汽车悬架对整车性能的影响
基于ADAMS的悬架系统动力学仿真分析与优化设计

基于ADAMS的悬架系统动力学仿真分析与优化设计一、概述本文以悬架系统为研究对象,运用多体动力学理论和软件,从新车型开发中悬架系统优化选型的角度,对悬架系统进行了运动学动力学仿真,旨在研究悬架系统对整车操纵稳定性和平顺性的影响。
文章提出了建立悬架快速开发系统平台的构想,并以新车型开发中的悬架系统优化选型作为实例进行阐述。
简要介绍了汽车悬架系统的基本组成和设计要求。
概述了多体动力学理论,并介绍了利用ADAMS软件进行运动学、静力学、动力学分析的理论基础。
基于ADAMSCar模块,分别建立了麦弗逊式和双横臂式两种前悬架子系统,多连杆式和拖曳式两种后悬架子系统,以及建立整车模型所需要的转向系、轮胎、横向稳定杆等子系统,根据仿真要求装配不同方案的整车仿真模型。
通过仿真分析,研究了悬架系统在左右车轮上下跳动时的车轮定位参数和制动点头量、加速抬头量的变化规律,以及汽车侧倾运动时悬架刚度、侧倾刚度、侧倾中心高度等侧倾参数的变化规律,从而对前后悬架系统进行初步评估。
1. 悬架系统的重要性及其在车辆动力学中的作用悬架系统是车辆的重要组成部分,对车辆的整体性能有着至关重要的作用。
它负责连接车轮与车身,不仅支撑着车身的重量,还承受着来自路面的各种冲击和振动。
悬架系统的主要功能包括:提供稳定的乘坐舒适性,保持车轮与路面的良好接触,以确保轮胎的附着力,以及控制车辆的姿态和行驶稳定性。
在车辆动力学中,悬架系统扮演着调节和缓冲的角色。
当车辆行驶在不平坦的路面上时,悬架系统通过其内部的弹性元件和阻尼元件,吸收并减少来自路面的冲击和振动,从而保持车身的平稳,提高乘坐的舒适性。
同时,悬架系统还能够根据车辆的行驶状态和路面的变化,自动调节车轮与车身的相对位置,确保车轮始终与路面保持最佳的接触状态,以提供足够的附着力。
悬架系统还对车辆的操控性和稳定性有着直接的影响。
通过合理的悬架设计,可以有效地改善车辆的操控性能,使驾驶员能够更加准确地感受到车辆的行驶状态,从而做出更为精确的操控动作。
汽车空气悬架系统全面介绍

目录一、引言 (1)二、汽车空气悬架结构组成 (1)(一)空气弹簧 (1)(二)导向机构 (2)(三)高度控制阀组件 (3)(四)减振器 (4)(五)横向稳定器 (4)(六)缓冲限位块 (4)三、汽车空气悬架系统的特性 (4)(一)空气弹簧的特性 (4)(二)空气悬架对整车的影响 (5)四、汽车空气悬架的优缺点 (6)(一)汽车空气悬架的优点 (6)(二)汽车空气悬架的缺点 (6)五、电子控制空气悬架系统ECAS (7)(一)ECAS系统组成和工作原理 (7)(二)ECAS系统的功能和优势 (9)六、汽车空气悬架的发展及我国研发对策思考 (10)(一)国外空气悬架的发展历程和现状 (10)(二)国内空气悬架的发展历程和现状 (11)(三)国内常用的空气悬架 (12)(四)对策思考我国空气悬架的研发状态 (14)七、结论 (15)汽车空气悬架系统综述【摘要】文章介绍了空气悬架系统的发展过程,阐述了汽车空气悬架的工作原理及其结构特性,介绍了电子控制空气悬架的工作原理及其功能和优势。
也介绍了国内空气悬架系统的发展现状及其发展的历程,并且分析了我国汽车空气悬架系统的发展趋势。
【关键词】汽车空气悬架结构特性发展一、引言空气悬架系统是高档商用车的关键部件,是汽车钢板弹簧悬挂系统的更新换代产品,现已成为汽车性能提升的主要部件之一,具有独特的变刚度、低振动频率、抗道路凹凸冲击的特性,更加有效地提高了汽车乘坐舒适性、行驶平顺性及操纵稳定性,同时还具有可以减少汽车自重、提高运行速度、减少路面破坏等多项性能。
由于以上的诸多优越性,空气悬架系统的研究及发展正越来越受到人们的重视。
对空气悬架系统的研究始于二十世纪五十年代,最初应用在载重车、小轿车、大客车及铁道车辆上。
到了六十年代已经进入蓬勃发展阶段,不仅取得了丰富的理论成果,并且在德国、美国等发达国家所生产的大部分公共汽车、豪华旅游车等领域中得到了广泛应用。
虽然我国早在六十年代就设计生产了汽车空气悬架系统,但由于当时工业技术条件有限,生产的产品使用效果不是很理想。
(最新版)汽车悬架毕业设计论文

