng)等問題，因此對(duì)空氣懸架的可靠性分析和電子控制的研究是今后懸架系統(tǒng)發(fā)展研究的主題。由于國(guó)內(nèi)的自主性設(shè)計(jì)的汽車普遍使用被動(dòng)懸架，且成本較低，懸架的穩(wěn)定性依然有改進(jìn)提升的可能，所以被動(dòng)懸架在國(guó)內(nèi)在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)會(huì)繼續(xù)使用。綠色環(huán)保是當(dāng)今社會(huì)的主題，而電控懸架帶來的確實(shí)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?jī)?nèi)容 本文以日產(chǎn)

17、天籟乘用車的的各方面的尺寸為參數(shù)，確定空載和滿載的簧上質(zhì)量，選定懸架質(zhì)量分配系數(shù)，選定前懸架頻率，計(jì)算出后懸架頻率，懸架的靜撓度，動(dòng)撓度，從而確定減震器的行程及阻尼，彈簧的參數(shù)。最后使用UG對(duì)懸架進(jìn)行建模裝配，再將裝配圖導(dǎo)入到ADAMS/view中進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，再在adams/car中進(jìn)行仿真分析和運(yùn)動(dòng)仿真。 首先基于天籟汽車的整體參數(shù)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(shè)計(jì)計(jì)算轎車懸架的整體參數(shù)，主要包括頻率的選取與計(jì)算，靜撓度、動(dòng)撓度以及懸架系統(tǒng)剛度的計(jì)算。 通過資料查詢，利用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法分別設(shè)計(jì)計(jì)算前麥弗遜懸架和后多連桿懸架的減震器、彈簧以及穩(wěn)定桿的相關(guān)參數(shù)

18、，使其滿足課設(shè)任務(wù)書的要求。 然后，使用UG軟件進(jìn)行三維建模，然后進(jìn)行裝配，基于adams/car調(diào)用軟件模塊進(jìn)行動(dòng)畫仿真，了解懸架的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，分析懸架系統(tǒng)中各個(gè)零件之間的相互約束關(guān)系，并進(jìn)行仿真分析，基于adams/view，導(dǎo)入裝配圖，制作動(dòng)畫仿真。 最后對(duì)本次設(shè)計(jì)進(jìn)行總結(jié)，通過分析，提出自己設(shè)計(jì)中遇到的問題以及解決方法，對(duì)于仍然存在的問題希望以后能夠得到解決。 作為衡量汽車質(zhì)量的指標(biāo)之一，汽車懸架系統(tǒng)可以很好的緩解路面給予車輛的沖擊，減輕汽車振動(dòng)給乘客的不適反應(yīng)。懸架本身的性能特點(diǎn)、與整車的匹配關(guān)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。 懸架的結(jié)構(gòu)分析與整

19、體參數(shù)設(shè)計(jì) 2.1懸架系統(tǒng)的簡(jiǎn)介與分類 2.1.1懸架系統(tǒng)的簡(jiǎn)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(dòng)，以保證汽車能平順地行駛。沒有最完美的設(shè)計(jì)，只有最人性化的需求，汽車的舒適性要求和操縱穩(wěn)定性的要求是互相對(duì)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(dòng)，這樣就要設(shè)計(jì)得軟些，但彈簧軟了卻容易使汽車發(fā)生剎車“點(diǎn)頭”、加速“抬頭”以及左右側(cè)傾嚴(yán)重，容易導(dǎo)致汽車操縱不穩(wěn)定，不利于轉(zhuǎn)向等。汽車懸架的簧上重量越大，其乘坐舒適性就越好，，反

20、之容易顛簸。 典型的懸架一般是由彈性元件、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)以及等部件組成，橫向穩(wěn)定桿，個(gè)別的結(jié)構(gòu)還會(huì)有緩沖塊等。彈性元件分別有鋼板彈簧、空氣彈簧、螺旋彈簧以及扭桿彈簧等形式，現(xiàn)代懸架多采用螺旋和扭桿彈簧。 懸架一般包括以下幾個(gè)部分[9]： （1） 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內(nèi)進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，減震器產(chǎn)生阻尼力，從而迅速衰減汽車的振動(dòng)，使動(dòng)能轉(zhuǎn)化成熱能散發(fā)到空氣中，從而達(dá)到衰減振動(dòng)的目的。車身高度同時(shí)得到了改變，進(jìn)而增強(qiáng)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

21、振動(dòng)，所以在車輪受到大的沖擊時(shí)，彈簧受到壓縮，部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能的同時(shí)，剩余部分轉(zhuǎn)化為彈性勢(shì)能儲(chǔ)存起來，在下次振動(dòng)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(dǎo)向機(jī)構(gòu) 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)主要作用就是傳遞力和力矩,起到導(dǎo)向作用并控制能夠控制車輪的。 （4）橫向穩(wěn)定桿 其作用是為了防止車身在轉(zhuǎn)向等情況下發(fā)生過大的車身傾斜。 2.1.2懸架系統(tǒng)的分類 懸架系統(tǒng)根據(jù)汽車兩側(cè)車輪的運(yùn)動(dòng)是否相互關(guān)系，可以分為兩種形式。 （1）非獨(dú)立懸架 如圖，非獨(dú)立懸架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是汽車兩側(cè)車輪安裝在一根整體式車軸的兩端。這種懸架系統(tǒng)當(dāng)一側(cè)車輪印道路不平而跳動(dòng)時(shí)，會(huì)影響

