汽車懸架系統的案例
汽車懸架系統
汽車懸架系統
這是一個在 SolidWorks 中設計的汽車懸架系統的詳細 3D 模型。它包含所有關鍵部件，例如控制臂、彈簧、減震器、轉向節、輪轂和安裝支架。
# 適合：
– 機械工程專業學生
– 汽車設計學習者
– 懸架幾何分析
– 仿真和動畫練習
汽車懸架知識專題（3）：減震器工作原理詳解
懸架系統中由于彈性元件受沖擊產生振動，為改善汽車行駛平順性，懸架中與彈性元件并聯安裝減振器，為衰減振動，汽車懸架系統中采用減振器多是液力減振器，其工作原理是當車架（或車身）和車橋間受振動出現相對運動時，減振器內的活塞上下移動，減振器腔內的油液便反復地從一個腔經過不同的孔隙流入另一個腔內。此時孔壁與油液間的摩擦和油液分子間的內摩擦對振動形成阻尼力，使汽車振動能量轉化為油液熱能，再由減振器吸收散發到大氣中。在油液通道截面和等因素不變時，阻尼力隨車架與車橋（或車輪）之間的相對運動速度增減，并與油液粘度有關。
減振器與彈性元件承擔著緩沖擊和減振的任務，阻尼力過大，將使懸架彈性變壞，甚至使減振器連接件損壞。因面要調節彈性元件和減振器這一矛盾。
(1) 在壓縮行程（車橋和車架相互K近），減振器阻尼力較小，以便充分發揮彈性元件的彈性作用，緩和沖擊。這時，彈性元件起主要作用。
(2) 在懸架伸張行程中（車橋和車架相互遠離），減振器阻尼力應大，迅速減振。
(3) 當車橋（或車輪）與車橋間的相對速度過大時，要求減振器能自動加大液流量，使阻尼力始終保持在一定限度之內，以避免承受過大的沖擊載荷。
在汽車懸架系統中廣泛采用的是筒式減振器，且在壓縮和伸張行程中均能起減振作用叫雙向作用式減振器，還有采用新式減振器，它包括充氣式減振器和阻力可調式減振器。
雙向作用筒式減振器示意圖
1. 活塞桿；2. 工作缸筒；3. 活塞；4. 伸張閥；5. 儲油缸筒； 6. 壓縮閥；7. 補償閥；8. 流通閥；9. 導向座；10. 防塵罩；11. 油封
雙向作用筒式減振器工作原理說明。在壓縮行程時，指汽車車輪移近車身，減振器受壓縮，此時減振器內活塞3向下移動。活塞下腔室的容積減少，油壓升高，油液流經流通閥8流到活塞上面的腔室（上腔）。
展開 汽車主動懸架（6）：液壓和空氣式
從控制力的角度劃分，懸架可分為被動懸架，半主動懸架和主動懸架。
目前，大多數汽車的懸架系統裝有彈簧和減振器，懸架系統內無能源供給裝置，其彈性和阻尼不能隨外部工況變化，因此稱這種懸架是被動懸架。
主動懸架有作為直接力發生器的動作器，可以根據輸入與輸出進行最優的反饋控制，使懸架有最好的減震特性，以提高汽車的平順性和操縱穩定性。它由彈性元件C和一個力發生器Fe組成。
半主動懸架可看作由可變特性的彈簧和減振器組成的懸架系統，雖然它不能隨外界的輸入進行最優的控制和調節，但它可按存儲在計算機的各種條件下最優彈簧和減振器的優化參數指令來調節彈簧的剛度和減振器的阻尼狀態。它由彈性元件C和一個一個阻尼系數能在較大范圍內調節的阻尼器組成。
電子技術控制汽車懸架系統主要由（車高、轉向角、加速度、路況預測）傳感器、電子控制ECU、懸架控制的執行器等組成。系統的控制功能通常有以下三個：
１車高調整 當汽車在起伏不平的路面行駛時，可以使車身抬高，以便于通過；在良好路面高速行駛時，可以降低車身，以減少空氣助力，提高操縱穩定性。
２阻尼力控制 用來提高汽車的操縱穩定性，在急轉彎、急加速和緊急制動情況下，可以抑制車身姿態的變化。
３彈簧剛度控制 改變彈簧剛度，使懸架滿足運動或舒適的要求。
采用主動式懸架后，汽車對側傾、俯仰、橫擺跳動和車身的控制都能更加迅速、精確，汽車高速行駛和轉彎的穩定性提高，車身側傾減少。制動時車身前俯小，啟動和急加速可減少后仰。即使在壞路面，車身的跳動也較少，輪胎對地面的附著力提高。
一.主動式液壓懸架
電子控制的主動式液壓懸架能根據懸架的質量和加速度等，利用液壓部件主動地控制汽車的振動。
展開 汽車主動懸架技術的研究現狀