(最新版)汽车悬架毕业设计论⽂摘要悬架是现代汽车上的重要总成之⼀,它把车架(或承载式车⾝)与车轴(或与车轮)弹性的连接起来.其主要任务是传递作⽤在车轮与车架(或承载式车⾝)之间的⼀切⼒和⼒矩,并且缓和不平路⾯传给车架(或承载式车⾝)的冲击载荷,衰减由冲击载荷引起的承载系统的震动,以保证汽车的正常⾏驶。
本次⽂就是对载货汽车后悬架主副簧进⾏设计并对设计结果进⾏校核,保证设计满⾜汽车对安全⽅⾯的要求。
本次设计⾸先根据汽车后轴载荷和⾮簧载质量确定每副钢板弹簧的载荷,通过钢板弹簧满载和空载载荷的不同来确定主副簧的刚度分配,同时根据汽车轴距来确定钢板弹簧的长度。
根据公式算出钢板弹簧所需总惯性矩,这样就能算出钢板弹簧的⼤致厚度和宽度。
⽤画图法可以确定每个钢板弹簧的长度。
最后对钢板弹簧进⾏校核,保证钢板弹簧满⾜要求。
关键词:钢板弹簧;复合簧;后悬架。
Abstractsuspension assembly is one of the most important part of modern automotive, it links the frame (or Unibody) and axle (or wheel) . Its main task is to pass the effect of all force and torque between the wheel and the frame, and relax the impact load of the frame passed from rough road to ensure the normal running of the car. The article is to design the primary and secondary spring of rear suspension, and check the design to ensure the design meets automotive safety requirements. The design is first based on the vehicle rear axle load and non-sprung mass to determine the load of each leaf spring, according the different loads of full and no load to distribution the stiffness, while use the vehicle wheelbase to determine calculate the approximate thickness and width. Drawing method can be used to determine the length of each leaf spring. Finally, check the leaf springs to ensure it meet the requirements.Keywords: leaf spring; composite spring; rear suspension⽬录引⾔ (3)1.1 汽车的发展历史 (3)1.2 汽车的构造 (4)1.3 汽车悬架系统的作⽤、组成与分类 (4)1.3.1 汽车悬架系统的作⽤ (4)1.3.2 汽车悬架系统的组成 (5)1.3.3 汽车悬架系统的分类 (6)1.4 该项研究的⽬的与意义 (7)1.5 国内外研究现状、发展动态 (8)1.6 钢板弹簧 (9)1.6.1 钢板弹簧的基本结构和作⽤原理 (9)2 钢板弹簧的布置⽅案及材料选择 (10)3 汽车后悬架系统钢板弹簧的设计计算 (11)3.1 设计给定参数 (11)3.2 钢板弹簧主要参数的确定 (11)3.2.1 前后悬架静挠度和动挠度的选择 (11)3.2.2 钢板弹簧满载弧⾼的选择 (12)3.2.3 钢板弹簧长度的确定 (12)3.2.4 悬架主、副钢板弹簧的刚度分配 (12)3.2.5 钢板弹簧所需的总惯性矩的计算 (14)3.2.6 根据强度要求计算钢板弹簧总截⾯系数 (15)3.2.7 钢板弹簧平均厚度的计算 (16)3.2.8 验算在最⼤动⾏程时的最⼤应⼒ (16)3.2.9 钢板弹簧叶⽚断⾯形状及尺⼨的选择 (17)3.3 钢板弹簧的设计及校核 (19)3.3.1 钢板弹簧各⽚长度的确定 (19)3.3.2 钢板弹簧刚度的验算 (21)3.4 钢板弹簧总成在⾃由状态下的弧⾼和曲率半径计算 (23)3.4.1 钢板弹簧总成在⾃由状态下的弧⾼ (23)3.4.2 钢板弹簧总成在⾃由状态下的曲率半径 (25)3.4.3 钢板弹簧叶⽚在⾃由状态下曲率半径的计算 (25)3.4.4 钢板弹簧各叶⽚在⾃由状态下的曲率半径和弧⾼的计算 (27)3.4.5 钢板弹簧总成弧⾼的核算 (29)3.5 叶⽚端部形状的选择 (31)3.6 钢板弹簧两端与车架的连接 (32)3.7 钢板弹簧弹簧销和卷⽿的设计 (32)3.7.1 弹簧销的设计 (32)3.7.2 卷⽿尺⼨的确定 (33)4结论 (34)参考⽂献 (35)5 致谢 (36)引⾔1.1 汽车的发展历史⾃1886年世界上第⼀辆汽车诞⽣以来,汽车已经历了120多年的发展来历程。
国内外悬架的发展的趋势和技术水平

国内外悬架的发展趋势和技术水平一、国内外悬架的发展趋势随着汽车工业的迅速发展,国内外悬架技术也在不断升级和改进。
未来国内外悬架的发展趋势主要体现在以下几个方面:1. 对悬架轻量化的追求。
随着汽车对燃油经济性和环保性能要求的不断提高,悬架轻量化成为发展的主要趋势。
轻量化的悬架系统不仅可以降低汽车的整体重量,提高车辆的燃油经济性,还可以减少对环境的影响。
2. 悬架智能化水平的提升。
随着智能化技术的不断进步,未来的悬架系统将更加智能化,具有更强的自适应能力和智能控制功能。
智能悬架系统可以根据车辆的行驶状况和路况实时调整悬架的硬度和高度,提高车辆的稳定性和行驶舒适性。
3. 对悬架安全性能的关注。
悬架是汽车重要的安全零部件之一,未来的悬架系统将更加关注安全性能的提升。
通过采用先进的材料和制造工艺,悬架系统可以提高抗疲劳性能和抗冲击性能,减少意外事故的发生。
4. 对悬架动态性能的改进。
未来的悬架系统将更加注重在高速、急转弯、坎坷路面等复杂路况下的动态性能,以提高车辆的操控稳定性和通过性能。
二、国内外悬架技术水平1. 国外悬架技术水平目前,欧美等发达国家在汽车悬架技术方面处于领先地位。
其主要体现在以下几个方面:a. 高性能的主动悬架系统。
欧美等发达国家的汽车厂商在主动悬架系统方面具有较强的研发和生产能力,通过先进的电子控制技术和液压系统,可以实现对悬架的实时调节,提高车辆的操控性和行驶舒适性。
b. 先进的材料和制造工艺。
欧美等发达国家的汽车悬架系统在材料和制造工艺方面具有较强的优势,通过采用先进的合金材料和精密加工工艺,可以提高悬架系统的强度和耐久性。
c. 悬架系统集成化水平高。
欧美等发达国家的汽车悬架系统在集成化水平方面具有较强的优势,可以实现与车辆动力系统、操控系统等其他系统的无缝连接和协同工作,从而提高整车的性能表现。
2. 国内悬架技术水平在国内,汽车悬架技术水平虽然与国外发达国家存在一定差距,但也在不断追赶和提高。
基于ADAMSCar的汽车悬架系统_动力学建模与仿真分析毕业设计

毕业设计(论文)题目:基于ADAMS/Car的汽车悬架系统动力学建模与仿真分析毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺:所呈交的毕业设计(论文),是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知,除文中特别加以标注和致谢的地方外,不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体,均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名:日期:指导教师签名:日期:使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计(论文)的规定,即:按照学校要求提交毕业设计(论文)的印刷本和电子版本;学校有权保存毕业设计(论文)的印刷本和电子版,并提供目录检索与阅览服务;学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文;在不以赢利为目的前提下,学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名:日期:学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
