生方程式賽車懸架設(shè)計及優(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)計和優(yōu)化是汽車總體設(shè)計的一個重要組成部分。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 車隊設(shè)計的大學(xué)生方程式的懸架系統(tǒng)為研究對象，主要進(jìn)行以下幾個方面的工作：1、提出三種懸架設(shè)計方案，通過比較結(jié)構(gòu)優(yōu)缺點來確定懸架的類型；對懸架進(jìn)行參數(shù)設(shè)計，包括車輪定位參數(shù)選定、懸架幾何計算、各種剛度計算、阻尼系數(shù)計算等；根據(jù)參數(shù)設(shè)計的結(jié)果，進(jìn)行懸架各零部件的設(shè)計和裝配設(shè)計。2、基于 ADAMS/Car 仿真，建立前后懸架的運動學(xué)仿真模型，并對模型進(jìn)行仿真分析。以懸架的評價指標(biāo)為準(zhǔn)則，對仿真結(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)計的目標(biāo)依據(jù)。3、基于 ADAMS/Insight 優(yōu)化分析，確定設(shè)計變量、設(shè)計目標(biāo)、目標(biāo)函數(shù)、約束條件等，分別對前后懸架進(jìn)行試驗設(shè)計和多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計。根據(jù)多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計結(jié)果，修改懸架模型并再次進(jìn)行運動學(xué)仿真分析，比較優(yōu)化前后的運動學(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)計方法的有效性。4、對懸架主要零部件進(jìn)行力學(xué)分析，確定結(jié)構(gòu)強度仿真分析的對象?；贏BAQUS 仿真，建立相應(yīng)零部件的結(jié)構(gòu)強度仿真分析模型，對其進(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)強度均處于安全范圍，且某些零部件的強度安全系數(shù)較高

3、，可適當(dāng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。根據(jù)仿真結(jié)果，給出懸架輕量化設(shè)計的一些方法，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、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)異成績證明了所設(shè)計和優(yōu)化的懸架是安全可靠的。最后還對成果進(jìn)行了歸納總結(jié)，并對今后進(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；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 賽事簡介11.2 懸架運動學(xué)的現(xiàn)狀3國外國內(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7懸架概述和設(shè)計流程7懸架概述72.1.2懸架設(shè)計流程8懸架系統(tǒng)方案選型8懸架的分類及其特點8懸架設(shè)計方案比較和選型9懸架參數(shù)設(shè)計11車輪定位參數(shù)11懸架幾何13剛度計算16阻尼計算19懸架基本參數(shù)20懸架零部件設(shè)計21懸架主要零部件的設(shè)計21懸架系統(tǒng)裝配設(shè)計23本章小結(jié)24第三章 懸架的運動學(xué)建模與仿真分析253.1 ADAMS/Car 模塊概述25I

14、VADAMS/Car 模塊功能簡介25ADAMS/Car 的建模流程25懸架的評價指標(biāo)26前懸架運動學(xué)建模和仿真分析27前懸架運動學(xué)仿真模型27前懸架運動學(xué)仿真分析28后懸架運動學(xué)建模和仿真分析35后懸架運動學(xué)仿真模型35后懸架運動學(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44試驗設(shè)計45多目標(biāo)優(yōu)化分析47優(yōu)化前后運動學(xué)特性比較51后懸架優(yōu)化設(shè)計54試驗設(shè)計54多目標(biāo)優(yōu)化分析55優(yōu)化前后運動學(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)強度仿真分析64懸架輕量化設(shè)計建議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)本科生團隊設(shè)想、設(shè)計、制造小型方程式的能力。為了給團隊最大的設(shè)計靈活性和充分展示他們想象力和創(chuàng)造力的空間，比賽對整車的限制總體來說是比較少的。在參加比賽之前，車隊一般都要花費八至十二個月的時間去設(shè)計、制造、檢測以及完成

16、賽前準(zhǔn)備。在和來自世界其他大學(xué)車隊的比較過程中，賽事本身就給了車隊證明和展示車隊創(chuàng)造力和工程技術(shù)能力的機會。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 向年輕的未來工程師們提供了一個參與意義綜合項目的機會。由參與的學(xué)生負(fù)責(zé)管理整個項目，包括時間節(jié)點的安排，做預(yù)算以及成本控制、設(shè)計、采購設(shè)備、材料、部件以及制造和測試。Formula SAE 為在傳統(tǒng)教室學(xué)習(xí)中的

