汽車(chē)懸架設(shè)計(jì)的案例
淺談汽車(chē)懸架設(shè)計(jì)的發(fā)展與趨勢(shì)
摘要：近年來(lái)在世界汽車(chē)工業(yè)中，都在努力改進(jìn)汽車(chē)的操控穩(wěn)定性和平順性。對(duì)于這個(gè)領(lǐng)域，懸架的影響力最大。在以往懸架設(shè)計(jì)中主要根據(jù)設(shè)計(jì)者相關(guān)經(jīng)驗(yàn)和主觀感知進(jìn)行懸架設(shè)計(jì)及性能評(píng)價(jià)。這樣就需要設(shè)計(jì)者有豐富的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，但是往往精度及效率不高難以滿足日益加速的設(shè)計(jì)需求。然而目前懸架設(shè)計(jì)研究中，推薦了一種新的設(shè)計(jì)方法，來(lái)代替那種靠設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)和感覺(jué)，這種概念可以用一個(gè)簡(jiǎn)單的方法來(lái)定量地評(píng)價(jià)懸架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)情況。汽車(chē)懸架設(shè)計(jì)是底盤(pán)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，對(duì)于保證整個(gè)車(chē)體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性具有重要意義。因此，對(duì)汽車(chē)懸架的設(shè)計(jì)分析、底盤(pán)結(jié)構(gòu)優(yōu)化以及提高整車(chē)的操穩(wěn)性具有指導(dǎo)意義。本文針對(duì)當(dāng)前國(guó)產(chǎn)汽車(chē)的懸架設(shè)計(jì)現(xiàn)狀和特性進(jìn)行分析，探究汽車(chē)前懸架的設(shè)計(jì)走向。
關(guān)鍵詞：汽車(chē)懸架 設(shè)計(jì)走向 仿真 設(shè)計(jì)
1 前言
在人們對(duì)汽車(chē)駕駛性能要求日益重視的情況下，汽車(chē)前懸架性能分析和研究、前懸架的運(yùn)動(dòng)學(xué)以及動(dòng)力仿真學(xué)分析的作用日益突出，這種新的計(jì)算分析方式為汽車(chē)前懸架的設(shè)計(jì)提供了一種新的方法和思路。并對(duì)汽車(chē)前懸架的集合定位參數(shù)、減震器、襯套、扭桿等組成部分進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)以及對(duì)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行分析，使得汽車(chē)車(chē)輪的角度、前懸架的垂直剛度得到進(jìn)一步改善或強(qiáng)化，改善了前懸架的設(shè)計(jì)。
展開(kāi) 汽車(chē)懸架布置的方案
汽車(chē)懸架布置
汽車(chē)懸架系統(tǒng)是汽車(chē)底盤(pán)設(shè)計(jì)的重要組成部分，懸架系統(tǒng)性能的好壞，直接影響到車(chē)輛的行駛平順性、操縱穩(wěn)定性以及制動(dòng)轉(zhuǎn)向性能，因此，懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)是轎車(chē)設(shè)計(jì)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(guò)度磨損，需要規(guī)定所有車(chē)輛定位角，包括允許的公差在內(nèi)。僅僅是把空載狀況作為測(cè)量基準(zhǔn)。
(1)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)布置方案
由于軸荷的變化,及運(yùn)動(dòng)過(guò)程中與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)干涉都要檢驗(yàn)，懸架的元件需作優(yōu)化, 如減震器、螺旋彈簧校核，調(diào)整其阻尼及剛度,下擺臂長(zhǎng)度調(diào)整, 橫向穩(wěn)定桿重新布置, 縱向拉或推力桿設(shè)計(jì), 副車(chē)架需重新設(shè)計(jì),懸架常用結(jié)構(gòu)有幾十種,請(qǐng)?jiān)斠?jiàn)懸架設(shè)計(jì)章節(jié)。
(2) 懸架布置與設(shè)計(jì)硬點(diǎn)獲取
汽車(chē)總布置設(shè)計(jì)的目的是為確定汽車(chē)懸架設(shè)計(jì)硬點(diǎn)和相關(guān)零部件設(shè)計(jì)硬點(diǎn).在滿足汽車(chē)懸架設(shè)計(jì)基本要求情況下先初步布置懸架布置設(shè)計(jì),為精確懸架設(shè)計(jì)及車(chē)身等零部件設(shè)計(jì)提供依據(jù)和硬點(diǎn). 在選定某一懸架平臺(tái)基礎(chǔ)上,滿足懸架設(shè)計(jì)初步定位參數(shù),以便得到設(shè)計(jì)硬點(diǎn).懸架主要設(shè)計(jì)定位參數(shù),可初定待懸架詳細(xì)設(shè)計(jì)時(shí), 再優(yōu)化最后結(jié)果.一般轎車(chē)按照空載,半載和滿載三種工況分別進(jìn)行優(yōu)化.
在半載狀態(tài)(轎車(chē)只乘3人),主銷(xiāo)內(nèi)傾角一般在11~13度公差-0.5~+0.5度, 側(cè)偏移距-10~+10mm;主銷(xiāo)后傾角0~+3度公差-0.3~+0.3之間;車(chē)輪外傾角+0~+0.5度公差-0.25~+0.25度.