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本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名:日期:年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。
本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名:日期:年月日导师签名:日期:年月日指导教师评价:一、撰写(设计)过程1、学生在论文(设计)过程中的治学态度、工作精神□优□良□中□及格□不及格2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度□优□良□中□及格□不及格3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力□优□良□中□及格□不及格4、研究方法的科学性;技术线路的可行性;设计方案的合理性□优□良□中□及格□不及格5、完成毕业论文(设计)期间的出勤情况□优□良□中□及格□不及格二、论文(设计)质量1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?□优□良□中□及格□不及格2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?□优□良□中□及格□不及格三、论文(设计)水平1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义□优□良□中□及格□不及格2、论文的观念是否有新意?设计是否有创意?□优□良□中□及格□不及格3、论文(设计说明书)所体现的整体水平□优□良□中□及格□不及格建议成绩:□优□良□中□及格□不及格(在所选等级前的□内画“√”)指导教师:(签名)单位:(盖章)年月日评阅教师评价:一、论文(设计)质量1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?□优□良□中□及格□不及格2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?□优□良□中□及格□不及格二、论文(设计)水平1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义□优□良□中□及格□不及格2、论文的观念是否有新意?设计是否有创意?□优□良□中□及格□不及格3、论文(设计说明书)所体现的整体水平□优□良□中□及格□不及格建议成绩:□优□良□中□及格□不及格(在所选等级前的□内画“√”)评阅教师:(签名)单位:(盖章)年月日教研室(或答辩小组)及教学系意见教研室(或答辩小组)评价:一、答辩过程1、毕业论文(设计)的基本要点和见解的叙述情况□优□良□中□及格□不及格2、对答辩问题的反应、理解、表达情况□优□良□中□及格□不及格3、学生答辩过程中的精神状态□优□良□中□及格□不及格二、论文(设计)质量1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?□优□良□中□及格□不及格2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?□优□良□中□及格□不及格三、论文(设计)水平1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义□优□良□中□及格□不及格2、论文的观念是否有新意?设计是否有创意?□优□良□中□及格□不及格3、论文(设计说明书)所体现的整体水平□优□良□中□及格□不及格评定成绩:□优□良□中□及格□不及格(在所选等级前的□内画“√”)教研室主任(或答辩小组组长):(签名)年月日教学系意见:系主任:(签名)年月日********大学毕业设计(论文)任务书姓名:院(系):专业:班号:任务起至日期:毕业设计(论文)题目:基于ADAMS/Car汽车悬架系统动力学建模与仿真分析立题的目的和意义:汽车悬架是车架(或车身)与车轴(或车轮)之间的弹性联结装置的统称。
