生方程式賽車懸架設(shè)計(jì)及優(yōu)化研究

1、摘要懸架是現(xiàn)代汽車上的重要總成之一，懸架的性能決定了汽車的整車性能，所以懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)和優(yōu)化是汽車總體設(shè)計(jì)的一個(gè)重要組成部分。在首屆學(xué)生方程式汽車大賽的背景下，本文以華南理工大學(xué) FSAE 車隊(duì)設(shè)計(jì)的大學(xué)生方程式的懸架系統(tǒng)為研究對(duì)象，主要進(jìn)行以下幾個(gè)方面的工作：1、提出三種懸架設(shè)計(jì)方案，通過(guò)比較結(jié)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)來(lái)確定懸架的類型；對(duì)懸架進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)，包括車輪定位參數(shù)選定、懸架幾何計(jì)算、各種剛度計(jì)算、阻尼系數(shù)計(jì)算等；根據(jù)參數(shù)設(shè)計(jì)的結(jié)果，進(jìn)行懸架各零部件的設(shè)計(jì)和裝配設(shè)計(jì)。2、基于 ADAMS/Car 仿真，建立前后懸架的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真模型，并對(duì)模型進(jìn)行仿真分析。以懸架的評(píng)價(jià)指標(biāo)為準(zhǔn)則，對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)分析，找

2、出變化范圍和方向不合理的性能參數(shù)，作為懸架優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)依據(jù)。3、基于 ADAMS/Insight 優(yōu)化分析，確定設(shè)計(jì)變量、設(shè)計(jì)目標(biāo)、目標(biāo)函數(shù)、約束條件等，分別對(duì)前后懸架進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)和多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)。根據(jù)多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果，修改懸架模型并再次進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析，比較優(yōu)化前后的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性。仿真結(jié)果表明，優(yōu)化后的懸架主要性能得到明顯，證明懸架采用多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的有效性。4、對(duì)懸架主要零部件進(jìn)行力學(xué)分析，確定結(jié)構(gòu)強(qiáng)度仿真分析的對(duì)象?；贏BAQUS 仿真，建立相應(yīng)零部件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度仿真分析模型，對(duì)其進(jìn)行靜力學(xué)分析。仿真結(jié)果表明，所選定的零部件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度均處于安全范圍，且某些零部件的強(qiáng)度安全系數(shù)較高

3、，可適當(dāng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。根據(jù)仿真結(jié)果，給出懸架輕量化設(shè)計(jì)的一些方法，以提高的懸架性能和整車性能。的成果為華南理工大學(xué)的設(shè)計(jì)、制造和調(diào)試提供了指導(dǎo)作用，順利參加比賽并獲得優(yōu)異成績(jī)證明了所設(shè)計(jì)和優(yōu)化的懸架是安全可靠的。最后還對(duì)成果進(jìn)行了歸納總結(jié)，并對(duì)今后進(jìn)一步的提出了建議。： 大學(xué)生方程式；懸架系統(tǒng)；參數(shù)設(shè)計(jì)；建模仿真；多目標(biāo)優(yōu)化分析IAbstractplays a very important rolehe modern car, and car performance mainlySuspendepends on suspenperformance, so suspendesign and

4、optimization is one importantpart of total design for a race car. Based on the background of Formula SAE of China, theresearchof the pr is the suspensystem of Formula SAE race car designed bySouth China University of Technology FSAE race team.are carried out as follows.his pr, the research contents1

5、. Three types of suspendesign are proed, and suspentype is determined bystructure. Suspencomparing the advantages and disadvantages of the suspenparameters design is carried out, which contains wheel alignment parameterection,suspengeometry calculation, stiffness calculation, damcoefficient calculat

6、ion and soon. Based on the results of parameters design, parts design and assembs design forsuspenare carried out.2. Based on the simulation platform of ADAMS/Car, the kinematics simulation msof the front and rear suspenthe evaluation index of suspenare established, and simulationysis is done. Accor

7、ding to,edysis of simulation results is carried out, toidentify some unreasonable performance parameters about scope and direction of change asthe objectives of suspenoptimization.3. Based on the optimizationysis platform of ADAMS/Insight, the design variablesand objectives, the objective function,

8、the constraconditions are determined, design ofexperiment and multi-objective optimization for the front and rear suspenseparay. According to the results of multi-objective optimization, suspenare carried outms aremodified and kinematics simulationysis is done again, to comparethe kinematicscharacte

9、ristics after optimization with before optimization. Simulation results showtsuspens performance has been improved significantly, which provest multi-objectiveoptimization method for suspenis right and effective.4. Mechanicalysis for suspencomponents is carried out, and researchs forstructural stren

10、gth simulationysis are determined. Based on the simulation platform ofABAQUS, structural strength simulation mysis is done. Simulation results shows for components are established, and sict the structural strength of all the selectedcomponents arehe safe range, and some componentse higher safety coe

11、fficient,structural optimization for these components can be carried out. According to the simulationresults, some lightweight design methods are suggested, which can be used to improveIIsuspenperformance and vehicle performance.The research achievements help design, manufacture and test the FSAE ra

12、ce car. Therace car participates the competition sucsfully and obtains good results, which showstthe designed suspenis safe and reliable.The research achievements are summarized and the further researching directions Key words: Formula SAE Race Car; SuspenSystem; Parameter Design; Ming andS

13、imulation; Multi-objective OptimizationIII目錄摘要IABSTRACTII第一章 緒論11.1 FSAE 賽事簡(jiǎn)介11.2 懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)的現(xiàn)狀3國(guó)外國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀3現(xiàn)狀5內(nèi)容及意義51.3第二章的主要懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)7懸架概述和設(shè)計(jì)流程7懸架概述72.1.2懸架設(shè)計(jì)流程8懸架系統(tǒng)方案選型8懸架的分類及其特點(diǎn)8懸架設(shè)計(jì)方案比較和選型9懸架參數(shù)設(shè)計(jì)11車輪定位參數(shù)11懸架幾何13剛度計(jì)算16阻尼計(jì)算19懸架基本參數(shù)20懸架零部件設(shè)計(jì)21懸架主要零部件的設(shè)計(jì)21懸架系統(tǒng)裝配設(shè)計(jì)23本章小結(jié)24第三章 懸架的運(yùn)動(dòng)學(xué)建模與仿真分析253.1 ADAMS/Car 模塊概述25I

14、VADAMS/Car 模塊功能簡(jiǎn)介25ADAMS/Car 的建模流程25懸架的評(píng)價(jià)指標(biāo)26前懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)建模和仿真分析27前懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真模型27前懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析28后懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)建模和仿真分析35后懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真模型35后懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析36本章小結(jié)39第四章 懸架多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)404.1 多目標(biāo)優(yōu)化方法40多目標(biāo)優(yōu)化問題描述40多目標(biāo)優(yōu)化方法41ADAMS/Insight 模塊功能介紹44前懸架優(yōu)化設(shè)計(jì)44試驗(yàn)設(shè)計(jì)45多目標(biāo)優(yōu)化分析47優(yōu)化前后運(yùn)動(dòng)學(xué)特性比較51后懸架優(yōu)化設(shè)計(jì)54試驗(yàn)設(shè)計(jì)54多目標(biāo)優(yōu)化分析55優(yōu)化前后運(yùn)動(dòng)學(xué)特性比較58本章小結(jié)61第五章 懸架零部件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度仿真分析62懸