22、另一側(cè)車輪的工作，所以稱為非獨(dú)立懸架，也稱為整體懸架或相關(guān)懸架。 （2）獨(dú)立懸架 如圖，獨(dú)立式懸架兩端車輪分別安裝在斷開時(shí)的車軸兩端，每段車軸的車輪單獨(dú)通過彈性元件與車架相連。采用這種懸架的汽車，當(dāng)一側(cè)車輪跳動(dòng)時(shí)，對(duì)另一側(cè)車輪不產(chǎn)生影響，因此成為獨(dú)立懸架。 一般按照車輛的運(yùn)動(dòng)的方式，獨(dú)立懸架可以分為[2]： 1） 橫臂式獨(dú)立懸架：車輪在汽車橫向平面內(nèi)擺動(dòng)的獨(dú)立懸架； 2） 縱臂式獨(dú)立懸架：車輪在汽車縱向平面內(nèi)擺動(dòng)的獨(dú)立懸架； 3） 單斜臂式獨(dú)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(dòng)的懸架：包括燭式懸架和麥弗遜懸架。 2.2獨(dú)立懸架的特點(diǎn) 獨(dú)立懸

23、架有以下特點(diǎn)[2]； 1） 在一定范圍內(nèi)，兩輪可以單獨(dú)運(yùn)動(dòng)，減小了行駛時(shí)車架和車身的鎮(zhèn)定，也可以防止轉(zhuǎn)向輪偏擺。 2） 一般都配有穩(wěn)定桿，減少了轉(zhuǎn)彎時(shí)的左右搖晃，改進(jìn)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鏈接，所以地板和發(fā)動(dòng)機(jī)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(diǎn)： 1） 構(gòu)件少，非懸架重量輕； 2） 懸架的占的空間小，可以增大發(fā)動(dòng)機(jī)室的可用空間； 3） 懸架支撐點(diǎn)之間距離大，即使安裝錯(cuò)位或制造過程中產(chǎn)生大的誤差，也不會(huì)對(duì)前輪定位產(chǎn)生大

24、的影響，所以通常不需要定位調(diào)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(diào)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(shù)的設(shè)計(jì) 2.3.1主要技術(shù)指標(biāo)或主要參數(shù) 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)整車主要性能參數(shù)參照天籟2012舒適版的車型進(jìn)行，其主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下： 1）：11.8s； 2）：5.3m； 3）：1457kg； 4）：1940kg； 5）：19

25、0km/h； 6）外形尺寸（長(zhǎng)X寬X高）：4850mmX 1795mmX 1475mm； 7）：2775mm； 8）前輪距：1560mm； 9）后輪距：1560mm； 10）：135mm； 11）：506L； 12）：70L； 13）：前置前驅(qū)，發(fā)動(dòng)機(jī)橫置； 14）：多點(diǎn)電噴； 15）發(fā)動(dòng)機(jī)排量、燃油、、： 2000mL、汽油 93號(hào)(北京92號(hào))、L型、自然吸氣式； 16）壓縮比、、：10:1、國(guó)4、鋁合金； 17）最大功率/轉(zhuǎn)速：100kW/ 5600r/min(rpm)； 18）最大扭矩/轉(zhuǎn)速：190Nm/ 4400r/min(rpm)； 19）：電子液壓；

26、 20）、、手剎類型：通風(fēng)盤、盤式、機(jī)械駐車制動(dòng)； 21）制動(dòng)距離（(100—0km/h)）：42.27m； 22）：前麥弗遜式獨(dú)立懸架； 23）：后多連桿式獨(dú)立懸架； 24）輪胎規(guī)格：205/65 R16。 25）前懸LF：963mm 26）后懸LR: 1105mm 2.3.2頻率的選取與計(jì)算 對(duì)于大多數(shù)的乘用車而言，懸架質(zhì)量分配系數(shù)0.8～1.2。為了使前后懸架工作時(shí)在垂直方向互不影響，選定懸架質(zhì)量分配系數(shù)1.0，前、后懸架的自然振動(dòng)頻率分別用（約為1～1.45Hz）、（約為1.17～1.58Hz）表示。選取 =1.44Hz 汽車前、后懸架偏頻=0.85～0.95，偏頻

27、值越小，則車輛的平順性表現(xiàn)越好，由前懸可知 =1.44Hz,所以 Hz (2-1) 2.3.3懸架系統(tǒng)的靜撓度 乘用車的設(shè)計(jì)頻率要接近人步行時(shí)的振動(dòng)頻率，人步行時(shí)頻率是步行時(shí)身體上下運(yùn)動(dòng)的垂直振動(dòng)頻率，約為n=1～1.6Hz。懸架的自然振動(dòng)頻率為 n== （2-2） 式中： ---重力加速度；---懸架簧載質(zhì)量；---懸架垂直變形量（撓度）。 fc1= （2-3） fc2= 乘

