摘 要

新能源汽车有着节能环保、性能优良等特点，与传统汽车在结构性能等各方面也有一定差异，为了深入了解新能源汽车悬架的构造与原理，本文选择了麦弗逊悬架作为新能源汽车的前悬进行了设计。本文分析阐述了新能源汽车及汽车悬架技术在国内外的发展现状，根据查询到的所选参考车型的相关数据信息，结合相关标准法规及文献，完成了新能源汽车及麦弗逊式前悬各性能参数、各零件尺寸参数的选取计算；运用CATIA完成了麦弗逊前悬各零件及整体结构的三维建模；完成了麦弗逊前悬整体结构及若干主要零件的二维工程图的绘制；同时，根据需求应用C 和MATLAB完成了一定的编程任务及图像的绘制工作。

关键词：新能源汽车；麦弗逊悬架；设计计算；三维建模

Abstract

New energy vehicles have the characteristics of energy saving and environmental protection, excellent performance, etc. In order to deeply understand the structure and principle of new energy vehicle suspension, this paper chooses McPherson suspension as the front suspension of new energy vehicle for design. This paper analyzes and expounds the development status of new energy vehicles and automobile suspension technology at home and abroad. According to the relevant data information of the selected reference models queried, combined with relevant standards, regulations and literature, the selection and calculation of performance parameters and size parameters of each part of new energy vehicles and McPherson type front suspension are completed.. CATIA was used to complete the 3d modeling of each part and the whole structure of McPherson's front suspension. The overall structure of McPherson's front suspension and the drawing of two-dimensional engineering drawings of some major parts are completed. At the same time, according to the requirements of C and MATLAB to complete a certain programming tasks and image rendering.

Key Words：New energy vehicles；McPherson suspension；Design and calculation；3d modeling

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景与意义 1

1.1.1 汽车悬架技术国内外发展现状 1

1.1.2 研究目的及意义 2

1.2 主要研究内容 2

1.3 技术路线 3

第2章 麦弗逊悬架具体设计计算 5

2.1 麦弗逊独立悬架背景介绍 5

2.2 参考车型介绍 5

2.3 选取悬架主要性能参数 6

2.3.1 偏频的设计选取 7

2.3.2 静挠度的设计选取 7

2.3.3 动挠度的设计选取 8

2.3.4 工作行程的设计选取 8

2.3.5 弹性特性的类型介绍及设计选取 9

2.3.6 侧倾角的设计选取 10

2.4 车轮定位参数的设计选取 10

2.4.1 主销内倾角的设计选取 10

2.4.2 主销后倾角的设计选取 11

2.4.3 前轮外倾角的设计选取 11

2.4.4 前轮前束的设计选取 12

2.4.5 车轮定位参数选取设计情况概括 13

2.5 弹性元件的设计 13

2.5.1 螺旋弹簧材料的设计选取 13

2.5.2 螺旋弹簧的刚度 14

2.5.3 螺旋弹簧几何尺寸的设计选取 15

2.5.4 螺旋弹簧设计参数选取情况概括 17

2.5.5 螺旋弹簧切应力校核 17

2.6 减震器的设计 18

2.6.1 减震器材料的选取 18

2.6.2 减震器主要性能参数的设计选取 18

2.6.3 减震器主要尺寸参数的设计选取 21

2.7 导向机构的设计 21

2.7.1 麦弗逊独立悬架侧倾中心 21

2.7.2 麦弗逊独立悬架纵倾中心 23

2.7.3 导向机构与减震机构关联部分的尺寸确定 23

2.8 麦弗逊悬架横摆臂设计 24

2.8.1 横摆臂布置方式的设计选取 24

2.8.2 横摆臂长度的设计选取 24

2.9 横向稳定杆的设计 25

2.10 减震器滑柱固定座的设计选取 26

第3章 总结及展望 27

参考文献 28

附录 30

附1 杠杆比与减震器阻尼系数匹配合理性检测 30

附2 侧倾中心高度计算 30

附3 幅频特性曲线 31

致谢 32

第1章 绪论

1.1研究背景与意义

1.1.1汽车悬架技术国内外发展现状

在世界汽车工业中,有一项似乎永远不会落幕的任务，那就是努力改进汽车的操控稳定性以及平顺性，而对于这个领域的研究，悬架的影响力不容小觑。其实，人类对悬架的研究可以追溯到十七世纪，随着马车的出现，人类就已经从马车的悬架——叶片弹簧开始就如何提高乘坐舒适性和驾驶稳定性做出研究。马车用的叶片弹簧在1776年取得了专利，正式投入使用，直到20世纪30年代螺旋弹簧的出现，叶片弹簧才逐渐退出历史舞台。