15、架關(guān)鍵零部件的力學(xué)分析62懸架關(guān)鍵零部件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度仿真分析64懸架輕量化設(shè)計(jì)建議67本章小結(jié)68總結(jié)與展望69V參考文獻(xiàn)71附錄75攻讀學(xué)位期間取得的成果80致謝81VI第一章 緒 論第一章 緒論1.1 FSAE 賽事簡(jiǎn)介FSAE（Formula SAE）系列賽事由 SAE（Society of Automobile Engineering,汽車工程師）主辦，目的在于世界各地大學(xué)本科生團(tuán)隊(duì)設(shè)想、設(shè)計(jì)、制造小型方程式的能力。為了給團(tuán)隊(duì)最大的設(shè)計(jì)靈活性和充分展示他們想象力和創(chuàng)造力的空間，比賽對(duì)整車的限制總體來(lái)說(shuō)是比較少的。在參加比賽之前，車隊(duì)一般都要花費(fèi)八至十二個(gè)月的時(shí)間去設(shè)計(jì)、制造、檢測(cè)以及完成

16、賽前準(zhǔn)備。在和來(lái)自世界其他大學(xué)車隊(duì)的比較過(guò)程中，賽事本身就給了車隊(duì)證明和展示車隊(duì)創(chuàng)造力和工程技術(shù)能力的機(jī)會(huì)。每年的 SAE 方程式系列賽如表 1-1 所示。表 1-1 FSAE 系列賽賽事舉辦方舉辦地FSAESAE密歇根SAEFSAE 西部賽加利福尼亞澳大利亞 FSAE澳大利亞 SAE澳大利亞巴西 FSAE巴西 SAE巴西ATA意大利 FSAE意大利FSAESAEFormula SAE 向年輕的未來(lái)工程師們提供了一個(gè)參與意義綜合項(xiàng)目的機(jī)會(huì)。由參與的學(xué)生負(fù)責(zé)管理整個(gè)項(xiàng)目，包括時(shí)間節(jié)點(diǎn)的安排，做預(yù)算以及成本控制、設(shè)計(jì)、采購(gòu)設(shè)備、材料、部件以及制造和測(cè)試。Formula SAE 為在傳統(tǒng)教室學(xué)習(xí)中的

17、學(xué)生提供了一個(gè)真實(shí)世界的工程經(jīng)歷。Formula SAE 隊(duì)員經(jīng)受考驗(yàn)，面對(duì)，具有創(chuàng)造性思維，培養(yǎng)實(shí)踐能力。隊(duì)員們相對(duì)同齡人有專業(yè)的優(yōu)勢(shì)，這保證了他們與其他人合作時(shí)更高效地完成項(xiàng)目。該項(xiàng)目的目標(biāo)是由學(xué)生構(gòu)思、獨(dú)立設(shè)計(jì)和制造一輛小型方程式。通過(guò)該項(xiàng)目重點(diǎn)和培養(yǎng)參與學(xué)生的知識(shí)水平、創(chuàng)造力和想象力。在這樣一項(xiàng)具有非常意義的工程項(xiàng)目中，使參與學(xué)生獲得寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)， 同時(shí)提供給他們一個(gè)專注于團(tuán)隊(duì)工作的機(jī)會(huì)，鍛煉合作、溝通技巧，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)。比賽通過(guò)一系列靜態(tài)和動(dòng)態(tài)項(xiàng)目來(lái)評(píng)判的優(yōu)劣，這些項(xiàng)目包括：技術(shù)檢驗(yàn)、成1華南理工大學(xué)本分析、市場(chǎng)陳述、工程設(shè)計(jì)、單項(xiàng)性能測(cè)試、耐久測(cè)試、燃油經(jīng)濟(jì)性。通過(guò)給這些項(xiàng)目打分來(lái)評(píng)

18、判汽車的性能。比賽項(xiàng)目和分值如表 1-2 所示，滿分 1000 分。表 1-2 FSAE 比賽評(píng)分項(xiàng)目及分值靜態(tài)項(xiàng)目分?jǐn)?shù)動(dòng)態(tài)項(xiàng)目分?jǐn)?shù)75性測(cè)試75設(shè)計(jì)分析1508 字繞環(huán)測(cè)試50成本分析100高速避障測(cè)試150耐久測(cè)試300燃油消耗測(cè)試100靜態(tài)項(xiàng)目總分：325動(dòng)態(tài)項(xiàng)目總分:675由于 FSAE 項(xiàng)目對(duì)于培養(yǎng)高素質(zhì)綜合的明顯作用，在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家的大學(xué)生FSAE 項(xiàng)目是每個(gè)理工類學(xué)校都非常重視的一個(gè)項(xiàng)目。每個(gè)學(xué)校都有自己的 FSAE 車隊(duì)，他們組織車隊(duì)參加自己所在區(qū)域的 FSAE 系列賽，得到學(xué)校、企業(yè)、社會(huì)的支持和普遍認(rèn)可。他們均有比較成技術(shù)和管理，經(jīng)驗(yàn)也比較豐富。相對(duì)與歐洲，F(xiàn)SAE項(xiàng)目起

19、步不是很早，但是通過(guò)主辦方六年的努力，大獎(jiǎng)賽迅猛發(fā)展，如今業(yè)已成為亞太地區(qū)重要的 FSAE 賽事。同樣在也有類似 FSAE 比賽，每年有十幾只國(guó)內(nèi)比賽。隊(duì)伍參與角逐，優(yōu)勝隊(duì)伍將被送往或相對(duì)于國(guó)外，中國(guó) FSAE 項(xiàng)目起步較晚，目前國(guó)內(nèi)有湖南大學(xué)、交通大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、廈門理工學(xué)院四所學(xué)校出國(guó)參加過(guò)賽或者賽。中國(guó)首屆大學(xué)生方程式汽車大賽由中國(guó)汽車工程師學(xué)會(huì)主辦，于 2010 年 11 月在國(guó)際場(chǎng)成功舉行，首屆比賽參賽隊(duì)伍共有 21 支，包括、吉林大學(xué)、理工大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、華南理工大學(xué)、湖南大學(xué)等國(guó)內(nèi)開設(shè)有車輛工程專業(yè)的高校。華南理工大學(xué) FSAE 車隊(duì)成立于 2009 年 7過(guò)一年多的努力奮斗，成

20、功設(shè)計(jì)，并于 2010 年 9 月舉行了新車發(fā)布會(huì)。車隊(duì)參場(chǎng)舉行的中國(guó)首屆大學(xué)生方程式汽車大賽，最終和制造了華南理工大學(xué)首輛加了 2010 年 11 月國(guó)際獲得總分第二名，被授予了杰出工程大獎(jiǎng)，同時(shí)榮獲 MG 運(yùn)動(dòng)大獎(jiǎng)（動(dòng)態(tài)賽第二名）、燃油經(jīng)濟(jì)性第一名、高速避障第一名、第一名、最佳制造品質(zhì)獎(jiǎng)、最佳宣傳獎(jiǎng)、中國(guó)FSAE 年度綜合大獎(jiǎng)。優(yōu)異的比賽成績(jī)既是對(duì)車隊(duì)成員一直以來(lái)辛勤努力的肯定，也為華南理工大學(xué)車輛工程專業(yè)爭(zhēng)了光。2第一章 緒 論1.2 懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)的現(xiàn)狀汽車懸架是把車身與車輪連接起來(lái)的裝置，車輪與車身在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)受到懸架的約束，同時(shí)輪胎和地面之間產(chǎn)生的各種作用力和力矩都要通過(guò)懸架傳遞給車身

