某货车悬架系统的设计

开题报告

摘要

随着技术的不断革新，悬架系统逐渐走进了人们的视线，如今几乎已经成为了我们所使用的汽车上不可或缺的一部分。它的作用简单直接，该悬架作为现代汽车的重要总成之一，它能够把车架与车轴弹性地连接起来。主要的任务就是传递车轮与车架之间的一切力和力矩。还不止如此，在路况不佳的时候它也能起到减弱车身震动，起到保护汽车的作用，使石头或其他杂物带来的冲击力度降低。

悬架主要由三部分构成（导向设备、弹性件儿、缓冲块）

优良的减震能力，使车的主人能够时刻保持稳定的行驶，并且行驶过程舒适，悬架已经成为了现代汽车上必不可少的一部分

关键词悬架；振动；稳定性

The Design Of Light Truck Suspension

Abstract

The suspension is one of the important assemblies on the modern automobile, which ties the frame and axle to the side. Its main task is to transfer all forces and moments between the wheel and the frame; Cushion the impact load on the car frame, reduce the vibration of the carrying system, and ensure the smoothness of the car. Enable the car to drive fast.

The suspension is composed of the guiding device, the elastic component, the buffer block, the shock absorber and the transverse stabilizer.

The suspension can improve the comfort of the car very well, reduce the shock of the car, and make the car ride smoothly.

Keywords Suspension；Vibration；Stability

目录

摘要................................................................................................................. I Abstract .............................................................................................................. IX 目录................................................................................................................ X 第1章前言. (11)

第2章 (13)

2.1 独立悬架 (14)

2.2 悬架选择的方案确定 (14)

2.3 本章小结.................................................................. 错误！未定义书签。第3章............................................................................... 错误！未定义书签。

3.1 悬架静挠度c f (16)

3.2 悬架动挠度d f (16)

3.3 悬架弹性特性 (17)

3.4 前悬架主销侧倾角与后倾角 (18)

3.5 本章小结 (19)

第4章............................................................................... 错误！未定义书签。

4.1 少片弹簧的设计 (20)

4.2 钢板弹簧的设计...................................................... 错误！未定义书签。

4.2.1少片弹簧的设计 (21)

4.2.2钢板弹簧主要参数的确定 (21)

4.2.3钢板弹簧各片长度的确定 (24)

4.2.4钢板许用静弯曲应力验算 (25)

4.2.5夹紧液压缸的计算 (25)

4.2.6钢板弹簧强度验算 (27)

4.2.7钢板弹簧强度验算 (27)

4.3 本章小结.................................................................. 错误！未定义书签。第5章基于MATLAB的平顺性评价 ............................ 错误！未定义书签。

5.1 MATLAB简介 ......................................................... 错误！未定义书签。

5.2 汽车平顺性介绍 (30)

5.3 汽车平顺性模型的建立 (30)

5.4小结 (30)

结论 (33)

致谢 (34)

参考文献 (35)

第1章前言

1.1悬架研究的目的和意义

汽车悬架有其不可或缺的作用，它能够传递力与力矩，同时还可以将车辆的前后有机地联结为一个整体，一边传递着力一边控制着车辆行驶是的位置。

虽然功能很多，但其最显眼的作用在于它对于力和力矩的传递，有了这个功能汽车便能随时随地保持稳步前行。大多数由于路况不佳而在此的不同程度的破坏，悬架系统都能轻易的将其克服。最大程度地保护了车主的利益。然而想要达到这种理想的目的，我们就需要把汽车的车身与车轮有机地联系在一起，这是以来悬架传递出力与力矩，传递竖直方向的载荷，悬架发生形状变化把动能转换为机械能，这样目的就达到了，缓冲顺利完成。在完成了这些器件的联结之后，汽车就好比是有弹性件儿和弹簧所构成的一个系统，这种系统能够承受大程度地冲击力。为了能够减少无谓的振动，悬架系统中还需要包括减震器。另外，导向机构的运动有可能改变车辆参数，同时汽车前后侧倾的中心位置也会变，因此能够对汽车的整体稳定性能产生影响。近些年来汽车悬架的结构一直在经历着不断的改进，然而仅仅从结构功能来看，一般都是由传统的三部分组成。在一些特定情况下，个别零件同时其几种或者多种作用，我们最常用的麦克弗逊悬架就是个明显例子，它能够同时有上面两张功能。

不同类型悬架都有其独自的特点，非独立悬架的特征是：左、右车轮之间钢性连接，若是一边车轮的变化凸起，就会对另一侧产生直接影响。而独立悬架的特征是：左右相辅相成，同时变化。

