汽車底盤懸架的案例
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 汽車底盤的電控懸架構造
汽車底盤的電控懸架的元器件和工作原理
懸架主要影響汽車的垂直振動。傳統的汽車懸架是不可調整的，在行車中車身高度的變化取決于彈簧的變形。因此就自然存在了一種現象，當汽車空載和滿載的時候，車身的離地間隙是不一樣的。尤其是一些轎車采用比較柔軟的螺旋彈簧，滿載后彈簧的變形行程會比較大，導致汽車空載和滿載的時候離地間隙相差有幾十毫米，使汽車的通過性受到影響。
汽車不同的行駛狀態對懸架有不同的要求。一般行駛時需要柔軟一點的懸架以求舒適感，當急轉彎及制動時又需要硬一點的懸架以求穩定性，兩者之間有矛盾。另外，汽車行駛的不同環境對車身高度的要求也是不一樣的。一成不變的懸架無法滿足這種矛盾的需求，只能采取折中的方式去解決。在電子技術發展的帶動下，工程師設計出一種可以在一定范圍內調整的電子控制懸架來滿足這種需求，這種懸架稱為電控懸架，目前比較常見的是電控空氣懸架形式。
以前空氣懸架多用于大客車上，停車時懸架下降汽車離地間隙減少，便于乘客上下車，開車時懸架上升便于通行。這種空氣懸架系統由空氣壓縮機、閥門、彈簧、氣室（氣囊）、減振器所組成。車輛高度直接靠閥門控制氣室的空氣流進流出來調整。
現在轎車用的電控懸架引入空氣懸架原理和電子控制技術，將兩者結合在一起。典型的電控懸架由電子控制元件（ECU）、空氣壓縮機、車高傳感器、轉向角度傳感器、速度傳感器、制動傳感器、空氣彈簧元件等組成。
空氣彈簧元件是由電控減振器、閥門、雙氣室所組成。電控減振器頂部有一個小型電動機，可通過它轉動一個調整量孔大小的控制桿將阻尼分成多級，從而實現控制阻尼的目的。閥門也充當了一個調節氣流的作用，通常雙氣室是連通的，合起來的總容積起著空氣彈簧的作用，比較柔軟；但當關閉雙氣室之間的閥門時，則以一個氣室的容量來承擔空氣彈簧的作用，就會變得硬，因此閥門起到控制“彈簧”變軟變硬的作用。
展開 【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。
展開 #汽車懸架#9個汽車懸架的經典姿勢
1.懸架的概念
首先了解一下什么是懸架：
專業的說是車架與車橋或車輪之間的一切傳力連接裝置的總稱。
懸架的主要作用是傳遞作用在車輪和車身之間的一切力和力矩，比如支撐力、制動力和驅動力等，并且緩和由不平路面傳給車身的沖擊載荷、衰減由此引起的振動、保證乘員的舒適性。
典型的汽車懸架結構由彈性元件、減振器以及導向機構等組成，這三部分，分別起緩沖，減振和力的傳遞作用。大多數懸架都有螺旋彈簧和減振器結構，不過不同類型的懸架的導向機構差異卻很大，這也是懸架性能差異的核心構件。
2.懸架的分類
根據結構不同可分為非獨立懸架和獨立懸架兩種。目前國內的乘用車，前懸架都是獨立式懸架，只有后懸架才會出現非獨立懸架。
3.關于獨立懸架
獨立懸架只要調教得當，在公路性能和操控上是一定會好于非獨立懸架。畢竟獨立懸架每一側的車輪都是單獨地通過彈性懸架系統連接在車架或車身下面的。
優點：
質量輕，減少了車身受到的沖擊，并提高了車輪的地面附著力；
可用剛度小的較軟彈簧，改善汽車的舒適性；
可以使發動機位置降低，汽車重心也得到降低，從而提高汽車的行駛穩定性；
左右車輪單獨跳動，互不相干，能減小車身的傾斜和震動。
缺點：
獨立懸架系統存在著結構復雜、成本高、維修不便的缺點，同時因為結構復雜，會侵占一些車內乘坐空間，當然像是翼虎斷軸這類，其實也是獨立懸架的問題之一，因為其復雜性，有一個零部件質量不過關就會造成較為嚴重的問題。
獨立式懸架種類：
按其結構形式的不同，獨立懸架系統又可分為橫臂式、縱臂式、多連桿式以及麥弗遜式懸架等。
4.麥弗遜
