本田思域轎車懸架設(shè)計

本田思域轎車懸架設(shè)計

本田思域轎車懸架設(shè)計摘要如今汽車制造業(yè)迅猛發(fā)展，汽車遍及千家萬戶，懸架系統(tǒng)(suspensionsystem)，作為保證汽車行駛平順性和操縱穩(wěn)定性的重要組成部分，對其作深入研究意義重大。麥弗遜式懸(Macphersansuspension)為當(dāng)今最為流行的獨立懸掛之一是獨立懸架的一種也是本次研究思域采用的懸架單與復(fù)雜也直接決定著汽車制造成本的高低簡單成本低廉舒適性尚可的優(yōu)點贏得了廣泛的市場應(yīng)用懸架從概念參數(shù)到彈性元件以及減震器加以研究設(shè)計的安全、平穩(wěn)。關(guān)鍵詞：麥弗遜式懸架；行駛平順性；結(jié)構(gòu)設(shè)計

Nowadays,withtherapiddevelopmentofautomobilemanufacturingindustry,automobilesarewidelydistributedinthousandsofhouseholds.Asanimportantparttoensuretheridesmoothnessandhandlingstabilityofautomobiles,itisofgreatsignificancetostudythemindepth.Macphersansuspension,oneofthemostpopularindependentsuspensionsystems,isoneoftheindependentsuspensionsystemsusedinthisstudy.Andthesuspendedstructuresimpleandcomplexisdirectlydecidesthecarmanufacturingofhighandlowcost,andMacphersanindependentsuspensionittodesignsimplestructure,lowcost,theadvantagesofcomfortcanbewonthebroadmarketapplication,thisarticlewillofMcPhersonsuspensionfromconcept,parameterstotheelasticelementandshockabsorbertostudydesign,ensurethesafetyoftheMacphersansuspensionsystem,smoothKeywords:macphersansuspension;drivingcomfort;structuredesign

目錄1 前11. 課題研究的現(xiàn)狀及其意12 汽車懸架的概22.1 懸架的基本概念22.2 懸架的類型與選22.3 懸架的基本組成52.4 懸架的主要特性52.4.1 垂直彈性特性52.4.2 減震器的特性63 懸架對汽車性能的影63.1 懸架對駕駛平順性的影73.1.1 懸架系統(tǒng)中阻尼對駕駛平順性的影73.1.2 非簧載質(zhì)量對駕駛平順性的影響83.2 懸架對操縱穩(wěn)定性的影83.2.1 車身的傾側(cè)83.2.2 改善措施94 懸架的主要參104.1 計算懸架的靜撓fc104.2 計算懸架的動撓fd125 麥弗遜式懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)125.1 側(cè)傾中135.2 側(cè)傾軸145.3 縱傾中145.4 受力分155.5 選擇擺臂軸線的布置方166 彈性元件的計176.1 彈簧形式與材料選176.2 彈簧直徑與剛度確176.3 其它參數(shù)計187 減震器設(shè)197.1 減震器的基本尺207.2 確定相對阻尼系ψ207.3 確定阻尼系δ217.4 確定最大卸荷力F0218 結(jié)論22參考文22謝23

附錄24附錄27

1前言科技進(jìn)步人民生活水平不斷提高汽車普及到千家萬戶無論高端品牌汽車還是經(jīng)濟(jì)性車輛安全性與舒適性是個永恒的話題懸架是汽車不可或缺的組出。木。1.1課題研究的現(xiàn)狀及其意義懸架是保證車輪或車橋與汽車承載系（車架或承載式車身之間具有彈性聯(lián)系并能傳遞載荷緩和沖擊衰減振動以及調(diào)節(jié)汽車行駛中的車身位置等有關(guān)裝置的總稱。懸架最主要的功能是傳遞作用在車輪和車架之間的一切力和力矩并緩和汽車駛過不平路面時所產(chǎn)生的沖擊衰減由此引起的承載系統(tǒng)的振動保證汽車行駛過程的平順性汽車懸架作為影響汽車多種使用性能的裝置它的阻尼元件減震器安裝于車橋與車身的連接處有了阻尼元件可以確保汽車行駛中震動大幅度減少提高行駛平順性和車上人員安全性汽車懸架系統(tǒng)在汽車各大系統(tǒng)中有著十分重要的地位，同時與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和制動系統(tǒng)之間有不可或缺的聯(lián)懸架系統(tǒng)的質(zhì)量直接影響著汽車的行駛品質(zhì)和安全國外對車輛的懸架運(yùn)動學(xué)的研究起步很早從懸架這一概念被提出應(yīng)用起就開始對懸架做出不斷的研究最先在懸架運(yùn)動學(xué)方面取得較大是對懸架運(yùn)動學(xué)付出極大精力的德國。我國從80年代才開始逐步開展對架運(yùn)動學(xué)的研究，雖然起步落后于別人，但是經(jīng)過40年的研究與發(fā)展，國家在懸架設(shè)計構(gòu)造方面也取得了不錯的成績。因此對本課題對懸架作出深入研究希望可以在國內(nèi)汽車企業(yè)以及汽車的大環(huán)境經(jīng)濟(jì)中進(jìn)一步發(fā)展汽車懸架工業(yè)加強(qiáng)改進(jìn)現(xiàn)有的懸架系統(tǒng)發(fā)術(shù)。1

