懸架設計的案例
淺談汽車懸架設計的發展與趨勢
對于這個領域，懸架的影響力最大。在以往懸架設計中主要根據設計者相關經驗和主觀感知進行懸架設計及性能評價。這樣就需要設計者有豐富的相關經驗，但是往往精度及效率不高難以滿足日益加速的設計需求。然而目前懸架設計研究中，推薦了一種新的設計方法，來代替那種靠設計者的經驗和感覺，這種概念可以用一個簡單的方法來定量地評價懸架系統的設計情況。汽車懸架設計是底盤設計的重點，對于保證整個車體結構的穩定性具有重要意義。因此，對汽車懸架的設計分析、底盤結構優化以及提高整車的操穩性具有指導意義。本文針對當前國產汽車的懸架設計現狀和特性進行分析，探究汽車前懸架的設計走向。
關鍵詞：汽車懸架 設計走向 仿真 設計
1 前言
在人們對汽車駕駛性能要求日益重視的情況下，汽車前懸架性能分析和研究、前懸架的運動學以及動力仿真學分析的作用日益突出，這種新的計算分析方式為汽車前懸架的設計提供了一種新的方法和思路。并對汽車前懸架的集合定位參數、減震器、襯套、扭桿等組成部分進行實驗設計以及對各項參數進行分析，使得汽車車輪的角度、前懸架的垂直剛度得到進一步改善或強化，改善了前懸架的設計。
2 汽車懸架的現狀分析
汽車懸架系統是車架和車橋之間用于連接和進行力量傳輸的裝置，其組成元件包括彈性元件、傳力和減振裝置，用于減輕和消除車輛在行駛過程中路況較差導致的振動和沖擊，在整個汽車行駛過程中對保證車體的穩定起著關鍵作用。
展開 福特汽車使用Adams開發創新的懸架設計
車輛懸架系統的設計會影響客戶對車輛操縱和乘坐舒適性的感覺。懸架設計的藝術在于權衡取舍，并在操作和舒適性之間做出折衷。例如，降低整車重心有助于提高操縱穩定性，但同樣會降低汽車的離地高度，進而會限制懸架行程，使得我們必須要用更硬的彈簧，最終降低了乘坐舒適性。
福特汽車公司致力于為客戶提供駕駛性能和舒適性均世界一流的車輛。這些關鍵的車輛性能會受到懸架設計的影響。福特最近發明了一種新型的扭梁式后懸架系統并申請了專利，獲得了媒體的廣泛好評。AutoCar UK 在2018 年7月對Fiesta ST的評論中說:“也許是與彎曲的“力矢量彈簧有關，但在壓縮沖程中，后部似乎有助于汽車在彎曲中樞轉。這是一種突然而微妙的效果，并賦予了汽車驚人的敏捷性。”2018 年9 月，在對福特 Focus TopGear的評價中，稱之為同級車中最好的駕駛體驗，并說:“Focus 讓人感覺到敏捷、尖銳、靈巧而且實際上很有。Adams的車輛動力學仿真在新型懸架設計的開”發中起著不可或缺的作用。
扭梁式懸架系統是半獨立懸掛系統，最常用于后輪。它結合了非獨立和獨立懸架的特點，允許車輪像獨立懸架一樣發生相對扭轉，也像非獨立懸架一樣允許車輪對另一側車輪產生影響。
扭梁式懸架包含兩個連接在底盤和車輪上的縱臂。連接這兩個縱臂的是一個扭力梁，形成典型的H形懸架結構，如圖1。H 形結構的前部通過橡膠襯套連接到車身，如圖2。當一側車輪受到沖擊時，扭力梁會發生扭曲 ，吸收并減少了一部分傳遞到對側輪的沖擊。與多連桿懸掛相比，扭梁式懸掛具有多個優點，例如高效的布置空間、較低的重量和成本。但是，它也具有一些可能影響客戶乘坐和舒適度的缺點。
展開 LMS Virtual.Lab Motion_方法介紹14--使用Motion設計獨立懸架
世界一流的供應商Timoney Technology公司使用LMS Virtual.Lab Motion多體動力學仿真軟件設計獨立懸架，使得野外建筑車輛的生產量提高50%。他們提出的創新性懸架設計概念使得車輛在粗糙的路面高速行駛，而且符合駕駛員振動舒適性國家級標準。工程師使用LMS Virtual.Lab Motion多體動力學軟件“駕駛”仿真模型在虛擬的路面上行駛，能夠在開發早期快速地判定平順性和操控性。這樣，他們能夠準確地預測整車的載荷和振動特性，發現問題根源，同時不斷地修改懸架設計，使其適于在崎嶇的路面上更平穩的行駛。由此可以看出，仿真軟件在Timoney公司產品開發中扮演了重要角色，提高了牽引車生產力，使公司在激烈的市場競爭中脫穎而出。
