懸架系統(tǒng)計算報告

1、 編 號： 版本號： V1.0 懸架系統(tǒng)計算報告項目名稱： 編 制： 校 對： 審 查： 會 審： 標(biāo) 準(zhǔn) 化： 審 核： 批 準(zhǔn)： 2014年 03月15修訂記錄序號修訂日期頁碼原文內(nèi)容修訂內(nèi)容備注（修訂原因）目 次1 概述11.1 計算目的11.2 懸架系統(tǒng)基本方案介紹11.3 懸架系統(tǒng)設(shè)計的輸入條件12 懸架系統(tǒng)的計算22.1 彈簧剛度22.2 懸架偏頻的計算22.2.1 前懸架剛度計算32.2.2 前懸架偏頻計算42.2.3 后懸架剛度計算42.2.4 后懸架偏頻計算52.3 懸架靜撓度的計算52.4 側(cè)傾角剛度計算62.4.1 前懸架的側(cè)傾角剛度62.4.2 后懸架的側(cè)傾角剛度82.

2、5 整車的側(cè)傾角計算92.5.1懸架質(zhì)量離心力引起的側(cè)傾力矩92.5.2側(cè)傾后，懸架質(zhì)量引起的側(cè)傾力矩92.5.3總的側(cè)傾力矩102.5.4懸架總的側(cè)傾角剛度102.5.5整車的側(cè)傾角102.6 縱傾角剛度102.7 減振器參數(shù)112.7.1 減振器平均阻力系數(shù)的確定112.7.2 壓縮阻尼和拉伸阻尼系數(shù)匹配132.7.3 減震器匹配參數(shù)133 懸架系統(tǒng)的計算結(jié)果144 結(jié)論及分析15參 考 文 獻(xiàn)151 概述1.1 計算目的通過計算，求得反映MA02-ME100純電動車懸架系統(tǒng)性能的基本特征，為零部件開發(fā)提供參考。計算內(nèi)容主要包括懸架剛度、懸架側(cè)傾角剛度、剛度匹配、懸架偏頻、靜撓度和阻尼等。

3、1.2 懸架系統(tǒng)基本方案介紹MA02-ME100純電動車前懸架采用麥弗遜式獨立懸架帶橫向穩(wěn)定桿結(jié)構(gòu)，后懸架系統(tǒng)采用拖曳臂式非獨立懸架結(jié)構(gòu)。前、后懸架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖1、圖2：圖1 前懸架系統(tǒng)圖2 后懸架系統(tǒng)1.3 懸架系統(tǒng)設(shè)計的輸入條件懸架系統(tǒng)設(shè)計輸入?yún)?shù)如表1：表1 懸架參數(shù)列表項目開發(fā)目標(biāo)車質(zhì)心高（mm）空載483滿載489前輪距（mm）1299后輪距（mm）1304軸距（mm）2332整車整備質(zhì)量（kg）1100最大總質(zhì)量（kg）1400前軸荷（kg）空載605滿載630后軸荷（Kg）空載495滿載770前懸架非簧載質(zhì)量（kg）49后懸架非簧載質(zhì)量（kg）43 2 懸架系統(tǒng)的計算2.1

4、彈簧剛度根據(jù)KC試驗數(shù)據(jù)分析，選定彈簧剛度：前懸架彈簧剛度為： ；后懸架彈簧剛度為： ；2.2 懸架偏頻的計算懸架系統(tǒng)將車身與車輪彈性的連接起來，由此彈性元件與它所支承的質(zhì)量組成的振動系統(tǒng)決定了車身的固有頻率，這是影響汽車行駛平順性的重要性能指標(biāo)之一。圖3 前懸架剛度計算示意圖圖4 后懸架剛度計算示意圖2.2.1 前懸架剛度計算前懸架剛度按式（1）計算：（1）式中：K懸架剛度，N/mm；b前彈簧中心線與轉(zhuǎn)向瞬時運動中心距離， mm； p車輪中心面距轉(zhuǎn)向節(jié)瞬時運動中心距離， mm。根據(jù)圖3得b=2435mm，p=2578mm帶入式（1）得前懸架剛度為： 取襯套的剛度約為懸架剛度的15，所以前懸架