(3) 汽車(chē)懸架尺寸布置及建模要求
(a)總布置建模時(shí)要將沿用件盡力建準(zhǔn),定位面誤差應(yīng)在-0.25~0.25之間,非定位面誤差應(yīng)在-1~+1mm,車(chē)輪輪輞定位和按裝面建模精度誤差為-0.25~+0.25mm,轉(zhuǎn)向節(jié)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(zhuǎn)向節(jié)球頭坐標(biāo)定位建模精度空間誤差為-0.25~+0.25mm.
展開(kāi) #汽車(chē)懸架#9個(gè)汽車(chē)懸架的經(jīng)典姿勢(shì)
非獨(dú)立懸架系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、強(qiáng)度高、保養(yǎng)容易、行車(chē)中前輪定位變化小的優(yōu)點(diǎn)，但由于其舒適性及操縱穩(wěn)定性都相對(duì)較差，一般是緊湊型以下級(jí)別才會(huì)出現(xiàn)的配置（雪鐵龍、標(biāo)致那是奇葩，另算）。
扭轉(zhuǎn)梁、扭力梁、拖拽臂，還有所謂的半獨(dú)立懸架都是非獨(dú)立懸架的一種，無(wú)非是企業(yè)為了宣傳而美化而弄出的一種稱呼，所以要是看到有：半獨(dú)立、扭轉(zhuǎn)梁、扭力梁字樣，就要知道，這貨就是非獨(dú)立懸架，別聽(tīng)他們瞎吹。
非獨(dú)立懸架系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：
1.左右輪在彈跳時(shí)會(huì)相互牽連，輪胎角度的變化量小使輪胎的磨耗小。
2.在車(chē)身高度降低時(shí)還不容易改變車(chē)輪的角度，使操控的感覺(jué)保持一致。
3.構(gòu)造簡(jiǎn)單，制造成本低，容易維修。
4.占用的空間較小，可降低車(chē)底板的高度。
非獨(dú)立懸架系統(tǒng)的缺點(diǎn)：
左右輪在彈跳時(shí)，會(huì)相互牽連，而降低乘坐的舒適性及操控的安定性。
2.因構(gòu)造簡(jiǎn)單使設(shè)計(jì)的自由度小，操控的安定性較差。
這第二個(gè)缺點(diǎn)算是中國(guó)特色，很多車(chē)型的初始設(shè)計(jì)為獨(dú)立懸架，出于成本和利潤(rùn)考慮，在中國(guó)更換為非獨(dú)立懸架，但非獨(dú)立懸架的空間優(yōu)勢(shì)卻并沒(méi)有體現(xiàn)出來(lái)，相反可靠性大概因?yàn)?em>設(shè)計(jì)倉(cāng)促，或是成本控制過(guò)度，有可能存在缺陷，加上企業(yè)不負(fù)責(zé)任缺乏足夠的耐久測(cè)試，還不如獨(dú)立懸架可靠性好（別看了，大眾說(shuō)你呢）。
9.懸架的調(diào)校
其實(shí)除了上述這些懸架的基本條件，懸架的性能還取決于車(chē)企的調(diào)校，往往這一環(huán)節(jié)會(huì)讓類(lèi)似懸架配置的車(chē)型，產(chǎn)生天差地別的性能變化。畢竟如果為了取得良好的舒適性，需要大大緩沖汽車(chē)的震動(dòng)，這樣彈簧就要設(shè)計(jì)得軟些，但彈簧軟了卻容易使汽車(chē)發(fā)生剎車(chē)“點(diǎn)頭”、加速“抬頭”以及嚴(yán)重側(cè)傾偏向，不利于汽車(chē)的轉(zhuǎn)向，容易導(dǎo)致汽車(chē)操縱不穩(wěn)定等。
因此說(shuō)起懸架的構(gòu)件雖然簡(jiǎn)單但參數(shù)的確定卻相當(dāng)?shù)膹?fù)雜，車(chē)企不但要考慮汽車(chē)的舒適性，操控穩(wěn)定性還要考慮到成本問(wèn)題。
基于這三個(gè)問(wèn)題不同廠家有不同的傾向性策略。
展開(kāi) 汽車(chē)懸架知識(shí)專(zhuān)題（8）：汽車(chē)性能對(duì)懸架的要求
汽車(chē)的固有頻率是衡量汽車(chē)平順性的重要參數(shù)，它由懸架剛度和懸架彈簧支承的質(zhì)量（簧載質(zhì)量）所決定。人體所習(xí)慣的垂直振動(dòng)頻率約為1～1.6Hz。車(chē)身振動(dòng)的固有頻率應(yīng)接近或處于人體適應(yīng)的頻率范圍，才能滿足舒適性要求。固有頻率按下式計(jì)算：
式中：g-重力加速度； f-懸架垂直變形（撓度） M-懸架簧載質(zhì)量
C(=Mg/f)-懸架剛度是指懸架產(chǎn)生單位垂直壓縮變形所需加于懸架上的垂直載荷 從固有頻率公式可以看出，在懸架垂直載荷 一定時(shí)，懸架剛度越小，固有頻率就越低
但懸架剛度越小，載荷一定時(shí)懸架垂直變形就越大。這樣若無(wú)有足夠大的限位行程，就會(huì)使撞擊限位塊的概率增加。若固有頻率選取過(guò)低，很可能會(huì)出現(xiàn)制動(dòng)點(diǎn)頭角，轉(zhuǎn)彎側(cè)貨角，空載和滿載車(chē)身高度變化過(guò)大。一般貨車(chē)固有頻率是1.5～2Hz，旅行客車(chē)1.2～1.8Hz，高級(jí)轎車(chē)1～1.3Hz。另外，當(dāng)懸架剛度一定時(shí)，簧載質(zhì)量越大，懸架垂直變形也愈大，而固有頻率越低。空車(chē)時(shí)的固有頻率要比滿載時(shí)的高。簧載質(zhì)量變化范圍大，固有頻率變化范圍也大。為了使空載和滿載固有頻率保持一定或很小變化，需要把懸架剛度做成可變或可調(diào)的。
