悬架设计流程
悬架设计指南
设计指南（弹簧、稳定杆）不管悬架的类型如何演变，从结构功能而言，它都是有弹性元件、减振装置和导向机构三部分组成。
一 弹性元件弹性元件主要作用是传递车轮或车桥与车架或车身之间的垂直载荷，并依靠其变形来吸收能量，达到缓冲的目的。
在现用的弹性元件中主要有三种；（1）钢板弹簧，（2）扭杆弹簧，（3）螺旋弹簧。
钢板弹簧设计板弹簧具有结构简单，制造、维修方便；除作为弹性元件外，还兼起导向和传递侧向、纵向力和力矩的作用；在车架或车身上两点支承，受力合理；可实现变刚度，应用广泛。
(一) 钢板弹簧布置方案1.1钢板弹簧在整车上布置(1) 横置；这种布置方式必须设置附加的导向传力装置，使结构复杂，质量加大，只在少数轻、微车上应用。
(2) 纵置；这种布置方式的钢板弹簧能传递各种力和力矩，结构简单，在汽车上得到广泛应用。
1.2 纵置钢板弹簧布置(1) 对称式；钢板弹簧中部在车轴（车桥）上的固定中心至钢板弹簧两端卷耳中心之间的距离相等，多数汽车上采用对称式钢板弹簧。
(2) 非对称式；由于整车布置原因，或者钢板弹簧在汽车上的安装位置不动，又要改变轴距或通过变化轴荷分配的目的时，采用非对称式钢板弹簧。
(二)钢板弹簧主要参数确定初始条件：1G ~满载静止时汽车前轴（桥）负荷2G ~满载静止时汽车后轴（桥）负荷1U G ~前簧下部分荷重2U G ~后簧下部分荷重1W F =(G 1-G 1U )/2 ~前单个钢板弹簧载荷2W F =(G 2-G 2U )/2 ~后单个钢板弹簧载荷c f ～悬架的静挠度；d f －悬架的动挠度1L ～汽车轴距；1、 满载弧高a f满载弧高指钢板弹簧装在车轴（车桥）上，汽车满载时钢板弹簧主片上表面与两端（不包括卷耳孔半径）连线间的最大高度差。
a f 用来保证汽车具有给定的高度。
当a f =0时，钢板弹簧在对称位置上工作。
为在车架高度已确定时得到足够的动挠度，常取a f = 10～20mm 。
2、 钢板弹簧长度L 的确定L —指弹簧伸直后两卷耳中心间的距离（1）钢板弹簧长度对整车影响当L 增加时：能显著降低弹簧应力，提高使用寿命；降低弹簧刚度，改善汽车平顺性；在垂直刚度C 给定的条件下，明显增加钢板弹簧纵向角刚度；减少车轮扭转力矩所引起的弹簧变形；原则上在总布置可能的条件下，尽可能将钢板弹簧取长些。
悬架系统设计步骤
悬架系统设计步骤在此主要是分析竞争车型的底盘布置。
底盘布置首先要确定出轮胎、悬架形式、转向系统、发动机、传动轴、油箱、地板、前纵梁结构（满足碰撞）等，因为这些重要的参数，如轮胎型号、悬架尺寸、发动机布置、驱动形式、燃油种类等在开发过程中要尽可能早地确定下来。
在此基础上，线束、管路、减振器、发动机悬置等才能继续下去悬架选择对各种后悬架结构型式进行优缺点比较，包括对后部轮罩间空间尺寸的分析比较，进行后悬架结构的选择。
常见的后悬架结构型式有：扭转梁式、拖曳臂式、多连杆式。
扭转梁式悬架优点：1.与车身连接简单，易于装配。
2.结构简单，部件少，易分装。
3.垂直方向尺寸紧凑。
4.底板平整，有利于油箱和后备胎的布置。
5.汽车侧倾时，除扭转梁外，有的纵臂也会产生扭转变形，起到横向稳定作用，若还需更大的悬架侧倾角刚度，还可布置横向稳定杆。
6.两侧车轮运转不均衡时外倾具有良好的回复作用。
7.在车身摇摆时具有较好的前束控制能力。
8.车轮运动特性比较好，操纵稳定性很好，尤其是在平整的道路情况下。
9.通过障碍的轴距具有相当好的加大能力，通过性好。