21、。懸架在上述運(yùn)動(dòng)過(guò)程以及力或力矩作用下表現(xiàn)出的特性都是懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)與彈性運(yùn)動(dòng)學(xué)的范疇。其中，懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)要揭示的是車輪在上下運(yùn)動(dòng)過(guò)程以及轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，懸架的評(píng)價(jià)參數(shù)隨車輪運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，這種變化關(guān)系稱為懸架的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性或者幾何學(xué)特性，也稱懸架 K 特性。而懸架彈性運(yùn)動(dòng)學(xué)的則是在輪胎受到來(lái)自地面的各種力或力矩作用時(shí)，懸架的評(píng)價(jià)參數(shù)隨這些力或力矩的變化關(guān)系，這種變化關(guān)系稱為懸架彈性運(yùn)動(dòng)學(xué)特性，簡(jiǎn)稱懸架 C 特性。因此，懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)與彈性運(yùn)動(dòng)學(xué)特性也常被叫做懸架“K&C”特性1。1.2.1 國(guó)外現(xiàn)狀國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)車輛懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)的起步較早，幾乎同步于獨(dú)立懸架誕生之日。德國(guó)的 Prof . J. Reimell

22、（）著的汽車底盤技術(shù)對(duì)各種懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)作了詳細(xì)的分析，對(duì)車輪定位參數(shù)做了準(zhǔn)確的定義，分析了他們的作用及其對(duì)整車穩(wěn)定性的影響。在懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)分析中，描述了彈簧變形過(guò)程中車輪定位值的變化過(guò)程：描述了彈簧各部件及鉸接處具有彈性，由輪胎和路面之間的力和力矩引起的車輪定位值的變化，并且給出了一些典型車型的車輪定位參數(shù)的變化曲線，這些變化曲線都是實(shí)測(cè)得到的，可以用來(lái)進(jìn)行穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)2。由措莫托著的汽車行駛性能和正人著的汽車的運(yùn)動(dòng)與，介紹了懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)對(duì)汽車行駛性能的影響，在懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)對(duì)汽車進(jìn)行了較為系統(tǒng)的分析3,4。穩(wěn)定性的影響方面Wolfgang Matschinsky 編寫的車輛懸架從懸架的理論建模、橡膠支

23、撐的模型出發(fā)對(duì)懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)特性的理論分析作了較為深入的。在懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)分析中，將懸架簡(jiǎn)化成多連桿機(jī)構(gòu)，用圖解法來(lái)分析輪胎的跳動(dòng)所引起的懸架變形；在懸架動(dòng)力學(xué)分析中，則對(duì)懸架模型作了受力分析，推導(dǎo)出變形與力的關(guān)系，并將橡膠襯套鉸接的處理簡(jiǎn)化成三根兩兩垂直的彈簧5。德國(guó)的 M.米奇克在汽車動(dòng)力學(xué)卷 C 中詳細(xì)介紹了汽車穩(wěn)定性和懸架性能之間的關(guān)系，并根據(jù)各種不同實(shí)車數(shù)據(jù)分析了不同子系統(tǒng)如轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、助力系統(tǒng)及懸架系統(tǒng)的各個(gè)參數(shù)對(duì)整車穩(wěn)定性的影響6。3華南理工大學(xué)文獻(xiàn)7針對(duì)雙橫臂懸架，建立了開環(huán)和閉環(huán) 1/4 整車實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，利用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)坐標(biāo)方程的方法，用 10 個(gè)質(zhì)點(diǎn)所建立的 3131 稀疏矩陣取代具體模型，

24、經(jīng)過(guò)約束及度處理后，等價(jià)方程能全面的表達(dá)模型特性，接著對(duì)該數(shù)學(xué)方程模型進(jìn)試實(shí)驗(yàn)，分析了位移和度變化曲線。關(guān)于汽車懸架側(cè)向運(yùn)動(dòng)學(xué)的，文獻(xiàn)8做了具體的分析?；?CorrevitS-400 傳感器，在 ISO 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)下，分析了輪胎剛度、懸架形式、懸架剛度對(duì)整車滑移特性的影響，驗(yàn)證了將滑移觀察算法應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)中的合理性及正確性。文獻(xiàn)9介紹了科技大學(xué) 2002 年的懸架的設(shè)計(jì)過(guò)程。為了降低整車的重心，充分利用車架內(nèi)部空間，前后懸架均采用了拉桿不等長(zhǎng)雙橫臂式懸架。以的安全性、耐久性和可性作為懸架設(shè)計(jì)重點(diǎn)，使用了許多計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件來(lái)設(shè)計(jì)懸架各部件，并使用有限元來(lái)確定懸架各部件在多種負(fù)載條件下的最大應(yīng)力

25、和，為相應(yīng)部件材料選擇提供了依據(jù)。文獻(xiàn)10介紹了巴西圣保羅大學(xué) 2005 年懸架的設(shè)計(jì)過(guò)程。前后懸架均采用推桿不等長(zhǎng)雙橫臂式。他們采取由外到內(nèi)的設(shè)計(jì)方法，通過(guò)選擇滿足要求的輪胎來(lái)設(shè)計(jì)懸架，然后設(shè)計(jì)懸架與輪胎參數(shù)相匹配。了輪胎的性能。用 CAD 軟件初步確定了懸架的幾何尺寸。建立了一個(gè)多體動(dòng)力學(xué)模型來(lái)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析。對(duì)賽車的側(cè)傾、行駛和操控性進(jìn)行了仿真，通過(guò)調(diào)節(jié)懸架幾何形狀、彈簧剛度和阻尼器來(lái)完善性能。文獻(xiàn)11提到了希臘大學(xué) 2008 年第一輛懸架的設(shè)計(jì)過(guò)程。前后懸架均采用推桿不等長(zhǎng)雙橫臂式。根據(jù)輪胎的側(cè)向力-側(cè)偏角特性曲線與車輪外傾角的關(guān)系來(lái)確定輪胎的類型。給出了前后側(cè)傾中心的選擇原則

26、，了前輪定位參數(shù)對(duì)賽車穩(wěn)定性的影響。為了避免下橫臂產(chǎn)生彎矩，推桿設(shè)計(jì)成直接鉸接在轉(zhuǎn)向節(jié)上，是一大亮點(diǎn)。文獻(xiàn)12詳細(xì)介紹了澳大利亞南昆士蘭大學(xué) 2005 年懸架的設(shè)計(jì)過(guò)程。包括前輪定位參數(shù)的選取、控制臂、轉(zhuǎn)向節(jié)、搖臂和防側(cè)傾桿的設(shè)計(jì)、彈簧阻尼器的選取等。另外，還利用有限元軟件對(duì)之前偏重的轉(zhuǎn)向節(jié)和輪轂進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。文獻(xiàn)13和文獻(xiàn)14詳細(xì)介紹了各種的設(shè)計(jì)過(guò)程，包括懸架所有參數(shù)的定義和選取原則、懸架的正視、側(cè)視與空間幾何學(xué)、懸架各種參數(shù)對(duì)懸架的影響程度、懸架的類型、防側(cè)傾桿的設(shè)計(jì)、彈簧與阻尼器的計(jì)算選擇等，是懸架設(shè)計(jì)的重要理論依據(jù)。4第一章 緒 論1.2.2 國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀我國(guó)從 80 年其中，中國(guó)工