汽车的出现提高了整个人类交通工具的水准，也逐渐提高了对悬架的要求和研究水平，钢板弹簧、橡胶弹簧、气体弹簧等弹性件相继被研发，并得到不断发展和广泛利用，从1898年开始逐渐出现各种类型的减振器。1934年世界上第一个由螺旋弹簧组成的被动悬架被成功研发问世，这可以说是悬架发展史乃至汽车发展史上的一个重大突破。遗憾的是，被动悬架只能适应各种行驶环境和路面状况的平均水平，无法应对恶劣程度较高的行驶环境，早期有研究人员尝试过几种方法解决这一问题，却效果甚微，被动悬架的缺陷仍十分显著。

1954年，美国通用汽车公司又在汽车发展史上添了浓墨重彩的一笔——主动悬架首次问世了。与被动悬架相比，主动悬架的刚度和阻尼可以通过车载系统加以控制，这样一来，即使在不良和复杂路况下高速行驶，仍然能够保证车身平稳，转弯和制动时也能保证车身水平，使汽车在任何行驶环境下都能给驾驶者和乘坐者提供良好的体验。

主动悬架的普及是从20世纪80年代开始，由奔驰、沃尔沃领衔，在汽车行业刮起一股主动悬架的风潮，但是很快便遇到了困难。主动悬架性能优良，但也存在着构造繁琐，能耗高，成本昂贵等诸多缺陷，再加上其研究难度大，进入20 世纪 90年代，仍仅是某些排气量大的豪华汽车对其有所应用，到目前为止也难以取得可观的突破。1973年，D.C.Karnopp和D.C.Karnopp开始了对半主动悬架的研究。之所以称之为半主动悬架，是因为它将被动悬架的简单机构与主动悬架可控的刚度和阻尼相结合，即它能够在保证结构简单的前提下发挥与主动悬架相似的性能，因此拥有极大的发展空间，在现代汽车的研制生产中也受到越来越多的重视。

即使技术和生产难度较大，大多数西方发达国家的半主动悬架技术在20 世纪80年代后期就已经发展到了较高的水平，相对而言我国在半主动和主动悬架的研究方面起步晚，技术仍旧不够成熟，到目前为止，我国的汽车绝大部分采用被动悬架。中低档轿车是被动悬架应用最典型也是最广泛的汽车类型，具体来说，有多连杆悬架、麦弗逊式独立悬架（一般带有稳定装置）、复合式纵摆臂悬架等类型可供选择，前悬中麦弗逊悬架最为常见，后悬的类型相对较多。

1.1.2研究目的及意义

在环境保护工作日益受到重视的今天，社会各个层面都在努力做到能源低消耗，污染低排放。新能源汽车之所以被冠以“新能源”的称号，是因为其采用环境友好，污染小的非常规车用燃料或采用新型动力装置，结合先进技术，改善车辆的动力控制和驱动方式，在环境友好，能源低耗的前提下使汽车的结构及技术原理更加先进。世界各大汽车企业都在大力投入新能源汽车的开发研制，新能源汽车已经成为汽车市场发展的必然趋势。

作为新能源汽车的一种重要类型，纯电动汽车从车辆的整体机械结构上，由于不需要用到燃料，省去了油箱、发动机、变速器、冷却系统和排气系统，在汽车前后轴载重分配上与传统汽车存在着差别，因此纯电动汽车的悬架设计也有需要特别注意的地方。独立悬架在国内外的应用十分广泛，相比非独立悬架它又很多突出的优点，如减少车身振动、减少非簧载质量等。作为独立悬架的典型代表类型之一，麦弗逊式独立悬架受到诸多好评，也被广泛应用，且多应用在车辆的前轮，它有利于对比较紧凑的发动机舱布局等优点，且便于控制成本和设计方案。目前，几乎所有B级以下车辆都采用麦弗逊式前悬挂。

综上所述，本次毕业设计选取的题目为新能源汽车的悬架设计，设计方案选定麦弗逊式独立悬架的前悬，通过本次毕业设计，自己选取一款新能源汽车车型的参数作为参考，对其前悬进行设计计算，并且完成绘图，建模等工作，撰写设计说明书，目的在于通过亲自动手实践汽车悬架的设计过程，对相关知识有进一步的理解，并能够运用其进行分析，解决实际问题，从而培养开发设计、技能运用、动手实践等一系列综合能力。

1.2主要研究内容

（1）了解汽车悬架技术国内外发展现状

本部分内容在1.1章节中有详细阐述，这里就不再赘述。总结来说就是，目前悬架主要分为主动悬架，半主动悬架以及被动悬架三种类型，其中，被动悬架技术最为成熟，应用最为广泛，同时存在的缺陷也较大；主动悬架和半主动悬架可以改善汽车行驶性能，但是其技术还不成熟，再加上成本高、加工难度大等特点，目前只有少数车型在使用。相比国外，我国的悬架技术起步较晚，在加上其他诸多因素，水平较为落后。