文檔下載：
Timoney Technology采用LMS Virtual.Lab Motion設計獨立懸架.pdf
更多下載資料請關注百度網盤LMS_VL_Motion，Moiton交流群：324201728
展開 懸架設計對底盤性能的要求
為充分發揮彈簧在壓縮行程中作用，常把壓縮行程的阻尼比Ψ設計得比伸張小。
懸架的側傾角剛度及前后匹配是影響汽車操縱穩定性的重要參數。當汽車受側向力作用發生車身側傾，若側傾角過大，乘客會感到不安全，不舒適，如側傾角過小，車身受到橫向沖擊較大，乘客也會感到不適，司機路感不好。所以，整車側傾角剛度應滿足：當車身受到0.4g側向加速度時，其側傾角在2.5～4°范圍內，汽車有一定不足轉向特性，前懸架側傾角剛度應大于后懸架側傾角剛度。一般前懸架側傾角剛度與后懸架側傾角剛度比應在1.4～2.6范圍內，如前后懸架本身不能滿足上述要求，可在前后懸架中加裝橫向穩定桿，提高汽車操縱穩定性。
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基于Altair Inspire的方程式賽車懸架吊耳結構仿真及拓撲優化設計
本篇文章主要使用Altair Inspire對于方程式賽車的懸架吊耳進行結構仿真并通過多次迭代拓撲優化的方式對其進行輕量化處理。由最終優化之后的仿真數據可看出在保證其結構穩定的情況下吊耳經過優化后重量降低了39.77%，在一定程度上實現了輕量化的目標。
工況說明：
根據今年車隊賽車車重以及懸架設計，設定吊耳的安全載荷約為588N，同時吊耳以螺栓連接的方式固定在車身上，在仿真中可將吊耳與車身的連接以及所受載荷簡化為螺栓連接以及作用于孔的分布力。同時參考懸架的設計通過計算可得力的方向與豎直方向夾角為15°斜向下。
設計過程：
首先根據賽車懸架以及車身的工況確定吊耳的尺寸以及孔位，并在catia上完成吊耳的初代模型的構建，如圖1所示。需要注意的是由于是初代模型所以此時可以稍微將模型的體積設置得大一點。
圖1 吊耳初代模型
之后將初代模型導入inspire當中，在分割好區域以及設置好工況之后進行第一次的結構仿真，第一次結構仿真結果如圖2。
圖2 第一次仿真結果
然后便進行第一次拓撲優化，由于我們只打算進行2次迭代優化，所以需要盡可能地提高優化效率，故在設置厚度約束時我們的最小厚度從1mm開始設置，每次增長1mm直到不再出現運行將超過15min的提示，此時我們設置的最小厚度為5mm，同時相應的最大厚度約束為15mm，同時優化目標選擇最大化剛度，如圖3所示。
圖3 優化參數設置
在拓撲優化計算完成之后得到了第一代優化結果，如圖4所示。以此結果為參考在inspire中構建第一代優化模型如圖5所示。需要指出的是可以利用模型的對稱性簡化該建模過程。
展開 懸架設計中穩定桿系統-穩定桿連桿設計 ￥1
本文主要討論懸架系統設計過程中一個子零件的設計開發，及穩定桿連桿的設計開發，穩定桿連桿的布置會影響懸架的rollsteer，不足轉向，減震器的強度，疲勞，及穩定桿強度等
汽車底盤懸架關鍵部件輕量化設計分析
1.底盤懸架概述
底盤懸架是彈性連接車輪和承載系統的裝置，其作用不僅有衰減振動、傳遞載荷，還有緩和沖擊，另外，對處于行駛狀態的汽車而言，底盤懸架往往可用來調節車身位置，避免安全事故出現。
現將其核心功能概括如下：①向車架傳遞車輪受路面作用所產生應力，如支承力、制動力、驅動力和側向反力，當然，上述應力帶來的力矩同樣經由底盤懸架向車架進行傳遞，這點易被忽視；②緩沖并吸收不平路面給行駛中汽車帶來的沖擊、振動，為車載貨物的安全性提供保證，乘坐體驗也會得到一定程度優化；③確保車輪和車身的關系始終滿足動態幾何特征，具體來說，就是車輪按照特定規律跳動，車身自然可以按照預期軌跡運動。現有汽車的底盤懸架，以非獨立懸架較為常見，該懸架主要分為兩部分，由穩定桿、減振器等部件組成的前懸架以及由緩沖塊、平衡軸等部件構成的后懸架，其中，后懸架結構以平衡結構為主。
2.輕量化設計探究
2.1 優化策略