影響汽車(chē)平順性的另一個(gè)懸架指標(biāo)是簧載質(zhì)量。簧載質(zhì)量分為簧上質(zhì)量與簧下質(zhì)量?jī)刹糠郑蓮椥栽休d的部分質(zhì)量，如車(chē)身、車(chē)架及其它所有彈簧以上的部件和載荷屬于簧上質(zhì)量。車(chē)輪、非獨(dú)立懸架的車(chē)軸等屬于簧下質(zhì)量，也叫非簧載質(zhì)量M。
影響汽車(chē)平順性的另一重要指標(biāo)是阻尼比Ψ，它表達(dá)為：
k-代表懸架阻尼元件的阻力系數(shù)。
Ψ值取大，能使振動(dòng)迅速衰減，但會(huì)把路面較大的沖擊傳遞到車(chē)身，Ψ值取小，振動(dòng)衰減慢，受沖擊后振動(dòng)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，使乘客感到不舒服。為充分發(fā)揮彈簧在壓縮行程中作用，常把壓縮行程的阻尼比Ψ設(shè)計(jì)得比伸張小。
展開(kāi) 
汽車(chē)懸架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
舒適性與車(chē)身的固有振動(dòng)特性有關(guān)，而車(chē)身的固有振動(dòng)特性又與懸架的特性相關(guān)。所以，汽車(chē)懸架是保證乘坐舒適性的重要部件。同時(shí)，汽車(chē)懸架做為車(chē)架(或車(chē)身)與車(chē)軸(或車(chē)輪)之間作連接的傳力機(jī)件，又是保證汽車(chē)行駛安全的重要部件。因此，汽車(chē)懸架往往列為重要部件編入轎車(chē)的技術(shù)規(guī)格表，作為衡量轎車(chē)質(zhì)量的指標(biāo)之一。
汽車(chē)懸架包括彈性元件，減振器和傳力裝置等三部分，這三部分分別起緩沖，減振和力的傳遞作用。從轎車(chē)上來(lái)講，彈性元件多指螺旋彈簧，它只承受垂直載荷，緩和及抑制不平路面對(duì)車(chē)體的沖擊，具有占用空間小，質(zhì)量小，無(wú)需潤(rùn)滑的優(yōu)點(diǎn)，但由于本身沒(méi)有摩擦而沒(méi)有減振作用。減振器指液力減振器，是為了加速衰減車(chē)身的振動(dòng)，它是懸架機(jī)構(gòu)中最精密和復(fù)雜的機(jī)械件。傳力裝置是指車(chē)架的上下擺臂等叉形剛架、轉(zhuǎn)向節(jié)等元件，用來(lái)傳遞縱向力，側(cè)向力及力矩，并保證車(chē)輪相對(duì)于車(chē)架(或車(chē)身)有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律。
汽車(chē)懸架的形式分為非獨(dú)立懸架和獨(dú)立懸架兩種：非獨(dú)立懸架的車(chē)輪裝在一根整體車(chē)軸的兩端，當(dāng)一邊車(chē)輪跳動(dòng)時(shí)，影響另一側(cè)車(chē)輪也作相應(yīng)的跳動(dòng)，使整個(gè)車(chē)身振動(dòng)或傾斜，汽車(chē)的平穩(wěn)性和舒適性較差，但由于構(gòu)造較簡(jiǎn)單，承載力大，目前仍有部分轎車(chē)的后懸架采用這種型式。
獨(dú)立懸架的車(chē)軸分成兩段，每只車(chē)輪用螺旋彈簧獨(dú)立地安裝在車(chē)架(或車(chē)身)下面，當(dāng)一邊車(chē)輪發(fā)生跳動(dòng)時(shí)，另一邊車(chē)輪不受波及，汽車(chē)的平穩(wěn)性和舒適性好。但這種懸架構(gòu)造較復(fù)雜，承載力小。現(xiàn)代轎車(chē)前后懸架大都采用了獨(dú)立懸架，并已成為一種發(fā)展趨勢(shì)。
獨(dú)立懸架的結(jié)構(gòu)分有燭式、麥弗遜式、連桿式等多種，其中燭式和麥克弗遜式形狀相似，兩者都是將螺旋彈簧與減振器組合在一起，但因結(jié)構(gòu)不同又有重大區(qū)別。燭式采用車(chē)輪沿主銷(xiāo)軸方向移動(dòng)的懸架形式，形狀似燭形而得名。特點(diǎn)是主銷(xiāo)位置和前輪定位角不隨車(chē)輪的上下跳動(dòng)而變化，有利于汽車(chē)的操縱性和穩(wěn)定性。
展開(kāi) 汽車(chē)NVH對(duì)懸架設(shè)計(jì)的影響
汽車(chē)NVH對(duì)懸架設(shè)計(jì)的影響
福特汽車(chē)使用Adams開(kāi)發(fā)創(chuàng)新的懸架設(shè)計(jì)