17、學(xué)生提供了一個真實世界的工程經(jīng)歷。Formula SAE 隊員經(jīng)受考驗，面對，具有創(chuàng)造性思維，培養(yǎng)實踐能力。隊員們相對同齡人有專業(yè)的優(yōu)勢，這保證了他們與其他人合作時更高效地完成項目。該項目的目標(biāo)是由學(xué)生構(gòu)思、獨立設(shè)計和制造一輛小型方程式。通過該項目重點和培養(yǎng)參與學(xué)生的知識水平、創(chuàng)造力和想象力。在這樣一項具有非常意義的工程項目中，使參與學(xué)生獲得寶貴的實踐經(jīng)驗， 同時提供給他們一個專注于團隊工作的機會，鍛煉合作、溝通技巧，培養(yǎng)團隊。比賽通過一系列靜態(tài)和動態(tài)項目來評判的優(yōu)劣，這些項目包括：技術(shù)檢驗、成1華南理工大學(xué)本分析、市場陳述、工程設(shè)計、單項性能測試、耐久測試、燃油經(jīng)濟性。通過給這些項目打分來評

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

19、步不是很早，但是通過主辦方六年的努力，大獎賽迅猛發(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，每年有十幾只國內(nèi)比賽。隊伍參與角逐，優(yōu)勝隊伍將被送往或相對于國外，中國 FSAE 項目起步較晚，目前國內(nèi)有湖南大學(xué)、交通大學(xué)、同濟大學(xué)、廈門理工學(xué)院四所學(xué)校出國參加過賽或者賽。中國首屆大學(xué)生方程式汽車大賽由中國汽車工程師學(xué)會主辦，于 2010 年 11 月在國際場成功舉行，首屆比賽參賽隊伍共有 21 支，包括、吉林大學(xué)、理工大學(xué)、同濟大學(xué)、華南理工大學(xué)、湖南大學(xué)等國內(nèi)開設(shè)有車輛工程專業(yè)的高校。華南理工大學(xué) FSAE 車隊成立于 2009 年 7過一年多的努力奮斗，成

20、功設(shè)計，并于 2010 年 9 月舉行了新車發(fā)布會。車隊參場舉行的中國首屆大學(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 月國際獲得總分第二名，被授予了杰出工程大獎，同時榮獲 MG 運動大獎（動態(tài)賽第二名）、燃油經(jīng)濟性第一名、高速避障第一名、第一名、最佳制造品質(zhì)獎、最佳宣傳獎、中國FSAE 年度綜合大獎。優(yōu)異的比賽成績既是對車隊成員一直以來辛勤努力的肯定，也為華南理工大學(xué)車輛工程專業(yè)爭了光。2第一章 緒 論1.2 懸架運動學(xué)的現(xiàn)狀汽車懸架是把車身與車輪連接起來的裝置，車輪與車身在相對運動時受到懸架的約束，同時輪胎和地面之間產(chǎn)生的各種作用力和力矩都要通過懸架傳遞給車身

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

22、（）著的汽車底盤技術(shù)對各種懸架運動學(xué)作了詳細(xì)的分析，對車輪定位參數(shù)做了準(zhǔn)確的定義，分析了他們的作用及其對整車穩(wěn)定性的影響。在懸架運動學(xué)分析中，描述了彈簧變形過程中車輪定位值的變化過程：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測得到的，可以用來進(jìn)行穩(wěn)定性的評價2。由措莫托著的汽車行駛性能和正人著的汽車的運動與，介紹了懸架運動學(xué)對汽車行駛性能的影響，在懸架運動學(xué)對汽車進(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)對懸架運動學(xué)特性的理論分析作了較為深入的。在懸架運動學(xué)分析中，將懸架簡化成多連桿機構(gòu)，用圖解法來分析輪胎的跳動所引起的懸架變形；在懸架動力學(xué)分析中，則對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化成三根兩兩垂直的彈簧5。德國的 M.米奇克在汽車動力學(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)的各個參數(shù)對整車穩(wěn)定性的影響6。3華南理工大學(xué)文獻(xiàn)7針對雙橫臂懸架，建立了開環(huán)和閉環(huán) 1/4 整車實驗?zāi)Ｐ停命c對點坐標(biāo)方程的方法，用 10 個質(zhì)點所建立的 3131 稀疏矩陣取代具體模型，