28、用車的靜撓度選擇范圍為：100～300，所以選擇符合要求。 2.3.4懸架系統(tǒng)的動(dòng)撓度 懸架的動(dòng)撓度表示車輛從滿載靜平衡位置開始到懸架壓縮至結(jié)構(gòu)所允許最大變形時(shí)，車輪中心未知點(diǎn)相對(duì)車身(或車架)的垂直方向上的位移。設(shè)計(jì)懸架時(shí)，應(yīng)該要求懸架的動(dòng)撓度應(yīng)較大，以防止在凸凹不平路面上行駛時(shí)經(jīng)常碰壞車架。對(duì)轎車，取70～90。 通常=（0.5～0.8），因此選取fd1=80mm符合要求。選取fd2=70mm符合要求。 對(duì)于一般汽車的整體來說，懸架的工作行程即為動(dòng)撓度和靜撓度之和，這個(gè)值不應(yīng)小于130，由fd1+fc1=200>130，fd2+fc2=170>130滿足技術(shù)要求。 2.3.5懸架系

29、統(tǒng)剛度 已知整車的整備質(zhì)量:=1457,滿載質(zhì)量為1940，由于車型的發(fā)動(dòng)機(jī)是前置前驅(qū)的，因此空載時(shí)前軸載荷為整備質(zhì)量的56%，后軸載荷為整備質(zhì)量的44%,滿載時(shí)后軸載荷為滿載質(zhì)量的50%,后軸載荷為滿載質(zhì)量的50%, 空載時(shí)前軸單輪分配簧上荷載 l1=%-60=348 (2-4) 空載時(shí)后軸單輪分配簧上荷載 ml2=%-60=260 (2-5) 滿載時(shí)前軸單輪分配簧上載荷 s1=%-60=455 (2-6) 滿載時(shí)后軸單輪分配簧上載荷

30、 s2=%-60=455 (2-7) 各個(gè)車輪上的簧下載荷取60，則前懸架剛度： K1 37.16 (2-8) 后懸架剛度： K244.59 懸架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 3.1懸架設(shè)計(jì)的一般要求[23] 由于懸架對(duì)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） 要合理設(shè)計(jì)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，避免壓縮或伸張行程極限點(diǎn)的硬沖擊。 2） 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)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(dòng)時(shí)定位參數(shù)變化不會(huì)過大

31、。 3） 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)與轉(zhuǎn)向桿系相協(xié)調(diào)，不能發(fā)生干涉使轉(zhuǎn)向輪搖擺。 4） 側(cè)傾中心及縱傾中心位置恰當(dāng)，避免汽車加速或制動(dòng)時(shí)發(fā)生‘后仰’或‘點(diǎn)頭’。 5） 懸架的質(zhì)量要小，尤其是非懸掛質(zhì)量。 6） 設(shè)計(jì)時(shí)，考慮給轎車發(fā)動(dòng)機(jī)和行李箱留下足夠空間 7） 設(shè)計(jì)的零件應(yīng)有足夠強(qiáng)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(dòng)的能量，并轉(zhuǎn)化為熱能耗散掉，使振動(dòng)迅速衰減。減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(kù)倫摩擦力隨相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度的提高而減小，并且容易受油水的影響，因此現(xiàn)代的汽車上已經(jīng)不再采用

32、，1901年首次出現(xiàn)了液力減震器，主要有兩種結(jié)構(gòu)，搖臂式和筒式，筒式減震器的質(zhì)量為擺臂式的一般，不但制作方便而且工作壽命長(zhǎng)。筒式減振器常用的三種結(jié)構(gòu)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-伸張閥，5-儲(chǔ)油缸筒 ，6-壓縮閥，7-補(bǔ)償閥，8-流通閥 9-導(dǎo)向座，10-防塵罩，11—油封 在活塞上裝有伸張閥和流通閥，工作缸筒的下端的制作商有壓縮閥和補(bǔ)償閥，流通閥和補(bǔ)償閥一般都是單向的，由于彈簧很軟，當(dāng)閥上油壓產(chǎn)生的作用力和彈簧同向時(shí)，油閥關(guān)閉，當(dāng)油壓作用力反相時(shí)，即使油壓很小，閥門也能打開。壓縮閥和

33、伸張閥是卸壓閥，其彈簧較硬，油壓到一定將個(gè)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(dǎo)致下腔油壓升高，頂開壓縮閥6流入儲(chǔ)油筒，期間受到阻尼力，振動(dòng)進(jìn)而衰減。 伸張行程： 活塞上移，上腔的油液頂開伸張閥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(dǎo)致下腔油壓降低，儲(chǔ)油筒油液頂開補(bǔ)償法7進(jìn)行補(bǔ)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(yīng)較小，以便充分發(fā)揮彈性元件的彈性作用，緩和沖擊，使乘客感到舒適。這時(shí)，彈性元件起主要作用，在懸架伸張行程中，減振器阻尼力應(yīng)大，迅速

34、減振。因此伸張行程的阻尼比壓縮行程大，所以伸張行程的油液通孔面積比壓縮行程小。 3.2.2阻尼系數(shù)的確定 (3-1) 式中，為懸架系統(tǒng)的剛度；為阻尼系數(shù)；為簧上質(zhì)量。 相對(duì)阻尼系數(shù)的物理意義是：在與不同簧上質(zhì)量和不同剛度的懸架系統(tǒng)匹配時(shí)，減震器會(huì)具有不同的阻尼效果。值越大，說明振動(dòng)能衰減越迅速，意味著有較大沖擊力傳到車身，對(duì)于汽車穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響；值越小時(shí)情形與之相反。一般情況下，壓縮行程的相對(duì)阻尼系數(shù)和伸張行程的相對(duì)阻尼系數(shù)之間的關(guān)系為 。 設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，先選取與的平均值。對(duì)