要想使底盤懸梁達到輕量化設計所提出的要求，有關人員應著重考慮結構、工藝及材料的優化，以下將逐一對其進行介紹，希望能夠給人以啟發。
2.1.1 結構優化
對于底盤懸架而言，結構優化既能夠實現輕量化設計目標，又可使零件質量與成本處于平衡狀態。在計算機技術滲透到各行各業的當下，利用計算機對結構進行仿真設計和優化成為大勢所趨。隨著尺寸優化及形狀優化手段被引入，汽車業可在成本維持不變的前提下，盡量降低結構質量。經由CAE 確定材料密度分布優化方向，得出符合扭力梁主體需求的方案，通過對尺寸加以優化，掌握結構、管梁厚度的最佳參數，可使汽車質量顯著降低，這也是輕量化設計被提出的初衷。
展開 純電動汽車架構設計(一) ：電動車架構設計核心與前懸架選擇
目前國內在后驅的設計能力上還差一些，對于適合后輪驅動的H臂懸架和五連桿懸架缺乏經驗，此項對國內電動車企業而言屬于較大的挑戰。
6 前懸架形式選擇
在純電動車動力總成尺寸明顯小于燃油汽車的情況下，純電動汽車可以增加上擺臂，也就是可以采用前雙叉臂懸架或者其衍生的多連桿懸架，從而提高前懸架的側向支撐能力和轉向性能。
由于電動車整體質心高度降低，且增加的重量在整車懸架側傾中心偏下或接近位置，因此純電動車需求的側向支撐力并不高于傳統乘用車。并且大多數消費者無法通過駕乘分辨麥弗遜懸架和雙叉臂懸架的差別。單從底盤性能方面來講，雙叉臂懸架并不是必須的，麥弗遜懸架也能滿足要求。但是，純電動車對大直徑輪胎的需求可能會更多。如圖8，由于麥弗遜懸架減震器上安裝點較高，對加大輪胎直徑限制嚴重，會對整車開發產生制約。
圖8 純電動車動力總成尺寸允許布置上擺臂，車輪偏轉角度也可以增加，降低最小轉彎半徑
如果選用單級減速器或者減速器與電機同軸輸出，由于受末級齒輪或者電機動力總成輸出軸到最低點尺寸的影響，為保證合理的離地間隙和傳動軸夾角，就需要更大直徑的輪胎支撐動力總成的整體高度，如圖9所示。麥弗遜懸架由于減震器在輪胎上部，加大輪胎尺寸會受到限制。
展開 后懸架的設計步驟
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、是否要驅動保護、輪胎規格、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。
選擇連桿數目和梯形結構，
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。
三連桿的車輪外傾和前束的控制可以分別通過各自的調節桿完成。因此三連桿的獨立懸架調節車輪外傾和前束對拖曳臂橡膠襯套的變形影響要小。
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；是否需要做后輪驅動的保護。為了控制整車的制動點頭和加速抬頭現象，通常點1的z軸坐標要高于點16（輪心）的z軸坐標。
展開 汽車懸架布置的方案
汽車懸架布置
汽車懸架系統是汽車底盤設計的重要組成部分，懸架系統性能的好壞，直接影響到車輛的行駛平順性、操縱穩定性以及制動轉向性能，因此，懸架系統設計是轎車設計的重要工作。
為了確保所期望的行使特性和直線行使能力以及避免輪胎的過度磨損，需要規定所有車輛定位角，包括允許的公差在內。僅僅是把空載狀況作為測量基準。
(1)轉向系統布置方案
由于軸荷的變化,及運動過程中與轉向系統干涉都要檢驗，懸架的元件需作優化, 如減震器、螺旋彈簧校核，調整其阻尼及剛度,下擺臂長度調整, 橫向穩定桿重新布置, 縱向拉或推力桿設計, 副車架需重新設計,懸架常用結構有幾十種,請詳見懸架設計章節。
(2) 懸架布置與設計硬點獲取
汽車總布置設計的目的是為確定汽車懸架設計硬點和相關零部件設計硬點.在滿足汽車懸架設計基本要求情況下先初步布置懸架布置設計,為精確懸架設計及車身等零部件設計提供依據和硬點. 在選定某一懸架平臺基礎上,滿足懸架設計初步定位參數,以便得到設計硬點.懸架主要設計定位參數,可初定待懸架詳細設計時, 再優化最后結果.一般轎車按照空載,半載和滿載三種工況分別進行優化.