有了前面的介绍加上我们要做的汽车，可以得出结论，前悬应用少片弹簧后悬应用刚板弹簧。

振动系统影响诸多零件的寿命此外，因此务必对下面这几个要求进行严格把控：

1. 导向机构与转向杆系相互协调，避免相互干涉；

2. 侧倾中心位置得当，汽车转弯时具有抗侧倾能力，汽车加速时能随时保持车架的稳定，防止发生汽车在制动时的车身倾斜。

3.尽量减少悬架质量；

4.占用面积小便于放置悬架；

5. 零件强度、寿命过关；

6. 制造成本低；

7. 便于维修、保养。

1.2悬架研究的目的和意义

1934年世界上诞生了第一个被动悬架。其参数在行驶过程中始终保持不变。它很难适应各种不断变化的路况，因此它的效果较差。人们为了改进这种缺陷，使用了调节车身高的方法，产生了一定的效果，但是仍然有很大的缺陷。现代轿车多采用麦弗逊式悬架，比如桑塔纳，后悬架则有诸多选择，一般多采用复合式纵摆臂悬架或者多连杆悬架。

近些年来汽车发展迅猛，汽车的速度有了突飞猛进，被动悬架的弊端越来越明显，因此开发出了主动悬架。1954年美国首先提出了主动悬架的想法。基于之前的被动悬架，改进了控制装置，使得新型的悬架可以在多种路面行驶。新的悬架系统在二十世纪后期受到了广泛的应用，安装了这种主动悬架的车辆，可以在多种路况中保持车辆平稳，乘坐舒心，但同时也面临价格高昂，油耗量高等问题。

在我国，基于多种因素多数车辆仍使用被动悬架。尽管主动悬架提出的很早，但其实在难以控制，同时主动悬架牵扯到诸多学科，想要有所突破困难很大。在二十世纪末期，在我国也仅有少数屈指可数的单位正在研究主动悬架。被动悬架的机械结构的刚度以及阻尼都无法改变，依照先前理论，它仅在某些条件下拥有良好性能，但是他的优势在于研发多时且理论基础丰富，成本低廉且方便。就目前的情况看来，依旧适合研究。对于他的性能主要讨论下面几个问题：

1）首先建立三维模型，再使用电脑对其进行仿真确定最有参数；

2）为了使悬架能够尽量适用于多种多样的路况，要研究阻尼减震器以及可变刚度弹簧；

3）基于以上两个问题的前提条件下，需要提高其稳定性能，也就是导向机构的研究。

阻尼减震装置即可节流孔来控制阻尼又可降低或提高粘性变化阻尼，这两种方法造就了减震器的两种类型。节流孔可以通过电磁阀以及布近电机做调节，此种方法花钱多，同时结构较为复杂有不容易生产，另一方面如果改变减振液的粘性对阻尼系数做调整，它就有了花销低廉、噪声和冲击低等优点，所以这种方法是目前的主要研究方向。目前国外，一种是电流变液体，另一种是磁流变液体，都可以调整减震液的粘性。执行策略需要先敲定性能指标，然后在设定控制器。目前为止，这方面应用还比较模糊。

主动悬架的研究方向分别为可靠、可执行。主动悬架需要用到大量的传感器以及各种接口,，所以造成了元器件的可靠性有所不足，需要通过提高集成程度解决，这是个很困难的阶段。研究执行器主要通过把液压期间更换成电动期间。电动力系统具有诸多的优点，日后将会有大作用，很有可能取缔液压机构。使用磁蓄能原里，并且与参数估计相结合，就有可能

会设计出一种主动悬架，这种悬架能源消耗量低且性能优秀。有希望把主动悬架变为现实应用变为可能。

每一次悬架技术的技术革新，其实都代表着多种学科在不同程度上的进步。计算机的发展、制造技术的革新、自动控制原理等等，以上这些技术均提供了巨大保障，使我们的汽车悬架能够更上一层楼。当然相对低，汽车悬架技术的改进也会回馈相关科学技术，同时也对我们的科研人员提出了更为苛刻的要求，为我们走上新台阶做铺垫。

1.3悬架研究的目的和意义

此次研究目的是了解汽车悬架系统的特点，能够根据汽车的实际使用情况选择合适的悬架。确定好给定货车的悬架系统后，对前后悬架进行设计计算，并通过计算机辅助设计，建立模型，最后采用matlab编程对汽车的行驶平顺性进行评价。