24、經(jīng)過約束及度處理后，等價方程能全面的表達(dá)模型特性，接著對該數(shù)學(xué)方程模型進(jìn)試實驗，分析了位移和度變化曲線。關(guān)于汽車懸架側(cè)向運動學(xué)的，文獻(xiàn)8做了具體的分析。基于 CorrevitS-400 傳感器，在 ISO 國際標(biāo)準(zhǔn)下，分析了輪胎剛度、懸架形式、懸架剛度對整車滑移特性的影響，驗證了將滑移觀察算法應(yīng)用到實驗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)計過程。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雙橫臂式懸架。以的安全性、耐久性和可性作為懸架設(shè)計重點，使用了許多計算機輔助設(shè)計軟件來設(shè)計懸架各部件，并使用有限元來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)計過程。前后懸架均采用推桿不等長雙橫臂式。他們采取由外到內(nèi)的設(shè)計方法，通過選擇滿足要求的輪胎來設(shè)計懸架，然后設(shè)計懸架與輪胎參數(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。建立了一個多體動力學(xué)模型來進(jìn)行運動學(xué)和動力學(xué)分析。對賽車的側(cè)傾、行駛和操控性進(jìn)行了仿真，通過調(diào)節(jié)懸架幾何形狀、彈簧剛度和阻尼器來完善性能。文獻(xiàn)11提到了希臘大學(xué) 2008 年第一輛懸架的設(shè)計過程。前后懸架均采用推桿不等長雙橫臂式。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)計成直接鉸接在轉(zhuǎn)向節(jié)上，是一大亮點。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)計過程。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、彈簧阻尼器的選取等。另外，還利用有限元軟件對之前偏重的轉(zhuǎn)向節(jié)和輪轂進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。文獻(xiàn)13和文獻(xiàn)14詳細(xì)介紹了各種的設(shè)計過程，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)對懸架的影響程度、懸架的類型、防側(cè)傾桿的設(shè)計、彈簧與阻尼器的計算選擇等，是懸架設(shè)計的重要理論依據(jù)。4第一章 緒 論1.2.2 國內(nèi)現(xiàn)狀我國從 80 年其中，中國工

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

28、架的抗點/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)果與理論計算結(jié)果對比表明，該方法可以準(zhǔn)確地計算懸架的多種性能參數(shù)。文獻(xiàn)19利用 ADAMS，建立了某雙橫臂獨立懸架虛擬樣機模型，并進(jìn)行了運動學(xué)仿真分析。在對車輪的側(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，從優(yōu)化結(jié)果看，車輪接地點側(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，對雙橫臂獨立懸架進(jìn)行運動學(xué)分析，由于此方法計算過程中無需進(jìn)行坐標(biāo)變換，簡化了運動分析過程,使得計算更加方便，易于工程實際應(yīng)用。文獻(xiàn)21通過運用 ADAMS 軟件對雙橫臂獨立懸架進(jìn)行數(shù)學(xué)建模、仿真，分析該懸架的幾個定位參數(shù)在