麥弗遜懸架是目前最為常見的前懸架，也是最為成熟的一種懸架類型，其最大的特點就是體積比較小，有利于對比較緊湊的發動機艙布局。不過也正是由于結構簡單，對側向不能提供足夠的支撐力度，因此轉向側傾以及剎車點頭現象會比較明顯。
展開 
汽車懸架知識專題（8）：汽車性能對懸架的要求
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。
展開 懸架設計對底盤性能的要求
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。
展開 汽車懸架知識專題（5）：主動懸架
現代汽車中的懸架有兩種，一種是從動懸架，另一種是主動懸架。
從動懸架即傳統式的懸架，是由彈簧、減振器（減振筒）、導向機構等組成，它的功能是減弱路面傳給車身的沖擊力，衰減由沖擊力而引起的承載系統的振動。其中彈簧主要起減緩沖擊力的作用，減振器的主要作用是衰減振動。由于這種懸架是由外力驅動而起作用的，所以稱為從動懸架。
而主動懸架的控制環節中安裝了能夠產生抽動的裝置，采用一種以力抑力的方式來抑制路面對車身的沖擊力及車身的傾斜力。由于這種懸架能夠自行產生作用力，因此稱為主動懸架。
主動懸架是近十幾年發展起來的，由電腦控制的一種新型懸架，具備三個條件：（1）具有能夠產生作用力的動力源；（2）執行元件能夠傳遞這種作用力并能連續工作；（3）具有多種傳感器并將有關數據集中到微電腦進行運算并決定控制方式。因此，主動懸架匯集了力學和電子學的技術知識，是一種比較復雜的高技術裝置。
例如裝置了主動懸架的法國雪鐵龍桑蒂雅，該車懸架系統的中樞是一個微電腦，懸架上有5種傳感器，分別向微電腦傳送車速、前輪制動壓力、踏動油門踏板的速度、車身垂直方向的振幅及頻率、轉向盤角度及轉向速度等數據。電腦不斷接收這些數據并與預先設定的臨界值進行比較，選擇相應的懸架狀態。同時，微電腦獨立控制每一只車輪上的執行元件，通過控制減振器內油壓的變化產生抽動，從而能在任何時候、任何車輪上產生符合要求的懸架運動。因此，桑蒂雅橋車備有多種駕駛模式選擇，駕車者只要扳動位于副儀表板上的“正常”或“運動”按鈕，轎車就會自動設置在最佳的懸架狀態，以求最好的舒適性能。
另外，主動懸架具有控制車身運動的功能。當汽車制動或拐彎時的慣性引起彈簧變形時，主動懸架會產生一個與慣力相對抗的力，減少車身位置的變化。
展開 底盤電控系統-CDC半主動懸架
引言
隨著汽車電動化、智能化的發展趨勢，對于底盤舒適性的要求越來越高。空氣彈簧和連續可調阻尼減振器(CDC)是提高底盤舒適性的強有力配置，越來越多主機廠在新車型的配置上搭載空氣彈簧和CDC。本文主要介紹某供應商的CDC系統。
系統架構
系統由四個位移傳感器，三個加速度傳感器，電控單元(ECU)和四個CDC減振器組成。如圖1所示。位移傳感器測量每個車輪與車身的相對位移，前軸兩個加速度傳感器和后軸一個加速度傳感器測量車身垂直加速度。這些信號和CAN總線信號(比如車速、方向盤轉角、縱向加速度、側向加速度等)輸入給ECU，ECU控制軟件根據控制策略輸出控制電流給減振器以調節阻尼力。
圖1 系統架構
CDC減振器的阻尼力由基礎閥系和電磁閥產生的阻尼力疊加而成。如圖2所示。
圖2 CDC減振器阻尼力
控制策略
在實際駕駛工況中，CDC半主動系統需要處理多種情景。如圖3所示，包括車輛狀態，路面輸入和駕駛員輸入。本節主要介紹路面輸入的控制策略，如圖4所示。
圖3 車輛駕駛場景
圖4 車輛駕駛場景簡化
CDC控制策略的主要目標是保證車輛安全和舒適性，也就是保證輪胎接地、提升車身控制以及最大化舒適性。如圖5所示。而通常輪胎接地和舒適性對于阻尼力的需求是相互矛盾的，如圖6所示。
圖5 車輛性能目標
圖6 阻尼力平衡
為了達到車輛的性能目標，CDC軟件的控制策略由圖7所示的功能模塊組成。
圖7 控制策略功能模塊