車(chē)輛懸架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)會(huì)影響客戶對(duì)車(chē)輛操縱和乘坐舒適性的感覺(jué)。懸架設(shè)計(jì)的藝術(shù)在于權(quán)衡取舍，并在操作和舒適性之間做出折衷。例如，降低整車(chē)重心有助于提高操縱穩(wěn)定性，但同樣會(huì)降低汽車(chē)的離地高度，進(jìn)而會(huì)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(chē)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(chē)輛。這些關(guān)鍵的車(chē)輛性能會(huì)受到懸架設(shè)計(jì)的影響。福特最近發(fā)明了一種新型的扭梁式后懸架系統(tǒng)并申請(qǐng)了專(zhuān)利，獲得了媒體的廣泛好評(píng)。AutoCar UK 在2018 年7月對(duì)Fiesta ST的評(píng)論中說(shuō):“也許是與彎曲的“力矢量彈簧有關(guān)，但在壓縮沖程中，后部似乎有助于汽車(chē)在彎曲中樞轉(zhuǎn)。這是一種突然而微妙的效果，并賦予了汽車(chē)驚人的敏捷性。”2018 年9 月，在對(duì)福特 Focus TopGear的評(píng)價(jià)中，稱之為同級(jí)車(chē)中最好的駕駛體驗(yàn)，并說(shuō):“Focus 讓人感覺(jué)到敏捷、尖銳、靈巧而且實(shí)際上很有。Adams的車(chē)輛動(dòng)力學(xué)仿真在新型懸架設(shè)計(jì)的開(kāi)”發(fā)中起著不可或缺的作用。
扭梁式懸架系統(tǒng)是半獨(dú)立懸掛系統(tǒng)，最常用于后輪。它結(jié)合了非獨(dú)立和獨(dú)立懸架的特點(diǎn)，允許車(chē)輪像獨(dú)立懸架一樣發(fā)生相對(duì)扭轉(zhuǎn)，也像非獨(dú)立懸架一樣允許車(chē)輪對(duì)另一側(cè)車(chē)輪產(chǎn)生影響。
扭梁式懸架包含兩個(gè)連接在底盤(pán)和車(chē)輪上的縱臂。連接這兩個(gè)縱臂的是一個(gè)扭力梁，形成典型的H形懸架結(jié)構(gòu)，如圖1。H 形結(jié)構(gòu)的前部通過(guò)橡膠襯套連接到車(chē)身，如圖2。當(dāng)一側(cè)車(chē)輪受到?jīng)_擊時(shí)，扭力梁會(huì)發(fā)生扭曲 ，吸收并減少了一部分傳遞到對(duì)側(cè)輪的沖擊。與多連桿懸掛相比，扭梁式懸掛具有多個(gè)優(yōu)點(diǎn)，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(diǎn)。
展開(kāi) 汽車(chē)懸架知識(shí)專(zhuān)題（5）：主動(dòng)懸架
現(xiàn)代汽車(chē)中的懸架有兩種，一種是從動(dòng)懸架，另一種是主動(dòng)懸架。
從動(dòng)懸架即傳統(tǒng)式的懸架，是由彈簧、減振器（減振筒）、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)等組成，它的功能是減弱路面?zhèn)鹘o車(chē)身的沖擊力，衰減由沖擊力而引起的承載系統(tǒng)的振動(dòng)。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(dòng)。由于這種懸架是由外力驅(qū)動(dòng)而起作用的，所以稱為從動(dòng)懸架。
而主動(dòng)懸架的控制環(huán)節(jié)中安裝了能夠產(chǎn)生抽動(dòng)的裝置，采用一種以力抑力的方式來(lái)抑制路面對(duì)車(chē)身的沖擊力及車(chē)身的傾斜力。由于這種懸架能夠自行產(chǎn)生作用力，因此稱為主動(dòng)懸架。
主動(dòng)懸架是近十幾年發(fā)展起來(lái)的，由電腦控制的一種新型懸架，具備三個(gè)條件：（1）具有能夠產(chǎn)生作用力的動(dòng)力源；（2）執(zhí)行元件能夠傳遞這種作用力并能連續(xù)工作；（3）具有多種傳感器并將有關(guān)數(shù)據(jù)集中到微電腦進(jìn)行運(yùn)算并決定控制方式。因此，主動(dòng)懸架匯集了力學(xué)和電子學(xué)的技術(shù)知識(shí)，是一種比較復(fù)雜的高技術(shù)裝置。
例如裝置了主動(dòng)懸架的法國(guó)雪鐵龍桑蒂雅，該車(chē)懸架系統(tǒng)的中樞是一個(gè)微電腦，懸架上有5種傳感器，分別向微電腦傳送車(chē)速、前輪制動(dòng)壓力、踏動(dòng)油門(mén)踏板的速度、車(chē)身垂直方向的振幅及頻率、轉(zhuǎn)向盤(pán)角度及轉(zhuǎn)向速度等數(shù)據(jù)。電腦不斷接收這些數(shù)據(jù)并與預(yù)先設(shè)定的臨界值進(jìn)行比較，選擇相應(yīng)的懸架狀態(tài)。同時(shí)，微電腦獨(dú)立控制每一只車(chē)輪上的執(zhí)行元件，通過(guò)控制減振器內(nèi)油壓的變化產(chǎn)生抽動(dòng)，從而能在任何時(shí)候、任何車(chē)輪上產(chǎn)生符合要求的懸架運(yùn)動(dòng)。因此，桑蒂雅橋車(chē)備有多種駕駛模式選擇，駕車(chē)者只要扳動(dòng)位于副儀表板上的“正常”或“運(yùn)動(dòng)”按鈕，轎車(chē)就會(huì)自動(dòng)設(shè)置在最佳的懸架狀態(tài)，以求最好的舒適性能。
另外，主動(dòng)懸架具有控制車(chē)身運(yùn)動(dòng)的功能。當(dāng)汽車(chē)制動(dòng)或拐彎時(shí)的慣性引起彈簧變形時(shí)，主動(dòng)懸架會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與慣力相對(duì)抗的力，減少車(chē)身位置的變化。