27、程院成果則多見于 90 年代。始逐步開展對(duì)汽車懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)的所著的汽車穩(wěn)定性對(duì)懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)作了最為系統(tǒng)的分析，并且在國(guó)內(nèi)首次提出了從側(cè)向力、縱向力轉(zhuǎn)向的角度懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)15。吉林大教授等人在 90 年代也先后在各報(bào)刊學(xué)的文章闡述了橡膠元件的基本性能，著重分析了獨(dú)立懸架中橡膠元件對(duì)汽車學(xué)問題的思路和方法16。穩(wěn)定性的和平順性的影響，并提出了處理運(yùn)動(dòng)今博士著的汽車多體動(dòng)力學(xué)及計(jì)算機(jī)仿真一書，重點(diǎn)介紹了整車多體系統(tǒng)彈性模型的建立方法17。文獻(xiàn)18運(yùn)用 ADAMS/ Car 軟件建立了某車雙橫臂獨(dú)立懸架模型，在理論驗(yàn)證的基礎(chǔ)上揭示了該懸架的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明：適當(dāng)調(diào)整下控制臂與車架前安裝點(diǎn)的位置，可使懸

28、架的抗點(diǎn)/抬頭性能、懸架剛度和側(cè)傾角剛度得到明顯改善。仿真分析結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果對(duì)比表明，該方法可以準(zhǔn)確地計(jì)算懸架的多種性能參數(shù)。文獻(xiàn)19利用 ADAMS，建立了某雙橫臂獨(dú)立懸架虛擬樣機(jī)模型，并進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析。在對(duì)車輪的側(cè)向滑移進(jìn)行詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)，從優(yōu)化結(jié)果看，車輪接地點(diǎn)側(cè)向滑移量可以顯著降低，輪胎的磨損情況將大為改善。文獻(xiàn)20作者利用空間幾何的方法，對(duì)雙橫臂獨(dú)立懸架進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，由于此方法計(jì)算過(guò)程中無(wú)需進(jìn)行坐標(biāo)變換，簡(jiǎn)化了運(yùn)動(dòng)分析過(guò)程,使得計(jì)算更加方便，易于工程實(shí)際應(yīng)用。文獻(xiàn)21通過(guò)運(yùn)用 ADAMS 軟件對(duì)雙橫臂獨(dú)立懸架進(jìn)行數(shù)學(xué)建模、仿真，分析該懸架的幾個(gè)定位參數(shù)在

29、車輪上下跳動(dòng)時(shí)的變化，保證了汽車具有不足轉(zhuǎn)向特性和回正特性，從而更好地指導(dǎo)設(shè)計(jì)。文獻(xiàn)22-27等均給出了前輪定位參數(shù)的詳細(xì)定義及其對(duì)汽車汽車懸架設(shè)計(jì)提供了理論指導(dǎo)。穩(wěn)定性的影響，為1.3的主要的主要內(nèi)容及意義內(nèi)容如下：本第一章介紹了 Formula SAE 比賽的發(fā)展概況，詳細(xì)的闡述了懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，包括針對(duì)的懸架設(shè)計(jì)方法，闡述課題的目的和意義。第二章介紹了懸架的設(shè)計(jì)流程，懸架形式的比較和選型，懸架主要參數(shù)選取和計(jì)算，懸架主要部件的 CAD 建模和裝配模型。5華南理工大學(xué)第三章在 ADAMS/Car 模塊下創(chuàng)建懸架仿真模型，進(jìn)行懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析。以懸架的評(píng)價(jià)指標(biāo)為準(zhǔn)則，對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)

30、行詳細(xì)分析，找出變化范圍和方向不合理的性能參數(shù)，并作為懸架優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)依據(jù)。第四章在 ADAMS/Insight 模塊下對(duì)懸架進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)，根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真結(jié)果和試驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果，對(duì)懸架進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)。根據(jù)多目標(biāo)優(yōu)化結(jié)果，修改懸架模型并再次進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析，比較優(yōu)化前后懸架的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性。第五章對(duì)懸架關(guān)鍵受力部件進(jìn)行力學(xué)分析，在 ABAQUS 環(huán)境下對(duì)關(guān)鍵受力部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度仿真分析，并給出懸架輕量化設(shè)計(jì)的一些建議。本的目的和意義：本課題是以華南理工大學(xué) FSAE 車隊(duì)為對(duì)象，對(duì)懸架系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化。目的在于探討懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)的變化規(guī)律，為調(diào)試提供理論依據(jù)。確保具有良好的穩(wěn)定性和行駛平順性。

31、確保所設(shè)計(jì)懸架在車隊(duì)上運(yùn)用的可行性和可靠性。項(xiàng)目的展開將對(duì)本校 FSAE 車隊(duì)的成功設(shè)計(jì)與制造，順利參加中國(guó)首屆大學(xué)生方程式汽車大賽并獲得好名次，促進(jìn)本校 FSAE 車隊(duì)的迅速發(fā)展和支持式汽車大賽的健康成長(zhǎng)具有重要的意義。學(xué)生方程6第二章 懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)第二章 懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)是總體設(shè)計(jì)的一個(gè)重要組成部分，懸架的性能決定了的性能表現(xiàn)。懸架設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，涉及的參數(shù)計(jì)算和考慮比較多。本章先介紹賽車懸架的主要設(shè)計(jì)流程，通過(guò)比較不同形式的懸架的特點(diǎn)來(lái)確定懸架的類型，然后進(jìn)行多項(xiàng)參數(shù)設(shè)計(jì)，最后根據(jù)選取和計(jì)算的參數(shù)對(duì)懸架進(jìn)行零部件設(shè)計(jì)和裝配設(shè)計(jì)。懸架概述和設(shè)計(jì)流程懸架概述懸架是現(xiàn)代汽車上的重

32、要總成之一，它把車架（或車身）與車軸（或車輪）彈性地連接起來(lái)。其主要的任務(wù)是傳遞作用在車輪和車架（或車身）之間的一切力和力矩；緩和路面?zhèn)鹘o車架（或車身）的沖擊載荷，衰減由此引起的承載系統(tǒng)的振動(dòng)，保證汽車的行駛平順性；保證車輪在路面不平和載荷變化時(shí)的運(yùn)動(dòng)特性，保證汽車的穩(wěn)定性，使汽車獲得高速行駛能力。典型的懸掛系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由彈性元件、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)以及減振器等組成，個(gè)別結(jié)構(gòu)則還有緩沖塊、橫向穩(wěn)定桿等。彈性元件又有鋼板彈簧、空氣彈簧、螺旋彈簧以及扭桿彈簧等形式。導(dǎo)向裝置由導(dǎo)向桿系組成，用來(lái)決定車輪相對(duì)于車架（或車身）的運(yùn)動(dòng)特性，并傳遞除彈性元件傳遞的垂直力以外的各種力和力矩。緩沖塊用來(lái)減輕車軸對(duì)車架（或車身

33、）的直接沖撞，防止彈性元件產(chǎn)生過(guò)大的變形。裝有橫向穩(wěn)定器的汽車，能減少轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)車身的側(cè)傾角和橫向角振動(dòng)28。對(duì)懸架設(shè)計(jì)要求有：保證汽車具有良好的行駛平順性。具有合適的衰減振動(dòng)的能力。（3）保證汽車具有良好的穩(wěn)定性。（4）汽車制動(dòng)或合適。時(shí)，要保證車身穩(wěn)定，減少車身縱傾，轉(zhuǎn)彎時(shí)車身側(cè)傾角要有良好的隔聲功能。結(jié)構(gòu)緊湊、占用空間尺寸要小。可靠地傳遞車身與車輪之間的各種力和力矩，在滿足零部件質(zhì)量要小的同時(shí)，還要保證有足夠的強(qiáng)度和。7華南理工大學(xué)2.1.2懸架設(shè)計(jì)流程現(xiàn)代 F1采用從外到內(nèi)的設(shè)計(jì)過(guò)程，懸架設(shè)計(jì)流程如下：（1）首先要確定主要框架參數(shù)，包括：外形尺寸、重量、發(fā)馬力等等。（2）確定懸架系統(tǒng)類