10.如果采用连续焊接的话，强度较好。
缺点：1.对横向扭转梁和纵向拖臂的连续焊接质量要求较高。
2.不能很好地协调轮迹。
3.整车动态性能对轴荷从空载到满载的变化比较敏感。
4.但这种悬架在侧向力作用时，呈过度转向趋势。
另外，扭转梁因强度关系，允许承受的载荷受到限制。
扭转梁式悬架结构简单、成本低，在一些前置前驱汽车的后悬架上应用较多。
拖曳臂式悬架优点：1.Y轴和X轴方向尺寸紧凑，非常有利于后乘舱（尤其是轮罩间宽度尺寸较大）和下底板备胎及油箱的布置。
2.与车身的连接简单，易于装配。
3.结构简单，零件少且易于分装；4.由于没有衬套，滞后作用小。
5.可考虑后驱。
缺点：1.由于沿着控制臂相对车身转轴方向控制臂较大的长宽比，侧向力对前束将产生不利的影响。
2.车身摇摆（bodyroll）对外倾产生不利影响；（适当的控制臂转轴有可能改善外倾的回复能力，但这导致轮罩间宽度尺寸的减小。
汽车悬架设计及流程分析
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第六章_悬架设计
第一节 概述
功用 1. 传递作用在车轮和车架(或车身)之间的一切力和力矩，并且缓和路面传给车架(或车身)的冲击载荷， 衰减由此引起的承载系统的振动，保证汽车的行驶平顺性； 2. 保证车轮在路面不平和载荷变化时有理想的运动特性；
三、双横臂式独立悬架导向机构设计
1．纵向平面内上、下横臂的布置方案 第1、2、6方案的主销后倾角变化规律是比较好的
2．横向平面内上、下横臂的布置方案
三、双横臂式独立悬架导向机构设计
3．水平面内上、下横臂动轴线的布置方案
三、双横臂式独立悬架导向机构设计
水平面内上、下横臂动轴线的布置方案
一、概述
功用 3. 保证汽车的操纵稳定性，使汽车获得高速行驶能力。 组成 由弹性元件、导向装置、减振器、缓冲块和横向稳定器等组成。
一、概述
二 各组成元件功用
弹性元件: 缓和路面传给车架(或车身)的冲击载荷。 导向装置：导向装置由导向杆系组成，用来决定车轮相对于车架(或车身)的运动特性并传递除弹性元件传递的垂直力以外的各种力和力矩。当用纵置钢板弹簧作弹性元件时，它兼起导向装置作用。
为了使轮胎在遇到凸起路障时能够使轮胎一面上跳，一面向后退让，以减少传到车身上的冲击力，还为了便于布置发动机，大多数前置发动机汽车的悬架下横臂轴M—M的斜置角α1为正，而上横臂轴N—N的斜置角α2则有正值、零值和负值三种布置方案，如车轮上跳、下横臂斜置角αl为正、上横臂斜置角α2为负值或零值时，主销后倾角随车轮的上跳而增大。如组合方案为上、下横臂斜置角α1、α2都为正值，如图6—33a所示，则主销后倾角随车轮的上跳较少增加甚至减少(当α1<α2时)。
它对簧上质量的侧倾角有影响： 此外，还要求汽车转弯行驶时，在0.4g的侧向加速度作用下，前、后轮侧偏角之差δ1-δ2应当在1°～3°范围内。 而前、后悬架侧倾角刚度的分配会影响前、后轮的侧偏角大小，从而影响转向特性，所以设计时还应考虑悬架侧倾角刚度在前、后轴上的分配。
悬架设计
悬架设计一、悬架结构1-前悬架横梁2-前稳定杆3-拉杆支架4-粘滞式拉杆5-下连杆6-轮毂转向节总成7-第三连杆8-减振器9-上连杆10-螺旋弹簧11-上连杆支架12-减振器隔振块二、 钢板弹簧的设计、计算方法（1）、钢板弹簧种类汽车钢板弹簧除了起弹性元件作用之外，还兼起导向作用，而多片弹簧片间磨擦还起系统阻尼作用。