35、于彈性元件無內(nèi)摩擦懸架系統(tǒng)，通常?。?.25～0.35；對(duì)于彈性元件有內(nèi)摩擦懸架系統(tǒng)，值取偏小些。為避免懸架碰撞車架，取＝0.5。 根據(jù)以上所述：取＝0.4， ＝0.5＝0.5×0.4＝0.2 ＝0.3 (3-2) 減振器阻尼系數(shù)，而懸架固有振動(dòng)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(shù)： (3-3) 伸張阻尼系數(shù) (3-4) （2）后多連桿懸架： 后多連桿懸

36、架屬于B型,所以壓縮阻尼系數(shù)： 伸張阻尼系數(shù): 3.2.3最大卸載力 當(dāng)減震器活塞振動(dòng)到一定值時(shí)，活塞速度就是卸載速度，此時(shí)卸載速度是個(gè)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=1747*0.4=698.8N (3-6) 拉伸行程的最大卸載力

37、 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=2806N FY<1800N,Fs<5000N,滿足要求。 3.2.4減振器的尺寸設(shè)計(jì) 減震器活塞桿的材料一般選用Q235、40、45、40Cr冷拉圓鋼，其硬

38、度在HRC18～HRC32。本文中初步采用Q235鋼，其硬度為HRC19。 1)減震器工作缸的直徑 根據(jù)減振器運(yùn)動(dòng)行程的最大卸荷力（即伸張行程的最大卸荷力）計(jì)算確定工作缸直徑 （3-8） 式中 為工作缸允許最大壓力，一般取值，在此取3.5MPa；為活塞桿直徑與缸筒直徑之比，雙筒式減振器一般，在此取0.45， （1）麥弗遜前懸架： mm， 表3.1減震器活塞行程 根據(jù)懸架的靜撓度為120m，動(dòng)撓度為80mm,選取工作缸直徑為40mm,工作行程為200mm,參照下圖 表3.2減震器尺寸

39、麥弗遜懸架，屬于CG桿桿類型。因?yàn)榛钊麠U的長(zhǎng)度要大于活塞的行程，初步選取活塞桿的長(zhǎng)度為由后面彈簧定位，354-79+37+(41+4-28)=284+45=329，余出安裝長(zhǎng)度41-28=13mm，D1=56mm,D2=64mm。 壓桿強(qiáng)度校核由 (3-9) 由查詢結(jié)果可知，，。 活塞桿件的柔度： (3-10) 3 其中，為截面慣性半徑；為壓桿長(zhǎng)度因數(shù)取值0.7； 則不能使用歐拉公式。 (3-11) 查相關(guān)手冊(cè)對(duì)于Q235鋼，值為，

40、值為，值為。，所以臨界應(yīng)力。 臨界壓力： (3-12) 活塞桿的工作安全系數(shù)為 (3-13) 一般取值6～10。所以滿足強(qiáng)度要求。 活塞的寬度，本文中 (3-14) （2）后多連桿懸架: mm 根據(jù)懸架的靜撓度為100m，動(dòng)撓度為70mm,選取工作缸直徑為40mm,工作行程為170mm。麥弗遜懸架，屬于CG桿桿類型。因?yàn)榛钊麠U的長(zhǎng)度要大于活塞

41、的行程，初步選取活塞桿的長(zhǎng)度為40+170+15=225。余出安裝長(zhǎng)度15mm,D1=56mm,D2=64mm. 壓桿強(qiáng)度校核由 由查詢結(jié)果可知，，。 活塞桿件的柔度： 其中，為截面慣性半徑；為壓桿長(zhǎng)度因數(shù)取值0.7； 則不能使用歐拉公式。 查相關(guān)手冊(cè)對(duì)于Q235鋼，值為，值為，值為。，所以臨界應(yīng)力。 臨界壓力： 活塞桿的工作安全系數(shù)為 一般取值6～10。所以滿足強(qiáng)度要求。 活塞的寬度，本文中 （4-15） 3.3螺旋彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算 （1）麥弗遜前懸架： 麥弗遜前懸架在麥弗遜前懸架系統(tǒng)中，彈簧最小的工作載荷=l=3410,彈簧承受最大載荷=s=4459，工

42、作中變形量=120 (3-15) 根據(jù)汽車的工作條件，采用熱軋彈簧鋼60Si2MnA，進(jìn)行淬火回火處理。 (3-16) 式中，螺旋彈簧的強(qiáng)度校核彈簧指數(shù)值取8，彈簧的曲度系數(shù)： (3-17) 查相關(guān)手冊(cè)值為785。所以直徑： (3-18) 查相關(guān)手冊(cè)選取圓整直徑=12。由,以此螺旋彈簧的外徑=+=108,內(nèi)徑=-=84。 螺旋彈簧的圈數(shù) (3-19) 為了保證和不變，必

