摘 要

悬架在结构上用于连接车身（或车架）与车轮（或车轴），是汽车的一个重要部件集成，负责车轮与车架之间的所有力和力矩的传递，能缓和不平路面带来的冲击，并且能衰减振动，保证车辆行驶平稳、乘客乘坐舒适。悬架传递特性的好坏直接影响汽车平顺性和操纵稳定性，悬架性能优化了，汽车的整车性能也就改善了。

本次主要对纯电动SUV的悬架系统进行设计，并进行分析。首先对悬架类型及特性进行了了解，并对前后悬架总体方案进行设计；其次对悬架关键部件（弹性元件、减振器等）设计计算，并进行校核；最后运用Catia进行实体建模并用动力学分析软件Adams对悬架系统进行运动分析。

关键词：悬架；麦弗逊；扭转梁；计算机仿真

Abstract

Suspension used to connect the body (or frame) and the wheel (or axle) on the structure.It is an important assembly of the car which is responsible for transmiting the power and torque between the wheel and the frame.It can ease the impact of uneven road, decay vibration, and ensure drive smoothy and comfortable of passengers. Suspension transmission characteristics directly affect the car ride comfort and handling stability.Suspension performance is optimized, then the performance of the vehicle improved.

The design is mainly for suspension system of eccentrical motor driven SUV, Improving the performanceby analysis of optimization.First of all, try to understand the type and characteristics of the suspension,then to design the front and rear suspension.Secondly,Designe and calculate the key components of the suspension such as spring,struct and so on.Finally, Use catia to model the suspension system and analyze it with simulation software.

Key Words: suspension; mcpherson; twisted beam; computer simulation

目录

第1章 绪 论 1

1.1课题研究的意义与背景 1

1.2悬架的发展历史和现状 1

1.3悬架的发展趋势 2

1.4课题的主要研究内容和目的 3

第2章 悬架结构分析 4

2.1悬架类型 4

2.2独立悬架的类型分析 5

第3章 悬架参数计算 7

3.1悬架的总体方案要求 7

3.2悬架主要性能参数 7

3.2.1悬架偏频与静挠度 7

3.2.2悬架动挠度 8

3.2.3悬架的工作行程与弹性特性 8

3.2.4悬架侧倾角刚度在前后轴分配 9

第4章 悬架零件设计 10

4.1弹性元件设计 10

4.1.1螺旋弹簧的选择 10

4.1.2结构参数设计 11

4.1.3弹簧参数校核 11

4.2减振器设计 12

4.2.1减振器介绍 12

4.2.2减振器主要性能参数 12

4.2.3主要尺寸参数确定 15

4.3导向机构设计 16

4.3.1导向机构布置参数 16

4.3.2导向机构受力分析 18

第5章 后悬架其他设计 19

5.1扭转梁的布置 19

5.2拖拽臂 19

5.3橡胶衬套 20

第6章 三维建模与仿真分析 21

6.1CATIA介绍 21

6.2零件模型建立 21

6.3悬架总成装配 22

6.4基于ADAMS的运动仿真 23

参考文献 28

致谢 29

第1章 绪 论

1.1课题研究的意义与背景

汽车做为现代人们生活不可缺少的交通工具，其发展是一个漫长的过程，至今有一百余年，不管从技术、外形、零配件、舒适度都在不断地创新改造。现在的汽车技术各方面已经相对成熟，汽车的产销量也越来越高，这不仅改变了人们的生活方式，还带来了很大的便利。

随着汽车保有量的逐年上升，传统的内燃机汽车排放造成的环境污染问题和广泛使用石油资源造成的石油紧缺。目前各国竞相开发新能源燃料汽车和纯电动汽车。纯电动汽车可以实现零排放、结构简单、噪声小，相信在未来汽车发展有很好的前景^[1]。SUV是Sport Utility Vehicle的缩写，意思是运动型多用途汽车，是近年来非常畅销的车型。相比于以往的普通轿车，SUV有更好的舒适性、动力性和越野性，拥有较大的乘坐和载物空间，可以说是轿车与越野车的融合体。SUV作为近来汽车市场的一支重要力量，其发展前景也是极为乐观的。

