摘 要

悬架随着汽车设计技术的不断进步，展现出了越来越大的发展潜力。汽车的平顺性、操纵稳定性和车身稳定性都与悬架的品质有密切的关系，而且现代人们对汽车的乘坐舒适性和操纵稳定性要求越来越高，因此，对悬架的设计和研究有非常重大的现实意义。

首先，介绍了悬架的组成和功用，分析了独立悬架和非独立悬架的优缺点，并针对大众新捷达车型进行了悬架的选型——麦弗逊悬架。进而根据大众新捷达轿车的总布置参数，对麦弗逊悬架的各个部件进行了设计。

其次，根据已经设计好的各个部件的数据，在CATIA软件中建立了麦弗逊悬架的各个部件模型。之后进行了装配分析，完成了麦弗逊悬架虚拟模型的装配。

再次，基于ADAMS/car虚拟样机运动仿真模块，建立了麦弗逊悬架的运动机构，并定义了悬架各个部件之间的装配约束和运动副，完成了麦弗逊悬架仿真模型的建立。

最后，基于ADAMS/insight模块对麦弗逊悬架的各个硬点进行了灵敏度分析，得出各硬点坐标对悬架参数的影响因子，选出影响较大的变量对悬架参数进行优化设计。

关键词：麦弗逊悬架；结构设计；运动仿真；优化设计

Abstract

Suspension with the continuous progress of automotive design technology, showing a growing potential for development.The comfort of vehicle ride, handling and stability and body stability are closely related with the quality of the suspension, and modern people have an increasingly high demand on the comfort of automobile ride and handling stability. Therefore, research and design of the suspension have a very important practical significance.

Firstly, the composition and function of the suspension, independent suspension and analyze the advantages and disadvantages of non-independent suspension, and for the new Volkswagen Jetta has been the selection of the suspension - McPherson suspension. Further according to the total layout parameters of the new Volkswagen Jetta sedan, the various components McPherson suspension has been designed.

Secondly, according to the data of each component, the model of the Mcpherson suspension is established in the CATIA software. After the assembly analysis, the assembly of the virtual model of the Mcpherson suspension was finished.

Again, based on ADAMS / car motion simulation of virtual prototype module built McPherson suspension kinematics and defined between the various components of the suspension assembly constraints and deputy campaign, completed the establishment of McPherson Suspension Simulation Model .

Finally, based on ADAMS / insight for each module McPherson suspension hard points were the sensitivity analysis, the coordinates of each hard suspension parameters influencing factors, elected a greater impact variables to optimize the design parameters of the suspension .

Keywords: McPherson suspension; structural design; motion simulation; optimization design

目录

摘要 I

Abstract........................................................................................................................................................Ⅱ