展開(kāi) 純電動(dòng)汽車(chē)架構(gòu)設(shè)計(jì)(一) ：電動(dòng)車(chē)架構(gòu)設(shè)計(jì)核心與前懸架選擇
目前國(guó)內(nèi)在后驅(qū)的設(shè)計(jì)能力上還差一些，對(duì)于適合后輪驅(qū)動(dòng)的H臂懸架和五連桿懸架缺乏經(jīng)驗(yàn)，此項(xiàng)對(duì)國(guó)內(nèi)電動(dòng)車(chē)企業(yè)而言屬于較大的挑戰(zhàn)。
6 前懸架形式選擇
在純電動(dòng)車(chē)動(dòng)力總成尺寸明顯小于燃油汽車(chē)的情況下，純電動(dòng)汽車(chē)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(cè)向支撐能力和轉(zhuǎn)向性能。
由于電動(dòng)車(chē)整體質(zhì)心高度降低，且增加的重量在整車(chē)懸架側(cè)傾中心偏下或接近位置，因此純電動(dòng)車(chē)需求的側(cè)向支撐力并不高于傳統(tǒng)乘用車(chē)。并且大多數(shù)消費(fèi)者無(wú)法通過(guò)駕乘分辨麥弗遜懸架和雙叉臂懸架的差別。單從底盤(pán)性能方面來(lái)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(dòng)車(chē)對(duì)大直徑輪胎的需求可能會(huì)更多。如圖8，由于麥弗遜懸架減震器上安裝點(diǎn)較高，對(duì)加大輪胎直徑限制嚴(yán)重，會(huì)對(duì)整車(chē)開(kāi)發(fā)產(chǎn)生制約。
圖8 純電動(dòng)車(chē)動(dòng)力總成尺寸允許布置上擺臂，車(chē)輪偏轉(zhuǎn)角度也可以增加，降低最小轉(zhuǎn)彎半徑
如果選用單級(jí)減速器或者減速器與電機(jī)同軸輸出，由于受末級(jí)齒輪或者電機(jī)動(dòng)力總成輸出軸到最低點(diǎn)尺寸的影響，為保證合理的離地間隙和傳動(dòng)軸夾角，就需要更大直徑的輪胎支撐動(dòng)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(huì)受到限制。
展開(kāi) 汽車(chē)懸架橡膠襯套靜剛度設(shè)計(jì)方法
摘要:基于剛度疊加法的原理、非線性有限元分析及優(yōu)化理論，提出了懸架襯套3 個(gè)方向靜剛度的設(shè)計(jì)方法。以某乘用車(chē)懸架橡膠襯套的三向靜剛度設(shè)計(jì)為例論述了該方法的有效性。該方法對(duì)懸架襯套三向靜剛度的設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義。
關(guān)鍵詞
:橡膠襯套;三向靜剛度;剛度疊加;有限元分析;優(yōu)化設(shè)計(jì)
汽車(chē)懸架橡膠襯套為懸架系統(tǒng)中重要的彈性元件，三向靜剛度是襯套的重要性能參數(shù)，該參數(shù)對(duì)汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性和平順性具有較大影響［1］。
在計(jì)算懸架襯套的三向靜剛度時(shí)，目前大都采用試湊的方法，或者利用工程中的一些簡(jiǎn)單計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算［2 － 4］。根據(jù)某乘用車(chē)懸架系統(tǒng)橡膠襯套的三向靜剛度設(shè)計(jì)要求，基于剛度疊加法、非線性有限元分析和優(yōu)化理論，文中提出了懸架襯套3 個(gè)方向靜剛度的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。首先對(duì)襯套進(jìn)行參數(shù)化，利用ABAQUS 軟件計(jì)算襯套的三向靜剛度與一系列襯套參數(shù)的關(guān)系; 然后進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，得到襯套的三向靜剛度與襯套參數(shù)的關(guān)系; 最后通過(guò)優(yōu)化計(jì)算，得出滿足襯套三向靜剛度要求的襯套參數(shù)。給出了一個(gè)計(jì)算分析實(shí)例，說(shuō)明了文中論述方法的有效性，該方法可以提高懸架襯套三向靜剛度的設(shè)計(jì)效率。
1 襯套的參數(shù)化和參數(shù)的確定
圖1 為要求設(shè)計(jì)的橡膠襯套安裝圖。橡膠體的內(nèi)外表面分別與鑄鋁內(nèi)管、尼龍外管硫化。其中高度H、內(nèi)徑d 和外徑D 是橡膠體的主要尺寸。襯套三向靜剛度的要求見(jiàn)表1。
由于該懸架襯套2 個(gè)徑向剛度( Kx，Ky ) 的要求值不一樣，為此把襯套在xy 平面內(nèi)的橡膠體設(shè)計(jì)成如圖2 所示的十字架形狀。襯套的橡膠體用2 個(gè)寬度參數(shù)b1，b2 進(jìn)行離散化。
展開(kāi) 汽車(chē)懸架系統(tǒng)專(zhuān)題（7）：圖解各類(lèi)獨(dú)立懸架