由于钢板弹簧结构简单，使用维修、保养方便，长期以来钢板弹簧在汽车上得到广泛应用。
目前汽车使用的钢板弹簧常见的有以下几种。
①普通多片钢板弹簧，如图1-a 所示，这种弹簧主要用在载货汽车和大型客车上，弹簧弹性特性如图2-a 所示，呈线性特性。
变形载荷变形载荷变形载荷图1 图2②少片变截面钢板弹簧，如图1-b 所示，为减少弹簧质量，弹簧厚度沿长度方向制成等厚，其弹性特性如一般多片钢板弹簧一样呈线性特性图2-a 。
这种弹簧主要用于轻型货车及大、中型载货汽车前悬架。
③两级变刚度复式钢板弹簧，如图1-c 所示，这种弹簧主要用于大、中型载货汽车后悬架。
弹性特性如图2-b 所示，为两级变刚度特性，开始时仅主簧起作用，当载荷增加到某值时副簧与主簧共同起作用，弹性特性由两条直线组成。
④渐变刚度钢板弹簧，如图1-d 所示，这种弹簧多用于轻型载货汽车与厢式客车后悬架。
副簧放在主簧之下，副簧随汽车载荷变化逐渐起作用，弹簧特性呈非线性特性，如图2-c 所示（2）钢板弹簧设计的已知参数 1)弹簧负荷通常新车设计时，根据整车布置给定的空、满载轴载质量减去估算的非簧载质量，得到在每副弹簧上的承载质量。
一般将前、后轴，车轮，制动鼓及转向节、传动轴、转向纵拉杆等总成视为非簧载质量。
如果钢板弹簧布置在车桥上方，弹簧3/4的质量为非簧载质量，下置弹簧，1/4弹簧质量为非簧载质量。
2)弹簧伸直长度根据不同车型要求，由总布置给出弹簧伸直长度的控制尺寸。
在布置可能的情况下，尽量增加弹簧长度，这主要是考虑以下几个方面原因。
①由于弹簧刚度与弹簧长度的三次方成反比，因此从改善汽车平顺性角度看，希望弹簧长度长些好。
汽车悬架造型流程设计
目录序言 (1)第一章我国悬架的现状与发展趋势 (2)1.1我国悬架的现状与发展2第二章汽车悬架系统的概述52.1悬架系统的组成与功能 (5)2.1.1悬架的概念 (5)2.1.2悬架的组成 (6)2.1.3悬架的作用 (7)2.2悬架的分类 (8)2.2.1非独立悬架 (8)2.2.2独立悬架 (10)第三章悬架设计流程 (10)3.1悬架设计流程概述 (10)3.2钢板弹簧具体设计流程 (12)3.2.1 钢板弹簧式悬架种类和结构 (12)3.2.2 钢板弹簧设计的已知参数 (13)3.2.3 钢板弹簧设计步骤 (14)3.2.4 钢板弹簧的导向特性 (15)参考文献 (15)序言汽车悬架是是汽车的车架与车桥或车轮之间的一切传力连接装置的总称，其作用是传递作用在车轮和车架之间的力和力扭，并且缓冲由不平路面传给车架或车身的冲击力，并衰减由此引起的震动，以保证汽车能平顺地行驶。
悬架结构一般有弹性原件，导向机构和减震器组成。
弹性原件又有钢板弹簧，螺旋弹簧，扭杆弹簧，空气弹簧等形式。
悬架又分独立悬架和非独立悬架。
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。
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。
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。
目前，我国在汽车悬架系统方面，除了钢板弹簧悬架的设计及应用比较成熟以外，其他悬架技术的应用绝大部分还处于车型引进，仿制或直接购买产品阶段。
悬架产品的设计开发滞后，一方面表现在设计手段落后，计算机应力分析，动态仿真在企业中应用还较少；另一方面没有建立一套完善的设计评价体系。