第2章悬架确定

2.1独立悬架

独立悬架拥有如下特点（对比非独立悬架）：

非悬挂质量轻便,悬架传递给车身的力小,可以有小弟改善汽车稳定性和轮胎的抓地能力。

1.左右两侧的轮子跳动不产生直接影响，能够缓解整车的震动；

2.横向方向的占用空间少，方便摆放发动机的位置，顺便也降低了整辆车的重心，形势稳定性能大幅提高；

3.驱动轮转向更易达成。

非独立悬架的特点如下:

1.双臂式独立悬架特点:出色的稳定性，灵活多变；

2.麦克弗逊悬架特点：这种悬架吧减震机构以及导向装置相互整合在一起，把不必要的部分去除，因此腾出了大块空地，无形中减少了制作成本，结构得到优化，对于发动机的放置问题和车辆行驶的稳定都是巨大的提升；

3.滑住摆臂式悬架特点:汽车后备箱空间充裕，出行快捷且方便，适合家用；

4.单臂式悬架特点:此种悬架有一种缺陷，就是车辆跳动过程中内倾角与外倾角变化大，所以作为前悬架并不合适，但另一方他的特点是侧倾中心高，结构普通。

2.2悬架选择的方案确定

当下在我国车辆的悬架选取的常用方案有以下几种：前轮应用独立悬架，后轮应用非独立；前后轮同时应用非独立悬架等几种方案。

虽然方案很多，但是针对不同车辆，产生的效果不尽相同。悬架作为隔离路面与驾驶舱的重要部件是决定车型驾驶体验的关键，纵观整个乘用车市场，不可否认独立悬架的定位确实高于非独立悬架，但在10-15万这个两种悬架类型交接的地方难免会出现类似于豆腐脑的甜党与咸党之争。独立悬架，特别是多连杆独立悬架在操控性和舒适性上有着先天优势，调教上更有潜力，但很多车企在板车悬架的调教上积累了丰富的经验，已经能够最大限度压榨这种悬架的实力，其性能相比某些自主研发的独立后悬有过之而无不及，例如法系车。

还有，如果前悬架应用非独立悬，前轮有可能会发生振动的情况，这样会影响汽车平顺性是，因而前悬架多应用独立悬家。

这次的课题是为轻型货车选择合适的悬架系统，为了降低成本，结构

方面节约空间，考虑后悬架应用刚板弹簧架，而前悬架应少片弹簧悬架。

第三章 各参数的确定

3.1悬架静挠度c f

悬架经挠度的公式c F f W c /=。(满载静止状态下)

车辆上的振动系统有他的固有频率，作为重要参数，是测定汽车平顺的重要指标。系数ε大约可以取为 1，因此汽车前、后轴的振动没有联系。故可以应用下式表示

11121m c n π= （3-1）

式中，1c 、2c 分别代表前后的刚度；1m 、2m 分别代表前后的簧上质量

式中，g 取为9.8m/s 2。

将1c f 、2c f 代回上式中

115

c f n = （3-3）

分析上式可知：经挠度的选取十分重要，他会影响到汽车行进的稳定，所以选取它的参数务必谨慎。

根据书上规定，我们选择的后悬架的经挠度对比前悬架需要略小一些，同时两者的数值尽可能地接近，经过实力证明，这对于防范车身倾斜有很大用处。根据课本记载，一辆正常车辆通过某个路障， 1n /2n ＜1的

情况下的从倾角要比1n /2n ＞1时小，所以选取2c f ＝0.81c f 更为合理。为了

使坐在靠后的人们乘车舒服，前后悬架的偏频越相互接近越好。

汽车种类多得数不胜数，故其各项要求也都不尽相同。以我们生活中最常见的几种汽车为例，人们队平顺性的要求大致为一下几种：轿车＞大客车＞载货汽车等。多数普通车辆（满载），它的前后悬架偏僻会有少许不同，前悬架：1-1.5赫兹，后悬架：1.1-1.6赫兹。实际上轿车越高端，

偏频会变小。所以取定1n =1.5Hz ，2n =1.7Hz 。代入115c f n = 得

1c f =13.545cm, 四舍五入取得1c f =13厘米，2c f =11厘米 。

3.2悬架动挠度d f

悬架的动挠度d f 表示悬架变形到极限的时候，车轮的中心点到车身中

心点在竖直方向移动的距离。为了避免车辆在糟糕路况的情况下被碰撞损

伤车体，这就需要提高我们的动挠度。与前面所提到的静挠度类似，各种各样的车型对于动挠度也都有不同的要求，轿车、客车、货车的动挠度数值大概在5-9cm 。我们可以显而易见第选择软质悬架用来减少偏频，不过这样做的坏处在于其更易变形。大多数时候多数货车的动、静挠度相加＜=13厘米。故在工作行程范围允许内，选取动挠度数值13厘米。

