摘 要

悬架是汽车上一个基本且重要的零部件。作为全功率燃料电池汽车前悬架系统设计，本文从匹配选型、设计计算和ADAMS同向轮跳分析等方面对燃料电池汽车悬架设计进行了介绍。说明书在几种常用的前悬架中，通过对比分析选择麦弗逊悬架作为设计对象，参考部分电动车和燃料电池汽车，根据燃料电池汽车特性在传统麦弗逊悬架的基础上，主要对横向稳定杆、螺旋弹簧、导向机构以及减振器进行再设计计算；根据设计数据用CATIA建立燃料电池汽车悬架的三维模型；应用ADAMS对燃料电池汽车悬架进行运动学仿真，分析了同向轮跳时车轮定位参数和轮距的变化情况，从而对所设计的悬架进行评价。

关键词：麦弗逊悬架；ADAMS分析；燃料电池汽车

Abstract

Suspension is an important and basic assembly of chassis. As the front suspension system design of full power fuel cell vehicle, this paper introduces the suspension design from the aspects of suspension selection, calculation and simulation. Firstly, the manual lists several common front suspensions, and selects the McPherson suspension as the design object through comparative analysis. According to some electric vehicles and fuel cell vehicles and the characteristics of fuel cell vehicles, on the basis of the traditional McPherson suspension, it mainly redesigns and calculates the spiral spring, shock absorber, guide mechanism and lateral stabilizer bar. Then it builds the three-dimensional model by using CATIA. The kinematics simulation of fuel cell vehicle suspension is carried out by using ADAMS, and the changes of wheel alignment parameters and track width are analyzed when the wheels are jumping in the same direction, so as to evaluate the designed suspension

Key Words: McPherson suspension; Adams analysis；fuel cell vehicle

目 录

第1章 绪论 1

1.1 选题背景意义 1

1.2 国内外现状 1

1.3 课题研究内容 2

第2章 悬架方案分析 4

2.1悬架概述 4

2.2悬架选型 5

2.2.1 双横臂式独立悬架 5

2.2.2 双叉臂式独立悬架 6

2.2.3 多连杆式独立悬架 6

2.2.4 麦弗逊式独立悬架 6

2.3 结论 7

第3章 悬架设计参数 9

3.1 初始设计参数 9

3.2悬架的弹性特性 9

3.2.1悬架频率的选择 9

3.2.2 刚度计算 10

3.2.3 悬架挠度计算 10

3.3 本章小结 10

第4章 麦弗逊悬架零件设计 11

4.1 螺旋弹簧设计 11

4.1.1 弹簧的受力 11

4.1.2 弹簧主要参数 11

4.1.3其他参数计算 13

4.2 减振器设计 13

4.2.1 双筒式减振器工作原理 14

4.2.2减震器参数 15

4.3 横向稳定杆设计 18

4.3.1 横向稳定杆的作用 18

4.3.2 横向稳定杆参数的选择 18

4.3.3 侧倾角校核 19

4.4 导向机构设计 20

4.4.1 设计要求 20

4.4.2导向机构布置参数 21

4.5 悬架三维模型 23

4.6 本章小结 25

第5章 ADAMS悬架跳动分析 26

5.1 建模 26

5.2 分析车轮同向跳动 28

5.2.1 前束角 28

5.2.2 车轮外倾角 29

5.2.3 主销后倾角 29

5.2.4 主销内倾角 30

5.2.5 轮距 31

5.3 本章小结 31

第6章 结论 32

参考文献 33

致谢 34

第1章 绪论

1.1 选题背景意义

汽车已经逐渐成为日常生活的必需品，每年数量都以千万的速度递增，这也就导致了目前常被人诟病的尾气排放，另外能源问题也一直为汽车发展敲响警钟，在这两个严峻的大背景下，新型能源汽车开发成为各国厂商研发的重点，燃料电池以其独特的优势占有一席之地。氢气作为一个清洁可持续的燃料，氢燃料电池汽车是环境友好型新能源汽车^[1]，与纯电动汽车相比，具有不需要长时间充能而且续驶里程长、动力性高的特点，是2l 世纪最有发展前景的新能源环保型汽车。根国际能源署预测2030世界汽车销量的 2%-3%将有氢燃料电池汽车占据，2050 年，其比重将进一步提高到 15%左右^[2]。所以说氢燃料电池汽车在未来的汽车市场中将占据重要位置。

悬架作为现代汽车的基本总成之一，它在传递车轮和车身之间的一切力和力矩的同时，还要做到缓和路面冲击载荷，并快速衰减振动，以满足乘客对行驶平顺性和舒适性的要求。不过现在大多燃料电池汽车除了动力部分外，其他结构都是借用传统汽车的，本题将基于传统悬架系统，根据燃料电池本身特性、结构布置等方面因素，重新设计计算悬架的弹性元件、阻尼元件和导向机构等零件，以满足使用要求。所以说本题具有一定的实际的意义，同时也迎合了时代发展的需求。

1.2 国内外现状

研究氢燃料电池汽车以有半个多世纪，目前已经有较大的实用价值。1968 年，通用汽车公司推出上第一款真正意义上的氢燃料电池汽车，自此，燃料电池汽车成为汽车大家族中的一员，各大汽车公司和研究机构陆续加大对燃料电池研发的力度^[3]。特别是近些年来，氢燃料电池汽车方面频频传来喜人的消息，其中德国就对其基础设施建设作了规划，在2012，德国政府、奔驰和大众就联合宣布要共同建立氢燃料加注网络，到 2015 年建成1000 个加氢站；在技术方面，现代汽车公司从2000年开始，在接下来十三年中完成了三次氢燃料电池的研发，收个有批量生产氢燃料电池汽车的厂商诞生。2016 年 3 月 10 日，本田汽车公司推出首款量产版的氢燃料电池汽车—Clarity Fuel Cell，并推向市场，该款氢燃料电池汽车充气时间只需三分钟，单次充气最高续航里程达到 750 公里^[4]，这进一步增强了氢燃料电池汽车的实用性。迄今为止，我国投入了十几年时间在氢燃料电池汽车技术的攻关与研发上成果显著，从一无所有到现在已经初步具备了小批量生产的条件，但我国的技术与顶尖燃料电池汽车技术仍存在不小的差距，首先是在燃料电池堆和整车性能方面，其次对于氢的制取储存也稍显不足，另外整车成本也不占优势。总而言之，全球从未对氢燃料电池汽车的研究，有不少喜人的成就，但是目前仍受配套基础设施和氢气高效生产、存储、运输等因素制约，市场接受度不高，反过来影响了它的发展未来还需进一步发展完善。

自1886年汽车诞生以来，对悬架的研究从未停止，弹性元件、导向机构和减振器的种类不断增多，悬架形式也不断丰富。如今，汽车已不单是一种交通工具，市场对其的舒适性的要求逐渐提高，不过道路交通的发展使得汽车车速有了很大的提高，以往的被动悬架已经不能满足高舒适性需求。为此能兼顾舒适和操纵稳定的主动悬架诞生，不过技术难于突破而且造价不菲，在汽车上没有得到广泛应用。半主动悬架从改变阻尼来提升性能，没有复杂的执行机构，所以造价不高，而且对整车动力几乎不会有影响，所以市场接受高，研究机构和厂商也愿意取去进一步研究，其技术在上个世纪后期就趋于成熟，在轿车上应用的反向较好。但就我国而言，对于此类技术研究起步晚、研究机构少，目前仍以被动悬架为主。