5、總剛度為：17.84×（1+15）=20.52N/mm2.2.2 前懸架偏頻計算 前懸架偏頻按式（2）計算：（2）式中：前懸架偏頻，前懸架的剛度，N/mm；前懸架簧載質(zhì)量，kg；前懸架滿載簧載質(zhì)量，kg；前懸架空載簧載質(zhì)量，kg。根據(jù)表1得 并把20.52N/mm帶入式（2）得出：前懸架滿載偏頻：前懸架空載偏頻：2.2.3 后懸架剛度計算（3）式中：彈簧中心線與后軸垂線間的夾角， 5.3 °（見圖4）；則：考慮在懸架系統(tǒng)中橡膠塊的變形，其剛度約為懸架剛度的1520，此處取15，經(jīng)計算：2.2.4 后懸架偏頻計算后懸架偏頻按式（4）計算： （4）式中：后懸架偏頻；K后懸架的剛

6、度，N/mm；后懸架簧載質(zhì)量，kg；后懸架滿載簧載質(zhì)量，kg；后懸架空載簧載質(zhì)量，kg。根據(jù)表1得 并把帶入（4）式得出：后懸架滿載偏頻： 后懸架空載偏頻：2.3 懸架靜撓度的計算靜撓度也是表征懸架性能的參數(shù)，按式（5）計算： （5）式中： 靜撓度，mm；前懸空載靜撓度，mm；前懸滿載靜撓度，mm；后懸空載靜撓度，mm；后懸滿載靜撓度，mm；m簧載質(zhì)量，kg；g重力加速度，；K懸架剛度，N/mm。所以，按式（5）計算得出：前懸架空載靜撓度：前懸架滿載靜撓度：后懸架空載靜撓度: 后懸架滿載靜撓度: 空載狀態(tài)后前懸架偏頻比：nr2/ nf21.67/1.371.22滿載狀態(tài)后前懸架偏頻比：nr1/

7、 nf11.32/1.340.98懸架剛度匹配結(jié)論：一般舒適型轎車前懸架偏頻在11.45之間，后懸架偏頻在1.171.58之間。開發(fā)目標(biāo)車前后懸架的空、滿載靜撓度和頻率值以及偏頻比較合理，適合舒適型乘用車。2.4 側(cè)傾角剛度計算2.4.1 前懸架的側(cè)傾角剛度前懸架的側(cè)傾角剛度由兩部分共同作用，即螺旋彈簧引起的側(cè)傾角剛度與橫向穩(wěn)定桿引起的側(cè)傾角剛度。1）螺旋彈簧引起的側(cè)傾角剛度按式（6）計算：（6） 式中：前螺旋彈簧引起的側(cè)傾角剛度，N·mm/rad；b前彈簧中心線與轉(zhuǎn)向瞬時運動中心距離， mm； p車輪中心面距轉(zhuǎn)向節(jié)瞬時運動中心距離， mm；B前輪距， mm； 前螺旋彈簧剛度，N/m

8、m。 根據(jù)圖3得b=2435mm，p=2578mm，根據(jù)表1得B=1299 mm，并把=20 N/mm帶入式（6）得出螺旋彈簧的側(cè)傾角剛度為： =1.51×10 N·mm/rad參考KC試驗數(shù)據(jù)襯套扭轉(zhuǎn)時的剛度有約為15的影響，則前懸架由螺旋彈簧引起的側(cè)傾角剛度為：2）橫向穩(wěn)定桿引起的角剛度按式（7）計算：（7）圖5 前橫向穩(wěn)定桿結(jié)構(gòu)示意圖式中各參數(shù)參見示意圖5：橫向穩(wěn)定桿引起的角剛度，N·mm/rad；d穩(wěn)定桿直徑， mm；I穩(wěn)定桿的截面慣性矩， mm；E材料的彈性模量， (N/mm)2前穩(wěn)定桿直徑d=19mm，所以前穩(wěn)定桿材料為：60si2MnA，所以 E=2