控制算法作為主動懸架設計開發中的另一個關鍵因素，一方面要考慮算法自身的魯棒性和適應性．另外還應結合作動器的動態特性，而且未來還將以汽車整車安全性作為首要目標進行考慮。先進的主動懸架設計一方面要通過計算機仿真分析、臺架試驗，另外最終還需通過整車道路的驗證試驗來進行評估。綜合來看，汽車懸架系統的性能優越程度將取決于智能的控制軟件和設計精巧的作動器硬件兩者之間的完美結合程度。基于車輛頂層目標和模型化設計的系統工程。以及汽車電子、微控制器和相應傳感器技術的發展．未來的懸架系統也將更加智能和節能。
- End -
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 汽車電控空氣懸架試驗與仿真研究
圖6 螺旋彈簧麥式懸架整車系統
圖7 電控空氣彈簧麥式懸架整車系統
3 整車平順性仿真計算
3.1 整車平順性仿真結果評價指標
汽車平順性主要是保持汽車在行駛過程中產生的振動和沖擊對乘員舒適性的影響在一定的界限內，因此，平順性主要是根據乘員主觀感覺的舒適性來評價的，對于載貨汽車還包括保持貨物完好的性能，它是現代汽車的主要性能之一[9-10]。對于懸架系統，我們在評價其性能時，通常有3個評價指標是需要考慮的：
（1）車體質心的垂直振動加速度。反映了乘員乘坐舒適性和車體振動環境，該值越小，舒適性越好。
（2）懸架系統的動撓度。即車輪相對于車體垂直跳動的動位移。對于汽車的懸架系統，其動撓度是有限的，當懸架系統的動撓度超過系統許用動行程[ fd] 時，就會出現懸架彈簧撞擊限位器，此時稱為“懸架擊穿”。為使汽車“懸架擊穿”的概率極小（0.3% 以下），則要保證懸架動行程的均方根值σf ≤ [ fd]/3，本文取fd=70mm，即要保證σf ≤ 23.3 mm。
（3）車輪的動載荷。該指標的大小主要用來衡量車輪的抓地能力，反映了高速車輛的行駛安全性。為了使車輪跳離地面的概率極小（小于0.3%），要保證車輪動載荷的均方根值σd ≤ [ Gj] /3，Gj 為車輪靜載。
展開 淺談汽車懸架設計的發展與趨勢
4.3 前懸架的垂直剛度
在汽車荷載發生上下垂直運動時，汽車前懸架的垂直剛度對于保證汽車的整個底盤的穩定性具有重要作用，前懸架在汽車垂直運動過程中給車身以彈性恢復力。
5
結語
在設計汽車前懸架的過程中仿真分析能夠有效檢測汽車前懸架設計的合理性，同時對汽車行駛進行仿真實驗，有效地將設計過程中可能存在的缺陷檢測出來，并將前懸架系統的運動特性進行獲取，為后續的改進和繼續研發提供依據。在此基礎上進行設計和優化的汽車前懸架系統運行更加理想，汽車的運行狀態也將更加穩定。
作者：王智博 汪利彬
（華晨汽車集團控制有限公司）
展開 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 利用OptiStruct進行汽車懸架系統輕量化設計并提高其耐久性
行業 :汽車
挑戰 :如何減輕汽車后扭懸架梁系統的重量，同時提高其耐久性。
Altair 解決方案 :制定一套HyperWorks系列中的自定義工具,消除最初的“反復試錯”的設計循環。
優點 :縮短生產周期，同時生成具有競爭力的、低成本、低重量的后扭懸架梁。
項目介紹
后扭轉梁（RTB）懸架系統通常用于 A、B 和越來越多的 C 級車，其優點在于制造成本低，包裝要求小，與汽車操控性能有良好的兼容性。除了需要滿足一定的剛度和耐久性要求，當其彈性運動學特性也被納入考慮范圍時，RTB 的設計就變得困難。目前，采用實驗設計（DOE）和優化方法來探索可用的設計空間，同時減輕 RTB 的重量并降低設計成本是可行的方案。
Gestamp 公司是全球性的底盤零部件供應商，其客戶包括福特、大眾、寶馬和本田。它在英國、西班牙和德國設有技術中心，不斷擴大的全球業務促使其需要不斷地開發低成本，高容量的底盤產品。基于對零部件的質量和成本（與質量密切相關）的考慮， Gestamp 公司與其客戶從 2005 年開始引入 Altair 公司的優化驅動設計理念。通過形狀優化，形成了成本相對較低的 “U”形設計，既滿足 RTB 設計的剛性目標，又降低了反相滾動負載情況下關鍵焊縫的應力，從而提高了耐久性。