车辆侧倾因素及其对整车性能的影响

车辆侧倾因素及其对整车性能的影响2010年07月21日e-works1 导言车辆的侧倾运动性能是车辆性能的一个重要部分,关系到操纵稳定性、乘坐舒适性和安全性。
车辆侧倾性能因素主要包括侧倾中心高度、侧倾角刚度、侧倾阻尼等。
侧倾中心高度在车辆转向时对轮胎抓地能力、左右轮载荷转移、转向性能等很多车辆性能均有重要的影响。
由于侧倾中心高度由悬架的几何机构决定,在设计初期确定之后,后起很难更改。
所以对它的理论分析和优化就显得尤为重要。
国内外很多汽车企业的工程师们都对侧倾中心高度进行过深入的研究。
侧倾刚度和侧倾阻尼的作用比较明朗,由于侧倾角和侧倾角速度是重要的车辆操控稳定性和平顺性的评价指标,并且对其它指标如横摆角速度、侧向加速度也有影响,因此,侧倾刚度和侧倾阻尼的研究也不容忽视。
下面利用多体动力学软件MSC ADAMS对这些参数及其对车辆性能的影响进行详细的计算和分析。
2 仿真模型算例为一款前后均配置独立悬架的中高级轿车。
前悬架为双叉臂式,后悬架为多连杆式。
图1 前后悬架及整车仿真模型3 侧倾中心在前后轴轮心的横向垂直平面内,车辆在横向力作用下车身侧倾的瞬时回转中心称为侧倾中心。
前后侧倾中心的连线称为侧倾轴线,是车身相对于地面转动的瞬时轴线。
侧倾中心距地面的高度称为侧倾中心高度。
车辆转向时,车身绕侧倾轴线进行回转。
严格说来侧倾中心的概念只在侧倾起始状态有意义。
侧倾中心高度对前后轴侧偏角、外倾角都有影响,进而影响车辆的转向性能和轮胎抓地能力。
侧倾中心的位置由悬架的导向机构决定,可以通过几何图解法得到。
以算例中的前悬架——双叉臂独立悬架为例。
上控制臂和下控制臂两个平面的交线形成一条瞬时旋转轴线,该轴线与轮胎接地点可以形成一个平面。
左右两平面的交线与轮心处横向垂直面的交点就是悬架的几何侧倾中心。
图2 双叉臂悬架瞬时旋转轴线3.1 侧倾中心高度与外倾补偿在转向运动中,侧倾中心高度(RCH)对轮胎的外倾补偿会产生影响,如图3所示。
悬架设计说明书范文

前言本小组毕业设计的课题是普通的经济型轿车。
因而,其定位为中等收入的工薪阶层的第一辆家庭用车。
必须满足以下几个要求:可靠,坚固,耐用,使用成本较低,油耗处于国内中等水平,为当前主流技术水平。
所以,悬架的设计宜选用成熟技术,零部件,彻底的贯彻“三化”原则,较为合理的成本控制。
悬架是现代汽车的重要组成部分之一。
虽然并非汽车在行进必不可少的装备,但如果没有悬架,将极大的影响汽车的操纵稳定性和平顺性。
悬架对整车性能有着重要的影响。
在汽车市场竞争日益加剧的今天,人们对汽车的性能的认识更多的靠更为直接的感观感受,而非他们不太懂得的专业术语。
因此,对汽车操纵稳定性﹑平顺性的提升成为了各大汽车厂商的共识。
与此关系密切的悬架系统也被不断改进,主动半主动悬架等具有反馈的电控系统在高端车辆上的应用日趋广泛。
无论定位高端市场,还是普通家庭的经济型轿车,没有哪个厂家敢忽视悬架系统及其在整车中的作用。
这一切,都是因为悬架系统对乘员的主观感受密切联系。
悬架系统的优劣,乘员在车上可以马上感受到。
“木桶理论”,很多人都知道,整车就好比是个“大木桶”,悬架是它的一片木板。
虽然,没有悬架的汽车还是可以跑动的,但是坐在上面是很不舒服的。
坐过农用车货厢的人,对此应该是颇有些体会的,即便是较好的路况,在上面也是颠来颠去的。
因为它的悬架很简单,对平顺性和操纵稳定性考虑的很少。
只有当悬架这块木板得到足够重视,才能使整车性能得以提升。
否则,只能是句空话。
这涉及到部件与整体的关系。
一句话:整体离不开部件,部件也成不了整体。
整体可以提供部件提供不了的功能,反过来部件又对整体有着重要影响。
正因为悬架在现代汽车上的重要重要作用,应该重视汽车悬架的设计。
只有认真,严谨的设计才能确保其与整车的完美匹配。
而要做到这一点,就必须,查阅大量相关书籍,图册,行业和国家标准。
这些是对我们这些将来要从事汽车设计,制造工作的工科出身的大学毕业生的必须经历的一个必不可少的训练。
悬架特性参数