悬架设计大体步骤
悬架设计大体步骤
1、悬架类型进行选择
2、根据总布置参数确定悬架系统初步硬点
3、进行悬架性能设计，即确定悬架的基本参数，并根据总布置参数进行悬架参数设计及计算，包括悬架刚度、临界阻尼
4、通过ADAMS软件对悬架进行动力学仿真优化得到的结果，对悬架参数进行修正
5、进行悬架结构设计，即利用三维建模软件CATIA对各个零件进行三维建模，包括前后转向节、横向稳定杆、导向机构等
6、利用FEA软件HyperWorks对相关零件进行拓扑优化和静力分析，完善零件模型并完成零件应力校核，在保证设计强度和刚度要求的情况下进行轻量化设计
7、悬架总成进行改进、优化和总装配，得出符合实际要求的悬架方案，并提供各机加工零件的CAD图纸。
汽车设计课件--6悬架设计
车轮外倾角 与主销内倾 角变化大
主销后倾角 变化大
有变化
变化小，轮 变化大，轮
轮距 胎磨损速度 胎磨损速度
慢
快
不变
变化不大
悬架侧倾 角
刚度
较小，需用 横向稳定器
较大，可不 装横向稳定 器
较小，需用 横向稳定器
居单横臂式 和单纵臂式 之间
麦弗逊式 扭转梁随动臂式
比较高
比较低
变化小
左、右轮同时跳 动时不变
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3）、 fd要合适，根据不同的车和不同路面条件选择
➢要求悬架有足够的动挠度，以防止在坏路面上行驶时经常 碰撞缓冲块。 ➢乘用车：fd=7-9cm; 客车：5-8cm; 货车：6-9cm
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二、悬架的弹性特征
1、定义
悬架受到垂直外力F与由此所引起的车轮中心相对于在车身位 移f（即悬架的变形）的关系曲线 。
5）悬架占用的空间尺寸
占用横向尺寸大的悬架影响发动机的布置和 从车上拆装发动机的困难程度；
占用高度空间小的悬架，则允许行李箱宽敞， 而且底部平整，布置油箱容易。
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悬架 双横臂式 单横臂式 单纵臂式 单斜臂式
侧倾中心 高
比较低
比较高
比较低
居单横臂和 单纵臂之间
车轮定位 车轮外倾角 参数的变 与主销内倾
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四、悬架侧倾角刚度及其在前、后轴的分配
侧倾角刚度的大小影响到侧倾角，侧倾角过大过小都不好： 过小会感知不到侧翻的潜在危险； 过大则感觉太不安全，不舒适。
前后悬架的角刚度匹配要考虑汽车的转向特性： 为满足汽车的不足转向特性，一般使前悬架的角刚度为后悬架角刚 度的1.4～2.6倍，使得前轮的侧偏角大于后轮的侧偏角。
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赛车悬架设计流程简介
发布: 2009-9-21 22:46 | 作者: 网络转载 | 来源: 本站原创 | 查看: 17次一般说来，当工程师在设计一辆F1赛车时，通常需要考虑赛车在飞驰过程中的4个动模态特征（赛车的头部和尾部连线为X轴，赛车左侧与右侧连线为Y轴，垂直于地面为Z轴）：
1）俯仰：赛车有绕着Y轴旋转的趋势。
2）侧倾：赛车有绕着X轴旋转的趋势。
3）弹跳：轮胎与地面接触面沿Z轴做上下直线运动。
