彈簧懸架的案例
懸架彈簧的設計方向
眾所周知，懸架彈簧主要有以下幾個功能，即彈簧與減振器共同組成承載系統，支撐車身重量，吸收車輛電波時的振動，提高車輛的稱作舒適型和操控性能，利用彈簧的張力，作用于車身和輪胎之間使輪胎保持車輛的控制。
眼下，整車的設計除了重點考慮安全以外，能耗和空間布置也成為設計時的首要考慮因素，因此要求懸架彈簧也以輕量化為設計目標。在由中國汽車咨詢中心網主辦的“第二屆中國汽車懸架系統產業發展論壇”上，浙江美力科技股份有限公司研發中心主任屠世潤對如何實現彈簧的輕量化進行了詳細分析。
屠世潤指出，首先，實現彈簧的輕量化必須要提高設計應力。目前應用在乘用車中的大多數懸架彈簧的工作應力都在1000MPa以上，比較高端的產品已經達到了1200MPa左右。因此可以通過對彈簧結構的設計優化分析、新鋼種的研發、生產工藝的不斷改進等，將彈簧的設計應力逐漸提高。
其次，需要有效地提高材料的強度性能。懸架彈簧的疲勞壽命是實現輕量化目標的技術關鍵，除了改善彈簧制造工藝，提高原材料的抗拉強度成為目前的主要手段，設計應力從1100MPa提高到1200MPa，相應的材料強度就要從1800MPa提高到2000MPa左右。
再次是開發新材料。隨著材料強度和硬度的提高，其塑性和熱性必然會有所降低。因此對于懸架彈簧高強度輕量化的要求，必須要開高強度，高韌性且抵抗腐蝕疲勞性的材料。
因此，屠世潤認為，針對目前主機廠對懸架彈簧壽命和可靠度要求不斷的提高，從原材料化學成分的設計到彈簧制造過程中都需要采取相應的措施。改善彈簧腐蝕疲勞強度的解決方案是以下三個方面，第一是降低腐蝕效率，第二改善斷裂韌性，第三改善延遲斷裂強度。
屠世潤是在由中國汽車咨詢中心網主辦的“第二屆中國汽車懸架系統產業發展論壇”上做如上發言。
展開 汽車懸架用組合發條彈簧機構底板沖壓件的設計
國外資料有針對回收汽車懸架振動的研究，其中奧迪于2015 年展示了eRot 概念車，其改進的電動阻尼器已經能很好回收懸架振動能量，加拿大有大學報道進行了懸架振動能量回收的研究。國內吉林大學的于長淼等通過串聯齒輪齒條機構，將懸架的直線位移轉化為發電機的旋轉運動，在實現懸架需要的阻尼的同時回收懸架振動能量。上海交通大學的曹民等研究了改進后的主動懸架特性，同時也兼顧回收懸架振動能量。這些研究顯示回收懸架振動能量，在大部分道路條件下，能顯著改善汽車的整車效率和提升舒適性。因而提出了車輛懸架用組合發條彈簧，變懸架的直線位移運動為發電機的旋轉運動，實現懸架需要的彈性變形和阻尼功能，其結構如圖1 所示。通過內齒傳動并聯的發條彈簧滿足了懸架需要的彈性力要求，發電機軸與發條彈簧軸通過鋼絲繩實現連接傳動，將懸架的小位移變形轉化為發電機軸的大角度轉動。在懸架發生變形時，發電機轉動發電，控制發電機的輸出實現對阻尼的調節。因而該彈簧機構將懸架的彈性元件和阻尼元件扁平化，同時具有回收懸架振動能量的功能。
圖1 車輛懸架用組合發條彈簧機構
樣機的底板采用鋁合金底板，使用數控加工中心加工后獲得，這導致加工時間較長、生產效率低。而將底板改為沖壓件，則能大幅提高生產效率、材料利用率，進一步提升發條彈簧機構的輕量化和結構的緊湊。
底板機械性能分析