獨(dú)立懸架的左右車(chē)輪不是用整體車(chē)橋相連接，而是通過(guò)懸架分別與車(chē)架（或車(chē)身）相連，每側(cè)車(chē)輪可獨(dú)立下下運(yùn)動(dòng)。轎車(chē)和載重量1t以下的貨車(chē)前懸架廣為采用，轎車(chē)后懸架上采用也在增加。越野車(chē)、礦用車(chē)和大客車(chē)的前輪也有一些采用獨(dú)立懸架。
根據(jù)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)不同的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，獨(dú)立懸架可分為：雙橫臂，單橫臂，縱臂式，單斜臂，多桿式及滑柱（桿）連桿（擺臂）式等等。按目前采用較多的有以下三種形式：(1) 雙橫臂式，(2) 滑柱連桿式，(3)斜置單臂式。按彈性元件采用不同分為：螺旋彈簧式，鋼板彈簧式，扭桿彈簧式，氣體彈簧式。采用更多的是螺旋彈簧。
雙橫臂式（雙叉式）獨(dú)立懸架
如圖1所示為雙橫臂式獨(dú)立懸架。上下兩擺臂不等長(zhǎng)，選擇長(zhǎng)度比例合適，可使車(chē)輪和主銷(xiāo)的角度及輪距變化不大。這種獨(dú)立懸架被廣泛應(yīng)用在轎車(chē)前輪上。雙橫臂的臂有做成A字形或V字形，如圖2所示。V形臂的上下2個(gè)V形擺臂以一定的距離，分別安裝在車(chē)輪上，另一端安裝在車(chē)架上。
不等臂雙橫臂上臂比下臂短。當(dāng)汽車(chē)車(chē)輪上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，上臂比下臂運(yùn)動(dòng)弧度小。這將使輪胎上部輕微地內(nèi)外移動(dòng)，而底部影響很小。這種結(jié)構(gòu)有利于減少輪胎磨損，提高汽車(chē)行駛平順性和方向穩(wěn)定性。
圖2:不等臂式懸架
滑柱擺臂式獨(dú)立懸架（麥弗遜式或叫支柱式等）
這種懸架目前在轎車(chē)中采用很多。如圖3所示。滑柱擺臂式懸架將減振器作為引導(dǎo)車(chē)輪跳動(dòng)的滑柱，螺旋彈簧與其裝于一體。這種懸架將雙橫臂上臂去掉并以橡膠做支承，允許滑柱上端作少許角位移。內(nèi)側(cè)空間大，有利于發(fā)動(dòng)機(jī)布置，并降低車(chē)子的重心。車(chē)輪上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，主銷(xiāo)軸線的角度會(huì)有變化，這是因?yàn)闇p振器下端支點(diǎn)隨橫擺臂擺動(dòng)。以上問(wèn)題可通過(guò)調(diào)整桿系設(shè)計(jì)布置合理得到解決。
一汽奧迪100型轎車(chē)前懸架。
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汽車(chē)懸架知識(shí)專(zhuān)題（4）：電控懸架
懸架主要影響汽車(chē)的垂直振動(dòng)。傳統(tǒng)的汽車(chē)懸架是不可調(diào)整的，在行車(chē)中車(chē)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(xiàn)象，當(dāng)汽車(chē)空載和滿載的時(shí)候，車(chē)身的離地間隙是不一樣的。尤其是一些轎車(chē)采用比較柔軟的螺旋彈簧，滿載后彈簧的變形行程會(huì)比較大，導(dǎo)致汽車(chē)空載和滿載的時(shí)候離地間隙相差有幾十毫米，使汽車(chē)的通過(guò)性受到影響。
汽車(chē)不同的行駛狀態(tài)對(duì)懸架有不同的要求。一般行駛時(shí)需要柔軟一點(diǎn)的懸架以求舒適感，當(dāng)急轉(zhuǎn)彎及制動(dòng)時(shí)又需要硬一點(diǎn)的懸架以求穩(wěn)定性，兩者之間有矛盾。另外，汽車(chē)行駛的不同環(huán)境對(duì)車(chē)身高度的要求也是不一樣的。一成不變的懸架無(wú)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(shù)發(fā)展的帶動(dòng)下，工程師設(shè)計(jì)出一種可以在一定范圍內(nèi)調(diào)整的電子控制懸架來(lái)滿足這種需求，這種懸架稱為電控懸架，目前比較常見(jiàn)的是電控空氣懸架形式。
以前空氣懸架多用于大客車(chē)上，停車(chē)時(shí)懸架下降汽車(chē)離地間隙減少，便于乘客上下車(chē)，開(kāi)車(chē)時(shí)懸架上升便于通行。這種空氣懸架系統(tǒng)由空氣壓縮機(jī)、閥門(mén)、彈簧、氣室（氣囊）、減振器所組成。車(chē)輛高度直接K閥門(mén)控制氣室的空氣流進(jìn)流出來(lái)調(diào)整。
現(xiàn)在轎車(chē)用的電控懸架引入空氣懸架原理和電子控制技術(shù)，將兩者結(jié)合在一起。典型的電控懸架由電子控制元件（ECU）、空氣壓縮機(jī)、車(chē)高傳感器、轉(zhuǎn)向角度傳感器、速度傳感器、制動(dòng)傳感器、空氣彈簧元件等組成。