4）翘曲：轮胎与地面接触面沿Z轴做上下非匀速直线运动。
上述动模态特征主要由赛车前、后两轴的悬挂刚度和侧倾刚度决定。
赛车行驶过程中，当簧下质量与赛道路面间相对运动为零时，可以获得理想化最大的赛车抓地力；换句话说，赛车簧下质量的几何重心的运动轨迹与赛道表面轮廓形状完全平行。
很明显，在现实世界的工程应用中，这是无法达成的理想目标，那么尽可能地减小簧下质量与地面间的相对运动就是悬挂设计的主要目标之一，通常设计工程师会在满足所有性能要求的前提下选择最小的弹簧刚度。
但同时，设计者为了控制制簧上质量与赛道表面间的相对运动需要选择较大的弹簧以及减震器刚度。
所以，为了分别控制簧上质量与簧下质量，关于弹簧和减震器性能选择存在一对无法避免的矛盾，无论是悬挂设计工
程师还是赛场调教工程师都需要靠车队多年积累的数据和经验来对两个参数进行优化选择，并根据现场赛道和气候条件做出最终抉择。
讲解到此处，还需要引出一个参数名词——弹跳频率（bounce frequency），随着赛车质量而发生变化，从公路民用车到赛车，弹跳频率约为0.8到1.5Hz之间，然而F1赛车的弹跳频率大约为2.0Hz。
在设计F1赛车悬挂时，后轮轴的设计弹跳频率都会比前轮轴高一些，这主要是为了在起伏赛道上消除赛车的俯仰趋势。
悬挂设计的第二个考虑因素就是赛车的重量转移，这由赛车的质量、加（减）速度、重心高度、赛道宽度或轴距长度等参数多方面联动决定的。
重量转移与侧倾趋势有着密不可分的联系。
尽管消除赛车侧倾的最好方法就是穿过赛车重心点增加一根防侧倾杆，但这样做也有很大的副作用——带来瞬时重量转移。
赛车设计工程发展到如今，通过多年的实验与数据积累，与其采取上述方法完全消除侧倾，还不如保留一定数值的可控侧倾趋势，但同时可以最大化地减小赛车的重量转移。
其实，也就是在20世纪70年代以后，F1赛车工程师才开始逐渐考虑降低车体的侧倾趋势以提高赛车的平衡性和操控性，较软的悬挂侧倾刚度会降低赛车的抓地力水平。
翘曲主要用来描述悬挂抗路面畸变性的能力。
选择较硬的悬挂可以有效地降低赛车的俯仰、侧倾和震荡趋势，同时也可以有效减小悬挂上、下叉形架上拱或下凹变形，但这样的设置却牺牲了悬挂的抗翘
曲性能。
随着抗翘曲能力降低，赛车的动载荷变化量以及不可控制动载荷都有相应增加，而且赛车的过弯性能也会所有削弱。
当赛道路面不平或赛车颠簸时，轮胎—悬挂—推杆传递的振动由安装在底盘（或变速箱）上的弹簧来吸收并传递到底盘上。
那为什么非要选择弹簧来吸收并传递震动，何不直接用具有一定柔度的底盘直接吸收震动呢？其实原因很简单，即使设计具有一定柔度的底盘，但最多这只能看作是一个“无阻尼弹簧”，其储能量十分有限，无法有效消除赛车连续的上下振荡运动；而且如果采用这样的设计，底盘需要同时吸收前、后悬挂的冲击和振动，不可避免地产生共振，这对车手舒适度和赛车操控性都带来新的挑战因素。
悬挂的冲击和振动由弹簧吸收后，弹簧自然而然存储了能量，那么此时需要减震器来释放存储在弹簧中的能量，以确保整个悬挂总成系统能够连续工作（减震器同时还提供颠簸振荡阻尼和防侧倾阻尼）。
如果减震器不能够很好地控制或释放弹簧所吸收的冲击能量，那么弹簧的简谐运动将处于失控状态，弹簧的能量释放也将处于不可预测状态。
结果，赛车的簧上质量和簧下质量都开始振荡，这种振荡或跳动会对车身的稳定性和赛车操控性带来极大的负效应。
车手在颠簸路段会感觉到底盘剧烈而无规律的振动；在大脚制动时，赛车有向前栽头的趋势；在赛车过弯时，整车的平衡性非常难以控制，当横向加速度较大时，还会有敏感的侧倾趋势。
