摘 要

汽车的平稳性和稳定性与汽车的驾驶体验有关，因此悬架是汽车设计中的关键环节。本次毕业设计为江铃E200纯电动轿车设计了前悬架，以此来达到衰减振动，传递载荷等目的。通过对悬架的功能和组成的了解，以及多种悬架的特性对比，我们最终选用麦弗逊式独立悬架作为该款车型的前悬架。完成选择后我们对照设计手册进行了进一步的参数设计，包括了弹性元件的静挠度与动挠度的计算、弹簧刚度的校核、减振器尺寸的计算选择、导向机构的设计等等。完成了这一系列的设计后，我们采用 solidworks进行三维建模，然后将模型转化为二维的形式再在 Autocad中打开，执行尺寸，公差和其他操作以进一步完成二维图纸的制作。本次的设计过程对麦弗逊式悬架进行了详细的结构分析，让它不仅仅在平顺性上，同时在稳定性方面也有一个良好的提升。

关键词：麦弗逊式；悬架；设计

Abstract

In order to enhance the ride comfort and driving stability performance of the car, this graduation project designed a frontal suspension for the Jiangling E200 pure electric car to attenuate vibration and transfer load. Through the understanding of the function and composition of the suspension and the comparison of the characteristics of various suspensions, we finally chose the McPherson independent suspension as the frontal suspension of this model. After the selection, we conducted further parameter design against the design manual, including the calculation of the static deflection and dynamic deflection of the elastic element, the check of the spring stiffness, the selection of the size of the shock absorber, the design of the guide mechanism, and so on. After this series of designs was completed, we used solidworks for 3D modeling, then we imported 3D models into 2D graphics and imported them into Autocad for dimensioning and further 2D graphics production. The detailed design analysis of the McPherson suspension in this design process has resulted in a good improvement in ride comfort and stability.

Key Words：Mcpherson; Suspension; Design

目 录

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究目标及主要工作

第二章 悬架的功用及分类

2.1 悬架的功用

2.2 悬架系统的组成

2.3 悬架的类型及特点

2.4 匹配车型前悬架的选择

第三章 悬架的参数设计

3.1 悬架挠度fc的设计

3.1.1悬架静挠度fc的设计

3.1.2 悬架动挠度fd的设计

3.2 悬架刚度计算

3.3 悬架弹性特性

3.4 弹性元件的计算

3.4.1 螺旋弹簧的形式及材料的选择

3.4.2 弹簧直径及刚度的设计

3.4.3弹簧其他参数设计

3.4.4 弹簧的校验

3.5减振器设计

3.5.1 确定相对阻尼系数

3.5.2 确定阻尼系数

3.5.3 最大卸荷力F₀的确定

3.5.4确定筒式减振器的工作缸直径D

3.6 导向机构的设计

3.6.1导向机构的布置参数

3.6.2麦弗逊式独立悬架导向机构设计

3.7横向稳定器的设计

第四章 麦弗逊悬架的三维建模

4.1 螺旋弹簧的建模

4.2减振器的建模

4.3弹簧支承座的建模

4.4 转向节的建模

4.5 连接件的建模

4.6 导向机构建模

4.7 悬架总成

参考文献

致谢

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

汽车作为如今生活必不可少的工具，其舒适性、安全性以及驾驶操控性越来越被重视。底盘的核心总成有许多，而悬架正是其中之一，它的结构与尺寸往往也会决定了汽车的操纵稳定性和行驶平顺性^［1］。悬架是车辆底盘驱动系统的一部分。不仅仅有将载荷传递的作用，还有将冲击进行缓冲、衰减所受到的振动的功能。经过数百年的改动和改善，现代的汽车已经有了多种多样悬架形式，但从最基本的本质来看，它由三部分组成：弹性元件，减振装置和导向机构^[2]。

这次江铃e200电动车的悬架是这次设计的。还要增加变速箱、驱动机构、差速器等^［3］，所以最适合的就是麦弗逊式。麦弗逊式悬架是一种独立悬架，其结构相对简单。麦弗逊风格由摆臂和烛台组合而成。减振器作为一种可以滑动的支柱，它与下摆臂通过球头销等连接件进行联结。与其他悬架系统相比，它布局紧凑，性能好，操作稳定性好^[4]。虽然麦弗逊式悬挂系统所需要的技术要求并不是最强的，但它使用寿命很长，性价比较高，并且能很好的适应各种各样的路况。