圖示ECU、壓縮機(jī)(5)、閥門(mén)(3)(4)、空氣彈簧元件(1)(2)。電控懸架工作時(shí)，閥門(mén)的相互作用控制通向空氣彈簧元件的氣流量。傳感器檢測(cè)出汽車(chē)的行駛狀態(tài)并反饋至ECU，ECU綜合這些反饋信息計(jì)算并輸出指令控制空氣彈簧元件的電動(dòng)機(jī)和閥門(mén)，從而使電控懸架隨行駛及路面狀態(tài)不同而變化：在一般行駛中，空氣彈簧變軟、阻尼變?nèi)酰@得舒適的乘坐感；在急轉(zhuǎn)彎或者制動(dòng)時(shí)，則迅速轉(zhuǎn)換成硬的空氣彈簧和較強(qiáng)的阻尼，以提高車(chē)身的穩(wěn)定性。
展開(kāi) 汽車(chē)懸架知識(shí)專(zhuān)題（2）：懸架的種類(lèi)
現(xiàn)代汽車(chē)懸架的發(fā)展十分快，不斷出現(xiàn)，嶄新的懸架裝置。按控制形式不同分為被動(dòng)式懸架和主動(dòng)式懸架。目前多數(shù)汽車(chē)上都采用被動(dòng)懸架，如下圖所示也就是汽車(chē)姿態(tài)（狀態(tài)）只能被動(dòng)地取決于路面及行駛狀況和汽車(chē)的彈性元件，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)以及減振器這些機(jī)械零件。20世紀(jì)80年代以來(lái)主動(dòng)懸架開(kāi)始在一部分汽車(chē)上應(yīng)用，并且目前還在進(jìn)一步研究和開(kāi)發(fā)中。主動(dòng)懸架可以能動(dòng)地控制垂直振動(dòng)及其車(chē)身姿態(tài)，根據(jù)路面和行駛工況自動(dòng)調(diào)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(wěn)定桿；5. 橫向推力桿
根據(jù)汽車(chē)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)不同懸架種類(lèi)又可分為獨(dú)立懸架，非獨(dú)立懸架。如下圖所示。
a. 獨(dú)立懸架 b. 非獨(dú)立懸架
非獨(dú)立懸架如上圖(a)所示。其特點(diǎn)是兩側(cè)車(chē)輪安裝于一整體式車(chē)橋上，當(dāng)一側(cè)車(chē)輪受沖擊力時(shí)會(huì)直接影響到另一側(cè)車(chē)輪上，當(dāng)車(chē)輪上下跳動(dòng)時(shí)定位參數(shù)變化小。若采用鋼板彈簧作彈性元件，它可兼起導(dǎo)向作用，使結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，降低成本。目前廣泛應(yīng)用于貨車(chē)和大客車(chē)上，有些轎車(chē)后懸架也有采用的。非獨(dú)立懸架由于非簧載質(zhì)量比較大，高速行駛時(shí)懸架受到?jīng)_擊載荷比較大，平順性較差。
獨(dú)立懸架是兩側(cè)車(chē)輪分別獨(dú)立地與車(chē)架（或車(chē)身）彈性地連接，當(dāng)一側(cè)車(chē)輪受沖擊，其運(yùn)動(dòng)不直接影響到另一側(cè)車(chē)輪，獨(dú)立懸架所采用的車(chē)橋是斷開(kāi)式的。這樣使得發(fā)動(dòng)機(jī)可放低安裝，有利于降低汽車(chē)重心，并使結(jié)構(gòu)緊湊。獨(dú)立懸架允許前輪有大的跳動(dòng)空間，有利于轉(zhuǎn)向，便于選擇軟的彈簧元件使平順性得到改善。同時(shí)獨(dú)立懸架非簧載質(zhì)量小，可提高汽車(chē)車(chē)輪的附著性。如上圖(b)所示。
展開(kāi) 汽車(chē)懸架知識(shí)專(zhuān)題（1）：懸架概述
舒適性與車(chē)身的固有振動(dòng)特性有關(guān)，而車(chē)身的固有振動(dòng)特性又與懸架的特性相關(guān)。所以，汽車(chē)懸架是保證乘坐舒適性的重要部件。同時(shí)，汽車(chē)懸架做為車(chē)架(或車(chē)身)與車(chē)軸(或車(chē)輪)之間作連接的傳力機(jī)件，又是保證汽車(chē)行駛安全的重要部件。因此，汽車(chē)懸架往往列為重要部件編入轎車(chē)的技術(shù)規(guī)格表，作為衡量轎車(chē)質(zhì)量的指標(biāo)之一。
汽車(chē)車(chē)架（或車(chē)身）若直接安裝于車(chē)橋（或車(chē)輪）上，由于道路不平，由于地面沖擊使貨物和人會(huì)感到十分不舒服，這是因?yàn)闆](méi)有懸架裝置的原因。汽車(chē)懸架是車(chē)架（或車(chē)身）與車(chē)軸（或車(chē)輪）之間的彈性聯(lián)結(jié)裝置的統(tǒng)稱。它的作用是彈性地連接車(chē)橋和車(chē)架（或車(chē)身），緩和行駛中車(chē)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(tǒng)引進(jìn)的振動(dòng)，使汽車(chē)行駛中保持穩(wěn)定的姿勢(shì)，改善操縱穩(wěn)定性；同時(shí)懸架系統(tǒng)承擔(dān)著傳遞垂直反力，縱向反力（牽引力和制動(dòng)力）和側(cè)向反力以及這些力所造成的力矩作用到車(chē)架（或車(chē)身）上，以保證汽車(chē)行駛平順；并且當(dāng)車(chē)輪相對(duì)車(chē)架跳動(dòng)時(shí)，特別在轉(zhuǎn)向時(shí)，車(chē)輪運(yùn)動(dòng)軌跡要符合一定的要求，因此懸架還起使車(chē)輪按一定軌跡相對(duì)車(chē)身跳動(dòng)的導(dǎo)向作用。