為了保證輪胎接地從而保證安全性，需要基礎阻尼力。“Base Current”模塊的功能就是根據車輛的速度提供基礎阻尼力。
展開 汽車懸架系統專題（7）：圖解各類獨立懸架
鋼板彈簧式非獨立懸架
鋼板彈簧被用做非獨立懸架的彈性元件，由于它兼起導向機構的作用，使得懸架系統大為簡化。如下圖所示。這種懸架廣泛用于貨車的前、后懸架中。它中部用U型螺栓將鋼板彈簧固定在車橋上。懸架前端為固定鉸鏈，也叫死吊耳。它由鋼板彈簧銷釘將鋼板彈簧前端卷耳部與鋼板彈簧前支架連接在一起，前端卷耳孔中為減少摩損裝有襯套。后端卷耳通過鋼板彈簧吊耳銷與后端吊耳與吊耳架相連，后端可以自由擺動，形成活動吊耳。當車架受到沖擊彈簧變形時兩卷耳之間的距離有變化的可能。
為了提高汽車的平順性，有些輕型貨車采用主簧下加裝副簧，實現漸變剛度鋼板彈簧。如南京汽車工業公司引進的依維柯后懸架。其主簧由厚度為9mm的4片（或3片）和副簧厚度為15mm的2片（或3片）組成幾種車型漸變剛度鋼板彈簧。在小載荷狀況時，僅主簧起作用，而當載荷增到一定值時，主簧與副簧接觸，共同發揮作用，懸架剛度得到提高，彈簧特性變為非線性的，當副簧全部參加工作后，彈簧特性又變成線性的。這類懸架特點是副簧逐漸隨載荷增加而參加工作，因此懸架剛度的變化平穩，改善了汽車行駛平順性能。
螺旋彈簧非獨立懸架
因為螺旋彈簧作為彈性元件，只能承受垂直載荷，所以其懸架系統要加設導向機構和減振器。
空氣彈簧非獨立懸架
汽車在行駛時由于載荷和路面的變化，要求懸架剛度隨著變化。當空車時車身被抬高，滿載時車身則被壓得很低，會出現撞擊緩沖塊的情況。因而對于不同類型汽車提出不同的要求，礦山及大型客車要求 其空車與滿載時的車身高度變化不大；對于轎車要求在好路上降低車身高度，提高車速行駛；在壞路上提高車身，可以增大通過能力。因而要求車身高度隨使用要求可以調節。空氣彈簧非獨立懸架可以滿足要求。
如下圖所示。囊式空氣彈簧5的上下端分別固定在車架和車橋上。
展開 底盤平臺設計的靈魂 — 懸架與相關技術
底盤平臺設計的靈魂 — 懸架與相關技術
汽車懸架知識專題（4）：電控懸架
懸架主要影響汽車的垂直振動。傳統的汽車懸架是不可調整的，在行車中車身高度的變化取決于彈簧的變形。因此就自然存在了一種現象，當汽車空載和滿載的時候，車身的離地間隙是不一樣的。尤其是一些轎車采用比較柔軟的螺旋彈簧，滿載后彈簧的變形行程會比較大，導致汽車空載和滿載的時候離地間隙相差有幾十毫米，使汽車的通過性受到影響。
汽車不同的行駛狀態對懸架有不同的要求。一般行駛時需要柔軟一點的懸架以求舒適感，當急轉彎及制動時又需要硬一點的懸架以求穩定性，兩者之間有矛盾。另外，汽車行駛的不同環境對車身高度的要求也是不一樣的。一成不變的懸架無法滿足這種矛盾的需求，只能采取折中的方式去解決。在電子技術發展的帶動下，工程師設計出一種可以在一定范圍內調整的電子控制懸架來滿足這種需求，這種懸架稱為電控懸架，目前比較常見的是電控空氣懸架形式。
以前空氣懸架多用于大客車上，停車時懸架下降汽車離地間隙減少，便于乘客上下車，開車時懸架上升便于通行。這種空氣懸架系統由空氣壓縮機、閥門、彈簧、氣室（氣囊）、減振器所組成。車輛高度直接K閥門控制氣室的空氣流進流出來調整。
現在轎車用的電控懸架引入空氣懸架原理和電子控制技術，將兩者結合在一起。典型的電控懸架由電子控制元件（ECU）、空氣壓縮機、車高傳感器、轉向角度傳感器、速度傳感器、制動傳感器、空氣彈簧元件等組成。
圖示ECU、壓縮機(5)、閥門(3)(4)、空氣彈簧元件(1)(2)。電控懸架工作時，閥門的相互作用控制通向空氣彈簧元件的氣流量。傳感器檢測出汽車的行駛狀態并反饋至ECU，ECU綜合這些反饋信息計算并輸出指令控制空氣彈簧元件的電動機和閥門，從而使電控懸架隨行駛及路面狀態不同而變化：在一般行駛中，空氣彈簧變軟、阻尼變弱，獲得舒適的乘坐感；在急轉彎或者制動時，則迅速轉換成硬的空氣彈簧和較強的阻尼，以提高車身的穩定性。