在半載狀態(轎車只乘3人),主銷內傾角一般在11~13度公差-0.5~+0.5度, 側偏移距-10~+10mm;主銷后傾角0~+3度公差-0.3~+0.3之間;車輪外傾角+0~+0.5度公差-0.25~+0.25度.
(3) 汽車懸架尺寸布置及建模要求
(a)總布置建模時要將沿用件盡力建準,定位面誤差應在-0.25~0.25之間,非定位面誤差應在-1~+1mm,車輪輪輞定位和按裝面建模精度誤差為-0.25~+0.25mm,轉向節或輪軸輪轂及輪輞按裝平面的建模軸向精度誤差為-0.25~+0.25mm.
(b)轉向節球頭坐標定位建模精度空間誤差為-0.25~+0.25mm.
展開 ADAMS/car在懸架設計中的應用
懸架是汽車的主要總成之一，其對操縱穩定性和平順性的影響至關重要。麥弗遜懸架的諸多優點，使得該種懸架廣泛應用于轎車、輕型車等的前懸架。設計時導向機構在車輪的上下跳動過程中，應不使主銷的定位參數變化過大，車輪與導向機構應運動協調。轉向機構組成的系統是空間桿機構，當轉向梯形斷開點位置選擇不當時，會造成橫拉桿與懸架導向機構運動不協調，汽車行駛時會出現前輪擺振現象，破壞操縱穩定性,加劇輪胎磨損。傳統設計一般采用經驗設計、數學推導法以及幾何作圖等方法，雖然可以滿足設計要求，但精度和效率不高。傳統的方法已經很難滿足日益加速的設計需求，為縮短開發周期、降低開發成本，有必要采用新的設計方法。ADAMS/CAR模塊內有懸架運動學動力學分析的專門模板，可以方便地建立各種結構形式的懸架，迅速得出懸架的多達三十多種參數的性能曲線。模型全部采用數字化設計，可方便地對設計參數進行修改和調整以發現其對各種性能參數的影響，優化設計目標，最終為企業提供產品開發的解決方案。
1 懸架分析參數
懸架系統中各關鍵點的坐標由設計圖紙查得，減震器、扭桿彈簧參數由試驗得出，前輪定位參數由廠家提供。 (坐標系的規定：汽車縱向為 X 軸，后為正；汽車橫向為 Y 軸，右為正；汽車垂向為 Z 軸，上為正)
2 仿真模型的建立和驗證
2.1通過對某型 SUV 車進行硬點坐標測量以及懸架彈性件測試，將所得到前懸架的硬點參數及彈性件參數輸入MSC.ADAMS/Car 中，建立該車前懸架的仿真模型。如圖1
圖1 麥弗遜式獨立懸架
2.2建成懸架模型后，將懸架模型與測試平臺裝配，然后對懸架模型進行上下跳動量為-125~100mm的左右輪平行跳動工況仿真。
圖2平行跳動工況設置圖
點擊apply后，懸架進行平行跳動工況，仿真步長為100步。
展開 
4×4輪式車可升降獨立懸架的方案設計和建模仿真
摘 要：本文對4×4 的輪式車的可升降獨立懸架進行了方案選擇與具體設計；前懸架采用雙橫
臂式扭桿彈簧帶摩擦減振器的可提升懸架，后懸架采用肘內傳動式單縱臂導向機構的可提升懸
架；并在此基礎上用ADAMS 軟件建立了整車三維實體參數化模型，在該模型下對方案進行了動
態仿真研究。最終確定出該懸架方案形式是一種可行方案。在方案驗證時，本文采用了虛擬樣機
設計技術和動態仿真研究手段，利用輪式整車模型，在ADAMS/View 環境下，以操縱穩定性分析
為重點，進行了車輪提升、通過性、穩態轉向特性、瞬態橫擺響應以及回正能力等的仿真分析；
同時，建立了八級路面譜的生成模塊，在通過性仿真中建立了斜坡路和梯形路障的路面模型。
關鍵詞：輪式車 獨立懸架 升降 方案設計 仿真
4×4輪式車可升降獨立懸架的方案設計和建模仿真.pdf