2汽車懸架的概述2.1懸架的基本概念懸架即汽車中車橋與車架以及車輪之間負(fù)責(zé)連接與力扭的裝置總稱沒有懸架的車輛，。2.2懸架的類型與選擇獨立懸架非獨立懸架是不同種類的懸架之中的主要區(qū)分對象懸架在汽車市場上占據(jù)了主導(dǎo)地位，車好不好，懸架說了算非獨立懸架（圖2-1）通過一整根車橋連接起了車身的左右兩側(cè)，的結(jié)構(gòu)使得車輪與車橋可以被視為一個整體，而這一個整懸架與車身（車架）相連，非獨立懸架的結(jié)構(gòu)非常簡單明了，但如上路面不平整使得一側(cè)車身發(fā)生跳動時，另一側(cè)的車輪在汽車橫向內(nèi)必定出現(xiàn)擺動現(xiàn)象，最后導(dǎo)致了一個車輪影響全車行駛狀態(tài)的情況綜上所述，非獨立懸架兩車輪存在互相影響的情況，這也是它被稱作獨立懸架的原因圖21非獨立懸獨立懸架（圖2-2）結(jié)構(gòu)特點則較為復(fù)雜，它的“獨立”之處在于：應(yīng)連接車身兩側(cè)的車橋從中間出現(xiàn)了斷開的情況，這樣的車輪只能單獨地通過彈性懸架與車身連接，若同樣遇到車身一側(cè)平整的情況時，兩側(cè)車輪都可以單獨跳動而互不影響2

圖22獨立懸非獨立懸架有①鋼板彈簧式非獨立懸架使用用鋼板彈簧作為懸架當(dāng)中的彈性元件適用于轎車后懸架或者重型汽車前后懸架②使用螺旋彈簧作為彈性元件的螺旋彈簧式非獨立懸架但是該懸架系統(tǒng)中沒有減震器所以需要迪100。車的結(jié)構(gòu)形式，他們可以分為橫臂式、縱臂式、多連桿式、燭式懸架以及麥弗遜式懸掛系統(tǒng)等。他們的總體特點是：相比起非獨立懸架，因為減少了連接左右車輪的車橋，所以質(zhì)量更輕；又因為它獨立運(yùn)作，受到震動時沒有直接連接其它懸架的渠道所以影響不了其它懸架的正常運(yùn)作這樣的工作效果使得傳遞到

車身的沖擊力更加少由此車輪的地面附著力得到改善使用剛度較小剛度小使得懸架更加“柔軟”，有效改善汽車行駛的顛簸，提高乘車人員的適性又因為獨立懸架的特殊結(jié)構(gòu)沒有了非獨立懸架橫跨在底盤的車橋與鋼板的阻礙“騰出”的位置可以讓發(fā)動機(jī)適當(dāng)降低，隨之整車重心也會因此降，重心低了行駛穩(wěn)定性自然就提高了。凡事有得必有失，獨立懸架之所以么強(qiáng)大平穩(wěn)，得益于它復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜了成本就自然會高、維修不方便又因為獨立懸架結(jié)構(gòu)復(fù)雜占用的空間較大，有一定程度影響了車內(nèi)空間大小。3

圖2-3麥弗遜式懸架而本次課題研究的車型為最常見最受年輕人歡迎的車型之一——思域為本田旗下比較成功的車型知名度高銷量成績也非常盡人意要為：前輪安置麥弗遜式懸架（圖殊的結(jié)構(gòu)使得思域運(yùn)動能力具有先天的優(yōu)勢。本次設(shè)計所選匹配的車型是思2019款1.5T,CVT勁動版參數(shù)配置：車型 思域2019款220TURBOCVT勁動版國V上市時 2019 生產(chǎn)廠 東風(fēng)本 車體結(jié) 三廂轎級別 緊湊型車 整備質(zhì) G 距 2700輪距 前1547后1563 全車長 4658mm 車身高 1416m油箱容 47L 座位數(shù) 5 發(fā)動機(jī)型號 L15B8標(biāo)準(zhǔn)引 1.5T列4缸渦輪增 標(biāo)準(zhǔn)排 1.5L驅(qū)動方 前置前驅(qū) 最大功 130kW 最大扭 220N·懸架方懸架輪胎 215/55R16 進(jìn)氣形 渦輪增（表214

2.3懸架的基本組成，，運(yùn)與2.4懸架的主要特性2.4.1垂直彈性特性懸架彈性特性曲線（圖2-4）正是這類似于二次曲線圖的正增長圖，通過值可以直觀地表示作用于懸架上的輪軸上方形變量與垂直載荷的關(guān)系經(jīng)查閱得公式（2-1），配合懸架彈性特性曲線圖，找到適合的參數(shù)代入計算性特性上任意點的懸架剛度值c:?=???瀀???懷（2-）圖24懸架彈性特性曲5

身的質(zhì)量）的自由振動偏頻只與有效靜撓度有關(guān)2.4.2減震器的特性=??= 1?瀀（2-2）減震器為活塞與活塞體由液壓提供緩沖作用的阻力而阻力P度V的關(guān)系如圖有非對稱特性，現(xiàn)有減震器中復(fù)原阻力系數(shù)比壓縮阻力系數(shù)2—6倍。圖25力-速度特性曲線3懸架對汽車性能的影響懸架選擇后要從不同角度，分析懸架影響著汽車的哪些性能，是利還是弊。其中包括行駛平順性操縱穩(wěn)定性前者若得不到有效的調(diào)整會導(dǎo)致駕駛不平順，會造成車上人員疲憊以及車上零部件的磨損操縱穩(wěn)定性更加直接地聯(lián)系著乘車人員的生命安全6

3.1懸架對駕駛平順性的影響對于平順性這一駕駛條件有一套名為ISO2631的國際標(biāo)準(zhǔn)用以評測的震動頻率對于人類來說最為敏感這一國際標(biāo)準(zhǔn)則以此為根據(jù)均方根值隨頻率變化的函數(shù)來表示乘車員的疲-降低功效。用下列數(shù)據(jù)2π2π{：固有角振動頻率，C?懸架剛度，N/m