43、須重新計(jì)算最小工況下工作載荷; (3-20) 符合技術(shù)要求。 螺旋彈簧工作極限載荷，查相關(guān)手冊(cè)可得 (3-21) (3 4702>4459滿足技術(shù)要求。 彈簧的節(jié)距： 本文中 (3-22) 彈簧總?cè)?shù)： =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(dǎo)程角： =arctanarcctan80

44、 (3-26) 螺旋彈簧穩(wěn)定性校核 （3-27） 3.69<5.3，彈簧不會(huì)失穩(wěn)。 （2）后多連桿懸架： 后多連桿懸架系統(tǒng)中，彈簧最小的工作載荷=l=2624.40,彈簧承受最大載荷=滿=4459，工作中變形量=100, 根據(jù)汽車的工作條件，采用熱軋彈簧鋼60Si2MnA，進(jìn)行淬火回火處理。 式中 螺旋彈簧的強(qiáng)度校核彈簧指數(shù)值取8，彈簧的曲度系數(shù)： 查相關(guān)手冊(cè)值為785。所以直徑： 查相關(guān)手冊(cè)選取圓整直徑=12。由,以此螺旋彈簧的外徑=+=108,內(nèi)徑=-=84。 螺旋彈簧的圈數(shù) 為了保證和不變，必

45、須重新計(jì)算最小工況下工作載荷; 符合技術(shù)要求。 驗(yàn)算螺旋彈簧工作極限載荷,查相關(guān)手冊(cè)可得 4702>4459滿足技術(shù)要求。 彈簧的節(jié)距： 本文中 彈簧總?cè)?shù)： =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(dǎo)程角： =arctanarcctan80 螺旋彈簧穩(wěn)定性校核 2.65<5.3，彈簧不會(huì)失穩(wěn)。 目前，我國(guó)的螺旋彈簧材料主要有50CrVA、45CrNiMoV 、60Si2MnA和60Si2CrVAT，其中50CrVA彈簧鋼的強(qiáng)度較低，45CrNiMoV彈簧鋼的成本較高，60Si2MnA和60Si2

46、CrVAT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(yīng)用。目前，國(guó)外用于越野車變剛度懸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(qiáng)度為1650MPa；52CrMoV4彈簧鋼的工藝性優(yōu)于51CrV4彈簧鋼，但強(qiáng)度與其相當(dāng)且成本較高。 另外有一種新型材料50CrMnSiVNb彈簧鋼由于國(guó)外同類產(chǎn)品。 3.4橫向穩(wěn)定桿設(shè)計(jì) 為了降低汽車的固有振動(dòng)頻率以改善汽車的行駛平順性，現(xiàn)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(zhuǎn)彎時(shí)車身更容易 側(cè)，所以，現(xiàn)代汽車大多數(shù)都有橫向穩(wěn)定桿來提高側(cè)傾角剛度，從而提高行駛穩(wěn)

47、定性，這樣能約束汽車轉(zhuǎn)向時(shí)，車身的側(cè)傾角，如果恰當(dāng)?shù)倪x擇前后懸架的剛度比值，可以彌補(bǔ)汽車轉(zhuǎn)向性不足。當(dāng)汽車在坑洼不平的路面行駛時(shí)，左右車輪有相對(duì)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(diǎn)處橡膠件的變形，穩(wěn)定桿的側(cè)傾角剛度會(huì)減小約 15％～30％。 當(dāng)穩(wěn)定桿兩端受到大小相等、方向相反的垂向力P 作用時(shí)(參見圖 3)，其端點(diǎn)的垂向位移 f 可用材料力學(xué)的辦法求出，具體為 （3-28） 穩(wěn)定桿材料一般為45號(hào)彈性圓鋼，為了減小質(zhì)量一般采用空心桿管壁厚與外徑比一般為0.125

48、，這樣外徑雖然增加了11.8%，但質(zhì)量可以減小50%。 式中E ——材料的彈性模量，E＝2.06?105 Mpa； I ——穩(wěn)定桿的截面慣性矩，mm4 d ——穩(wěn)定桿的直徑mm P ——端點(diǎn)作用力，N； f ——端點(diǎn)位移，mm。 穩(wěn)定桿的角剛度公式為 （3-29） （3-30） (1)麥弗遜前懸架： G為剪切彈性模數(shù)取值80000，B為有效長(zhǎng)度，當(dāng)角剛度取為時(shí)，由C?b可求得所需要的穩(wěn)定桿直徑

49、 （3-31） =19.6mm 選擇整數(shù)標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)力發(fā)生在截面 B 的內(nèi)側(cè)，其大小只與B處的圓角半徑有關(guān)，因?yàn)?R 決定了此處的 曲度系數(shù)。對(duì)于穩(wěn)定桿，最大扭轉(zhuǎn)應(yīng)力不應(yīng)超過 700MPa， （3-32） 式中K ' ——曲度系數(shù)，K ' = +0.615C； C ——彈簧指數(shù) 由式(公式1)和K ' 及C 的表達(dá)式，可求出需要的最小圓角半徑 R。通常為了減小扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，推薦 R 的取值