悬架系统是车身与车轮之间的一个连接系统，当汽车在地面上行驶，会因地面的不平产生振动冲击，这些振动激励一小部分被轮胎吸收，其余大多数是依靠悬架装置来吸收传递的。悬架作为汽车传递力与力矩的总成，它的工作性能将直接影响车辆的整体性能，包括操纵稳定性与乘坐舒适性^[2]。SUV相比普通轿车对舒适性要求更高，所以悬架系统的设计就尤为重要。要求悬架不仅仅要有良好的减振缓冲效果，还要求它有一定的隔声能力。此外，还应该保证汽车在特殊工况下有一定的抗侧倾能力和抗纵倾能力，有良好的行驶平顺性和操纵稳定性^[3]。

1.2悬架的发展历史和现状

早在马车时代，人们就开始对悬架进行探索，出现了最早的悬架模型，即叶片弹簧，并一直延用直到螺旋弹簧出现才被代替。汽车发明后，对悬架的研究才算真正开始。20世纪30年代，出现了首个被动悬架，所采用的弹性元件为螺旋弹簧。经过研究发展，这种被动悬架很快被运用于各种车辆。被动悬架的特点是它的性能参数在设计过程就已经确定，在汽车行驶过程中保持不变^[4]。因此，在复杂工况下，减振缓冲效果不佳。面对这种情况，设计师们开始用非线性刚度弹簧来解决，虽然有一些改善，但仍然无法根本解决被动悬架无法调节参数的弊端，目前被动悬架只能运用于中低端轿车上。

由于被动悬架的局限性，人们就开始探索研究新型的悬架。20世纪50年代，美国的通用汽车公司首先提出主动悬架并展开研究。相比于被动悬架，主动悬架不同的地方在于它的性能参数是可调节的。使得汽车在任何工况下，悬架都可以根据实际情况，保持在最佳工作范围^[4]。20世纪80年代，很多的汽车企业都着手开发研究这种悬架，并且获得了比较成功的实践效果。装载了主动悬架的汽车，在复杂路况以较高速行驶时，汽车能平稳行驶，乘坐舒适。但也有其局限性，结构复杂、能量消耗大、成本较高。由于我国的汽车行业起步较晚，悬架的研究自然也就落后于西方发达国家。目前我国还是以被动悬架运用为主。西方等发达国家对半主动悬架的研究以趋于成熟，虽然主动悬架提出较早，但是由于结构、技术复杂，一直没有取得很有效的进展。目前国内仅有少数研究机构在进行主动悬架的研究。

20世纪90年代起，伴随着计算机技术的发展，计算机辅助软件可以进行建模仿真，对于汽车悬架的研究发展可以说是帮了一大忙。其实不单单只是对汽车悬架有关键作用，对整个汽车行业设计研发水平都有很大的提升。大大降低了新车型的研发周期。对悬架总成设计而言，模型建立、仿真分析技术、反求工程都已经推广使用^[5]。

1.3悬架的发展趋势

为了满足汽车行驶的平顺性和稳定性，具备工作高效可靠、性能稳定、智能的悬架将会是汽车悬架的未来发展方向。

被动悬架是由纯机械构件组成的结构，其刚度与阻尼都是不能调整的。它仅可以在特定的路面条件下，有较佳的工作性能。但是由于其结构简单、工作稳定，对它的研究也比较成熟，再加上成本较低又不耗能。因此，在国内的低端车型上还广泛运用，被动悬架还是有一定的研究价值。被动悬架上的研究主要放在这三个方面。一是对设计出的或者已有的悬架总成在计算机辅助软件上建立数学模型，再用仿真软件加以分析优化，或者用有限元找出其最佳的性能参数。再就是对研究可变刚度的弹性元件或者可变阻尼的减振器，保证汽车悬架在大多数道路工况下都可以在合理的工作范围内，使得汽车良好的特性。第三方面就是研究悬架上的导向机构。使得汽车在保证平顺性下，又能 同时兼顾悬架的稳定性。

半主动悬架的发展得益于技术的发展和工艺的提高。才使得可控悬架得以面世。对悬架进行智能地控制，可以根据不同路况信息，适时调节悬架阻尼，使悬架保持在良好状态。半主动悬架的性能优于被动悬架，但相比主动悬架还是稍逊色。由于主动悬架和被动悬架有个自的局限性，所以半主动悬架将会是悬架未来的主要发展方向。半主动悬架的阻尼调节方式有两种，一种是切换阻尼式，一种是连续可调式^[2]。按效果来说，肯定是希望连续可调式比较好，可以在任何工况下，都使悬架处于最佳工作范围。连续可调式的调节方式有两种，一个是调节节流阀面积调整大小，一个是电流变或者磁流变调节阻尼。前面一个技术比较成熟，后面那个属新兴技术，有待研发，应该会成为未来比较适用的半主动悬架形式。