M簧載質(zhì)量，g=w12CHz（3?1）3.1.1懸架系統(tǒng)中阻尼對駕駛平順性的影響懸架中減震器主要作用是衰減振動而這其中的主要參數(shù)為阻尼系數(shù)懸架系統(tǒng)中應(yīng)具有適當(dāng)?shù)淖枘峥梢运p車身受到路面不平整引起的震動車輪的共振減小車輪對地面壓力的變動從而使車輪貼緊路面圖3-1為減震器阻尼對車身震動衰減曲線圖圖3-1減震器阻尼對震動的衰減作a—振動幾乎沒有衰減，振動時間將持續(xù)很長，車身隨著懸架的振動而振7

b—振動逐漸衰減，過一段時間振動消失c—振動迅速衰減為零，減震器的衰減振動能力強(qiáng)，車身較穩(wěn)定3.1.2非簧載質(zhì)量對駕駛平順性的影響非簧載質(zhì)量指車身總重量中不是由懸架支撐起的那一部分重量非簧載質(zhì)量越大車身就越容易受到懸架振動的影響如果合理減少非簧載質(zhì)量增大了懸架與非懸架部分的質(zhì)量比可以有效減少高頻共振傳達(dá)到車身甚至駕駛員身上的所以采用非簧載質(zhì)量較小的麥弗遜式懸架對車輛更有幫助增大懸架靜撓度從而減低震動的固有頻率車震動固有頻率的效果如圖3-1所示選擇適當(dāng)?shù)南尬恍谐毯妥枘峥梢酝ㄕ鹌魑照饎印?.2懸架對操縱穩(wěn)定性的影響3.2.1車身的傾側(cè)不難發(fā)現(xiàn)當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎的時候車身會發(fā)生傾斜這是因為轉(zhuǎn)彎時在離心力的

作用下導(dǎo)致車身左右側(cè)受力不均勻引起的這個現(xiàn)象充分表現(xiàn)了輪胎橫向彈性和懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的特性但是這一過程如果不介入人工控制轉(zhuǎn)彎半徑可能會發(fā)生變化會偏離駕駛員本來想要去的方向汽車如果能夠準(zhǔn)確的按照駕駛員的意向不介入其它的人工控制情況下駛向其操縱轉(zhuǎn)向系所指定的方向或在外力下能夠保持這種情況就稱得上有良好的穩(wěn)定操縱穩(wěn)定性影響操縱穩(wěn)定性的)線。。8

側(cè)傾中心位置如果得到有效的提升高度，同時車身質(zhì)心距也作出調(diào)整縮短，可以有效減少側(cè)向力臂和側(cè)傾力矩并因此車身傾角會緩和變小車輛操縱也更

平順但如果過度提高側(cè)傾中心的高度反而會增大車身傾斜時的輪距導(dǎo)致輪胎加速磨損設(shè)計中減少簧載質(zhì)量的質(zhì)心高度與側(cè)傾中心的高度差側(cè)傾角也會隨之變小關(guān)于本次設(shè)計的麥弗遜式懸架的側(cè)傾中心經(jīng)查閱資料后得出高度范圍一般在0~150mm內(nèi)，車輪因路面顛簸而發(fā)生跳動時，側(cè)傾中心高度變化在30~70mm內(nèi)最為合適2懸架側(cè)傾角剛懸架側(cè)傾角即上文提及的車身傾斜軸線與垂直于地平線的軸線之間的夾角。車輛行駛過彎時，懸架系統(tǒng)傳遞給車輛的彈性恢復(fù)力偶矩稱為懸架的側(cè)傾角剛

度參考文獻(xiàn)后得出公式3-式中設(shè)懸架系統(tǒng)作用于車身總彈性恢復(fù)力偶T，車身轉(zhuǎn)角?r，則懸架側(cè)傾角剛K?r計算公式為=dT

d?=dT

d?（3-2）?r汽車轉(zhuǎn)彎時受側(cè)向力作用得出的車身轉(zhuǎn)角為懸架側(cè)傾角它是汽車平順性縱穩(wěn)定性中占有主導(dǎo)地位的參數(shù)觀察公式不難得出結(jié)論剛度成正比側(cè)傾角剛度增大意味著影響了汽車的平順性但側(cè)傾角的數(shù)據(jù)會影響到汽車的橫擺角速度穩(wěn)（瞬）態(tài)響應(yīng)，需要適當(dāng)取值。3.2.2改善措施汽車縱向中心平面地面車輪中心平面三者交線之間的夾角稱為汽車前遠(yuǎn)是。，?0.5°/50mm后輪上跳時弱正前束變化，0.3°/50mm輪胎的設(shè)計相對地面存在外傾角是為了確保汽車直線行駛時的安全性9

前文所提及的前束變化造成影響外車輛在顛簸狀態(tài)時上跳下落傾角的存在并非垂直落地這樣的外傾變化也同樣影響到車輛穩(wěn)定性存在使得地面會有一個外傾推力作用于輪胎加上側(cè)偏角產(chǎn)生的側(cè)向力共同形成橫向力影響著轉(zhuǎn)向變化，輪胎上跳時設(shè)計對車身的外傾變化為?2°+0.5°/50mm比較合適。連接轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向主銷軸線與垂直與地平線的直線的夾角稱為轉(zhuǎn)向主銷傾

角轉(zhuǎn)向主銷偏移距是指從轉(zhuǎn)向輪接地點到轉(zhuǎn)向主銷軸與路面的交點之間左右方向的距離。要使得車輛行駛更平穩(wěn)，轉(zhuǎn)向主銷傾角最好在為7°~13主銷偏移距?10~30mm內(nèi)，倆參數(shù)設(shè)計取值盡量偏小，在前置前驅(qū)的車中，較多取值在零及零以下的負(fù)數(shù)值行駛中隨著車輪的上下跳動，輪胎會與地面的接觸點產(chǎn)生的橫向的輪距變在。4懸架的主要參數(shù)，質(zhì)心高、滿載質(zhì)心高、前/后輪距、軸距等。車是設(shè)計給人類使用的，所車輛本身的參數(shù)也不能忘記參考有關(guān)人的參數(shù)例如人體在2赫茲的頻率中覺比較舒適換而言之懸架的設(shè)計也包含著中人機(jī)工程學(xué)車輛行駛時偏頻密切關(guān)系到人體舒適性，因此前后懸架偏頻比應(yīng)當(dāng)設(shè)計在1.02~1.13這內(nèi)。4.1計算懸架的靜撓度當(dāng)車輛滿載時靜止不動懸架的受力處于平衡狀態(tài)設(shè)此時懸架的載荷???10