悬架是汽车中的一个重要总成,它把车架与车轮弹性地联系起来,关系到汽车的多种使用性能。
从外表上看,轿车悬架仅是由一些杆、筒以及弹簧组成,但千万不要以为它很简单,相反轿车悬架是一个较难达到完美要求的汽车总成,这是因为悬架既要满足汽车的舒适性要求,又要满足其操纵稳定性的要求,而这两方面又是互相对立的。
比如,为了取得良好的舒适性,需要大大缓冲汽车的震动,这样弹簧就要设计得软些,但弹簧软了却容易使汽车发生刹车“点头”、加速“抬头”以及左右侧倾严重的不良倾向,不利于汽车的转向,容易导致汽车操纵不稳定等。
比较重要的参数有:1.车轮外倾角前轮外倾角分零外倾角、正外倾角、负外倾角。
如果空车时车轮的安装正好垂直于路面,则满载时车桥因承载变形而可能出现车轮内倾,这样将加速车轮胎的磨损。
另外,路面对车轮的垂直反力沿轮毂的轴向分力将使轮毂压向外端的小轴承,加重了外端小轴承及轮毂紧固螺母的负荷,降低它们的寿命。
因此,前轮有一个外倾角,同时为防止车轮出现过大的不足转向或过度转向趋势,为防止车轮出现过大的不足转向或过度转向趋势,一般希望车轮从满载位置起上下跳动40mm的范围内,车轮外倾角变化在1度左右。
车轮外倾角的变化与悬架的形式有关,车轮外倾角的设置影响到汽车的转向操作性能和直线行驶稳定性能。
汽车作曲线行驶时,车轮随车身一起倾斜,即车身外侧车轮向正的外倾角方向变化,从而降低了其侧偏性能。
为保证轮胎的侧偏性能,悬架设计要求上跳时外倾角向负值变化,下落时向正值变化。
但是从操纵稳定性来讲,要求前悬架设计成上跳时外倾角向增大方向变化,下落时向减小方向变化,后悬架设计成上跳时向减小方向变化,下落时向增大方向变化。
2.主销后倾角主销后倾角是指在车身侧视图主销轴与垂直轴的夹角,正的主销后倾角是指主销顶部向后倾的角度。
主销后倾角的主要作用是使车轮复位以提高车辆直线行驶的稳定性。
当行驶中的汽车遇到外力产生偏离时,后倾角产生回正力矩使车轮自动回复到原来位置。
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郑州电子信息职业技术学院毕业论文课题名称:________________________作者:________________________学号:________________________系别:________________________专业:________________________指导教师:________________________2010年第四章汽车悬架设计悬架是保证车轮或车桥与汽车承载系统(车架或承载式车身)之间具有弹性联系并能传递载荷、缓和冲击、衰减振动以及调节汽车行驶中的车身位置等有关装置的总称。
悬架最主要的功能是传递作用在车轮和车架(或车身)之间的一切力和力矩,并缓和汽车驶过不平路面时所产生的冲击,衰减由此引起的承载系统的振动,以保证汽车的行驶平顺性。
为此必须在车轮与车架或车身之间提供弹性联接,依靠弹性元件来传递车轮或车桥与车架或车身之间的垂向载荷,并依靠其变形来吸收能量,达到缓冲的目的。
采用弹性联接后,汽车可以看作是由悬挂质量(即簧载质量)、非悬挂质量(即非簧载质量)和弹簧(弹性元件)组成的振动系统,承受来自不平路面、空气动力及传动系、发动机的激励。
为了迅速衰减不必要的振动,悬架中还必须包括阻尼元件,即减振器。
此外,悬架中确保车轮与车架或车身之间所有力和力矩可靠传递并决定车轮相对于车架或车身的位移特性的连接装置统称为导向机构。
导向机构决定了车轮跳动时的运动轨迹和车轮定位参数的变化,以及汽车前后侧倾中心及纵倾中心的位置,从而在很大程度上影响了整车的操纵稳定性和抗纵倾能力。
在有些悬架中还有缓冲块和横向稳定杆。
尽管一百多年来汽车悬架从结构型式到作用原理一直在不断地演进,但从结构功能而言,它都是由弹性元件、减振装置和导向机构三部分组成。
在有些情况下,某一零部件兼起两种或三种作用,比如钢板弹簧兼起弹性元件及导向机构的作用,麦克弗逊悬架(McPherson strut suspension,或称滑柱摆臂式独立悬架)中的减振器柱兼起减振器及部分导向机构的作用,有些主动悬架中的作动器则具有弹性元件、减振器和部分导向机构的功能。
根据导向机构的结构特点,汽车悬架可分为非独立悬架和独立悬架两大类。