9、06000 (N/mm)2前橫向穩(wěn)定桿引起的角剛度為： 考慮固定方式，新的穩(wěn)定桿在車輪處的等效側(cè)傾角剛度與穩(wěn)定桿所提供的側(cè)傾角剛度比為：i=0.5，穩(wěn)定桿在車輪處的等效側(cè)傾角剛度為：由于連接件是橡膠元件，故實際剛度值一般比理論值減小1530，取15。則所以，前懸架總的側(cè)傾角剛度：2.4.2 后懸架的側(cè)傾角剛度（8）式中：彈簧中心線與后軸垂線間的夾角 ；彈簧剛度 ；彈簧安裝間距 ；以上數(shù)據(jù)代入公式（8）， 得：考慮襯套扭轉(zhuǎn)時的剛度有約為20的影響：則：后懸架側(cè)傾角剛度為一般要求前懸架側(cè)傾角剛度要稍大于后懸架側(cè)傾角剛度，以滿足汽車稍有不足轉(zhuǎn)向特性的要求，并且前、后懸架側(cè)傾角剛度比值一般在1.42.

10、6之間。根據(jù)以上計算結(jié)果得前、后懸架側(cè)傾角剛度比值為2.5，顯然開發(fā)目標(biāo)車型滿足要求。2.5 整車的側(cè)傾角計算車廂側(cè)傾角是和汽車操縱穩(wěn)定性及平順性有關(guān)的一個重要參數(shù)。側(cè)傾角的數(shù)值影響到汽車的橫擺角速度穩(wěn)態(tài)響應(yīng)和橫擺角速度瞬態(tài)響應(yīng)。以下質(zhì)心及側(cè)傾中心示意圖各參數(shù)是從裝載數(shù)模上測定的。圖6 整車空載狀態(tài)下質(zhì)心及側(cè)傾中心示意圖當(dāng)汽車作穩(wěn)態(tài)圓周行駛時，車廂側(cè)傾角決定于側(cè)傾力矩M與懸架總的角剛度K。以下依據(jù)滿載狀態(tài)下穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗要求的0.4g m/s2進(jìn)行計算。2.5.1懸架質(zhì)量離心力引起的側(cè)傾力矩簧載質(zhì)量離心力引起的側(cè)傾力矩：（9）式中：側(cè)向加速度； 懸上質(zhì)量， ；h整車質(zhì)心到側(cè)傾軸線的距離為：（見圖

11、6）；以上數(shù)據(jù)代入公式11，可得側(cè)傾力矩：2.5.2側(cè)傾后，懸架質(zhì)量引起的側(cè)傾力矩車廂側(cè)傾后，懸架質(zhì)量的質(zhì)心偏出距離e，因此，其重力引起的側(cè)傾力矩為：（10）式中：為懸上質(zhì)量重力為 ; 整車質(zhì)心到側(cè)傾軸線的距離（見圖6）;整車側(cè)傾角；2.5.3總的側(cè)傾力矩2.5.4懸架總的側(cè)傾角剛度2.5.5整車的側(cè)傾角 汽車在轉(zhuǎn)彎時，車身在0.4g的側(cè)向加速度的作用下，車身側(cè)傾角不大于35°，顯然開發(fā)目標(biāo)車型滿足要求。2.6 縱傾角剛度在制動強度Z=0.5時，當(dāng)車輛發(fā)生縱傾時，前后懸架受力的變化量相當(dāng)于軸荷轉(zhuǎn)移量G(11)式中：Z 制動強度：0.5；滿載簧載質(zhì)量 Ms =1400-49-43=13

12、08kg ;簧載質(zhì)心高（滿載） hg=489mm；L 軸距 2332 mm;通過上式計算得到的軸荷轉(zhuǎn)移量是1343.95N；前后懸架變形由公式可得出：式中：K 懸架剛度，前懸架為20.52N/mm，后懸架為24.84N/mm。計算得：前懸架 后懸架整車縱傾角整車縱傾角剛度為2.7 減振器參數(shù)汽車的懸架中安裝減振裝置的作用是衰減車身的振動保證整車的行駛平順性和操縱穩(wěn)定性。下面僅考慮由減振器引起的振動衰減，不考慮其他方面的影響，以方便對減振器參數(shù)的計算。汽車車身和車輪振動時，減振器內(nèi)的液體在流經(jīng)阻尼孔時的摩擦和液體的粘性摩擦形成了振動阻尼，將振動能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，并散發(fā)到周圍的空氣中去，達(dá)到迅速衰減