懸架剛度為c，可以用公式得出懸架的靜撓度?? =?振動系統(tǒng)組成包括懸架和簧上質(zhì)量而振動系統(tǒng)的固有頻率是影響汽車平順性的重要參數(shù)。當(dāng)懸架的質(zhì)量分配系數(shù)ε≈1的時候（取值0.8-1.之間），前后懸架系統(tǒng)的振動可視為幾乎獨立不相干擾前橋與后橋承載的車身集中質(zhì)量別用?1??2后懸架分別為?1?2前后懸架的簧上質(zhì)量分別為公式?1，公式可表達(dá)為：??，公式可表達(dá)為：2?1?1

2?? ?????1?1

2?? ????2??=√

=√用已得出的公式作為基礎(chǔ)來設(shè)計上文提及偏頻越小代表著平順性越好乘用車的前懸架偏頻滿載?1取值要求在0.8-1.15Hz取值要求在0.98-1.3H取值要求在0.98-1.3Hz之間，若要以減少車輛振動，車輛前后懸架偏頻比大

概為??1??22=0.85-0.9，這次設(shè)計的思域是前置前驅(qū)乘用車，設(shè)空載時前軸軸荷60，后軸軸荷占40。按照上文表2-的思域參數(shù)配置，車輛的整備=130560%=783kg；=130560%=783kg；=1305×40%=522k。前由上面的數(shù)據(jù)可得?1 =由上面的數(shù)據(jù)可得?1 =≈392?耀?；=由于偏頻比約為0.85-0.95，為計算方便，假設(shè)?1 =1???瀀??2 =1.1???瀀式1：?=(?=(=39×=26×?=()2 =39×(×3.141)2 ≈15460??/??)2 =26×(3.14×1.1)2 ≈10293.4N/

車身震動的偏頻n直接受到懸架靜撓度??影響，為保證汽車能有更好的行駛平順性需要計算并選擇正確的懸架靜撓度本次研究的麥弗遜式懸架的彈性性為線性變化，運(yùn)用以上數(shù)據(jù)代入靜撓度計算公式，可得以下結(jié)果??=?1?=??2?15460 ≈0.24850??=248.5????10293.4 ≈0.24848m=248.48m11

計算后得出的前、后靜撓度數(shù)據(jù)非常接近，而??稍微比??2要大，有此結(jié)構(gòu)可以有效防止車身行駛時產(chǎn)生較大的縱向角振動，??1與??2的比值幾乎等于符合本次懸架靜撓度計算4.2計算懸架的動撓度上文提及懸架中會裝有緩沖塊用以緩沖懸架零件之間的摩擦與碰撞震動以及減少甚至避免零件之間相互碰撞帶來的磨損汽車滿載時因路面不平或者汽車慣性等因素帶來形變滿載動平衡時緩沖塊為自由高度到壓力并壓縮到懸架系統(tǒng)允許范圍內(nèi)的最大形變時緩沖塊會壓縮成其高度的二分之一甚至三分之一大小在這一個過程中車身相對于車輪中心的直位移稱為懸架動撓???。懸架總工作行程=靜撓度??+動撓度???＞160m，按照規(guī)定，普通懸架動撓度取值范圍在70mm?90mm之間（大型客車為50mm?80mm，貨為60mm?90mm），若要降低偏頻，需采用較為軟質(zhì)地的懸架，但如果在同載荷下懸架質(zhì)地太過于軟會導(dǎo)致懸架形變量變大對平順性以及舒適性造影響，設(shè)思域的麥弗遜式懸架動撓度取值為80mm，懸架工作總行程要求160m?由上文數(shù)據(jù)可得?由上文數(shù)據(jù)可得：

+?=248.5???+80????=328.5???=248.48???+80????=328.48???160???前后懸架靜撓度加上動撓度的和都大于160m，所以符合本次設(shè)計。5麥弗遜式懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計設(shè)計思域麥弗遜式懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)由于導(dǎo)向機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)較為立體化本12

5.1側(cè)傾中心若要了解麥弗遜式獨立懸架的布置參數(shù)需先弄懂它的具體結(jié)構(gòu)懸架中的傾斜中心。如圖5—1所示A為輪胎，B為活塞桿，C為下橫臂，L車身軸線圖中作出垂直于活塞桿B的直線此直線與下橫臂C交點E，再作輪胎與地面的接觸點D和E的連線，此連線與車身軸線L為傾斜中心X。圖5—1麥弗遜式懸架的側(cè)傾中心由參數(shù)配置（表2—1可得前輪距由參數(shù)配置（表2—1可得前輪距為1547mm所以S=活塞桿作與地面相交的延長線交點到輪胎地面接觸點D的距離為?? =150???其它數(shù)據(jù)為d=300mmα=30°β=2σ=2d=300mmy=800mm運(yùn)用以上參數(shù)去求麥弗遜式懸架的側(cè)傾中心高度:其中未知參數(shù)

其中未知參數(shù)

= sin(???)=S· hcoβ+dtaα+（5—1）800????