展開 基于 solidThinking Inspire 的推桿式懸架搖臂的設計
摘要：利用 solidThinking Inspire 軟件，對產品進行初期的概念設計，可有效減少整個設計流程的周期。本文介紹了該軟件在推桿式懸架搖臂設計中的應用，通過拓撲優化原理，在保證一定強度的情況下，對其進行輕量化的優化設計。最后分析表明，其設計的減重效果明顯，且具有較高剛度的結構。
關鍵詞：solidThinking Inspire 概念設計 輕量化 搖臂
1 引言
在設計初期若能充分考慮結構的受力情況，并進行能滿足一定剛度或強度的結構設計， 這一方面將能減少在 CAD 設計和 CAE 分析之間反復進行的設計周期，另一方面也能在初期獲得最佳的拓撲結構[1]。Altair 公司的 solidThinking Inspire 軟件正是應用于初期的概念設 計，并利用 OptiStruct 求解器，以方便簡易的操作方法受到廣大設計師的認同。
本文以設計一輛中國大學生方程式賽車為例，運用 solidThinking Inspire 軟件對其推桿 式懸架的搖臂（也有稱之為搖桿或換向器的，本文為不引起誤解，統一稱搖臂）進行初期概 念設計，目的是獲得最優的輕量化方案和良好的強度。搖臂有部分質量屬于簧下質量，減輕簧下質量有利于改善賽車的動態響應，增加輪胎的接地性指數[2]，提高操縱穩定性，同時對于降低整車質量有一定的貢獻，有利于提高賽車的加速性能。
展開 汽車懸架結構設計
麥克弗遜式是絞結式滑柱與下橫臂組成的懸架形式，減振器可兼做轉向主銷，轉向節可以繞著它轉動。特點是主銷位置和前輪定位角隨車輪的上下跳動而變化，這點與燭式懸架正好相反。這種懸架構造簡單，布置緊湊，前輪定位變化小，具有良好的行駛穩定性。所以，目前轎車使用最多的獨立懸架是麥弗遜式懸架。
【技術帖】基于架構開發的汽車懸架控制臂優化設計
1 架構項目控制臂開發簡介
懸架系統為汽車底盤的重要組成部分，其與車身和車輪相連，汽車行駛時，承受來自車身的振動和路面激勵等多重載荷。后懸架下控制臂是多連桿后懸架的重要受力部件，一般位于后懸架下方后側，連接輪邊和副車架，并承載減振器、彈簧和穩定桿等調試件，主要作用是承載垂向載荷并控制車輪運動時后輪前束和外傾的變化，因其布置空間受限，且受力復雜，路試中極易失效，其性能直接影響整車的安全性和可靠性。考慮架構平臺的擴展能力，架構開發中多車型共用控制臂，但不同車型的調試件如彈簧、穩定桿等參數不同，底盤性能調試提出了穩定桿庫、彈簧族的設計理念，較大地拓寬了底盤調試件的調試范圍，而架構的調試帶寬直接影響后懸架下控制臂的耐久性能，因此后下控制臂的設計需基于整個架構帶寬，滿足強度、剛度、耐久等零件設計要求，同時做到輕量化和低成本。
2 后下控制臂模型設計
本項目懸架形式為刀鋒臂式四連桿后懸架，圖1示出后懸架下控制臂裝配關系圖。后懸架下控制臂布置在副車架和車輪支架之間，同時為彈簧、減震器、穩定桿提供安裝接口，為確定其設計邊界，在CATIA 里建立了后懸架的運動學DMU 模型，并帶入周邊件。以下控制臂為參考，輸出周邊件相對下控制臂的運動包絡，如圖2 所示。進而在CATIA 裝配模塊下重新以下控制臂作為固定零件，將所獲得的運動包絡依次裝配形成新的懸架模型，構成了下控制臂的空間包絡約束。
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