如今，這個耐久性要求已被確定為這種類型 RTB 設計的主要指標之一。
挑戰
一個“U”形的 RTB 設計通常需要考慮幾個相互關聯的目標。限定主要結構部件形狀的兩個關鍵目標是側傾剛度和側傾轉向。二者都受到扭轉元件（RTB 的橫向構件）形狀、位置、截面參數的影響。
“我們發現OptiStruct和HyperStudy提供的優化能力對于我們的RTB設計來說簡直是一 種財富。
展開 案例22-基于CMS的汽車懸架組件模態與諧波頻率分析
介紹
汽車懸架系統有助于汽車的操控和制動，以提高安全性，并使車輛乘員舒適地遠離道路噪音、顛簸和振動。當汽車在不平的地形上行駛時，車輪會受到基礎激勵。出于分析目的，可將其近似為諧波激勵。因為懸架是汽車底盤的一部分，所以懸架系統對諧波位移激勵的響應是分析的關鍵課題。
Component mode synthesis（CMS）是結構動力學中常用的子結構耦合分析形式。CMS使整個組件的行為能夠從其組成組件派生出來。首先，制定每個組件的動態行為。然后，通過沿組件界面加強平衡和兼容性，形成整個系統模型的動態特性。對于模態、諧波和瞬態分析，CMS比Guyan減縮更準確，因為CMS包括截斷的法向模態廣義坐標集，這些坐標集捕獲了部件的基本模態特征
問題描述
本分析中使用的模型是一個稍微不對稱的汽車懸架組件。該分析計算了由于車輪底部的諧波（正弦變化）位移激勵而連接到車身連桿上的兩點的響應。在規定的頻率范圍內確定響應點的位移。進行模態和諧波分析。使用CMS生成的模型的結果與完整（非子結構）模型的結果進行比較。
建模
下圖中：三維懸架模型所示的組件由兩個車輪和一個車身組成。車輪由11個部件組成，車輪通過軸與車身相連。主體由53個部分組成，整個邊界框的尺寸為0.79594×0.79324×2.5252（米）。
模型使用SOLID186、SOLID187和BEAM188元素。SOLID186是一個三維20節點實體單元，表現出適合于模擬均質結構實體的二次位移行為。SOLID187是一個三維10節點單元，具有二次位移特性，但適用于建模不規則網格。BEAM188是一種3-D 2節點線性元件，用于線性元件，以在接觸的不同零件之間創建一般焊縫。假定為粘連接觸。這種接觸防止了組件不同部件之間的相對位移。
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 
#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 汽車轉向及懸架系統運動仿真
Adams建立整車底盤剛體動力學仿真模型，對轉向系統和懸架系統進行建模，根據硬點坐標設置相應的運動副。整車質心位置，設置整車質量和轉動慣量。
底盤部件
運動副
轉向管柱
轉動副
十字軸萬向節
虎克鉸
轉向器齒輪齒條
轉動副+滑動副（設置傳動比）
拉桿兩端球頭
球鉸
轉向節及擺臂球頭
球鉸
減震器
帶阻尼的彈簧
原地轉向仿真
車速為零，左右轉動方向盤至極限位置，然后回正，模擬原地轉向過程，輸出轉向器齒條力變化曲線。（齒條力等于左右拉桿力之和）
車速10km/h動態轉向仿真
車速10km/h，左右轉動方向盤至極限位置，然后回正，模擬行駛過程中的動態轉向過程。
顛簸路面剛柔耦合仿真
顛簸路面行駛仿真模擬時，將懸架系統下擺臂替換為柔性件，可以分析路面沖擊對零件產生的應力。
展開 ANSYS學習資料
壓力容器的疲勞分析.txt
階梯軸施加扭矩和彎矩.txt
汽車懸架系統的諧響應分析.txt
壓力容器的疲勞分析.txt
階梯軸施加扭矩和彎矩.txt
汽車懸架系統的諧響應分析.txt
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。
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