sin(2°2°)=11468.5???h=ksin????=11468.5·sin2300=700.2???13

代入運(yùn)算：=· hcoβta+==773.5· 11468.co2°+30ta30°+150=45.91mm前置的麥弗遜式懸架的側(cè)傾中心高度受限制于輪距，無法超出150mm的范圍思域為前置前驅(qū)型汽車前橋軸為驅(qū)動橋而且軸荷較大能使得汽車正常行駛需要盡可能減少前輪的輪荷變化因此側(cè)傾中心標(biāo)準(zhǔn)高度分為前懸0—120m后懸80—150m。而本次設(shè)計的思域麥弗遜式懸架的側(cè)傾中心高度為45.91m，取值在范圍內(nèi)，所以本設(shè)計符合要求5.2側(cè)傾軸線麥弗遜式懸架中，側(cè)傾軸線的找尋方式就是找到車身前后懸架的側(cè)傾中心，兩者相連，此連線則為側(cè)傾軸線側(cè)傾軸線的設(shè)計應(yīng)該要盡可能平行于地面當(dāng)側(cè)傾軸線平行于地面曲線行駛的過程中可以保持前軸與后軸上面的載荷變化幅值接近相等保證汽車曲線行駛時擁有良好的中性轉(zhuǎn)向特性除了平行于地面還要設(shè)計離面距離盡可能的高側(cè)傾軸線在高度較高的時候可以保持汽車轉(zhuǎn)向時側(cè)在正常的范圍內(nèi)以免造成行駛不平穩(wěn)甚至威脅駕駛員安全但心的限制，高度在150mm以內(nèi)且?guī)缀鯚o法超越在懸架側(cè)傾軸線設(shè)計時必先按上文的方法確定后續(xù)再確定后懸架的側(cè)傾中心高度思域后懸架為多連桿式獨立懸架所以側(cè)傾中心高度也要稍微偏大一點。5.3縱傾中心汽車剎車制動時慣性作用下的車身產(chǎn)生一種相對水平線傾斜的趨勢這種傾斜的趨勢即是縱傾而縱傾發(fā)生時車身相對地面的發(fā)生位移的轉(zhuǎn)動中心就縱傾中心14

圖5—2麥弗遜式懸架的縱傾中心如圖5—2取垂直于活塞桿減震器E的直線與橫臂軸D的延長線的交點交點O心。此參數(shù)可作為位移參數(shù)。5.4受力分析圖5—3麥弗遜式懸架受力示意麥弗遜式懸架的受力分析如圖5—3所示,先對作用于導(dǎo)向套上的橫向?。得出橫向?3的大小為：作出分析?1是前輪靜載F′減去前軸簧下質(zhì)量。得出橫向?3的大小為：= ?1·?·?（5—2）如果?3橫向力越大作用于導(dǎo)向套的摩擦力則越大較差此時應(yīng)采用強(qiáng)度足夠且摩擦力小的材料擦。其次，利用公式可以看出，式中（c+b）越大，橫向力越??；a減小橫向力15

也會隨之減少。換而言之，在結(jié)構(gòu)上適當(dāng)增大減震器活塞桿c、b適當(dāng)減少a力?3。直不點Ga5.5選擇擺臂軸線的布置方式圖5—4擺臂軸線的選擇汽車行駛的操縱穩(wěn)定性影響因素眾多傾也會影響到操縱穩(wěn)定性由于慣性的作用縱傾的發(fā)生是不可避免下面圖5—4為基礎(chǔ)，對擺臂軸線和主銷后傾角的相互影響匹配做出研究，以求減少縱傾，提高縱傾穩(wěn)定性C點在圖5—4的a)、)車?懷0擺臂軸抗前俯角?β相等，主銷軸線垂直于擺臂軸線，運(yùn)動瞬心不相交，主銷角?懷0的值保持不變。當(dāng)擺臂軸線與主銷后傾角?懷0和?β匹配，如圖5-4中所示，車輛的運(yùn)動瞬心相交位于前軸后方麥弗遜式懸架的壓縮行程中?懷0有增大的趨勢。如5-b)圖所示，運(yùn)動瞬心相交位于前軸的前方，麥弗遜式懸架的壓縮行程中，?懷0角度逐漸減少。綜上所述，麥弗遜式懸架的設(shè)計過程中，參數(shù)β的選擇非常重要，運(yùn)動16

相交于前軸后方時麥弗遜式懸架壓縮行程主銷后傾角?懷0有增大趨勢較小，縱傾穩(wěn)定性更高。6彈性元件的計算6.1彈簧形式與材料選擇彈簧在懸架中是必不可少的存在選擇質(zhì)量好形式得當(dāng)?shù)膹椈蓽p震效果有極大的提高經(jīng)過對關(guān)于汽車彈簧材料的搜查與挑選圓柱螺旋彈簧該形式彈簧成本低質(zhì)量好且在各種工業(yè)中應(yīng)用廣泛圓柱螺旋彈簧使用的材料為熱軋彈簧鋼60Si2Mn，工序主要是加熱→塑性→淬火→回火，適合麥弗遜式懸架使用6.2彈簧直徑與剛度確定汽車靜止等一般情況下，彈簧只承受軸向載荷，此時計算它的前載荷為F=設(shè)：?瀀彈簧中n有效圈數(shù)·??=3929.8=3841.6??彈簧的許用應(yīng)，經(jīng)過搜查得=471?????·??·??3 ?懷旋繞，經(jīng)過搜查得C=9?曲度系，K=代入公式6-1中：+0.615=1.1τ=8·?退·?瀀·8·?退·?·?懷

??·??2 ≤17???（6）

d≥1.6√?退·?·88·?瀀3·??分別代入運(yùn)算得到的結(jié)果為k=25.24N/m（62）得d≥14.8mm，取d=15mm；利用C=求得D=135mm。設(shè)彈簧的有效圈數(shù)n為8為G閱G=785000N/????2當(dāng)彈簧在最大負(fù)荷的情況下工作時剛度計算公式為k= ??·?46.3其它參數(shù)計算彈簧這種彈性元件除了剛度還有很多至關(guān)重要的參數(shù)經(jīng)過數(shù)據(jù)獲取并計算，設(shè)計時需要用到的主要參數(shù)有以下幾種彈簧外徑彈簧中徑D加上彈簧本身厚度?1 =?瀀+??=135+17=152mm彈簧內(nèi)徑彈簧中徑D減去彈簧本身厚度?2 =?瀀???=120?17=118mm總?cè)?shù)：有效圈數(shù)加額外圈數(shù)?1 =??+2=10圈節(jié)距：p=(0.28~0.5·D，當(dāng)取值為0.3時p=0.×135=40.5mm自由高度：?0 =?·??+1.5??=40.5×8+1.×17=349.5????

壓縮高度：?? =(?1?0.5)??=(1?0.5)×15=172.5????=5.5°螺旋導(dǎo)角：γ=artan ??