29、車輪上下跳動時的變化，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。文獻(xiàn)22-27等均給出了前輪定位參數(shù)的詳細(xì)定義及其對汽車汽車懸架設(shè)計提供了理論指導(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)的闡述了懸架運動學(xué)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，包括針對的懸架設(shè)計方法，闡述課題的目的和意義。第二章介紹了懸架的設(shè)計流程，懸架形式的比較和選型，懸架主要參數(shù)選取和計算，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)行懸架運動學(xué)仿真分析。以懸架的評價指標(biāo)為準(zhǔn)則，對仿真結(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)計的目標(biāo)依據(jù)。第四章在 ADAMS/Insight 模塊下對懸架進(jìn)行試驗設(shè)計，根據(jù)運動學(xué)仿真結(jié)果和試驗設(shè)計結(jié)果，對懸架進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計。根據(jù)多目標(biāo)優(yōu)化結(jié)果，修改懸架模型并再次進(jìn)行運動學(xué)仿真分析，比較優(yōu)化前后懸架的運動學(xué)特性。第五章對懸架關(guān)鍵受力部件進(jìn)行力學(xué)分析，在 ABAQUS 環(huán)境下對關(guān)鍵受力部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)強度仿真分析，并給出懸架輕量化設(shè)計的一些建議。本的目的和意義：本課題是以華南理工大學(xué) FSAE 車隊為對象，對懸架系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計和優(yōu)化。目的在于探討懸架運動學(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)計懸架在車隊上運用的可行性和可靠性。項目的展開將對本校 FSAE 車隊的成功設(shè)計與制造，順利參加中國首屆大學(xué)生方程式汽車大賽并獲得好名次，促進(jìn)本校 FSAE 車隊的迅速發(fā)展和支持式汽車大賽的健康成長具有重要的意義。學(xué)生方程6第二章 懸架系統(tǒng)設(shè)計第二章 懸架系統(tǒng)設(shè)計懸架系統(tǒng)設(shè)計是總體設(shè)計的一個重要組成部分，懸架的性能決定了的性能表現(xiàn)。懸架設(shè)計是一個復(fù)雜的過程，涉及的參數(shù)計算和考慮比較多。本章先介紹賽車懸架的主要設(shè)計流程，通過比較不同形式的懸架的特點來確定懸架的類型，然后進(jìn)行多項參數(shù)設(shè)計，最后根據(jù)選取和計算的參數(shù)對懸架進(jìn)行零部件設(shè)計和裝配設(shè)計。懸架概述和設(shè)計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。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，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的運動特性，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)向機構(gòu)以及減振器等組成，個別結(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，用來決定車輪相對于車架（或車身）的運動特性，并傳遞除彈性元件傳遞的垂直力以外的各種力和力矩。緩沖塊用來減輕車軸對車架（或車身

33、）的直接沖撞，防止彈性元件產(chǎn)生過大的變形。裝有橫向穩(wěn)定器的汽車，能減少轉(zhuǎn)彎行駛時車身的側(cè)傾角和橫向角振動28。對懸架設(shè)計要求有：保證汽車具有良好的行駛平順性。具有合適的衰減振動的能力。（3）保證汽車具有良好的穩(wěn)定性。（4）汽車制動或合適。時，要保證車身穩(wěn)定，減少車身縱傾，轉(zhuǎn)彎時車身側(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?？煽康貍鬟f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，還要保證有足夠的強度和。7華南理工大學(xué)2.1.2懸架設(shè)計流程現(xiàn)代 F1采用從外到內(nèi)的設(shè)計過程，懸架設(shè)計流程如下：（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）估計簧上質(zhì)量和簧下質(zhì)量的四個車輪獨立負(fù)重。（5）根據(jù)上面幾個參數(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，并計算車輪在最大負(fù)重情況下的輪胎變形。（7）計算沒安裝防側(cè)傾桿時的橫向負(fù)載轉(zhuǎn)移分布（Lateral Load TransferDistribution, L）。根據(jù)上面計算數(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。上面計算和選型完成后，再重新對初值進(jìn)行校核。懸架系統(tǒng)方案選型懸架的分類及其特點懸架的分類方法有許多種，從結(jié)構(gòu)上分，分成獨立和非獨

35、立懸架；從反應(yīng)性能上分，分成、半主動和主動懸架；從減震材料上分，分成液力、空氣和電磁懸架。獨立懸架系統(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。非獨立懸架系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、強度高、保養(yǎng)容易、行車中前輪定位變化小的優(yōu)點，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)簡單，側(cè)傾中心高，抗側(cè)傾能力較強的優(yōu)點。但隨著現(xiàn)代汽車速度的提高，側(cè)傾中心過高會引起車輪跳動時輪距變化大，輪胎磨損加劇，而且在急轉(zhuǎn)彎時左右車輪垂直力轉(zhuǎn)移過大，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。雙橫臂式獨立懸架系統(tǒng)按上下橫臂是否等長，又分為等長雙橫臂式和不等長雙橫臂式兩種懸架系統(tǒng)。等長雙橫臂式懸架系統(tǒng)在車輪上下跳動時，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。對于不等長雙橫臂式懸架系統(tǒng)，只要8第二章 懸架系統(tǒng)設(shè)計適當(dāng)選擇、優(yōu)化上下橫臂的長度，并通過合理的布置、就可以使輪距及前輪定位參數(shù)變在可接受的限定范圍內(nèi)，保證汽車具有良好的行駛穩(wěn)定性?？v臂式獨立懸架系統(tǒng)分為單縱臂式和雙縱臂式兩種形式。單縱臂式獨立懸架如果用于前輪，車輪上下跳動時會使主銷后傾角變化很大，所以單縱臂式獨立懸架都用于后輪。用于前輪的雙縱臂式獨立