50、不小于 1.25d。 載荷作用下，B處的彎曲應(yīng)力應(yīng)小于等于 1250MPa。 取R=40mm 所選尺寸可用其尺寸參數(shù)如下表: 表3.3橫向穩(wěn)定桿的結(jié)構(gòu)參數(shù)/mm 參 數(shù) L a b c l1 l 2 d 尺寸 1328.6 125 60 479.3 280 250 20 （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(yīng)力發(fā)生在截面 B 的內(nèi)側(cè)，其大小只與B處的圓角半徑有關(guān)，因?yàn)?R 決定了此處的 曲度系數(shù)。對(duì)于穩(wěn)定桿，最大扭轉(zhuǎn)應(yīng)力不應(yīng)超過 700MPa， 式中

51、K ' ——曲度系數(shù)，K ' = +0.615C； C ——彈簧指數(shù)。 由式(公式1)和K ' 及C 的表達(dá)式，可求出需要的最小圓角半徑 R。通常為了減小扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，推薦 R 的取值不小于 1.25d。載荷作用下，B處的彎曲應(yīng)力應(yīng)小于等于 1250MPa。取R=40mm。 所選尺寸可用其尺寸參數(shù)如下表 表3.4橫向穩(wěn)定桿的結(jié)構(gòu)參數(shù)/mm 參 數(shù) L a b c L2 L1 d 尺寸 1110.4 125 60 365.2 250 280 18 3.5懸架系統(tǒng)的桿系設(shè)計(jì) 麥弗遜前懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的要求： 1）懸架上載荷變化時(shí)，輪距的變化不應(yīng)超過±4

52、．0mm，變化大會(huì)引起輪胎早期磨損，不應(yīng)產(chǎn)生縱向加速度。 2）制動(dòng)時(shí)，應(yīng)使車身有抗前俯作用；加速時(shí)，有抗后仰作用。 3）側(cè)傾軸線應(yīng)大致與地面平行，盡可能高，側(cè)重中心高度為0~120mm. 多連桿后懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的要求： 1）懸架上載荷變化時(shí)，輪距無明顯變化，汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)，應(yīng)使側(cè)傾角小，車輪車身傾斜方向相反，避免過多轉(zhuǎn)彎效應(yīng). 2) 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)應(yīng)有足夠的強(qiáng)度，可靠傳遞除垂直方向以外的各種力和力矩。 3) 側(cè)傾軸線應(yīng)大致與地面平行，盡可能高，側(cè)重中心高度為80~150mm。 通過計(jì)算或者進(jìn)行仿真分析得出側(cè)傾中心坐標(biāo)，依據(jù)軸距等可計(jì)算出抗制動(dòng)縱傾性（前俯角）與抗驅(qū)動(dòng)縱傾性（后仰角）。

53、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(zhuǎn)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1.16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

54、 圖4.24懸架總裝配圖俯視圖 圖4.25懸架總裝配圖側(cè)視圖 懸架系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真 5.1基于adams/view的運(yùn)動(dòng)仿真 動(dòng)畫仿真的操作總結(jié)如下： ①?gòu)腢G中選取所需裝配圖，以TXT格式導(dǎo)出 ②在adams/view中新建，并導(dǎo)入此文件 ③將模型實(shí)體化，設(shè)置工作網(wǎng)格，重力，設(shè)置并選取工作單位 ④畫出車輪以及測(cè)試平臺(tái)并定位 ⑤對(duì)裝配圖重新進(jìn)行約束 ⑥以螺旋彈簧代畫出原始彈簧以及減震器 ⑦設(shè)置懸架運(yùn)動(dòng)方程及力的作用點(diǎn) ⑧運(yùn)動(dòng)公式 Function(time): 100*sin(360d*time)，d=π/180,周期為一秒 ⑨加載動(dòng)畫、調(diào)整

55、步長(zhǎng)及記錄速度，運(yùn)行并導(dǎo)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(jié)如下: ① 在adams/car中創(chuàng)建子系統(tǒng) ② 創(chuàng)建裝配系統(tǒng) ③ 數(shù)據(jù)導(dǎo)入 ④ 創(chuàng)建圖表并導(dǎo)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(shù)設(shè)置 主銷是個(gè)虛擬的轉(zhuǎn)向軸線，許多的汽車已經(jīng)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(dú)立懸掛車橋用到主銷，作用于轉(zhuǎn)向節(jié)的主

56、銷孔內(nèi)。主銷是相對(duì)于汽車轉(zhuǎn)向而定義的。 圖5.4 Caster angle 前輪主銷后傾角 從汽車的側(cè)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。前輪在轉(zhuǎn)向時(shí)，會(huì)以主銷為向左右轉(zhuǎn)動(dòng)。主銷后傾角不僅能增加汽車直線行駛時(shí)的穩(wěn)定性，而且在轉(zhuǎn)向后使前輪自動(dòng)回正。由于主銷在汽車內(nèi)側(cè)當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)，由于受到的作用，地面對(duì)前輪的側(cè)向反力作用在主銷的后面，主銷的反作用力使車輪有自動(dòng)回正的趨勢(shì)。 如果轉(zhuǎn)向軸向后傾斜，即上端的球形接頭或支桿安裝點(diǎn)在下端的球形接頭后面，則后就是正的；如果轉(zhuǎn)向軸向前傾斜，則后傾角就是負(fù)的。本次設(shè)計(jì)中汽車的主銷后傾角 圖5.5主銷后