??·?瀀=5.5°展開長度：L=??·?瀀·??co=co=4542.5????以上是關(guān)于懸架彈簧的基本參數(shù)本章設(shè)計中最后一步為校驗彈簧去4構(gòu)不穩(wěn)定更加容易產(chǎn)生側(cè)向力從而發(fā)生彎曲導(dǎo)致穩(wěn)定性減低因此要進(jìn)行18

下校驗：自身高度：自身中徑（高徑比）b=?==3.18＜4經(jīng)計算高徑比為3.187，低于4倍，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定符合設(shè)計要求。7減震器設(shè)計上文已經(jīng)對彈簧進(jìn)行了計算以及校驗的重要阻尼元件再次概述一下它的作用迅速衰減由彈簧引起的震動車行駛平順性有效減少汽車因剎車轉(zhuǎn)向等變化而引起的車身傾角變化輪對路面的附著力提高操縱穩(wěn)定性的使用壽命圖3-1中的曲線b就是安裝減震器阻尼元件的車身震動曲線器的作用效果可見一斑減震器按照筒的數(shù)量類別可以分為單筒式減震器雙筒式減震器式減震器市面上的汽車安裝的減震器主要都是筒式液力減震器而本麥弗遜式懸架使用雙筒式充氣液力減震器對比起其它類型的減震器氣液力減震器有點在于工作性能更加穩(wěn)定擁有更加短的總長度可以為懸架其輔助元件以及車內(nèi)環(huán)境騰出一點空間，車輛行駛時干摩擦力小所以噪音也非常低。19

圖7-1雙筒式充氣液力減震器結(jié)構(gòu)圖圖7-1為雙筒式充氣液力減震器結(jié)構(gòu)圖，其中的標(biāo)識為1環(huán)2桿3筒4塞5閥6筒7閥8環(huán)9閥0閥1座2罩3封7.1減震器的基本尺寸對麥弗遜式懸架中減震器實體進(jìn)行測量獲得以下可為設(shè)計畫圖所用的數(shù)自由總長度：570mm防塵罩直徑：90mm防塵罩長度：180mm套筒直徑：65mm上、下吊環(huán)直徑：40mm次數(shù)據(jù)僅為減震器外表較為容易測量的數(shù)值作圖中閥體導(dǎo)向座及活塞等內(nèi)部結(jié)構(gòu)均從文獻(xiàn)、網(wǎng)絡(luò)中獲取。7.2確定相對阻尼系數(shù)?退彈簧的震動與自身質(zhì)量有不可或缺的關(guān)系車載彈簧一般質(zhì)量都不會少動幅度自然就會大而且持續(xù)時間長但汽車裝有減震器阻尼件后彈簧的震動現(xiàn)周期性衰減的情況，而要測評這種情況，就用到相對阻尼系數(shù)ψ來比較震動減速度快慢的程度，計算相對阻尼系數(shù)就要用到公7-1：（71）ψ= δ

2·（71）其中，δ為阻尼系數(shù)；c為懸架系統(tǒng)垂直剛度；???為簧上質(zhì)量。相對阻尼系數(shù)ψ越大表示震動衰減速度越快，但車身收到路面沖擊力卻更加大由公式可以看出減震器阻尼受到剛度與簧上質(zhì)量的影響剛度表示對車輛行駛安全的保障且難以調(diào)整，只可以適當(dāng)調(diào)整簧上質(zhì)量以求汽車行駛更加平順一般來說，減少壓縮行程時的阻尼系數(shù)??懷取值，加大伸張行程的阻尼系數(shù)??取20

值使得兩者之間關(guān)系為??懷 =(0.25~0.5)??在設(shè)計中獲取阻尼系數(shù)??懷與??的中間值ψ為保證適當(dāng)?shù)淖枘嵯禂?shù)以免懸架碰撞車架設(shè)ψ約為0.3??懷 =0.5??所以當(dāng)?? =0.4時??懷 =0.25?? =0.27.3確定阻尼系數(shù)?倀圖7-2減震器安裝位置角麥弗遜式懸架的減震器安裝角度如圖7-2中α所示大小據(jù)設(shè)計取值α=30°據(jù)公式7-1得麥弗遜式減震器的阻尼系數(shù)計算公式：δ=·ψ·√????，而又因為懸架都有固有震動頻率的公式為ω=√?，代入阻尼系數(shù)公式中得到合

并公δ=2ψ???，代入阻尼系數(shù)公式中得到合

并公δ=2ψ?????考慮到麥弗遜式懸架的安裝位置角度加以計算

公式為：δ=2ψ???co2?? （72）代入數(shù)據(jù)ψ=0.，c=17，??? =392?耀??,α=30°，得：δ=2·ψ·???·??·?22·ψ·?2·√?2·co2?? 7.4確定最大卸荷力??2·co2?? =2476N·s/m麥弗遜式懸架中的雙筒式充氣液力減震器中有一個卸荷閥21

震動大活塞運(yùn)動速度達(dá)到一定值時卸荷閥就會打開擊力傳到車身上，達(dá)到保證行駛平順的效果。設(shè)計要計算出卸荷力?0為vZ且Z=±40m。求活塞運(yùn)動速度的公式為：·co?（73）v=Z·ω·co?（73）代入已知數(shù)據(jù)到公代入已知數(shù)據(jù)到公式7-3中可得：v=4×√392×co30°=7.21????/?最后利用已知條件求減震器伸張行程的最大卸荷力8結(jié)論=?·?=65.3×7.21=470.8?耀??·????/?通過本次對麥弗遜式懸架的設(shè)計我深刻認(rèn)識到懸架在汽車結(jié)構(gòu)中占有極其計算參數(shù)的時候最容易碰到的情況莫過于確定一個零件的參數(shù)之前要同時從不同的角度去考慮其他幾個零件的參數(shù)此外如果懸架內(nèi)部結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)都合理我們還要考慮這樣的設(shè)計有沒有給車艙留空間畢竟車輛幾乎所有的組成部分歸根到底還是圍繞著人去展開的設(shè)計過程中難免遇到很多自己不了解的知識看不懂的公式解決方法當(dāng)然也只能夠一遍又一遍的去查閱文獻(xiàn)這樣一來鞏固大學(xué)所學(xué)同時又拓展了新識，更加鍛煉到了自身處理問題的能力參考文獻(xiàn)[1]王怡凡.輕型汽車麥弗遜獨立懸架的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)[J].電子世界,2014(04):192-193.[2]劉圣田.汽車懸架減振器檢測與汽車行駛安全[J].汽車與安全,1999(5):2-2.22