13、振動的目的。汽車的懸架有了阻尼以后，簧載質(zhì)量的振動是周期衰減振動，用相對阻尼比來評定振動衰減，相對阻尼比的物理意義是指出減振器的阻尼作用在與不同剛度和不同質(zhì)量的懸架系統(tǒng)匹配時，會產(chǎn)生不同的阻尼效果。2.7.1 減振器平均阻力系數(shù)的確定減振器阻力系數(shù)的確定：（12）式中: 減振器阻力系數(shù)；相對阻尼比；懸架一側(cè)的簧載質(zhì)量;懸架偏頻；杠桿比, ；減振器安裝角，減振器軸線與Z坐標(biāo)軸的夾角，前減振器的安裝如圖7，后減振器的安裝見圖8；圖7 前減振器阻力系數(shù)計算示意圖圖8 后減振器阻力系數(shù)計算示意圖根據(jù)前后懸架減振器的布置形式，以下各參數(shù)取值如下：表2 參數(shù)列表項目前懸架后懸架n1.081相對阻尼系數(shù)的選

14、擇：對于無內(nèi)摩擦的彈性元件（如螺旋彈簧）懸架，一般取0.250.35。對于有內(nèi)摩擦的懸架，相對阻尼系數(shù)可取小些。參考同類型車：取前懸相對阻尼系數(shù)；取后懸相對阻尼系數(shù)將以上參數(shù)代入公式12，可得：前減振器的平均阻力系數(shù)為：后減振器的平均阻力系數(shù)為：2.7.2 壓縮阻尼和拉伸阻尼系數(shù)匹配通常情況下，將壓縮行程時的相對阻尼比取得小些，伸張行程時的相對阻尼比取得大些；這樣，既可以保證整車的平順性又不降低操縱穩(wěn)定性，兩者之間保持（0.250.5）。為避免懸架碰撞車架，一般把減震器拉伸和壓縮阻力按8264的比例關(guān)系分配。根據(jù)常規(guī)類型車，選減震器拉伸和壓縮阻力按10：3的比例關(guān)系分配。因此，根據(jù)前面計算得到

15、：前減振器壓縮阻尼系數(shù)前減振器拉伸阻尼系數(shù)后減振器壓縮阻尼系數(shù)后減振器拉伸阻尼系數(shù)2.7.3 減震器匹配參數(shù)通過實驗測得前、后減震器匹配阻尼力參數(shù)如表3、表4：表3 前減震器阻尼力參數(shù)活塞速度（m/s)復(fù)原阻力（N）壓縮阻力（N）0.05111±4053±400.1282±5071±40*0.3722±80183±500.61031±110338±801.01386±110584±80表4 后減震器阻尼力參數(shù)活塞速度（m/s)復(fù)原阻力（N）壓縮阻力（N）0.05116±5095

16、7;400.1243±50162±50*0.3603±90317±600.61014±110513±901.01636±120807±1003 懸架系統(tǒng)的計算結(jié)果通過上面系統(tǒng)的計算得到MA02-ME100純電動車懸架系統(tǒng)主要性能參數(shù)，通過分析對比，新車型的各項性能參數(shù)滿足相關(guān)理論和標(biāo)準(zhǔn)要求，由此可以保證與懸架相關(guān)的主要指標(biāo)符合設(shè)計要求。表5 參數(shù)列表項目參數(shù)空載前偏頻1.37Hz空載后偏頻1.67Hz空載后前偏頻比1.22滿載前偏頻1.34Hz滿載后偏頻1.32Hz滿載后前偏頻比0.98前懸架空載剛度20.52N/mm后懸架空載剛度24.84N/mm整車側(cè)傾角剛度3.74×107 N·mm/rad前后側(cè)傾角剛度比2.59縱傾角/0.51.47°縱傾角剛度2.13×106 N