37、懸架，當(dāng)車輪上下跳動時，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。車輪跳動時輪距和前束的變化很小，不管汽車是在驅(qū)動、制動狀態(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有軸擺動現(xiàn)象。燭式懸架系統(tǒng)的優(yōu)點是：當(dāng)懸掛系統(tǒng)變形時，主銷的定位角不會發(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)有一個大缺點：就是汽車行駛時的側(cè)向力會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)點是：結(jié)構(gòu)緊湊，車輪跳動時前輪定位參數(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。但由于其造價昂貴，需要額外的控制功率等原因，目前仍停留在試驗階段，主要應(yīng)用在和中高級轎車上。2.2.2 懸架設(shè)計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穩(wěn)定性要求較高，同時基于結(jié)本費用、空間尺寸等的考一般都采橫臂式獨立懸架，比如 F1、F3慮，和等。雙橫臂懸架的特點如下：雙叉臂式獨立懸架優(yōu)點為：車輪上下跳動時，可以通過合理選擇空間導(dǎo)向桿系的鉸9華南理工大學(xué)接點的位置、控制臂的長度及其布置，使得懸架具有合適的運動特性，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)；缺點為：由于使用上下控制臂結(jié)構(gòu)，過于穩(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)計方案：推桿不等長雙橫臂懸架、拉桿不等長雙橫臂懸架和無推拉桿不等長雙橫臂懸架。（1）推桿不等長雙橫臂懸架，如圖 2-1 所示。圖 2-1 推桿不等長雙橫臂懸架優(yōu)點是：具有雙橫臂懸架的優(yōu)點；推桿大部分時間承受軸向壓力，對桿件型材料來說，一般抗壓強度要大于抗拉強度，即使長時間工作，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。（2）拉桿不等長雙橫臂懸架，如圖 2-

41、2 所示。圖 2-2 拉桿不等長雙橫臂懸架10第二章 懸架系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)點是：具有雙橫臂懸架的優(yōu)點；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。缺點是：拉桿大部分時間承受軸向拉力，對桿件型材料來說，一般抗拉強度要小于抗壓強度，如果材料選用不當(dāng)?shù)脑?，懸架在惡劣工作環(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）無推拉桿不等長雙橫臂懸架，如圖 2-3 所示。圖 2-3 拉桿不等長雙橫臂懸架優(yōu)點是：具有雙橫臂懸架的優(yōu)點；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)計方案，并考慮比賽規(guī)則對懸架設(shè)計的要求、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雙橫臂獨立懸架。2.3 懸架參數(shù)設(shè)計懸架參數(shù)設(shè)計包括車輪定位參數(shù)的選定、懸架幾何計算、剛度計算和阻尼計算等。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)向后車輪具有自動回正作用。同時，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?；诘慕Y(jié)構(gòu)、操控性和使用情況考慮，國內(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：（1）負(fù)外傾角在高速轉(zhuǎn)彎時，能抵消因橫向離心力導(dǎo)致車輪外傾角方向變化的趨勢，使車輪保持和地面的良好接觸，增強輪胎地面附著力，確保順利過彎。（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，減少過彎道的時間。（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)則對車間尺寸的規(guī)定等要求，通過幾何作圖方法，可初步確定外傾變化率、主銷偏距、主銷拖距、傳動比、控制臂長度、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。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，通過式（2-1）求出前視擺臂長度（fvsa length），作垂線 AA；根據(jù)設(shè)計要求的靜態(tài)側(cè)傾高度，連線輪胎中心接地點 B 和側(cè)傾中心 RC 并延長交垂線 AA 于點 IC，IC 即為前懸架的轉(zhuǎn)動瞬心；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（UCAP）和下控制臂內(nèi)點（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位移時外傾角的變化量。它是前視擺臂長度的函數(shù)，關(guān)系如式（2-2