對底板進行沖壓件的改進設計，發條彈簧安裝孔進行壓延拉伸處理，使得安裝孔的強度得到加強。安裝發條彈簧的外溝槽采用盲槽結構，以加強這部分區域的強度。安裝電機的外圍采用通孔結構，與電機的外圍形狀相配合，由于該局部尺寸較小，均為薄壁件，為提高其仿真計算結果的精度，對其進行了局部加密，改進后的仿真模型如圖2 所示。
展開 汽車電控空氣懸架試驗與仿真研究
3.2 電控空氣彈簧麥式懸架與螺旋彈簧麥式
懸架剛度仿真結果對比
對空氣懸架前后懸架分別進行雙輪同向激振，在平衡位置±70mm，在ADAMS/Car 軟件中建模如圖8所示：設定前懸架單側簧載質量為400kg，后懸架簧載質量為425kg， P=0.6MPa，通過仿真，可以測得前、后懸架剛度曲線如圖9、圖10所示。
圖8 空氣彈簧麥式懸架雙輪同向激振模型
圖9 空氣彈簧麥式懸架前懸架剛度曲線
圖10 空氣彈簧麥式懸架后懸架剛度曲線
通過圖9、圖10可以看出，在靜平衡位置時，空氣懸架前懸架剛度為kf=20kN/m，后懸架剛度為kr=25kN/m。
同理，對螺旋彈簧麥式懸架系統進行雙輪同向激勵仿真，經過多次仿真調試，可求得在靜平衡位置時，當前懸架螺旋彈簧的剛度ksf=23kN/m、后懸架螺旋彈簧的剛度為ksr=30kN/m 時，才能使螺旋彈簧麥式懸架的前懸架剛度為kf=20kN/m，后懸架剛度為kr=25kN/m。
展開 汽車懸架彈簧等我模態分析求助
我做的彈簧模態分析，在彈簧下端圈采用固定約束，材料屬性已經設定好，然后得到的頻率結果前六階有幾階比較相近，想知道是我的模型有問題嗎，實體模型沒問題，網格是用hypermesh劃的
仿真案例｜懸架螺旋彈簧自動化設計和優化
懸架部件在公司的投資組合和收入中占很大比例，底盤部件中也包括螺旋彈簧。
Mubea集團將有限元分析方法和Ansys optiSLang應用于螺旋彈簧自動化設計以及后續優化過程中，以滿足所有邊界條件和使用期限要求。
01 懸架螺旋彈簧的任務
當前的車流密度要求汽車具有安全舒適的駕駛環境，以保證不論在短距離還是長距離行駛時駕駛員都能全神貫注。因此，除了直觀設計、可管理性、性價比和無故障操作，機動車的高舒適度和高安全性也至關重要。
如要滿足這些要求，就需要在底盤和車身之間安裝彈性部件和阻尼減震部件。一方面，這些部件必須能在很大程度上吸收道路引起的沖擊和振動，另一方面，它們必須始終確保車輪有足夠的牽引力控制。
螺旋壓縮彈簧作為彈性部件是不二之選，因為其：
為緊湊型設計，可以安裝在副車架或擺臂上以節省空間
可以與阻尼器合為一個部件（簡單懸架和麥弗遜懸架）
具有線性特征甚至漸進性特征
經濟實惠，成本低
操作簡單，免維護
除了螺旋壓縮彈簧外，現代汽車上一般都安裝了穩定裝置，以協助車輪單側偏轉和雙側偏轉。穩定器主要用于減少車身在轉彎時的搖擺，而螺旋壓縮彈簧主要用于確保車身的正確俯仰響應和離地間隙。
圖1：阻尼器周圍彈簧布置情況
02 荷載傳遞的類型
從安裝和荷載傳遞角度來看，彈簧端部螺旋的設計至關重要。螺旋彈簧通常安裝在其支柱的內部或外部，角度范圍高達270°，以支持中心荷載傳遞。支座可以建在平面上，也可以建在活動式彈簧座上，通常由適合端圈的金屬片或橡膠零件制成。
荷載的傳遞基本上可以分為兩種不同的類型。較簡單的技術是使用平行對齊的支柱，且在沒有任何橫向偏移的情況下，線性引導彈簧端部螺旋。