[3]曾俊夫.舒適乘坐的基——汽車懸掛系統(tǒng)之麥弗遜式獨立懸架[J].當(dāng)代汽車,2007(07):90-91[4]AntoniniPierluigi.EffectofPlayinInerteronVehicleSuspensionSystem[J],2012(11):20-24[5]周晶.基于ADAM的整車操縱穩(wěn)定性優(yōu)化設(shè)計[J].輕型汽車技術(shù),2008(10):6-11.[6]王勇軍沙美華.汽車懸架控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨[J].農(nóng)機(jī)使用與維修,2008(02):83-85.[7]房雷李林燕.汽車主流懸架系統(tǒng)解[J].中小企業(yè)管理與科技(中旬刊),2015(02):206-207.[8]李志彪.懸架對汽車行駛平順性的影[J].考試周刊,2010(18):1-1.[9]劉洋全勇.汽車穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)前輪離地分[J].裝備制造技術(shù),2018(1):3-3.[10]劉圣田趙長利.汽車懸架減振器檢測與汽車行駛安全[J].汽車與安全,1999(05):35-36.[11]DavidKLIN.TowardsAutomaticSuspensionGeometryGeneration:KinematicCharacterizationofaMacPhersonStrutSuspension[J].macphersansuspension,2014(06):13-14[12]沈國清.汽車懸架系統(tǒng)參數(shù)的選[J].科技信息,2011(03):523-524.謝辭感謝郭教授不僅在平時課堂畢業(yè)論文上作出過專業(yè)性的指導(dǎo)甚至大學(xué)生活上也指教有方完成畢業(yè)論文也意味著即將完成大學(xué)四年的求學(xué)之路實習(xí)一段時間后開始畢業(yè)論文這幾年淡忘的知識也逐漸清晰起來郭教授雷厲風(fēng)行的課堂作風(fēng)仍歷歷在目。今后學(xué)習(xí)與遇到困難也應(yīng)像畢業(yè)設(shè)計一樣自己動手動腦克服一層層困難在以后道路上立下一個個里程碑23

附錄124

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附錄2Proceedingsofthe5thICMEMInternationalConferenceonMechanicalEngineeringandMechanics

August20-22,2014,Yangzhou,P.R.ChinaTowardsAutomaticSuspensionGeometryGeneration:KinematicCharacterizationofaMacPhersonStrutSuspensionDavidKLINE1,GregoryM.HULBERT1,QinMIN2DepartmentofMechanicalEngineering,UniversityofMichigan,AnnArbor,MIUSAR&DCenter,ChinaFAWCo.,Ltd,Changchun,Jilin,P.R.ChinaAbstract:Towardsthedevelopmentofanautomotivesuspensiondesigntoolkit,wepresentthekinematicsofaMacPhersonstrutsuspensioncharacterizedinthecontextofakinematicvelocityvector(KVV).ThisKVVconciselytrackschangesinthefrontandsideviewvirtualswingarms,aswellasthekinematicridesteerbehavior.ResultsarepresentedthatshownthattheKVVisanappropriatewaytocharacterizethekinematicsofalinkage,leadingtoitsapplicationintheautomationofsuspensiongeometrygeneration.Keywords:VehicleDynamics;AutomotiveSuspension;MultibodyDynamics;ComputationalMechanics1IntroductionWiththecontinueddrivetowardsautomobilesthatarelighter,morefuelefficient,quieterandmorecomfortabletodrive,combinedwiththemarketpressurestodevelopvehiclesquicklyandcosteffectively,theneedexistsforageneralautomotivesuspensiondesignandanalysisenvironmentthatvehicledesignerscanusetoexploreabroadspaceofsuspensionconcepts,topologiesandtopographies.Towardsthisgoal,agoodmethodfirstshouldenabletheconceptofkinematicequivalence,whichcanleadtosuspensionequivalence.Second,theapproachmustenablehowtheinternalworkingmechanismsofasuspensionarereflectedinthedescribedkinematicbehavior,includingitsnonlinearbehavioroverabroadrangeofdrivingscenarios.Independentsuspensionlinkagesareoftenthoughtofintermsofvirtualswingarms.Theseareconstructedinthefrontviewandsideview,leadingtothecommonnotionofthe``frontviewswingarm''and``sideviewswingarm''.Thehardpointsofthesuspensionarethendefinedbasedonthesespecifiedswingarms,inconjunctionwithotherparameters,havingtodowithpackagingandthedesiredsteerbehavior.DesigncanbedoneonpaperorwithCADsoftware.Thisapproachisparticularlysuitablefortheshortlongarm(SLA,akadoublewishbone)andMacPhersonstruttypelinkages[1].Gerrardgeneralizesthisapproachformanytypesoflinkagesinhiskinematicvelocity vector (KVV) method[2]. His approach is suitable foralgorithmicallygeneratingvarioussuspensionsthatachievethedesiredkinematicparameters.Thesuspensionlinkageinitsdesign(static,laden)conditionisthusfully27