1.2 国内外研究现状

国内对该类悬架随着时间推移有着不同的研究进展：2006年，吉林大学的宣圣一通过收集和总结暂停的信息，为麦克弗森暂停制定了知识体系。悬架的未知硬点参数可以从已知的硬点坐标中推断出来，然后通过ADAMS软件进行运动学仿真分析。以此找到了前轮定位参数在车轮纵向运动中时的变化规律，然后进一步设计相关实验，对得到的规律进行分析和优化，使它初步满足了设计要求^［5］。2006年，武汉理工大学武汉兵根据多体动力学理论，利用仿真软件ADAMS完成了汽车原型模型的构建。完善了提高平顺性的方法，让整车的设计与开发拥有了相对详细的参考^［6］。为进一步优化悬架，2008年西南交通大学郭伟研究了前轮定位参数对车辆稳态转向特性的影响。采用仿真软件完成汽车悬架原型模型的建立，完成车辆操纵稳定性的试验和仿真分析。以此为基点对悬架的运动学灵敏度有了更深入的分析并完成了其构造上的优化设计^［7］。2009年，武汉科技大学廖立成以多体系统动力学理论为起点，试图缓解目前轮胎易磨损损坏的状况。他将四轮定位参数设定为目标函数，变量则是导向机构的一些结构点的坐标，用 ADAMS对其完成了一些列仿真实验，这样就可以实现悬架导向机构的优化设计，取得了良好的效果^[8]。2015年，金陵科技学院以电动汽车的麦弗逊式前悬挂为研究对象，采用多体动力学软件ADAMS / Car建立了悬挂系统的虚拟样机测试模型。得出双轮同向激励下的仿真结果;采用改进的非支配排序遗传算法NSGA-II对悬架系统进行多目标优化，得到了定位参数的Pareto最优解集合，说明了悬架结构设计的合理性。将优化前后的麦弗逊悬架仿真装配到整车中进行转向回正性试验，得出操纵稳定性仿真曲线。结果表明，优化悬架系统具有良好的运动特性，有效提高了车辆的操纵稳定性^[9]。同年，上海大学尹汉奇以多体动力学相关理论为研究基础，采用ADAMS软件研究汽车为研究对象。在ADAMS中使用CAR模块完成了七个相关系统模型的构建，包括悬架系统，制动系统和动力总成系统。最后将整车的动力学模型建造出来^［10］。

而国外也对麦克弗森悬架进行了广泛的研究：1994年C.H.Suh进行了麦弗逊悬架机构中球-圆（SC）连杆的合成与分析。在这个特殊的SC连杆中，圆柱形关节轴线穿过球形关节，这种类型的SC连杆尚未被研究。所开发的公式适用于空间机构设计 - 麦弗逊式悬架^[11]。2004年，Carlos Vera等人。介绍了一个三维模型的运动学行为的麦克弗森型转向悬架。根据系统的运行因素，提出了一种通用的方法来确定影响车辆操纵的主要参数（脚轮，外倾角，转向角等）^［12］。2011年Bart L.J Gysen等人研究了用于汽车应用的直接驱动电磁主动悬架系统的效率和功耗。考虑一个麦弗逊式悬架系统，其中支柱由直接驱动的无刷管状永磁致动器与被动弹簧和阻尼器并联组成。这种悬挂系统既可以施加主动力，又可以由于施加的运动而再生动力^［13］。2012年Jorge Hurel等人研究了用于运动学和动力学仿真的麦弗逊悬架的非线性二维建模。使用Matlab-Simulink的模型的实现，其动力学和运动学已通过用Adams View程序开发的实际二维模型进行验证^［14］。2017年 Jorge Hurel等人发表了《 Determination of the equivalent parameters for modelling a McPherson suspension with a quarter-car model》介绍了用四分之一车模型确定麦弗逊悬架的等效参数^[15]。

1.3 研究目标及主要工作

完成江铃e200电动汽车前悬架的设计与计算：确定麦弗逊式悬架的主要参数，（1）螺旋弹簧的设计;弹簧材料的选择；弹簧受力及变形；弹簧几何参数的计算；计算结果处理（2）横向稳定杆的设计和计算：稳定杆的作用（3）减震器的设计和选择：减震器类型，主要性能参数的确定以及主要尺寸的确定。我将使用solidworks绘制三维地图，然后使用Autocad创建二维地图。

第二章 悬架的功用及分类

2.1 悬架的功用

今天的汽车由许多组件组成，悬架就是其中之一。它是轮子和承重体之间传力装置的名称。它的主要功用有：