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基于matlab的汽車懸架（鋼板彈簧，減震器）設計程序ＧＵＩ。根據需求輸入設計參數，包括前橋負荷、簧下質量、彈簧剛度、阻尼等，輸出鋼板彈簧、減震器結果。程序已調通，可直接運行。
ADAMS在汽車動力學仿真中的應用研究
三、整車模型的創建
（一）雙橫臂式前懸架多體系統動力學模型
C型車前懸架采用雙橫臂式獨立懸架。前懸架主要零部件，對整車操縱穩定性能分析有重要影響的有：上橫臂（兩個）、下橫臂（兩個）、轉向節（兩個）、轉向橫拉桿（兩個）、轉向主拉桿（一個）、轉向搖臂（兩個）、車身（一個）、橫向穩定桿（一個）、縱置扭桿彈簧（兩個）、減振器（兩個）。上橫臂一端通過球鉸與轉向節相連，另一端通過轉動鉸與車身相連，使其可相對車身上下擺動。下橫臂一端通過球鉸與轉向節相連，另一端通過轉動鉸與車身相連。轉向橫拉桿一端通過球鉸與轉向節拉臂相連、另一端通過球鉸與轉向主拉桿相連，縱置扭桿彈簧一端通過固定鉸與下橫臂相連，另一端通過固定鉸與車身相連。車輪（即hub構件）通過轉動鉸與轉向節相連。穩定桿中部自由地支承在兩個固定在車架上的橡膠套筒內。穩定桿連桿一端通過等速萬向節與穩定桿連接，另一端通過球鉸與下控制臂連接。具體結構簡圖見圖1所示：
（二）后鋼板彈簧多體動力學模型
由于鋼板彈簧由多片長短不一的簧片疊加組成，力學特性較為復雜，既是彈性元件，又是傳遞縱向、側向地面作用力的傳力元件，因此建立鋼板彈簧懸架模型是構造車輛多體模型的一大難點。這里利用等效中性面法建立了C型車用鋼板彈簧懸架模型并驗證了模型的正確性。其原理是：所有主簧可以簡化為在某個等效中性面的單片主簧，即沿板簧厚度方向中間層組成的近似曲面，再將中性面按厚度基本相似原則分成若干等強度直線段，利用ADAMS中的BEAM單元模擬這些等強度直線段，每段間以Flexible（柔性）方式連接小剛體過渡;按板簧中性面上各段真實質量特性設定對應BEAM單元質量參數。副簧的建模可以單獨劃分若干段，每段的長度應和其對應的主簧分段長度接近。主副簧之間的約束問題通過在接觸位置加IMPACT力來實現。
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銷量前三的轎車 為啥都是非獨立后懸架？
小鹍身邊一位“心思細膩”的朋友告訴我，經他研究發現，不管是軒逸、朗逸還是卡羅拉，這三個品牌都有著自然吸氣和渦輪增壓兩種車型可選，并且底盤都選擇了非獨立后懸架。
可選擇的動力系統多樣，自然能吸引更多不同喜好的消費者購買，這點不用多說。
可是，這三個品牌的車型在底盤上都不約而同地選擇了前麥弗遜獨立懸架，后扭力梁非獨立懸架的組合，是否暗藏玄機？
我們都知道，如今的汽車在底盤懸架上主要有兩大類，一類是獨立懸架，而一類則是非獨立懸架。
一般來講，獨立懸架多用在中高端車型或是車系中的高配車型，而非獨立懸架一般用較低端的車型或車系中的低配車型。
當然，凡事也有例外，比如法系車，就喜歡在扭力梁非獨立懸架上一條道走到黑。
在乘用車上，常見的非獨立懸架為扭力梁懸架、拖曳臂懸架、鋼板彈簧懸架等，而常見的獨立懸架類型比較多，包括：麥弗遜懸架、雙叉臂懸架、多連桿懸架、空氣懸架、電磁懸架等。
其中，最常見的獨立懸架為麥弗遜和多連桿。不過，由于麥弗遜常用在前懸架上，也是當下世界范圍內應用最廣泛的乘用車前懸架之一。