34、型，一般都會(huì)選橫臂式，主要是決定選用拉桿還是推桿。（3）確定的偏頻和前后偏頻比。（4）估計(jì)簧上質(zhì)量和簧下質(zhì)量的四個(gè)車輪獨(dú)立負(fù)重。（5）根據(jù)上面幾個(gè)參數(shù)推算出的懸架剛度和彈簧的彈性系數(shù)。（6）推算出在沒有安裝防側(cè)傾桿之前的懸架剛度初值，并計(jì)算車輪在最大負(fù)重情況下的輪胎變形。（7）計(jì)算沒安裝防側(cè)傾桿時(shí)的橫向負(fù)載轉(zhuǎn)移分布（Lateral Load TransferDistribution, L）。根據(jù)上面計(jì)算數(shù)值，選擇防側(cè)傾桿以獲得預(yù)想的側(cè)傾剛度和 L最后確定減振器阻尼率。上面計(jì)算和選型完成后，再重新對(duì)初值進(jìn)行校核。懸架系統(tǒng)方案選型懸架的分類及其特點(diǎn)懸架的分類方法有許多種，從結(jié)構(gòu)上分，分成獨(dú)立和非獨(dú)

35、立懸架；從反應(yīng)性能上分，分成、半主動(dòng)和主動(dòng)懸架；從減震材料上分，分成液力、空氣和電磁懸架。獨(dú)立懸架系統(tǒng)又可分為橫臂式、縱臂式、多連桿式、燭式以及麥弗遜式懸架系統(tǒng)等。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、行車中前輪定位變化小的優(yōu)點(diǎn)，但由于其舒適性及穩(wěn)定性都較差，在現(xiàn)代轎車中基本上已不再使用，多用在貨車和大客車上。單橫臂式具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，側(cè)傾中心高，抗側(cè)傾能力較強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。但隨著現(xiàn)代汽車速度的提高，側(cè)傾中心過(guò)高會(huì)引起車輪跳動(dòng)時(shí)輪距變化大，輪胎磨損加劇，而且在急轉(zhuǎn)彎時(shí)左右車輪垂直力轉(zhuǎn)移過(guò)大，導(dǎo)致后輪外傾增大，減少了后輪側(cè)偏剛度，從而出現(xiàn)高速甩尾的嚴(yán)重情況。單橫臂式獨(dú)立懸架系統(tǒng)多應(yīng)用在后懸

36、架系統(tǒng)上，但由于不能適應(yīng)高速行駛的要求，目前應(yīng)用不多。雙橫臂式獨(dú)立懸架系統(tǒng)按上下橫臂是否等長(zhǎng)，又分為等長(zhǎng)雙橫臂式和不等長(zhǎng)雙橫臂式兩種懸架系統(tǒng)。等長(zhǎng)雙橫臂式懸架系統(tǒng)在車輪上下跳動(dòng)時(shí)，能保持主銷內(nèi)傾角不變，但輪距變化大，造成輪胎磨損嚴(yán)重，現(xiàn)已很少用。對(duì)于不等長(zhǎng)雙橫臂式懸架系統(tǒng)，只要8第二章 懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)適當(dāng)選擇、優(yōu)化上下橫臂的長(zhǎng)度，并通過(guò)合理的布置、就可以使輪距及前輪定位參數(shù)變?cè)诳山邮艿南薅ǚ秶鷥?nèi)，保證汽車具有良好的行駛穩(wěn)定性。縱臂式獨(dú)立懸架系統(tǒng)分為單縱臂式和雙縱臂式兩種形式。單縱臂式獨(dú)立懸架如果用于前輪，車輪上下跳動(dòng)時(shí)會(huì)使主銷后傾角變化很大，所以單縱臂式獨(dú)立懸架都用于后輪。用于前輪的雙縱臂式獨(dú)立

37、懸架，當(dāng)車輪上下跳動(dòng)時(shí)，車輪外傾角、輪距和主銷后傾角都不發(fā)生變化，所以適用于前輪。多連桿式懸架系統(tǒng)是橫臂式和縱臂式的折中方案，可不同程度地獲得橫臂式與縱臂式懸架系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。車輪跳動(dòng)時(shí)輪距和前束的變化很小，不管汽車是在驅(qū)動(dòng)、制動(dòng)狀態(tài)都可以按的意圖進(jìn)行平穩(wěn)地轉(zhuǎn)向，其不足之處是汽車高速時(shí)有軸擺動(dòng)現(xiàn)象。燭式懸架系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：當(dāng)懸掛系統(tǒng)變形時(shí)，主銷的定位角不會(huì)發(fā)生變化，僅是輪距、軸距稍有變化，因此特別有利于汽車的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定和行駛穩(wěn)定。但燭式懸架系統(tǒng)有一個(gè)大缺點(diǎn)：就是汽車行駛時(shí)的側(cè)向力會(huì)全部由套在主銷套筒的主銷承受，致使套筒與主銷間的摩擦阻力加大，磨損也較嚴(yán)重。燭式懸架系統(tǒng)現(xiàn)已應(yīng)用不多。麥弗遜式懸架系統(tǒng)是擺

38、臂式與燭式懸架系統(tǒng)的結(jié)合。與雙橫臂式懸架系統(tǒng)相比，麥弗遜式懸架系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)緊湊，車輪跳動(dòng)時(shí)前輪定位參數(shù)變化小，有良好的穩(wěn)定性，加上由于取消了上橫臂，給發(fā)及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的布置帶來(lái)方便；與燭式懸架系統(tǒng)相比，它的滑柱受到的側(cè)向力又有了較大的改善。麥弗遜式懸架系統(tǒng)多應(yīng)用在中小型轎車的前懸架系統(tǒng)上。主動(dòng)懸架系統(tǒng)可以使汽車操作穩(wěn)定性、乘坐舒適性等性能達(dá)到最佳組合。但由于其造價(jià)昂貴，需要額外的控制功率等原因，目前仍停留在試驗(yàn)階段，主要應(yīng)用在和中高級(jí)轎車上。2.2.2 懸架設(shè)計(jì)方案比較和選型根據(jù)比賽規(guī)則29，必須后輪裝配有可以工作的、并有減振器的懸架；懸架行程（車輪中心點(diǎn)垂直位移）不少于 50.8mm（2

39、英寸），并且懸架在坐有車手的情況下可以再分別抬起和壓下 25.4mm（1 英寸）；輪距與整車重心必須足的側(cè)傾穩(wěn)定性。以提供充由于高速對(duì)穩(wěn)定性要求較高，同時(shí)基于結(jié)本費(fèi)用、空間尺寸等的考一般都采橫臂式獨(dú)立懸架，比如 F1、F3慮，和等。雙橫臂懸架的特點(diǎn)如下：雙叉臂式獨(dú)立懸架優(yōu)點(diǎn)為：車輪上下跳動(dòng)時(shí)，可以通過(guò)合理選擇空間導(dǎo)向桿系的鉸9華南理工大學(xué)接點(diǎn)的位置、控制臂的長(zhǎng)度及其布置，使得懸架具有合適的運(yùn)動(dòng)特性，并且形成恰當(dāng)?shù)膫?cè)傾中心和縱傾中心，即可使輪距及車輪定位參數(shù)的變化量限定在允許范圍內(nèi)；缺點(diǎn)為：由于使用上下控制臂結(jié)構(gòu)，過(guò)于穩(wěn)定的特性卻使車輪的響應(yīng)速度較其他形式懸架要緩慢，上下控制臂的結(jié)構(gòu)也導(dǎo)致這種懸