specifiedandisguaranteedtohavethedesiredkinematicsatthatoperatingpoint.Forsmalldisplacements(inbumporrebound),suchacharacterizationisappropriate.However,thereisadesiretounderstandhowthekinematicsofthelinkagechangethroughoutthesuspension'sentirestroke.Thisisparticularlyimportantinthecontextofemergencymaneuvers,wherethedrivermaygowelloutsidehisandthesuspension'scomfortzoneTheobjectiveofthispaperisthustodescribethecompletemotionofaproductionvehiclesuspension.Thisisaccomplishedforthepassengerfrontwheelofa1998ChevroletMalibuLS,chosenforpubliclyavailableaccesstosuspensiondata.ThisisaMacPhersonstruttypesuspensionlinkage,ubiquitousinpassengercars.ThekinematicswerecalculatedusingaparametricCADsoftware,DassaultSystémesSolidWorks.Wefirstprovidesufficientbackgroundonthistypeofsuspension,andthenproceedwiththemodel'sconstructionandanalysis.theresultsarepresentedanddiscussedinthecontextofworkingtowardageneralizeddescriptionofsuspensionkinematics2TheoryThecoordinatesystemusedinthisworkisthatwherethexaxisislongitudinalandpointingforward,theaxisislateralandtotheright,andthezaxisisdown.Movementofthewheelisdescribedusingthetirecontactpoint.Thebodyisfixed.Thisisapurelykinematicanalysis,withnocomplianteffects.Thepurposeofasuspensionlinkageistoprovidezdirectioncomplianceatthetirecontactarea.Thereareanumberofwaystoachievethisbehaviour.AcommonimplementationistheMacPhersonstrutsuspension.Thisconsistsofalowercontrolarm(wishbone,ortwoseparatelinksthatarefunctionallyidentical,)atierod,andastrut.Thestrutispinnedtothebodyatitstopandfixedtothewheelcarrieratitsbottom.Thestrutremovestwodegreesoffreedom(DOFs),thelowercontrolarmtwo,andthetierodone.ThisleavesthedesiredDOFforverticalcompliance.TheMacPhersonstrutsuspensioncanbedesignedinthefamiliarcontextofthefrontandsideviewvirtualswingarms[1,2].Theinstantaxisofthesuspensionisgivenbytheintersectionoftwoplanes:oneattachedatthestrut'stopandnormaltoitsaxis,andtheotherintheplaneofthelowercontrolarm.Thefrontviewinstantcenteristhepointwheretheinstantaxisintersectsayzplanethatisthroughthetirecontactpoint.ThesideviewinstantcenteriswheretheinstantaxisintersectsanxzplanethatisthroughthetirecontactpointThustheprocesscangointheoppositedirection,beginningbyspecifyingfrontandsideviewinstantcenters.Thehardpointsofthelinkagearedeterminedbasedonpackagingrequirementsandanyotherconcerns.ThefrontviewinstantcenterisestablishedusingtheparametersHT=halftrack,CC=cambercompensation,andRCH=rollcenterheight.TheseparametersareillustratedinFigure1.ThesideviewinstantcenterisestablishedthroughtheparametersSLR=staticladenradius(ofthetire),WCT=wheelcentertrajectory(antiliftangle),andCPT=contactpatch28

trajectory(antidiveangle);thesearedepictedinFigure2.Anotherparameterisrequiredtofullyspecifythelinkageinitsdesigncondition:kinematictoechange,KTC.Thisisthederivativeoftoeasafunctionoftirecontactpointverticaldisplacement.Notethattherearemyriadwaystospecifythefrontandsideviewinstantcentersandridesteercharacteristic,sotheselectionoftheseparametersisarbitrary.Fig.1DepictionofthefrontviewswingarmFig.2DepictionofthesideviewswingarmGerrard'skinematicvelocityvectorcapturesthekinematiccharacteristicsofthelinkageataparticularpointinthesuspension'stravel[2].Essentiallythetranslationalandrotationalvelocityatthetirecontactpointiscalculatedassumingaunitzdirectiontranslation.Forthefrontviewswingarm,considerthegeometryinFigure3.Theangle,θxisthewheel'srotationaboutthepositivexaxis.Fig.3CamberchangegeometryinreboundSupposetherotationalvelocityisgivenas??倀andtheparametersarethesameasthoseseeninFigure1.ThetranslationalvelocityofpointBisthusgivenby???瀀???瀀??==000HT/CC]=]Ifthezdirectionspeedisassignedaunitvalue,then,=???瀀Thesamecanbedone forthesideviewswingarm,wher=?]SLta]29

Inwhich?=taCPT?taT=taT?=taT?ta?? ta,SLR ??=taCPTFinally,forwheelrotationaboutthezaxis,=KTThus,theKinematicVelocityVector(KVV)isgivenby???????RCH/HT1CC/HT

(taT?taCPT)/SLRKTC Lengthunitsmustbeconsistentandanglesareexpressedinradians.TheKVVfullydescribesthemotionofthewheelataparticularpointinitstravelthroughbumpandrebound.TheMacPhersonstrutmodelisfortherightfrontwheelofa1998ChevroletMalibuLS.ItsgeometryisreproducedfromReference3.Fromthehardpoints,thegeometryisreplicatedinDassaultSystémesSolidWorks,asseeninFigure4.tiresizeof215/60/R15isusedforvisualizationpurposes.Eachcomponentofthesuspensionisaseparatepartandallwereputtogetherintoanassemblyfile.Fromthere,thesuspensionisconstrainedappropriately.Theinstantaxisiscalculatedbasedontheintersectionofthelowercontrolarmplaneandaplanenormaltothestrut.Anumberof``sensors''inSolidWorkswerecreatedtomeasurethefrontandsideviewparametersandthetoeangle.Thesuspensionwasmovedthroughoutitstravelbyspecifyingazdirectiondisplacementatthecontactpoint.30

Thesuspensionwasexercisedforverticalmotionovertherange[2.75,2.75]incheswithastepsizeof0.25inches.Thenegativezdirectionisbumpandthepositivezdirectionisrebound.KTCwascalculatedvianumericaldifferentiationofthetoeresults3ResultsVisualizationsofthewheelmotioninthetopview(Figure6),frontview(Figure7)andsideview(Figure8)areprovided.ThefrontviewswingarmparametersareplottedinFigures9viewinFigures1214.KTCisplottedinFigure15.Eachkinematicparameterisnormalized(dividedbyitsdesignvalue).ThetranslationalportionoftheKVVisplottedinFigure16andtherotationalportioninFigure17.31

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