麥弗遜獨立懸架具有結構簡單，成本低，用途廣，性價比高的特點，被行家譽為經典的設計，主要用在中小型車的前橋上。但同樣是由于結構簡單，懸架剛度較弱，穩定性差，轉彎側傾明顯，因此，在后懸架上最常見的獨立懸架為多連桿。
而最常見的非獨立懸架就是扭力梁了。在這里，小鹍主要以多連桿獨立懸架與扭力梁非獨立懸架為例來進行說明。
所謂多連桿獨立懸架，一般有五連桿和四連桿兩種，這種懸架可以有效減少轉向不足或轉向過度的情況，提高車輛的控制性能，并且結構緊湊增加了車內可用空間，不過多連桿懸架的成本較高，因此，多用于中高端車型，極少出現在低端車型上。
那些經常出現在低端車型上的，通常是我們所說得非獨立懸架。
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汽車懸架系統專題（7）：圖解各類獨立懸架
筒式減振器裝在滑柱桶內，滑柱桶與轉向節剛性連接，螺旋彈簧安裝在滑柱桶及轉向節總成上端的支承座內，彈簧上端通過軟墊支承在車身連接的前簧上座內，滑柱桶的下端通過球鉸鏈與懸架的橫擺臂相連。當車輪上下運動時，滑柱桶及轉向節總成沿減振器活塞運動軸線移動，同時，滑柱桶的下支點還隨橫擺臂擺動。
斜置單臂式獨立懸架
這種懸架如圖4所示。這種懸架是單橫臂和單縱臂(如下圖所示）獨立懸架的折衷方案。其擺臂繞與汽車縱軸線具有一定交角的軸線擺動，選擇合適的交角可以滿足汽車操縱穩定性要求。這種懸架適于做后懸架。
圖4
多桿式獨立懸架
獨立懸架中多采用螺旋彈簧，因而對于側向力，垂直力以及縱向力需加設導向裝置即采用桿件來承受和傳遞這些力。因而一些轎車上為減輕車重和簡化結構采用多桿式懸架。如圖5所示。上連桿9用支架11與車身(或車架)相連，上連桿9外端與第三連桿7相連。上桿9的兩端都裝有橡膠隔振套。第三連桿7的下端通過重型止推軸承與轉向節連接。下連桿5與普通的下擺臂相同，下連桿5的內端通過橡膠隔振套與前橫梁相連接。球鉸將下連桿5的外端與轉向節相連。多桿紗前懸架系統的主銷軸線從下球鉸延伸到上面的軸承，它與上連桿和第三連桿無關。多桿懸架系統具有良好操縱穩定性，可減小輪胎摩損。這種懸架減振器和螺旋彈簧不象麥弗遜懸架那樣沿轉向節轉動。如圖5所示。
圖5：多桿前懸架系統
1-前懸架橫梁 2-前穩定桿 3-拉桿支架 4-粘滯式拉桿 5-下連桿 6-輪轂轉向節總成 7-第三連桿 8-減振器 9-上連桿 10-螺旋彈簧 11-上連桿支架 12-減振器隔振塊
汽車懸架知識專題：非獨立懸架
非獨立懸架結構簡單，被廣泛用于小貨車和客車的前后懸架。有的轎車的后懸架也有采用非獨立懸架。
展開 基于ADAMS的懸架側傾與轉向仿真
基于ADAMS（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems）進行麥弗遜前懸架的側傾與轉向仿真，通常需要以下步驟和關鍵點。以下內容將分步驟說明建模、參數設置和仿真分析過程：
1. 麥弗遜懸架建模
根據實際懸架硬點坐標（Hard Points）定義部件的位置和尺寸，確保懸架運動學特性準確。各部件之間按照設計要求，通過建立連接副和襯套進行懸架系統裝配。
本文介紹麥弗遜前懸架的側傾與轉向仿真，對模型的建立作如下假設: 懸架中所有零部件都認為是剛體; 減振器簡化為線性彈簧和阻尼; 各運動副內的摩擦力忽略不計; 輪胎簡化為剛性體。創建的模型如圖 1。運用 ADAMS /CAR 模塊建立與表1相對應的汽車前懸架的運動學模型，具體的模型如圖 1 所示。