目前为止，在所有零件中，F1赛车的减震器的公开发行数据和资料是最少的。
不仅是赛车界，就算是民用车或高校教育中也很少有现成的公式能够清楚地计算出确保某种减震特性的减震器所有参数。
在20世纪90年代，F1围场出现了主动悬挂系统（active suspension），有了主动悬挂，设计师可以有效地消除上述4个模态特征之间的耦合作用，大大提高赛车的整体性能。
知道1993年，FIA禁止各车队使
用主动悬挂，外界才对F1悬挂系统和减震器有所了解。
毫无意外，各车队工程师当然不愿意放弃主动悬挂系统，但迫于规则，即使非常无奈也必须放弃此优异性能。
也就是从这时开始，各车队开始大力研发赛车减震器以获得同主动悬挂同样的性能效果，即便如此，由于
F1赛车界各车队的竞争异常激烈，圈外仍旧难以获得赛车悬挂设计
和减震器设计的最新有效资料。
民用车和所有赛车的回弹率/压缩率（rebound/compression ratio）处于1.5:1到4:1之间，设计者们通常用60:40和80:20来表示这个比率值。
多年实践表明，通常设计者会选用3:1来作为设计的起点，即使到了现在这个设计起点数值仍然是首选。
在计算分析上，通常用临界阻尼的某个百分比数值来作为赛车悬挂的阻尼率，但涉及到应用时，很不幸，理想的设计阻尼里数值必须根据各条赛道的不同特性来具体分析。
即使工程师的考虑已经面面俱到，但仍旧难以在实验室里模拟出赛道的真实情况和环境状态，车队通常靠多年比赛经验和赛道搜集的数据来克服此困难。
作为开轮式赛车的典型代表，F1赛车选用上、下双叉形架（叉臂或三角架）悬挂，叉形架横梁通常设计为倒机翼形，一方面可以减少
阻力，另一方面还可以提供小小下压力。
悬挂的弹簧和减震器安装在底盘上，通过拉杆或推杆与悬挂总成连接。
整个悬挂系统的重量非常小，结构布局紧凑，完全符合现代F1赛车的设计需求。
下面简单介绍一下F1悬挂的设计过程：
1. 现代F1赛车都采用从外到内的设计过程，所以首先要确定赛车主要框架参数，包括：外形尺寸、重量、发动机马力等等。
2. 确定悬挂系统类型，一般都会选用双叉架，主要是决定选用拉杆还是推杆。
3. 确定赛车的偏频和赛车前后偏频比
4. 估计簧上质量和簧下质量的四个车轮独立负重。
5. 根据上面几个参数推算出赛车的悬挂刚度和弹簧的弹性系数
6. 推算出赛车在没有安装防侧倾杆之前的悬挂刚度初值，并计算车轮在最大负重情况下的轮胎变形
7. 计算没安装防侧倾杆时赛车的横向负载转移分布（LLTD Lateral Load Transfer Distribution）。
8. 根据上面计算数值，选择防侧倾杆以获得预想的侧倾刚度和LLTD。
9. 最后确定减震器阻尼率。
10. 上面计算和选型完成后，在重新对初值进行校核。
现代F1赛车都是采用由外到内的设计理念，首先要计好赛车的空气动力学外壳套件，再根据FIA技术规范规定设计赛车尺寸、重量、动力传动链、轮胎/轮毂，然后再设计赛车的立式导架、转向控制臂以及一些其他附件。
F1赛车可以说是世界上所有顶尖应用科技的集合，从机械、材料、空气动力学、电子、计算机到光学、无线电遥感科学，您都能在605Kg 的F1赛车上找到缩影。
理解和掌握赛车设计不是一蹴而就的短期工程，希望大加能共享书籍分享经验。
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