懸架結(jié)構(gòu)形式和性能參數(shù)的選擇合理與否，直接對(duì)汽車(chē)行駛平順性、操縱穩(wěn)定性和舒適性有很大的影響。由此可見(jiàn)懸架系統(tǒng)在現(xiàn)代汽車(chē)上是重要的總成之一。
一般懸架由彈性元件、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、減振器和橫向穩(wěn)定桿組成。彈性元件用來(lái)承受并傳遞垂直載荷，緩和由于路面不平引起的對(duì)車(chē)身的沖擊。彈性元件種類(lèi)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(lái)衰減由于彈性系統(tǒng)引起的振，減振器的類(lèi)型有筒式減振器，阻力可調(diào)式新式減振器，充氣式減振器。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)用來(lái)傳遞車(chē)輪與車(chē)身間的力和力矩，同時(shí)保持車(chē)輪按一定運(yùn)動(dòng)軌跡相對(duì)車(chē)身跳動(dòng)，通常導(dǎo)向機(jī)構(gòu)由控制擺臂式桿件組成。種類(lèi)有單桿式或多連桿式的。鋼板彈簧作為彈性元件時(shí)，可不另設(shè)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，它本身兼起導(dǎo)向作用。
展開(kāi) 汽車(chē)底盤(pán)懸架關(guān)鍵部件輕量化設(shè)計(jì)分析
1.底盤(pán)懸架概述
底盤(pán)懸架是彈性連接車(chē)輪和承載系統(tǒng)的裝置，其作用不僅有衰減振動(dòng)、傳遞載荷，還有緩和沖擊，另外，對(duì)處于行駛狀態(tài)的汽車(chē)而言，底盤(pán)懸架往往可用來(lái)調(diào)節(jié)車(chē)身位置，避免安全事故出現(xiàn)。
現(xiàn)將其核心功能概括如下：①向車(chē)架傳遞車(chē)輪受路面作用所產(chǎn)生應(yīng)力，如支承力、制動(dòng)力、驅(qū)動(dòng)力和側(cè)向反力，當(dāng)然，上述應(yīng)力帶來(lái)的力矩同樣經(jīng)由底盤(pán)懸架向車(chē)架進(jìn)行傳遞，這點(diǎn)易被忽視；②緩沖并吸收不平路面給行駛中汽車(chē)帶來(lái)的沖擊、振動(dòng)，為車(chē)載貨物的安全性提供保證，乘坐體驗(yàn)也會(huì)得到一定程度優(yōu)化；③確保車(chē)輪和車(chē)身的關(guān)系始終滿足動(dòng)態(tài)幾何特征，具體來(lái)說(shuō)，就是車(chē)輪按照特定規(guī)律跳動(dòng)，車(chē)身自然可以按照預(yù)期軌跡運(yùn)動(dòng)。現(xiàn)有汽車(chē)的底盤(pán)懸架，以非獨(dú)立懸架較為常見(jiàn)，該懸架主要分為兩部分，由穩(wěn)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(gòu)成的后懸架，其中，后懸架結(jié)構(gòu)以平衡結(jié)構(gòu)為主。
2.輕量化設(shè)計(jì)探究
2.1 優(yōu)化策略
要想使底盤(pán)懸梁達(dá)到輕量化設(shè)計(jì)所提出的要求，有關(guān)人員應(yīng)著重考慮結(jié)構(gòu)、工藝及材料的優(yōu)化，以下將逐一對(duì)其進(jìn)行介紹，希望能夠給人以啟發(fā)。
2.1.1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化
對(duì)于底盤(pán)懸架而言，結(jié)構(gòu)優(yōu)化既能夠?qū)崿F(xiàn)輕量化設(shè)計(jì)目標(biāo)，又可使零件質(zhì)量與成本處于平衡狀態(tài)。在計(jì)算機(jī)技術(shù)滲透到各行各業(yè)的當(dāng)下，利用計(jì)算機(jī)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)和優(yōu)化成為大勢(shì)所趨。隨著尺寸優(yōu)化及形狀優(yōu)化手段被引入，汽車(chē)業(yè)可在成本維持不變的前提下，盡量降低結(jié)構(gòu)質(zhì)量。經(jīng)由CAE 確定材料密度分布優(yōu)化方向，得出符合扭力梁主體需求的方案，通過(guò)對(duì)尺寸加以優(yōu)化，掌握結(jié)構(gòu)、管梁厚度的最佳參數(shù)，可使汽車(chē)質(zhì)量顯著降低，這也是輕量化設(shè)計(jì)被提出的初衷。
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