摘 要

汽车悬架的性能直接关系到汽车的操纵稳定性和行驶舒适性等非常重要的动力学指标，同时还与安全性和经济性息息相关，它是汽车结构中需要重点研究和改进的系统。其中，麦弗逊悬架以其结构优势和相对较低的制造成本，被大量应用于轿车的前悬架中。因此，汽车悬架的设计与分析，是备受人们关注的课题。

本文针对起亚YQZ7140型轿车，利用CATIA软件建立了麦弗逊悬架的三维模型，根据有关国家标准和结构特点，对其基本结构和关键零部件进行参数的选取和设计计算，再结合其基本参数，利用ADAMS/CAR建立虚拟样机模型，对悬架的相关性能进行仿真分析，从而对悬架结构进行优化。

设计过程主要分为悬架主要参数的确定、悬架弹性元件的设计、悬架减振器的设计、悬架导向机构的设计以及横向稳定杆的设计。

关键词：麦弗逊悬架，设计计算，建模，仿真分析

Abstract

The performance of automobile suspension is directly related to the vehicle’s handing stability and ride comfort, which are very important dynamic indicators, but also closely related to safety and economy. It’s the system needs to focus on the research and improvement. Among them, McPherson suspension has been widely used in the car’s front suspension with its structural advantages and relatively low manufacturing costs. Therefore, the design and analysis of automobile suspension is a subject of great concern.

In this paper, aiming at the model KIA YQZ7140, the 3d model of McPherson suspension is established by using CATIA software. According to relevant national standards and structural characteristics, the parameters of its basic structure and key parts are selected, designed and calculated. Combined with its basic parameters, the ADAMS/CAR virtual prototype model was established to simulate and analyze the related performance of the suspension, so as to optimize the suspension structure.

The design process is mainly divided into the determination of the main parameters of the suspension, elastic element design, shock absorber design, guide mechanism design and lateral stabilizer rod design.

Key Words: McPherson Suspension, Design Calculation, Modeling, Simulated Analysis

目录

第1章 绪论 1

1.1研究背景及意义 1

1.2国内外研究现状分析 1

1.3研究内容及目标 2

第2章 悬架结构分析及设计 2

2.1前悬架设计要求 3

2.2悬架结构方案选型 3

2.3悬架主要参数的确定 4

2.3.1整车参数 4

2.3.2悬架的频率 5

2.3.3悬架的工作行程 5

2.3.4悬架的刚度 6

第3章 悬架主要零部件的设计和计算 7

3.1悬架弹性元件设计 7

3.1.1螺旋弹簧刚度、受力和变形 8

3.1.2螺旋弹簧材料的选择 8

3.1.3弹簧几何参数的确定 9

3.1.4螺旋弹簧的校核 10

3.2悬架减振器设计 11

3.2.1相对阻尼系数 13

3.2.2减振器阻尼系数 13

3.2.3减振器最大卸荷力 14

3.2.4减振器工作缸直径 14

3.3悬架导向机构设计 16

3.3.1悬架中心和力矩中心 16

3.3.2换算线刚度和角刚度 17

3.4横向稳定杆设计 18

3.4.1横向稳定杆参数的选择 18

3.4.2横向稳定杆的角刚度计算 19

第4章 ADAMS建模及多体动力学分析 20

4.1 ADAMS软件介绍 20

4.2设计确定前悬架硬点坐标 20

4.3前悬架系统建模与仿真 20

4.4前悬架相关参数变化曲线分析 22

4.4.1车轮前束角 22

4.4.2车轮外倾角 22

4.4.3主销后倾角及主销后倾拖距 23

4.4.4主销内倾角和主销内倾偏移距 24

4.4.5侧倾中心高度 25

4.4.6转向角 26

4.4.7侧倾转向系数 26

4.4.9轮距变化 27

4.4.10抗制动点头能力 27

4.4.11抗驱动抬头能力 28

第5章 结论 29

参考文献 30

附 录 31

致谢 40

第1章 绪论

1.1研究背景及意义

从1970年至今，随着社会经济和科学技术的不断进步不断发展，汽车已成为人们生活中不可缺少的代步工具。全球汽车生产的数量在不断上升，各种型式和规格的汽车不断涌现，以满足人们丰富多彩的社会经济生活。经过一百多年的改进和创新，汽车已经成为现代社会最重要的交通工具之一。但是，由于汽车的普及和人们生活水平的提高，人们对驾驶舒适性和经济性的要求也越来越高，这在一定程度上也影响了悬架技术的发展。悬架的性能是影响整车性能的重要因素之一，是保证整车质量的重要前提，因此，对悬架的研究具有重要的理论意义和现实意义，而且也受到了广泛的关注。

汽车的悬架系统是连接路面和车身的桥梁，它是车辆行驶系统的关键组件。它一般是由阻尼器、弹性元件和力传递装置组成的，具有传力、导向、缓冲和减振的作用，同时还可以隔离由地面与轮胎产生的噪声，控制并改善车轮运动，是确定车轮定位参数变化和轮胎寿命的关键因素。汽车悬架的质量不仅仅与汽车的平顺性、操纵稳定性有着密切的关系，还能够影响汽车的动力性能和某些零部件的寿命。