非独立悬架的鲜明特色是左、右车轮之间由一刚性梁或非断开式车桥联接,当单边车轮驶过凸起时,会直接影响另一侧车轮。
独立悬架中没有这样的刚性梁,左右车轮各自“独立”地与车架或车身相连或构成断开式车桥,按结构特点又可细分为横臂式、纵臂式、斜臂式等等,各种悬架的结构特点将在以下章节中进一步讨论。
除上述非独立悬架和独立悬架外,还有一种近似半独立悬架,它与近似半刚性的非断开式后支持桥相匹配。
当左右车轮跳动幅度不一致时,后支持桥中呈V形断面并与左右纵臂固结在一起的横梁受扭,由于其具有一定的扭转弹性,故此种悬架既不同于非独立悬架,也与独立悬架有别。
该弹性横梁还兼起横向稳定杆的作用。
按照弹性元件的种类,汽车悬架又可以分为钢板弹簧悬架、螺旋弹簧悬架、扭杆弹簧悬架、空气悬架以及油气悬架等。
按照作用原理,可以分为被动悬架、主动悬架和介于二者之间的半主动悬架。
如前所述,汽车悬架和悬挂质量、非悬挂质量构成了一个振动系统,该振动系统的特性很大程度上决定了汽车的行驶平顺性,并进一步影响到汽车的行驶车速、燃油经济性和运营经济性。
该振动系统也决定了汽车承载系和行驶系许多零部件的动载,并进而影响到这些零件的使用寿命。
此外,悬架对整车操纵稳定性、抗纵倾能力也起着决定性的作用。
因而在设计悬架时必须考虑以下几个方面的要求:(1)通过合理设计悬架的弹性特性及阻尼特性确保汽车具有良好的行驶平顺性,具有较低的振动频率、较小的振动加速度值和合适的减振性能,并能避免在悬架的压缩伸张行程极限点发生硬冲击,同时还要保证轮胎具有足够的接地能力;(2)合理设计导向机构,以确保车轮与车架或车身之间所有力和力矩的可靠传递,保证车轮跳动时车轮定位参数的变化不会过大,并且能满足汽车具有良好的操纵稳定性要求;(3)导向机构的运动应与转向杆系的运动相协调,避免发生运动干涉,否则可能引起转向轮摆振;(4)侧倾中心及纵倾中心位置恰当,汽车转向时具有抗侧倾能力,汽车制动和加速时能保持车身的稳定,避免发生汽车在制动和加速时的车身纵倾(即所谓“点头”和“后仰”);(5)悬架构件的质量要小尤其是其非悬挂部分的质量要尽量小;(6)便于布置,在轿车设计中特别要考虑给发动机及行李箱留出足够的空间;(7)所有零部件应具有足够的强度和使用寿命;(8)制造成本低;(9)便于维修、保养。
悬架设计可以大致分为结构型式及主要参数选择和详细设计两个阶段,有时还要反复交叉进行。
由于悬架的参数影响到许多整车特性,并且涉及其他总成的布置,因而一般要与总布置共同协商确定。
4.1前后悬架系统的主要参数的确定及对整车性能的影响4.1.1悬架静挠度c f悬架静挠度c f 是指汽车满载静止时悬架上的载荷W F 与此时悬架刚度c 之比,即c F f W c /=。
汽车前、后悬架与其簧上质量组成的振动系统的固有频率,是影响汽车行驶平顺性的主要参数之一。
因现代汽车的质量分配系数ε近似等于1,于是汽车前、后轴上方车身两点的振动不存在联系。
因此,汽车前、后部分的车身的固有频率1n 和2n (亦称偏频)可用下式表示11121m c n π= 22221m c n π= (4-1) 式中,1c 、2c 为前、后悬架的刚度(N /cm);1m 、2m 为前、后悬架的簧上质量(kg)。
当采用弹性特性为线性变化的悬架时,前、后悬架的静挠度可用下式表示111c g m f c = 222c g m f c = 式中,g 为重力加速度(g =981cm /2s )。
将1c f 、2c f 代人式(6—1)得到115c f n = 225c f n = (4-2)分析上式可知:悬架的静挠度人直接影响车身振动的偏频n 。
因此,欲保证汽车有良好的行驶平顺性,必须正确选取悬架的静挠度。
在选取前、后悬架的静挠度值1c f 和2c f 时,应当使之接近,并希望后悬架的静挠度2c f 比前悬架的静挠度1c f 小些,这有利于防止车身产生较大的纵向角振动。
理论分析证明:若汽车以较高车速驶过单个路障,1n /2n <1时的车身纵向角振动要比1n /2n >1时小,故推荐取2c f =(0.8~0.9)1c f 。
考虑到货车前、后轴荷的差别和驾驶员的乘坐舒适性,取前悬架的静挠度值大于后悬架的静挠度值,推荐2c f =(0.6~0.8)1c f 。