57、傾角 為4.5°~6°，滿足3°~10°。主銷后傾角可以減小，也可以為負(fù)值，從而避免回正過大引起的前輪擺振。 主銷后傾角太小會(huì)使轉(zhuǎn)向不穩(wěn)定，并使車輪晃動(dòng)，會(huì)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(huì)駛向后傾角較小的一側(cè)。簡(jiǎn)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(yù)防轉(zhuǎn)向過大。后輪不必檢測(cè)后傾角。 圖5.6前輪主銷內(nèi)傾角 kingpin inclination 從車前后方向看輪胎時(shí)，主銷軸向相對(duì)車身向內(nèi)側(cè)傾斜，與鉛垂面所形成的夾角稱為主銷內(nèi)傾角。當(dāng)車輪以主銷為中心回轉(zhuǎn)時(shí)，車輪的最低點(diǎn)將會(huì)陷入路面以下，事實(shí)上這時(shí)不可能的，而是將轉(zhuǎn)向車輪連同整個(gè)汽車前

58、部向上太高，借助汽車的重力迫使車輪轉(zhuǎn)正，預(yù)防轉(zhuǎn)向過大。 主銷內(nèi)傾角還使得主銷軸線與路面交點(diǎn)到車輪中心平面與地面交線的距離為主銷偏距，即調(diào)整主銷偏距。減少主銷偏距，可以減輕轉(zhuǎn)向時(shí)的摩擦阻力。從而減小轉(zhuǎn)向時(shí)駕 圖5.7主銷內(nèi)傾角 駛員加在方向盤上的力，便于操縱，由于角度的產(chǎn)生，出現(xiàn)了分力的效果，從而也可減少?gòu)霓D(zhuǎn)向輪傳到方向盤上的沖擊力。主銷內(nèi)傾不能過大，否則轉(zhuǎn)向過于沉重。主銷內(nèi)傾角一般為8°~13°，本次設(shè)計(jì)中為11°~13.3°，最大值超出0.3度，主銷內(nèi)傾角過大會(huì)加速輪胎的磨損，可以通過轉(zhuǎn)向力矩的補(bǔ)償進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。 圖5.8Camber angle前輪外傾角 前輪

59、所在平面與地面不是完全垂直的，而是與地面有一個(gè)向外的傾斜角，這個(gè)傾斜角有著特殊的作用，當(dāng)汽車在比較平坦的路面上行駛時(shí)，行駛的方向會(huì)有一定的誤差的偏離，當(dāng)這個(gè)傾角存在時(shí)，在一定等到誤差范圍內(nèi)，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(duì)行駛影響也不會(huì)很大，從而保證汽車的行進(jìn)方向基本不變。外傾角可對(duì)車軸上的車輪軸承施加適當(dāng)?shù)臋M推力，使車輪緊靠輪轂內(nèi)軸承，以減少外軸承及輪轂螺母的負(fù)荷，轉(zhuǎn)向輕便。車輪外傾角理想的的變化為-2°~0.5°/50mm,本次設(shè)計(jì)中為-0.8~1.6/100mm,變化范圍很小，比較理想。 圖5.9前輪前束角toe angle 前輪前束，是使汽

60、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(jié)構(gòu)目的是修正上述前輪外傾角引起的車輪向外側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)[10]。由于車輪傾斜，左右前輪分別向外側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)，為了修正這個(gè)問題，如果左右兩輪帶有向內(nèi)的角度，則正負(fù)為零，左右兩輪可保持直線行進(jìn)，減少輪胎磨損。前束角變化為-1.4°~1.7°/100mm，范圍較小，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(shù)設(shè)置 圖5.13車輪外傾角camber angle 圖5.14車輪前束角toe angle 圖5.

61、15 Scrub radius摩擦半徑 圖5.16側(cè)傾中心坐標(biāo)roll center location 過高的側(cè)傾中心可能導(dǎo)致車輪跳動(dòng)時(shí)過大的輪距變化，加劇輪胎磨損。常用的轎車前獨(dú)立懸架側(cè)傾中心高度為0～120mm，本次設(shè)計(jì)中側(cè)傾中心高度為80～150mm，輪距無明顯變化，滿足要求[13]。 整車懸架的主動(dòng)化改造 6.1傳統(tǒng)懸架的弊端 由彈性元件和減震器所構(gòu)成的懸架系統(tǒng)其彈性和阻尼特性是一定的，但當(dāng)路面不平時(shí)，只能被動(dòng)地作出相應(yīng)，成為被動(dòng)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(shí)當(dāng)懸架的偏頻小雨0.7HZ時(shí)，還容易引

62、起乘客暈車。 2） 阻尼特性不僅影響平順性，同時(shí)影響著接地能力。 3） 在平坦的路上，為了增強(qiáng)舒適性，阻尼小點(diǎn)好，在坑洼不平的路上，為了減少顛簸，阻尼取大點(diǎn)的好，懸架的特性是一定的，汽車的載荷，路面情況以及行駛速度是變化的，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(shì) 電控懸架就是根據(jù)路面情況和汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，主動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的剛度、減震器阻尼系數(shù)、車身高度和姿態(tài)、使懸架系統(tǒng)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(duì)于傳統(tǒng)的懸架系統(tǒng)而言，電子控制懸架系統(tǒng)是以電子控制為模塊中心，對(duì)汽車懸架的彈簧剛度、減震器系數(shù)、傾斜剛度和車身高度等