47、）所示：d/dz tan1(1/ L)fvsa（2-2）式中， Lfvsa 為前視橫擺臂長度。可見，前視擺臂長度越長，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線和地面的交點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。主銷偏距可通過延長主銷軸線交于地面求得。4）傳動比傳動比的定義是懸架跳動時車輪中心垂直位移比上減振器彈簧軸向位移。傳動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)，在懸架跳動時是變化的。通過設(shè)置傳動比，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)動瞬心 IC 影

48、響輪距的變化。當(dāng)轉(zhuǎn)動瞬心在地面上方時，車輪接地點隨著車輪上跳而向外移動，輪距增加；當(dāng)轉(zhuǎn)動瞬心在地面下方時，車輪接地點隨著車輪上跳而向內(nèi)移動，輪距減小。當(dāng)轉(zhuǎn)動瞬心剛好在地平面時，車輪接地點隨著車輪上跳而向上移動，此時輪距不變。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動和力，典型的懸架參數(shù)有制動抗點頭、抗后坐、軸距變化等。1）制動抗點頭制動抗點頭是指制動時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。制動抗點頭百分比由式（2-3）確定：d (bF l tan F /

49、h) 100 %式中， bF 為前輪制動分配比例系數(shù)， l 為軸距，F(xiàn) 為前懸架轉(zhuǎn)動瞬心 IC地點 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。抗后坐百分比由式（2-4）確定：s (bRl tan R / h) 100 %（2-4）式中，bF 為前輪制動分配比例系數(shù)，l 為軸距，F(xiàn) 為后懸架轉(zhuǎn)動瞬心 IC、后輪接地點 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3）主銷拖距主銷拖距定義是主銷軸線的延長線和地面的交點到過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、可通過延長主銷軸線交于地面求得。4）軸距變化側(cè)視圖的轉(zhuǎn)動瞬心 IC 影響軸距的變化。對前懸架或后懸架，當(dāng)轉(zhuǎn)動瞬心在車輪的內(nèi)上方或者外下方時，車輪中心隨著車輪上跳而向外移動，軸距增加；當(dāng)轉(zhuǎn)動瞬心在車輪的外上方或內(nèi)下方時，車輪中心隨著車輪上跳而向內(nèi)移動，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、俯視三個方向共同來懸架的幾何關(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 剛度計算通過選定懸架偏頻來逐步計算懸架各種剛度，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，最后計算懸架行程和彈簧行程。懸架偏頻是指汽車簧上質(zhì)量無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）對普通汽車來說，出于平順性考慮

52、，一般前低后高。（3）對國內(nèi)外來說，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相對車架或車身垂直位移時所受到的垂向力。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車架或車身垂直位移時所受到的垂向力。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對許多后驅(qū)來說，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）的計算過程，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前懸架實際上跳行程： ZF WF / KRF 518 / 20764 0.025 m后懸架實際上跳行程： 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)計要求，即不需要通過給前后懸架增加防側(cè)傾桿來增加總的側(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前懸架彈簧實際行程：（2-22） 2ZF / MR 2 0.025 /1.4 0.036 mZSF后懸架彈簧實際行程：（2-23） 2ZR / MR 2 0.025 /1.4 0.036 mZSR（2-24）彈簧的剛度計算和行程計算為懸架選擇合適的彈簧型號提供依據(jù)。2.3.4 阻尼計算理論上減振器阻尼系數(shù)計算公式如下： 2ms 4ms f式中， 為相對阻尼系數(shù)， ms 為簧上質(zhì)量， f 為偏頻。通常情況下，將壓縮行程時的相對阻尼系數(shù) Y 取得小些，伸張行程時的相對阻尼系數(shù) S 取得大

60、些。設(shè)計時，先選取 Y 與 S 的平均值 。對于無內(nèi)摩擦的彈性元件懸架，取 =0.250.35；對于有內(nèi)摩擦的彈性元件懸架， 值取小些。對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考慮到對平順性有一定的設(shè)計要求，綜合考慮，確定壓縮和回彈阻尼相對系數(shù)如下： Y .03 ， S .04由公式（2-25）可分別計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