40、架的橫向安裝空間增大。上的雙橫臂懸架一般有以下三種設(shè)計(jì)方案：推桿不等長(zhǎng)雙橫臂懸架、拉桿不等長(zhǎng)雙橫臂懸架和無(wú)推拉桿不等長(zhǎng)雙橫臂懸架。（1）推桿不等長(zhǎng)雙橫臂懸架，如圖 2-1 所示。圖 2-1 推桿不等長(zhǎng)雙橫臂懸架優(yōu)點(diǎn)是：具有雙橫臂懸架的優(yōu)點(diǎn)；推桿大部分時(shí)間承受軸向壓力，對(duì)桿件型材料來(lái)說(shuō)，一般抗壓強(qiáng)度要大于抗拉強(qiáng)度，即使長(zhǎng)時(shí)間工作，懸架也不容易折斷損壞；減振器外置有利于方便調(diào)節(jié)其阻尼。缺點(diǎn)是：推桿下端直接連接到下控制臂上，使得下控制臂承受較大彎矩；減振器和搖臂布置于車架上部，整車的重心位置升高，不利于的穩(wěn)定性；沒有充分利用了車架內(nèi)的空間，不利于車身的流線設(shè)計(jì)。（2）拉桿不等長(zhǎng)雙橫臂懸架，如圖 2-

41、2 所示。圖 2-2 拉桿不等長(zhǎng)雙橫臂懸架10第二章 懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)是：具有雙橫臂懸架的優(yōu)點(diǎn)；減振器和搖臂布置于車架底部，整車的重心位置下降，有利于的穩(wěn)定性；充分利用了車架內(nèi)的空間，有利于車身的流線設(shè)計(jì)。缺點(diǎn)是：拉桿大部分時(shí)間承受軸向拉力，對(duì)桿件型材料來(lái)說(shuō)，一般抗拉強(qiáng)度要小于抗壓強(qiáng)度，如果材料選用不當(dāng)?shù)脑挘瑧壹茉趷毫庸ぷ鳝h(huán)境下，桿件容易被拉斷；減振器內(nèi)置不方便調(diào)節(jié)阻尼。（3）無(wú)推拉桿不等長(zhǎng)雙橫臂懸架，如圖 2-3 所示。圖 2-3 拉桿不等長(zhǎng)雙橫臂懸架優(yōu)點(diǎn)是：具有雙橫臂懸架的優(yōu)點(diǎn)；減振器一端連接到車架上，另一端直接連接到下控制臂上，省去推拉桿和搖臂，大大減輕了懸架的質(zhì)量；減振器外置有利于方便

42、調(diào)節(jié)其阻尼。缺點(diǎn)是：減振器下端直接連接到下控制臂上，使得下控制臂承受較大彎矩；懸架行程相對(duì)較短，不利于穩(wěn)定性和行駛平順性。綜合比較上述三種懸架設(shè)計(jì)方案，并考慮比賽規(guī)則對(duì)懸架設(shè)計(jì)的要求、懸架的制造、裝配、調(diào)試難易程度、可靠性等，確定前懸架和后懸架均采用推桿不等長(zhǎng)雙橫臂獨(dú)立懸架。2.3 懸架參數(shù)設(shè)計(jì)懸架參數(shù)設(shè)計(jì)包括車輪定位參數(shù)的選定、懸架幾何計(jì)算、剛度計(jì)算和阻尼計(jì)算等。2.3.1 車輪定位參數(shù)車輪定位參數(shù)是指車輪外傾角、主銷內(nèi)傾角、主銷后傾角和前束角，用以保證對(duì)前輪在底盤上空間位置的精確定位。它們的主要作用是保證車輛直線行駛穩(wěn)定性及轉(zhuǎn)向輕便性，使前輪轉(zhuǎn)向后車輪具有自動(dòng)回正作用。同時(shí)，要求前束和外傾

43、有合理的匹配關(guān)系，使車輪在直線或轉(zhuǎn)向行駛時(shí)磨損最小。11華南理工大學(xué)（1）車輪外傾角在汽車橫向垂直平面內(nèi)，車輪中心平面和垂線之間的夾角稱為車輪外傾角。向垂線外側(cè)傾斜的角度稱為正外傾角，向垂線內(nèi)側(cè)傾斜的角度稱為負(fù)外傾角。（2）主銷內(nèi)傾角在汽車橫向垂直平面內(nèi)，主銷軸線與垂線之間的夾角稱為主銷內(nèi)傾角。向垂線內(nèi)側(cè)傾斜的角度稱為正內(nèi)傾角，向垂線外側(cè)傾斜的角度稱為負(fù)內(nèi)傾角。（3）主銷后傾角在縱向垂直平面內(nèi)，主銷軸線與垂線之間的夾角，稱為主銷后傾角。向垂線后面傾斜的角度稱為正后傾角，向前傾斜的角度稱為負(fù)后傾角。（4）前束角從汽車的正上方向下看，由輪胎的中心線與汽車的縱向軸線之間的夾角稱為前束角。輪胎中心線前

44、端向內(nèi)收束的角度為正前束角，反之為負(fù)前束角。基于的結(jié)構(gòu)、操控性和使用情況考慮，國(guó)內(nèi)外車輪定位參數(shù)一般在表 2-1 所示的范圍內(nèi)選取9-12。表 2-1車輪定位參數(shù)取值范圍定位參數(shù)外傾角內(nèi)傾角后傾角前束角前懸架-30-30480050-220后懸架的前輪定位參數(shù)一般是負(fù)外傾角搭配負(fù)前束，這樣選擇的原因主要有以下幾點(diǎn)：（1）負(fù)外傾角在高速轉(zhuǎn)彎時(shí)，能抵消因橫向離心力導(dǎo)致車輪外傾角方向變化的趨勢(shì)，使車輪保持和地面的良好接觸，增強(qiáng)輪胎地面附著力，確保順利過(guò)彎。（2）負(fù)前束能使的轉(zhuǎn)向響應(yīng)更快。一般是在彎道比較多的賽道上行駛，負(fù)前束能使入彎更快，減少過(guò)彎道的時(shí)間。（3）負(fù)外傾角搭配負(fù)前束，確保的直線行駛穩(wěn)定

45、性，減少輪胎磨損。綜合各種考慮，本校車輪定位參數(shù)取值如表 2-2 所示。車輪定位參數(shù)表 2-2本校定位參數(shù)外傾角內(nèi)傾角后傾角前束前懸架-1-14040-10后懸架12第二章 懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.3.2 懸架幾何懸架幾何一般包括懸架正視幾何、懸架側(cè)視幾何和懸間幾何。根據(jù)總布置參數(shù)、車輪定位參數(shù)和比賽規(guī)則對(duì)車間尺寸的規(guī)定等要求，通過(guò)幾何作圖方法，可初步確定外傾變化率、主銷偏距、主銷拖距、傳動(dòng)比、控制臂長(zhǎng)度、控制臂角度、控制臂安裝位置等參數(shù)14。（1）懸架正視幾何懸架正視幾何是從汽車橫向垂直平面來(lái)懸架的幾何關(guān)系。前懸架的正視幾何如圖 2-4 所示。1）確定控制臂內(nèi)點(diǎn)。根據(jù)輪輞直徑和偏置確定控制臂外上球鉸