圖1 麥弗遜懸架多體動力學模型
2. 參數設置
2.1 彈性元件參數
彈簧剛度：輸入懸架彈簧的線剛度。需要考慮非線性彈簧剛度，因此曲線采用變剛度數據；
阻尼系數：根據減震器性能試驗，繪制減震器示功圖，在ADAMS軟件里面設置減震器的壓縮/回彈阻尼。
展開 CAE在汽車優化設計的仿真分析與應用
扭轉剛度計算及結果
（1）邊界條件
分別約束白車身左右后懸架彈簧支座位置13、123平動自由度，并約束前防撞梁中心Z向平動自由度；載荷條件為在左右前懸架彈簧支座位置施加大小相等、方向相反的垂力7350N，施加扭矩為前軸許用軸荷，扭轉剛度計算計算公式如下：
計算結果
通過公式（2）得到前懸相對扭轉角為0.726deg，通過公式（1）得到扭轉剛度為11472N·m/deg，其左前縱梁扭轉位移曲線圖見下圖：
圖2扭轉位移曲線圖
靈敏度計算及結果
結構靈敏度是指所關注的結構性能指標對某些結構參數的變化梯度，白車身扭轉剛度靈敏度分析是車身扭轉剛度的變化對車身結構設計參數變化的敏感性。除了扭轉剛度靈敏度外，為了更加有效地反映車身鈑金單位厚度對扭轉剛度的靈敏度，進行了歸一化處理，得到扭轉剛度相對靈敏度，即扭轉剛度靈敏度與質量靈敏度的比值，它主要體現了厚度對扭轉剛度的貢獻效率。扭轉剛度相對靈敏度有正負號之分，由于質量靈敏度為正，所以其符號與扭轉剛度靈敏度一致。扭轉剛度靈敏度正值表示結構響應位移的變化與板件厚度變化具有相同的趨勢，負值表示相反的趨勢。
靈敏度計算的設計變量為車身板料厚度屬性，本文進行了對稱處理，即左右對稱件放入一個部件中，減少變量數量，提高計算效率，便于排序處理。計算中共選取了73個零件，以車身的初始設計厚度為初值，設置變量變化范圍±50%。響應函數為左右前懸架中心點對應的大梁上中心測點的Z向位移絕對值平均值d和白車身全局質量。約束函數為將約束d定義在一定范圍內。目標函數設為白車身重量最小。
展開 底盤域控制器（CDC）
底盤域可集成的功能多樣，常見的有空氣彈簧的控制、懸架阻尼器的控制、后輪轉向功能、電子穩定桿功能、轉向柱位置控制功能等。通過與智能執行器的結合，預留足夠算力的底盤域控制器可以支持集成整車制動、轉向、懸架等車輛橫向、縱向、垂向相關的控制功能。
產品功能
底盤域控制器的產品功能可涵蓋如下方面：
?? 車身高度控制
?? 車身剛度控制
?? 阻尼連續可調減震器控制
?? 后輪轉向控制
?? 轉向管柱位置控制等
在上述功能的基礎上，OEM還可以根據整車架構集成車輛的其他控制功能，比如滿足VDA規范的制動功能、作為車輛Motion Control載體的車輛動態控制功能等。
產品框圖
產品特點
?? 高功能安全等級的MCU方案，預留足夠的空間和算力，便于功能拓展
?? 支持PSI5接口的高度/加速度傳感器
?? 支持AD接口的高度/加速度傳感器
?? 支持PWM接口的高度/加速度傳感器
?? 兼容CDC/MRD閥的驅動
?? 緩沖器電磁閥H橋驅動
?? 緩沖器電磁閥控制回路高精度電流采樣
?? 預留IMU提供6自由度加速度信息
?? 支持100M 以太網
?? 支持CANFD
?? 支持XCP協議
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