前悬架簧载m=600千克,空载簧载m=470千克，偏频取为1n =1.5Hz ，后悬架簧载m=1300千克,空载簧载m=430千克，设计偏频取为

1n =1.7Hz ，针对空载情况，代入11121m c n π=得1c =53N/mm ，

2c =148N/mm 。

3.3悬架弹性特性

在竖直方向给悬架一个力F 以及因此车身中心所发生的位移f (即外形变化)的曲线图叫做弹性特性曲线。沿着斜向做切线，它（也就是k ）表示钢度。

一般这种弹性曲线图分为非线性和现行曲线图两种。由简单的数学知识可知，若这个曲线图呈现为一条斜向的直线，此时称他为线性弹性曲线图，k 保持不变；若这个曲线图成纤维一条弯曲且不断变化的曲线，此事称他为非线性弹性曲线图，k 值不停发生变化，虽然它一直在变化，但也有好处。在曲线缓慢变化的曲线处说明其稳定性能好；相对地曲线变化陡峭的地方，钢度更大，这样增大了动挠度的有效范围，相比平缓出更加灵活。这里牵扯到一个词叫做悬架的动容量，它表示车辆从启动开始到达最大变形过程中所用去的能量。提高车辆的东容量可以降低被缓冲块刺穿的情况。

货车与客车的车身高度不同，振动频率也不同，但是这两者的簧上质量m 变化均非常大，更易采用非线性悬架，因为其钢度k 可以改变。对于轿车来说，它的簧上质量不成问题，可以采用线性悬架。但是出于对整车的保护，为缓解外界对车身的碰撞以及弯道处的安全性能，最好也采用更为灵活的非线性悬架。

钢板弹簧的弹性曲线被看作为线性曲线。

图3—1 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

3.4前悬架主销侧倾角与后倾角

主销角的原理:车辆的注销角都是不同的，没有一种车型是固定不变的。前段的载荷把力传递给车轮中心，然后在传递给转向轮，有了上述的条件就被叫做注销。

1.后倾角:车轮中心在竖直方向上与轴向在平面内的夹角。

2.主销后倾角的作用：

(1)后倾角的大小是车辆行驶稳定的有力保障，大的后倾角，能够产生足够大的离心力。是稳定性增强。即使如此也要把它控制在一定范围，如果去了一个比较大的后倾角有可能会带来转向不便的麻烦，这是没有必要的。

(2)车轮的调整汇正可以通过后倾角的变化来调节，这是一种很好有效的方法。

此时我们取后倾角3°。

2.主销内倾角

是悬架在组装的时候，会向内略微凹陷一个角，此时这个角就是内倾角。

(1)主销内倾角的作用：

a)有助于车轮自动回正；

b)使转向更加快捷灵便。

(2)主销内倾角的确定：

多数常用的车辆内倾角选取大概在6度至8度多，一直到了二十世纪末发生了改变，变为10度至12度左右。

第四章 弹簧设计

4.1少片弹簧的设计

少片弹簧有其独特的特色，大多数有三片大小宽厚一致的叶片所构成，正是有了这种特点，因而越来越多地把他用于商用汽车。弹簧之间多方有所料垫片，垫片可以有效地缓解摩擦，起到保护弹簧的作用，同时对比多片弹簧，他的质量更加轻便，约减少了百分之三十左右。

图4-1 少片弹簧叶片

式中, )/()('1212l l h h A --=，

)/()('121221l l l h l h B --=。每一个弹簧的])(1[63232k l

l l EJ c +=

ξ为了求系数k 用'k 代入，即 ]

4[22n 331)]1()11()1()1)(1(4l 2[)11(23'--------+---=βαγαγββαγβk 式中，21l l =α；21h h =β；βαγ=。

当)12(21->βl l 或212h h <时，弹簧力最大时候''A B x =处，此处'2''B B x A h x =+=，其应力值'

'23max B bA F a =σ。

当)12(21-≤βl l 时，最大弹簧力反生变化，在B 点，其值2

22m a x 23bh l F a =σ。 max σ通常不会＜][σ。

在有多组弹簧的状况下，钢度c 的值就是所有弹簧钢度的代数之和，而应力的数值取决于每个单个片儿收到的载荷量。宽度通长的取值为75