第1章 绪论 1

1.1悬架设计的背景和意义 1

1.2悬架研究现状 1

1.3悬架设计的研究内容和预期目标 3

第2章 大众新捷达轿车悬架的选择 4

2.1悬架的组成和功用 4

2.1.1导向机构 4

2.1.2弹性元件 4

2.1.3梯形机构 5

2.1.4阻尼元件 5

2.1.5稳定装置 5

2.2悬架的设计要求 5

2.3悬架的结构分析及选型 6

2.3.1悬架的分类 6

2.3.2独立悬架优缺点分析 6

2.3.3非独立悬架优缺点分析 7

2.3.4悬架的比较选型 7

2.4独立悬架的分类分析和选型 7

2.4.1双横臂式独立悬架 7

2.4.2麦弗逊式独立悬架 7

2.4.3单横臂式独立悬架 8

2.4.4单纵臂式独立悬架 8

2.4.5斜置单臂式独立悬架 8

2.4.6比较选型 8

第3章 麦弗逊式悬架的主要参数的确定 9

3.1悬架的总体布置方案 9

3.2悬架的弹性特性和工作行程 9

3.2.1悬架偏频的选择 9

3.2.2悬架的工作行程 10

3.2.3悬架的弹性特性 11

第4章 麦弗逊式悬架主要零件的设计 13

4.1 螺旋弹簧的设计计算 13

4.1.1螺旋弹簧的材料选择 13

4.1.2计算空载前悬架刚度 13

4.1.3计算满载悬架刚度 14

4.1.4螺旋弹簧的受力及变形 14

4.1.5计算弹簧簧丝直径 17

4.1.6确定弹簧参数 17

4.1.7螺旋弹簧刚度校核 17

4.1.8螺旋弹簧剪切应力校核 17

4.1.9小结 19

4.2导向机构的设计 20

4.2.1导向机构受力分析 20

4.3 减震器的选型和主要参数的确定 21

4.3.1减震器的分类 21

4.3.2双筒式减震器的工作原理 21

4.3.3减震器相对阻尼系数ψ 22

4.3.4减震器阻尼系数δ 22

4.3.5减震器最大卸荷力F₀的确定 23

4.3.6减震器主要尺寸的选择 24

4.3.7小结 25

4.4 横向稳定杆的设计 26

4.4.1横向稳定杆的作用 26

4.4.2横向稳定杆的设计计算 26

第5章 麦弗逊悬架的CATIA建模 28

5.1螺旋弹簧模型的建立 28

5.2减震器模型的建立 28

5.3立柱模型的建立 29

5.4下摆臂模型的建立 29

5.5横向稳定杆模型的建立 30

5.6螺旋弹簧上支座模型的建立 31

第6章 基于ADAMS的麦弗逊悬架仿真优化 32

6.1麦弗逊悬架模型的建立 32

6.2建立麦弗逊悬架试验台模型 33

6.3麦弗逊悬架Kamp;C特性仿真分析 33

6.3.1前轮外倾角 34

6.3.2主销后倾角 35

6.3.3主销内倾角 35

6.3.4前轮前束 35

6.4麦弗逊悬架优化模型的建立 36

6.4.1 目标函数 36

6.4.2 约束条件 36

6.4.3设计变量 36

6.4.4优化步骤 36

6.5麦弗逊悬架优化结果 37

6.5.1灵敏度分析结果 37

6.5.2仿真分析结果 38

6.5.3优化结果前后对比 40

第7章 总结与展望 44

7.1本文总结 44

7.2研究展望 44

致谢 45

参考文献 46

第1章 绪论

1.1悬架设计的背景和意义

汽车工业是我国的支柱型工业，也是一个国家工业成长程度的重要体现。大力提高我国汽车产业的竞争力，不单单可以有效的提升我国的综合国力，而且还可以发动汽车相关产业的飞速成长。是否有自身独立的开发产品和创新的能力是衡量一个国家工业发展程度的唯一尺度。

底盘设计、车身设计、发动机设计是整车开发的核心部分。我国在底盘设计开发起步较晚，设计开发技术和制造水平与海外先进国家对比还存在很大差距。目前，国内多半自主品牌的汽车公司都不具备悬架系统的独立设计和开发能力，多为借鉴外国技术进行设计或在国外悬架的基础上进行改进。由于汽车研究起步较晚，很多企业对悬架系统理当怎样选型，悬架定位参数理当如何确定等诸多关键问题均不精熟。固然引进海外现有技术是消化和迅速追赶国外先进技术最快捷的方式，然而国内企业应该是在引进技术的同时，积极吸纳和理解海外的设计理念和原理，开拓出属于自身的汽车产品。只有具备了自主研发的意识，才能有不断推陈出新的动力，才能使我国的汽车产业走向巅峰。

在汽车产业不断成长的今天，人们不仅对汽车的安全性和稳定性有了新的更高的要求，并且对汽车的舒适性和平顺性的要求也更为严苛。图1-1是整车悬架图，悬架作为汽车上的重要总成之一，对缓和汽车通过不平路面时的冲击，衰减由此产生的对承载系统的振动，保证和提高汽车行驶的平顺性有重要的意义^[1]。我们设计出的品质更高的悬架，一方面可以提高乘员乘坐的舒适性，另一方面也对汽车的安全和稳定有了更好的保障。