独立悬架设计流程

前独立悬架设计主讲人：罗训强)一.什么是独立悬架？)二.什么样的车型适合用独立悬架？)三.独立悬架相对于非独立悬架有什么优点？)四.独立悬架的结构型式以及在不同车型中的应用情况)五.针对某一种双横臂独立悬架设计流程的介绍)六.结束语一、什么是独立悬架？独立悬架（Individualwheelsuspension）是车轮通过各自独立的悬架与车架（或车身）相连。每个车轮单独通过一套悬挂安装于车身或者车桥上，车桥采用断开式，中间一段固定于车架或者车身上；此种悬挂两边车轮受冲击时互不影响，而且由于非悬挂质量较轻；缓冲与减震能力很强，乘坐舒适。二、什么样的车型适合用独立悬架采用独立悬架的有下面两大类车辆。1.轿车、客车及载人车辆。可明显提高乘坐舒适性，并且在高速行驶时提高汽车的行驶稳定性。2.越野车辆、军用车辆和矿山车辆。在坏路和无路的情况下，可保证全部车轮与地面的接触，提高汽车的行驶稳定性和附着性。二、独立悬架相对于非独立悬架有什么优点独立悬架的优点：1）非簧载质量小，有利于行驶平顺性。同时，车轮接地性良好，有利于操纵稳定性。2）当用于转向轮时，左、右前轮由于不是连在一根轴上，通过合理的布置，可使悬架和转向杆系的运动干涉减小，因此不易发生跳摆（N点的布置）3）可用较软的弹簧，改善汽车平顺性。4）由于有效弹簧距等于轮距，有利于提高横向角刚度，减少侧倾。5）在不平路面上行驶时，容易获得较大的动行程，减少悬架“击穿”概率。6）由于没有连接左右轮的车轴，能够降低发动机和驾驶室的高度，从而降低质心，同时也能扩大车身和行李仓的面积独立悬架的缺点：1）结构复杂、制造成本高2）车轮上下跳时，因为车轮外倾角和轮距变化较大，轮胎磨损比较大。三、独立悬架的结构型式以及在车型中的应用情况独立悬架主流的三种结构型式麦弗逊式独立悬架双横臂式独立悬架斜臂式独立悬架主要用于前独立悬架适用车型：中小型轿车、中低端SUV主要用于前独立悬架适用车型：运动型轿车、超级跑车、载重商用车以及高档SUV前后悬架重点主要用于后独立悬架适用车型：大多数中小型轿车三、独立悬架的不同结构型式以及在不同车型中的应用情况1、麦弗逊式独立悬架-主流家轿悬挂z减振器作为引导车轮跳动的滑柱（主销），螺旋弹簧与其装于一体。z允许滑柱上端作少许角位移。内侧空间大，有利于发动机布置，并降低车子的重心。z车轮上下运动时，主销轴线的角度会有变化，这是因为减振器下端支点随横摆臂摆动主要优点：结构简单、占用空间小、响应较快、制造成本低。主要缺点：横向刚度小、稳定性不佳、转弯侧倾较大，承载性能差，减振器本体承受侧向力。3.1麦弗逊式独立悬架的代表车型德系跑车代言人保时捷9113.1麦弗逊式独立悬架的代表车型宝马五系麦弗逊式独立悬架3.1麦弗逊式独立悬架的代表车型迈腾原型车大众帕萨特B63.1麦弗逊式独立悬架的代表车型国外前独立悬架选用麦弗逊式车型标致307大众迈腾本田FIT丰田花冠美国通用从结构上来看，麦弗逊悬架只有一根下控制臂和一根支柱式减震器，通常只有一种弹性元件-螺旋弹簧。结构上的最简单化使它的组成部件通常要一专多能。如果车辆在运动中，一侧的麦弗逊悬架受到惯性压缩，那么车轮的外倾角变化将增大，于是悬架越是压缩得厉害，这种形变就越是难以得到控制，减振器本身承受的力就更大。所以麦弗逊悬架的应用范围多为小型或中型轿车，车型级别再往上走，结构简单的麦弗逊悬架便会有些力不从心了。通过对麦弗逊悬架植入上控制臂，双横臂式悬架结构便应运而生。双横臂悬架相对麦弗逊悬架在物理学特性上的改变显而易见：当一侧悬架因惯性收缩时，车轮的外倾角变化也相对较小，不过车轮外倾角的变化大小还可以通过改变上下控制臂的相对长度来改善。因此，工程师在设计和匹配双叉臂悬架时自由度更大，更能针对汽车的某一种特性如运动或舒适性作出最为合理的调校。麦弗逊独立悬架结构向双横臂悬架的衍变三、独立悬架的不同结构型式以及在不同车型中的应用情况2、双横臂式独立悬架z双横臂悬挂拥有上下两个叉臂，横向力由两个叉臂同时吸收。z减振器只承受簧上载荷，不承受侧向力。z主销轴线由上下摆臂球点连线构成主要优点：z横向刚度大，可以承受较大的侧向力；z能精确的设定定位参数且大多数是定位参数是可调的（外倾角、内倾角及前束）；z通过布置上摆臂的安装角度，可实现抗冲击或抗制动特性；z抓地性能好、路感清晰主要缺点：制造成本高、悬架定位参数设定复杂。