63、進(jìn)行實(shí)時(shí)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(tǒng)。 6.3.1電控懸架的分類[2] 根據(jù)控制目的不同，電子控制懸架系統(tǒng)可分為：車高控制系統(tǒng)、剛度控制系統(tǒng)、阻尼控制系統(tǒng)和綜合控制系統(tǒng)，而現(xiàn)在大多都是前三種控制的綜合，來最大限度的提高穩(wěn)定性和舒適性。 根據(jù)懸架的結(jié)構(gòu)形式，可分為電控空氣懸架系統(tǒng)和電控液壓懸架系統(tǒng)。 根據(jù)控制系統(tǒng)有源和無源，可以分為主動(dòng)懸架和半主動(dòng)懸架。 主動(dòng)懸架就是根據(jù)路面情況和汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，主動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的剛度、減震器阻尼系數(shù)、車身高度和姿態(tài)、使懸架系統(tǒng)始終處于最佳減震狀態(tài)，這種調(diào)節(jié)消耗能量，需要有動(dòng)力源支持，所以是有源的。主動(dòng)懸架工作時(shí)，會(huì)把傳感器檢

64、測(cè)到的狀態(tài)信號(hào)反饋給控制模塊，然后由ECU發(fā)出指令給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。提高汽車的行駛平順性和操縱穩(wěn)定性。 圖6.1主動(dòng)懸架 半主動(dòng)懸架只能對(duì)減震器的阻尼力進(jìn)行調(diào)節(jié)，不需要專門提供動(dòng)力，是無源的，還對(duì)橫向穩(wěn)定器的剛度進(jìn)行調(diào)節(jié)。半主動(dòng)懸架系統(tǒng)采用的的為可調(diào)阻尼器，ECU輸出信號(hào)，使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（步進(jìn)是將電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榛虻拈_環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)件，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度）帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)桿轉(zhuǎn)動(dòng)，從而改變阻尼器阻流孔的面積來改變阻尼。 半主動(dòng)懸架按阻尼級(jí)又可以分成有級(jí)式和無級(jí)式兩種。有級(jí)式半主動(dòng)懸架由駕駛員根據(jù)路面情況或汽車行駛狀態(tài)選擇或根據(jù)傳感器信號(hào)自動(dòng)進(jìn)行選

65、擇阻尼級(jí)。從而使懸架適應(yīng)外界環(huán)境的變化，提高汽車的行駛平順性和操縱穩(wěn)定性。 主動(dòng)懸架比半主動(dòng)和被動(dòng)懸架擁有更好地減震效果，但也消耗了更大的能源，因此能量反饋式懸架也在研究之中，把直流電機(jī)作動(dòng)器當(dāng)做阻尼，在其充當(dāng)阻尼的同時(shí)，也是一個(gè)直流發(fā)電機(jī)，這樣可以把振動(dòng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，儲(chǔ)存在蓄電池之中進(jìn)行主動(dòng)減震。 6.3.2電控懸架系統(tǒng)的組成 電子控制懸架主要包括：傳感器，電子控制模塊（ECU），調(diào)節(jié)懸架的執(zhí)行機(jī)構(gòu)[7]。 傳感器的作用就是把汽車行駛的速度，加速度，轉(zhuǎn)向和振動(dòng)情況輸送給電子控制模塊。汽車懸架系統(tǒng)中用到的傳感器主要有：車身高度傳感器、車身加速度傳感器、車速傳感器、節(jié)氣門傳感器、

66、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器等。 電子控制模塊（ECU）的功能是接受各種傳感器的輸入信號(hào)并進(jìn)行各種運(yùn)算，輸出控制懸架爹剛度、車身高度和阻尼力給執(zhí)行器，同時(shí)還監(jiān)測(cè)各傳感器是否正常。通過指示燈給出提示。 通常所用的執(zhí)行單元是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，電磁閥和氣泵電動(dòng)機(jī)等，執(zhí)行元件受到ECU的信號(hào)后，即使準(zhǔn)確地操作，進(jìn)而調(diào)節(jié)阻尼力、懸架剛度和車身高度。 6.3.3電控懸架的工作原理 空氣懸架： 空氣懸架由空氣彈簧、減震器、空氣管路和執(zhí)行器等組成，通過調(diào)節(jié)空氣懸架的、改變剛度，通過減震器改變阻尼?？諝鈴椈稍趬嚎s時(shí)會(huì)產(chǎn)生彈性，從而達(dá)到工作目的。 圖6.2空氣懸架[2] 有以下兩種。 1） 空氣彈簧有主氣室，和副氣室，在其中間有個(gè)通道，通過步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)空氣 閥控制桿旋轉(zhuǎn)，改變通道的大小就可以改變空氣彈簧的剛度，通過閥芯控制這個(gè) 通道的大小，閥芯控制桿由ECU控制執(zhí)行器進(jìn)行控制。 2） 還有一種空氣彈簧，不改變阻尼孔的大小，而是將一個(gè)電磁閥利用壓卡和擰鎖 機(jī)構(gòu)固定在空氣彈簧上，并將空氣壓縮機(jī)的空氣管路連接到空氣彈簧上，不通 電時(shí)，電磁閥空氣通道關(guān)閉，通電時(shí)，閥孔打開，利用ECU控制充氣或者放氣