46、（UBJ）和外下球鉸（LBJ）；根據(jù)選定的側(cè)傾外傾變化率，通過(guò)式（2-1）求出前視擺臂長(zhǎng)度（fvsa length），作垂線 AA；根據(jù)設(shè)計(jì)要求的靜態(tài)側(cè)傾高度，連線輪胎中心接地點(diǎn) B 和側(cè)傾中心 RC 并延長(zhǎng)交垂線 AA 于點(diǎn) IC，IC 即為前懸架的轉(zhuǎn)動(dòng)瞬心；分別連線外上球鉸和瞬心、外下球鉸和瞬心，兩條直線和車架的高寬線相交，上控制臂內(nèi)點(diǎn)（UCAP）和下控制臂內(nèi)點(diǎn)（LCAP）。 (t / 2) /(1 d/d)Lfvsa（2-1）式中， t 為輪距， d/d 為側(cè)傾外傾變化率。2）外傾角變化率外傾角變化率定義是車輪中心垂直方向跳動(dòng)位移時(shí)外傾角的變化量。它是前視擺臂長(zhǎng)度的函數(shù)，關(guān)系如式（2-2

47、）所示：d/dz tan1(1/ L)fvsa（2-2）式中， Lfvsa 為前視橫擺臂長(zhǎng)度。可見，前視擺臂長(zhǎng)度越長(zhǎng)，則外傾角變化率越小。3）主銷偏距主銷偏距定義是主銷軸線的延長(zhǎng)線和地面的交點(diǎn)到車輪中心平面和地面的交線的距離，如圖 2-4 中的 e 表示。主銷偏距可通過(guò)延長(zhǎng)主銷軸線交于地面求得。4）傳動(dòng)比傳動(dòng)比的定義是懸架跳動(dòng)時(shí)車輪中心垂直位移比上減振器彈簧軸向位移。傳動(dòng)比的大小和控制臂的空間布置結(jié)構(gòu)、搖臂的形狀、減振器彈簧的布置有關(guān)，在懸架跳動(dòng)時(shí)是變化的。通過(guò)設(shè)置傳動(dòng)比，利用杠桿效應(yīng)，把懸架在車輪中心的大位移縮小為減振器彈簧的小位移30。13華南理工大學(xué)5）輪距變化正視圖的轉(zhuǎn)動(dòng)瞬心 IC 影

48、響輪距的變化。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)瞬心在地面上方時(shí)，車輪接地點(diǎn)隨著車輪上跳而向外移動(dòng)，輪距增加；當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)瞬心在地面下方時(shí)，車輪接地點(diǎn)隨著車輪上跳而向內(nèi)移動(dòng)，輪距減小。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)瞬心剛好在地平面時(shí)，車輪接地點(diǎn)隨著車輪上跳而向上移動(dòng)，此時(shí)輪距不變。圖 2-4 前懸架正視幾何（2）懸架側(cè)視幾何懸架側(cè)視幾何是從汽車縱向平面來(lái)懸架的幾何關(guān)系。前后懸架的側(cè)視幾何如圖2-5 所示。側(cè)向擺臂（svsa）控制汽車前后方向的運(yùn)動(dòng)和力，典型的懸架參數(shù)有制動(dòng)抗點(diǎn)頭、抗后坐、軸距變化等。1）制動(dòng)抗點(diǎn)頭制動(dòng)抗點(diǎn)頭是指制動(dòng)時(shí)懸架抵抗因縱向載荷轉(zhuǎn)移引起前懸架彈簧壓縮變形的能力。制動(dòng)抗點(diǎn)頭百分比由式（2-3）確定：d (bF l tan F /

49、h) 100 %式中， bF 為前輪制動(dòng)分配比例系數(shù)， l 為軸距，F(xiàn) 為前懸架轉(zhuǎn)動(dòng)瞬心 IC地點(diǎn) A 之間的連線與地面的夾角， h 為整車質(zhì)心高度。2）抗后坐（2-3）和前輪接抗后坐是指時(shí)懸架抵抗因縱向載荷轉(zhuǎn)移引起后懸架彈簧壓縮變形的能力?？购笞俜直扔墒剑?-4）確定：s (bRl tan R / h) 100 %（2-4）式中，bF 為前輪制動(dòng)分配比例系數(shù)，l 為軸距，F(xiàn) 為后懸架轉(zhuǎn)動(dòng)瞬心 IC、后輪接地點(diǎn) A 之間的連線和地面的夾角， h 為整車質(zhì)心高度。14第二章 懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)3）主銷拖距主銷拖距定義是主銷軸線的延長(zhǎng)線和地面的交點(diǎn)到過(guò)車輪中心的橫向垂直平面和地面的交線的距離。主銷拖距

50、可通過(guò)延長(zhǎng)主銷軸線交于地面求得。4）軸距變化側(cè)視圖的轉(zhuǎn)動(dòng)瞬心 IC 影響軸距的變化。對(duì)前懸架或后懸架，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)瞬心在車輪的內(nèi)上方或者外下方時(shí)，車輪中心隨著車輪上跳而向外移動(dòng)，軸距增加；當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)瞬心在車輪的外上方或內(nèi)下方時(shí)，車輪中心隨著車輪上跳而向內(nèi)移動(dòng)，軸距減小。圖 2-5懸架側(cè)視幾何（3）懸間幾何圖 2-6懸間幾何15華南理工大學(xué)懸間幾何是從懸架的正視、側(cè)視、俯視三個(gè)方向共同來(lái)懸架的幾何關(guān)系。懸架的空間幾何如圖 2-6 所示。根據(jù)已知參數(shù)，可求得懸架上、下控制臂和車架的安裝軸線方位，詳細(xì)求解方法可查閱參考文獻(xiàn)14。2.3.3 剛度計(jì)算通過(guò)選定懸架偏頻來(lái)逐步計(jì)算懸架各種剛度，包括乘適剛度（懸架等效

51、剛度）、車輪中心剛度、側(cè)傾角剛度、防側(cè)傾桿剛度、彈簧剛度等，最后計(jì)算懸架行程和彈簧行程。懸架偏頻是指汽車簧上質(zhì)量無(wú)阻尼情況下的固有頻率，也稱自然頻率31。不同類型、用途的汽車的偏頻是不同的，一般分布情況如表 2-3 所示14。表 2-3不同類型汽車的偏頻取值范圍汽車類型偏頻（Hz）普通轎車2.03.05.0 以上適中負(fù)升力高負(fù)升力偏頻和懸架的軟硬、汽車的操穩(wěn)性和平順性密切相關(guān)：偏頻低，懸架偏軟，低剛度能更好的緩沖路面沖擊，整車平順性更好；偏頻高，懸架偏硬，高剛度能更好的控制整車重心，整車操穩(wěn)性更好。偏頻的選取原則如下：（1）前后各異以避免。（2）對(duì)普通汽車來(lái)說(shuō)，出于平順性考慮