为了改善微型轿车后排乘客的乘坐舒适性,有时取后悬架的偏频低于前悬架的偏频。
用途不同的汽车,对平顺性要求不一样。
以运送人为主的轿车对平顺性的要求最高,大客车次之,载货车更次之。
对普通级以下轿车满载的情况,前悬架偏频要求在1.00~1.45Hz ,后悬架则要求在1.17~1.58Hz 。
原则上轿车的级别越高,悬架的偏频越小。
对高级轿车满载的情况,前悬架偏频要求在0.80~1.15Hz ,后悬架则要求在0.98~1.30Hz 。
货车满载时,前悬架偏频要求在1.50~2.10Hz ,而后悬架则要求在1.70~2.17Hz 。
选定偏频以后,再利用式(6—2)即可计算出悬架的静挠度。
4.1.2悬架的动挠度d f悬架的动挠度d f 是指从满载静平衡位置开始悬架压缩到结构允许的最大变形(通常指缓冲块压缩到其自由高度的1/2或2/3)时,车轮中心相对车架(或车身)的垂直位移。
要求悬架应有足够大的动挠度,以防止在坏路面上行驶时经常碰撞缓冲块。
对轿车,d f 取7~9cm ;对大客车,d f 取5~8cm ;对货车,d f 取6~9cm 。
4.1.3悬架弹性特性悬架受到的垂直外力F 与由此所引起的车轮中心相对于车身位移厂(即悬架的变形)的关系曲线称为悬架的弹性特性。
其切线的斜率是悬架的刚度。
悬架的弹性特性有线性弹性特性和非线性弹性特性两种。
当悬架变形厂与所受垂直外力F 之间呈固定比例变化时,弹性特性为一直线,称为线性弹性特性,此时悬架刚度为常数。
当悬架变形f 与所受垂直外力F 之间不呈固定比例变化时,弹性特性如图4—1所示。
此时,悬架刚度是变化的,其特点是在满载位置(图中点8)附近,刚度小且曲线变化平缓,因而平顺性良好;距满载较远的两端,曲线变陡,刚度增大。
这样可在有限的动挠度d f 范围内,得到比线性悬架更多的动容量。
悬架的动容量系指悬架从静载荷的位置起,变形到结构允许的最大变形为止消耗的功。
悬架的动容量越大,对缓冲块击穿的可能性越小。
空载与满载时簧上质量变化大的货车和客车,为了减少振动频率和车身高度的变化,应当选用刚度可变的非线性悬架。
轿车簧上质量在使用中虽然变化不大,但为了减少车轴对车架的撞击,减少转弯行驶时的侧倾与制动时的前俯角和加速时的后仰角,也应当采用刚度可变的非线性悬架。
钢板弹簧非独立悬架的弹性特性可视为线性的,而带有副簧的钢板弹簧、空气弹簧、油气弹簧等,均为刚度可变的非线性弹性特性悬架。
4.1.4后悬架主、副簧刚度的分配货车后悬架多采用有主、副簧结构的钢板弹簧。
其悬架弹性特性曲线如图6—10所示。
图4—1 悬架弹性特性曲线1—缓冲块复原点 2—复原行程缓冲块脱离支架 3—主弹簧弹性特性曲线 4—复原行程5—压缩行程 6—缓冲块压缩期悬架弹性特性曲线 7—缓冲块压缩时开始接触弹性支架 8—额定载荷载荷小时副簧不工作,载荷达到一定值(图4—2中的K F )时,副簧与托架接触,开始与主簧共同工作。
如何确定副簧开始参加工作的载荷K F 和主、副簧之间的刚度分配,受悬架的弹性特性和主、副簧上载荷分配的影响。
原则上要求车身从空载到满载时的振动频率变化要小,以保证汽车有良好的平顺性,还要求副簧参加工作前、后的悬架振动频率变化不大。
这两项要求不能同时满足。
具体确定方法有两种:第一种方法是使副簧开始起作用时的悬架挠度a f 等于汽车空载时悬架的挠度0f ,而使副簧开始起作用前一瞬间的挠度K f 等于满载时悬架的挠度c f 。
于是,可求得W K F F F 0=。
式中,0F 和W F 分别为空载与满载时的悬架载荷。
副簧、主簧的刚度比为 1-=λma c c (4—3) WF F 0=λ 式中,a c 为副簧刚度;m c 为主簧刚度。
图4—2 货车主、副簧为钢板弹簧结构的弹性特性用此方法确定的主、副簧刚度比值,能保证在空、满载使用范围内悬架振动频率变化不大,但副簧接触托架前、后的振动频率变化比较大。
第二种方法是使副簧开始起作用时的载荷等于空载与满载时悬架载荷的平均值,即)(5.00W K F F F +=,并使0F 和K F 间的平均载荷对应的频率与K F 和W F 间平均载荷对应的频率相等,此时副簧与主簧的刚度比为)3)(22(+-=λλma c c (4—4) 用此法确定的主、副簧刚度比值,能保证副簧起作用前、后悬架振动频率变化不大。