（2）查阅悬架相关标准和法规

查阅相关文献，了解并熟悉悬架的相关知识及设计要求，科学合理地进行本次设计。

（3）确定悬架设计方案并分析

结合国内外悬架发展及应用现状，结合新能源汽车特点，参考具体车型，进行悬架设计具体方案的选定。麦弗逊式独立悬架拥有良好的响应性和操控性，而且结构简单，占用空间小，成本低，重量轻，本次设计为新能源汽车的前悬设计，选用麦弗逊悬式独立架设计方案。本次设计在新能源汽车中，选择了比亚迪秦 EV450作为参考，其具体参数见2.1章节。

（4）完成悬架及部件的设计计算

独立悬架主要由减振器、弹性元件、导向机构三部分组成，通常还需要安装有稳定装置，本次设计主要是对以上几个部分进行设计计算。麦弗逊式独立悬架的一个特点是将导向机构和减振器融为一体，因此总体布置是设计的一个重难点所在。具体设计路线见2.3章节。

（5）完成零部件的结构设计

对悬架各组成部分零部件尺寸结构进行设计计算，运用CATIA软件进行三维建模，并完成整体组装。导出总体结构布置及主要零件的二维设计图，并加以修改完善。

1.3技术路线

本次设计将按照以下路线完成各部分的工作和内容。

查阅新能源汽车及其悬架的相关资料，选定本次悬架设计的结构形式

选定一款新能源汽车车型，查阅其性能结构等参数，作为本次设计的参考

根据选定车型的主要参数计算确定车辆及悬架的主要性能参数

根据选定车型的主要参数计算确定车轮定位参数

侧倾角

主销后倾角

主销内倾角

前轮外倾角

前轮前束

偏频

静挠度

动挠度

工作行程

满载质量

轴荷分配

簧载质量

悬架刚度

弹簧元件设计

减振器设计

导向机构设计

用CATIA对各零件进行三维建模，并进行零件的装配

在CATIA中生成并导出装配图及重要零件的二维工程图，并在CAD中进行处理，完成图纸设计

完成

一定的编程任务

最大卸荷力

尺寸参数

形式选取

相对

阻尼系数

减振器

阻尼系数

总体布局

侧倾中心

高度

侧倾角刚度

横摆臂

横向稳定杆设计

侧倾角刚度是否满足需求

是

否

安装角度

刚度

材料

几何尺寸

强度校核

第2章 麦弗逊悬架具体设计计算

2.1麦弗逊独立悬架背景介绍

20世纪30年代，麦弗逊式独立悬架由美国通用汽车公司的工程师 Mcpherson 发明，1950年，由福特公司英国分公司首次应用，而在这之前汽车前悬架结构是扭杆弹簧和钢板弹簧或二者的结合，麦弗逊悬架的代表性特征就是将减振器和螺旋弹簧组合在了一起，将导向机构和减振器融为一体，很大程度上简化了结构，增加了轮胎内侧的空间，同时结构紧凑，且有良好的操纵性。

【图2.1】 麦弗逊悬架结构图

由于具有上述一众优点，目前麦弗逊悬架在全球范围内都有着十分广泛的运用，故本次方案选用麦弗逊悬架作为前悬进行设计。

2.2参考车型介绍

在设计开始之前，需要选择一款新能源汽车进行参考，该车型的选取十分重要，需要查询其相应参数，了解其悬架结构，在此基础上再综合考虑各方面因素，兼顾汽车各方面性能要求，进行新能源汽车悬架的设计。

本次设计选择了比亚迪秦EV450 2018款作为参考车型。

【图2.2】 比亚迪秦 EV450

比亚迪秦EV450是比亚迪公司在2018年推出的一款纯电动汽车，自上市以来就以高续航能力和良好的驾驶体验受到一致好评，可以说是电动轿车中的一款优秀作品。其具体参数及部分信息见下表。

【表2.1】 参考车型具体参数

2.3选取悬架主要性能参数

汽车是一个有机的整体，各个部分相互关联，相互协调，往往是牵一发而动全身，故在悬架的设计时，为了最大程度上优化设计方案，需要慎重选取汽车的各项主要性能参数，必要情况下需要反复多次进行计算、检查以及校验工作。

2.3.1偏频的设计选取

以上是毕业论文大纲或资料介绍，该课题完整毕业论文、开题报告、任务书、程序设计、图纸设计等资料请添加微信获取，微信号：bysjorg。

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