52、，一般前低后高。（3）對(duì)國(guó)內(nèi)外來(lái)說(shuō)，出于操控性能考慮，一般前高后低。的前后偏頻一般在 2.43.0Hz 范圍，且前高后低9-12。綜合上述考慮，本校的前后偏頻初定為：f F .28 Hz， f R .26 Hz已知整車參數(shù)如下：整車質(zhì)量（載人 60kg） m ：320kg；簧上質(zhì)量估算值msm ：260kg；軸距l(xiāng) ：1.66m；前輪距tF ：1.22m；后輪距tR ：1.18m；質(zhì)心到前軸水平距離a ：0.913m；質(zhì)心到后軸水平距離b ：0.747m；質(zhì)心高度h ：0.3m；質(zhì)心到側(cè)傾軸線距離 H ：0.28m；前懸架靜態(tài)32側(cè)傾中心高度ZRF ： 6.4 10 m；后懸架靜態(tài)側(cè)傾中心高度

53、ZRR ： 4.4 10m。前軸左右車輪簧上質(zhì)量：16第二章 懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)msmlf msmrf 0.5bmsm / l 0.5 0.747 260 /1.66 58.5 kg（2-5）后軸左右車輪簧上質(zhì)量：msmlr msmrr 0.5amsm / l 0.5 0.913 260 /1.66 71.5 kg（2-6）乘適剛度是指輪胎接地點(diǎn)相對(duì)車架或車身垂直位移時(shí)所受到的垂向力。前軸單側(cè)懸架乘適剛度： f mK 42 2 4 3.142 2.82 58.5 18088 N/m（2-7）RFFsmlf后軸單側(cè)懸架乘適剛度： f mK 42 2 4 3.142 2.62 71.5 19062 N/

54、m（2-8）RRRsmlr車輪中心剛度是指車輪中心相對(duì)車架或車身垂直位移時(shí)所受到的垂向力。已知輪胎剛度 KT 140000 N/m，則前懸架車輪中心剛度：KT KRFK 20772 N/m（2-9）WFK KTRF后懸架車輪中心剛度：KT KRRK 22066 N/m（2-10）WRK KTRR側(cè)傾角剛度是指車架或車身側(cè)傾轉(zhuǎn)角時(shí)懸架系統(tǒng)給車架或車身總的彈性恢復(fù)力矩。前懸架側(cè)傾角剛度： (t 2 )K K3.14 1.222 20772 FlFrF 270 Nm/KF（2-11）180(KlF KrF )180 2式中， KlF KrF KWF后懸架側(cè)傾角剛度： (t 2 )K K3.14 1.

55、182 22066 RlRrR 268 Nm/K（2-12）R180(K K)180 2lRrR式中， KlR KrR KWR側(cè)傾增益是指 1g 橫向側(cè)傾增益：度下車架或車身側(cè)傾轉(zhuǎn)角的大小。 mg H 320 9.8 0.28 1.63/g（2-13）KF KR270 268Ay式中， 為車身側(cè)傾角。17華南理工大學(xué)設(shè)定以V 40 km/h 通過(guò)比賽規(guī)定的半徑為 R 9 m 的最小彎道，則所受的度為29：橫向Ay V /(Rg) (40 / 3.6) /(9 9.8) 1.4g22度所引起的載荷轉(zhuǎn)移為：（2-14）前軸由于橫向AyW KF H1.4 320 9.8270 0.280.747 6

56、.4 103bZW RF ) () 495 N(FtK K270 268l1.221.66FRF（2-15）后軸由于橫向度所引起的載荷轉(zhuǎn)移為：AyW KR H268 0.280.913 4.4 1021.4 320 9.8aZW RR ) () 609 N(RtK K270 268l1.181.66FRR（2-16）假設(shè)前后懸架行程均為Z 30 mm，則前懸架乘適剛度： WF / Z 495 / 0.03 16500 N/mKRF（2-17）后懸架乘適剛度： WR / Z 609 / 0.03 20300 N/mKRR（2-18）前懸架偏頻：12KRF116500f 2.67Hz（2-19）F

57、2 3.14m58.5smlf后懸架偏頻：12KRR120300f 2.68Hz（2-20）R2 3.14m71.5smlr對(duì)許多后驅(qū)來(lái)說(shuō)，為了確保前懸架具有足夠的側(cè)傾剛度，一般前懸偏頻選得比后懸偏頻要高一些14。故重選前后偏頻如下：f F 3.0 Hz， f R 2.68 Hz重復(fù)上述公式（2-7）到（2-16）的計(jì)算過(guò)程，前軸單側(cè)懸架乘適剛度： KRF 20764 N/m后軸單側(cè)懸架乘適剛度： KRR 20300 N/m前懸架車輪中心剛度： KWF 24380 N/m后懸架車輪中心剛度： KWR 23743 N/m：18第二章 懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)前懸架側(cè)傾角剛度： KF 317 Nm/后懸架側(cè)傾

58、角剛度： KR 288 Nm/側(cè)傾增益： / Ay 1.45 /g前軸橫向載荷轉(zhuǎn)移：WF 518 N后軸橫向載荷轉(zhuǎn)移：WR 586 N前懸架實(shí)際上跳行程： ZF WF / KRF 518 / 20764 0.025 m后懸架實(shí)際上跳行程： ZR WR / KRR 586 / 20300 0.025 m由于側(cè)傾增益值 1.45/g 處于低負(fù)升力的側(cè)傾增益取值范圍 1.01.8/g，所以本總的側(cè)傾角剛度 605 Nm/已滿足設(shè)計(jì)要求，即不需要通過(guò)給前后懸架增加防側(cè)傾桿來(lái)增加總的側(cè)傾角剛度14。根據(jù)懸架幾何，確定前后懸架的傳動(dòng)比：MR=1.4前懸架彈簧剛度為： KWF MR 243801.4 477

59、85 N/m22KSF（2-21）后懸架彈簧剛度為： KWRMR 237431.4 46536 N/m22KSR前懸架彈簧實(shí)際行程：（2-22） 2ZF / MR 2 0.025 /1.4 0.036 mZSF后懸架彈簧實(shí)際行程：（2-23） 2ZR / MR 2 0.025 /1.4 0.036 mZSR（2-24）彈簧的剛度計(jì)算和行程計(jì)算為懸架選擇合適的彈簧型號(hào)提供依據(jù)。2.3.4 阻尼計(jì)算理論上減振器阻尼系數(shù)計(jì)算公式如下： 2ms 4ms f式中， 為相對(duì)阻尼系數(shù)， ms 為簧上質(zhì)量， f 為偏頻。通常情況下，將壓縮行程時(shí)的相對(duì)阻尼系數(shù) Y 取得小些，伸張行程時(shí)的相對(duì)阻尼系數(shù) S 取得大

60、些。設(shè)計(jì)時(shí)，先選取 Y 與 S 的平均值 。對(duì)于無(wú)內(nèi)摩擦的彈性元件懸架，取 =0.250.35；對(duì)于有內(nèi)摩擦的彈性元件懸架， 值取小些。對(duì)于行駛路面條件較差（2-25）19華南理工大學(xué)的汽車， 值應(yīng)取大些，一般取 S 0.3；為避免懸架碰撞車架，取 Y .05 S。28考慮到對(duì)平順性有一定的設(shè)計(jì)要求，綜合考慮，確定壓縮和回彈阻尼相對(duì)系數(shù)如下： Y .03 ， S .04由公式（2-25）可分別計(jì)算前后懸架減振器的壓縮和回彈阻尼系數(shù)：前懸壓縮阻尼系數(shù)：YF 4 Y msmlf f F 4 3.14 0.3 58.5 3.0 661 Ns/m（2-26）前懸回彈阻尼系數(shù)： SF 4 S msmlf