1.2国内外研究现状分析

国外的一些发达国家对汽车悬架系统相关领域的研究早在上世纪三十年代就开展了大量的探索，并取得了突破性的发展，开始将独立悬架应用于汽车的前悬架设计中。国内的学者在悬架方面的研究也不甘落后，在条件较为落后的情况下仍取得了突破性的进展。悬架的发展非常迅速，全新的悬架装置不断被设计出来，并应用于各种车型当中。按照结构形式的不同，可以将汽车悬架分为三类，即独立悬架、半独立悬架和非独立悬架。对于非独立悬架，其同一车桥的两侧车轮是安装在同一根车轴上的，一般用于总质量比较大的商用车上，某些乘用车的后悬架也采用非独立悬架，这种结构的悬架结构较为简单，并且成本低，但是乘坐时的舒适性较差，如解放CA1091的前悬架、南京柯维依的轻型货车的后悬架，都采用了不同形式的非独立悬架；而独立悬架的两侧车轮，则是分别通过不同的悬架，再与车身相连接，目前大多数乘用车的前悬架都是采用的独立悬架，其中最常见的是麦弗逊悬架，麦弗逊悬架结构简单紧凑、延伸性较好、制造成本低，如保时捷911和BMW M3的前悬架都是采用这种结构的独立悬架。

麦弗逊悬架的发展与研究已经较为成熟，是一款较为经典并且应用广泛的悬架结构，其内侧的空间较大，有利于装车和发动机的布置，但是刚度小、稳定性较差，会对乘坐舒适性有不利的影响，可加装横向稳定杆，加强刚度，其他的一些缺点也可以通过合理调整杆系的布置情况而得到改善。

在悬架的多体动力学分析方面，随着ADAMS等软件的逐步成熟和完善，各种优化设计理念和研究手段也应运而生，例如美国的“K2试验台”和非线性自由度理论，以及多种遗传算法，可以针对悬架的复杂工况进行优化，利用ADAMS可以建立完备的悬架模型，改进悬架与整车的匹配，随后虚拟样机技术的发展与进步，使得产品的分析和测试周期大幅缩减，提高了产品设计和生产的效率。但是目前的研究方法往往较为复杂，需要借助复杂的数学模型和设计、计算方法，在建立悬架模型时需要进行相应的简化，不能反映车辆的实际情况，并且各目标函数之间存在矛盾，不可能同时达到最优解，使得结果有一定的不准确性，不能完全各协调目标函数之间的关系。

1.3研究内容及目标

本设计的题目是某7140型轿车前悬架设计及多体动力学分析，首先需要完成的是前悬架的方案选型，经过调研和分析，本次设计选用麦弗逊悬架作为前悬架的设计方案。随后需要完成主要成分的设计和计算，悬架的主要构件包括弹性元件、导向机构、减振器和横向稳定器等。此外，还要利用CATIA和CAD等软件绘制该悬架的三维图、装配图和零件图；悬架系统的仿真模型需要利用ADAMS建立，进行仿真试验，完成相应的曲线分析，以验证所设计的悬架是否符合要求，并为进一步的改进提供了可行的思路。

第2章 悬架结构分析及设计

2.1前悬架设计要求

在进行前悬架的设计时，应当满足如下设计要求：

2.2悬架结构方案选型

麦弗逊悬架，也被称为滑柱连杆式悬架，是一种车轮沿着可枢转主销轴线移动、结合了摆臂式和烛式悬架的结构特征的独立悬架，是现代乘用车的首选独立悬架结构，多用于前轮，可以实现车架与车轴的弹性连接。

图2.1 麦弗逊前悬架

它由筒式减振器和横摆臂组成，以螺旋弹簧作为弹性元件，以筒式减振器取代滑动立柱，为无主销结构，具有占用空间小、便于整车布置、经久耐用、道路适应能力强等优点，并且，由于其结构紧凑，当车轮遇到不平路面而发生跳动时，车轮定位参数变化不大，这使得该车具有良好的行驶稳定性。此外，麦弗逊悬架的结构较为简单，易于制造，能够与多种弹簧相匹配，从而可以降低汽车的制造成本。使用麦弗逊悬架作为前悬架的常见车型包括各种中小型轿车和中低端SUV，如广州本田飞度、上海通用君越、保时捷911、国产奥迪、一汽丰田卡罗拉、东风标致307等等。

本次设计是采用起亚YQZ7140车型的基本参数，设计某7140型轿车的前悬架，采用麦弗逊悬架结构形式。

2.3悬架主要参数的确定

2.3.1整车参数

悬架的参数选取，关系到许多整车特性和汽车总成布置，需要结合整车参数共同确定。本次设计是以起亚YQZ7140型轿车为设计基础，进行前悬架的设计。起亚YQZ7140型轿车的基本参数如表2-1所示。

表2.1 基本参数

2.3.2悬架的频率

大多数现代汽车上，其质量分配系数可以被认为是近似等于1，这意味着汽车的前、后桥上方车身两点的垂向振动不直接相关，是相互独立的，它们各自的自由振动频率可以用固有频率和表示，也可以称为偏频。为了使得汽车的平顺性能更好，应该尽可能地降低偏频。

通常，发动机排量低于的乘用车，前悬架的满载偏频多取为，而后悬架的满载偏频则多取为。同时，为了减少汽车角振动带来的不利影响，对前、后悬架的偏频比也有相应的要求，约为。本设计中，悬架偏频取。

2.3.3悬架的工作行程

悬架的工作行程是由悬架静挠度与悬架动挠度相加之和表示的，对于大多数乘用车，悬架的工作行程应该不小于。

由于

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