展開 
汽車懸架知識專題（2）：懸架的種類
現代汽車懸架的發展十分快，不斷出現，嶄新的懸架裝置。按控制形式不同分為被動式懸架和主動式懸架。目前多數汽車上都采用被動懸架，如下圖所示也就是汽車姿態（狀態）只能被動地取決于路面及行駛狀況和汽車的彈性元件，導向機構以及減振器這些機械零件。20世紀80年代以來主動懸架開始在一部分汽車上應用，并且目前還在進一步研究和開發中。主動懸架可以能動地控制垂直振動及其車身姿態，根據路面和行駛工況自動調整懸架剛度和阻尼。
1. 彈性元件；2. 縱向推力桿；3. 減振器；4. 橫向穩定桿；5. 橫向推力桿
根據汽車導向機構不同懸架種類又可分為獨立懸架，非獨立懸架。如下圖所示。
a. 獨立懸架 b. 非獨立懸架
非獨立懸架如上圖(a)所示。其特點是兩側車輪安裝于一整體式車橋上，當一側車輪受沖擊力時會直接影響到另一側車輪上，當車輪上下跳動時定位參數變化小。若采用鋼板彈簧作彈性元件，它可兼起導向作用，使結構大為簡化，降低成本。目前廣泛應用于貨車和大客車上，有些轎車后懸架也有采用的。非獨立懸架由于非簧載質量比較大，高速行駛時懸架受到沖擊載荷比較大，平順性較差。
獨立懸架是兩側車輪分別獨立地與車架（或車身）彈性地連接，當一側車輪受沖擊，其運動不直接影響到另一側車輪，獨立懸架所采用的車橋是斷開式的。這樣使得發動機可放低安裝，有利于降低汽車重心，并使結構緊湊。獨立懸架允許前輪有大的跳動空間，有利于轉向，便于選擇軟的彈簧元件使平順性得到改善。同時獨立懸架非簧載質量小，可提高汽車車輪的附著性。如上圖(b)所示。
展開 汽車懸架知識專題（1）：懸架概述
舒適性與車身的固有振動特性有關，而車身的固有振動特性又與懸架的特性相關。所以，汽車懸架是保證乘坐舒適性的重要部件。同時，汽車懸架做為車架(或車身)與車軸(或車輪)之間作連接的傳力機件，又是保證汽車行駛安全的重要部件。因此，汽車懸架往往列為重要部件編入轎車的技術規格表，作為衡量轎車質量的指標之一。
汽車車架（或車身）若直接安裝于車橋（或車輪）上，由于道路不平，由于地面沖擊使貨物和人會感到十分不舒服，這是因為沒有懸架裝置的原因。汽車懸架是車架（或車身）與車軸（或車輪）之間的彈性聯結裝置的統稱。它的作用是彈性地連接車橋和車架（或車身），緩和行駛中車輛受到的沖擊力。保證貨物完好和人員舒適；衰減由于彈性系統引進的振動，使汽車行駛中保持穩定的姿勢，改善操縱穩定性；同時懸架系統承擔著傳遞垂直反力，縱向反力（牽引力和制動力）和側向反力以及這些力所造成的力矩作用到車架（或車身）上，以保證汽車行駛平順；并且當車輪相對車架跳動時，特別在轉向時，車輪運動軌跡要符合一定的要求，因此懸架還起使車輪按一定軌跡相對車身跳動的導向作用。
懸架結構形式和性能參數的選擇合理與否，直接對汽車行駛平順性、操縱穩定性和舒適性有很大的影響。由此可見懸架系統在現代汽車上是重要的總成之一。
一般懸架由彈性元件、導向機構、減振器和橫向穩定桿組成。彈性元件用來承受并傳遞垂直載荷，緩和由于路面不平引起的對車身的沖擊。彈性元件種類包括鋼板彈簧、螺旋彈簧、扭桿彈簧、油氣彈簧、空氣彈簧和橡膠彈簧。減振器用來衰減由于彈性系統引起的振，減振器的類型有筒式減振器，阻力可調式新式減振器，充氣式減振器。導向機構用來傳遞車輪與車身間的力和力矩，同時保持車輪按一定運動軌跡相對車身跳動，通常導向機構由控制擺臂式桿件組成。種類有單桿式或多連桿式的。鋼板彈簧作為彈性元件時，可不另設導向機構，它本身兼起導向作用。
展開 底盤計算公式（懸架、傳動、轉向、制動） ￥50
本文章是編制的底盤計算公式/懸架、轉向、傳動、制動等，詳細的請聯系QQ:319259375 完整的計算表格
整車姿態設計方法探討
來源：汽車底盤懸架知識分享