3.2双横臂独立悬架的代表车型宝马X5高端SUV代表车型上下A字臂；螺旋弹簧和减振器同轴；横向稳定杆3.2双横臂独立悬架的代表车型丰田陆地巡洋舰高端SUV代表车型上下A字臂；螺旋弹簧和减振器同轴；横向稳定杆；3.2双横臂独立悬架的代表车型VOLVOB12M大型高级旅游客车高级客车代表车型上下A字臂；空气气囊弹性元件和减振器不同轴；横向稳定杆；3.2双横臂独立悬架的代表车型丰田考斯特高级旅游客车高级客车代表车型上下A字臂；空气气囊和扭杆结合的弹性元件，与减振器不同轴；横向稳定杆；3.2双横臂独立悬架的代表车型日本ISUZUELF上摆臂结构型式上下A字臂，上摆臂做下跳限位装置；螺旋弹簧弹性元件，与减振器不同轴；横向稳定杆；高端轻卡代表车型3.2双横臂独立悬架的代表车型日本三菱CANTER上下A字臂；钢板弹簧弹性元件；横向稳定杆；高端轻卡代表车型3.2双横臂独立悬架的代表车型IVECO上下一字臂+推力杆；扭杆弹性元件；横向稳定杆；高端轻卡代表车型从以上的结构看出，双横臂的结构和弹性元件组合型式多种多样，具体布置型式和弹性元件的选用需根据车型的定位和要求确定™L11项目双横臂独立悬架设计流程介绍1.前言随着国家经济实力日渐增强，人民生活水平不断提高，城市道路建设飞速发展，高速公路覆盖率越来越高，市场对高速轻载的中小吨位的高档轻卡，强调整车行驶舒适性的城市间物流车需求也越来越大。悬架系统是影响整车舒适性的重要系统之一，目前国外知名品牌的同类轻卡车型的前悬架系统逐步由独立悬架取代非独立悬架，独立悬架的结构型式也不断的更新换代。对于整车舒适性能要求较高的车型，采用结构成熟可靠的独立悬架的是大势所趋。1.前言而在国内的同类车型中，大部分还一直沿用早期老五十铃技术的非独立悬架系统，小部分车型采用的独立悬架结构型式也比较落后。因此，通过对比分析国内外同类车型的独立悬架结构的发展趋势及其设计方法，研究出适合我国国情的独立悬架设计流程就非常有必要。本文将针对国内外中小吨位的高端轻卡所采用的悬架系统形式，选取较为普遍的双横臂独立悬架结构形式，对其设计流程及方法进行分析研究。2.双横臂独立悬架设计流程概述图1双横臂独立悬架设计流程图悬架系统结构选型设计指标确定导向机构设计参考车型指标分析减振器设计弹性元件设计横向稳定杆设计动态仿真生成包洛体3.双横臂独立悬架设计具体流程3.1悬架系统结构选型3.2设计车型指标的分析与确定3.3导向机构设计3.4弹性元件设计3.5横向稳定杆设计3.6减振器设计3.7动态仿真3.8生成包洛体3.1悬架系统结构选型3.1.1轻型载货汽车前悬架系统发展趋势分析3.1.2符合发展趋势的前独立悬架系统配置及结构3.1.3国外先进车型前悬架结构优势对比3.1.1轻型载货汽车前悬架系统发展趋势分析筒式减振器筒式减振器筒式减振器筒式减振器筒式减振器筒式减振器筒式减振器减振器横向稳定杆在高速载货汽车上装配越来越普遍有有有有无无无横向稳定杆螺旋弹簧占用空间小，而且较容易实现改善平顺性，降低偏频值。是未来弹性元件选用的趋势。螺簧钢板弹簧螺簧扭杆扭杆钢板弹簧钢板弹簧弹性元件由上表中可以看出，采用上下A字臂结构是最新结构型式A字臂A字臂A字臂一字臂一字臂无无下摆臂A字臂A字臂A字臂一字臂A字臂无无上摆臂摆臂型式由上表中可以看出，双横臂的导向机构型式是主流发展趋势双横臂双横臂双横臂双横臂双横臂钢板弹簧钢板弹簧导向机构形式由上表中可以看出，在轻型载货车型中独立悬架已经逐步取代非独立悬架，且国外知名品牌车型均匹配独立悬架独立悬架独立悬架独立悬架独立悬架独立悬架非独立悬架非独立悬架悬架型式五十铃ELF三菱CANTER丰田DYNAIVECO东风之星庆铃欧马可国外代表车型国内代表车型车型项目表1轻型载货汽车前悬架系统发展趋势分析3.1.2符合发展趋势的前独立悬架系统配置及结构表2符合发展趋势的前独立悬架系统配置及结构筒式减振器减振器有横向稳定杆螺旋弹簧弹性元件A字臂下摆臂A字臂上摆臂摆臂型式双横臂式导向机构形式独立悬架悬架型式经上表分析，确定悬架系统的结构形式及配置，如表2：由上两表分析确定的悬架结构型式是具有先进性和代表性的。3.1.3国外先进车型前悬架结构优势对比1、摆臂为铸件，但其结构适用于小吨位车型，不利于承载能力扩展2、主销长度过长，空间布置需求太大3、转向节结构不具备先进性，无法扩展安装双卡钳4、螺簧和减振器不同心，螺簧导向设计难度较大，存在失稳的风险5、弹性元件安装需要压力机1、弹性元件为钢板弹簧，自重较大，占用布置空间大，改善平顺性的空间小。1、摆臂为冲压焊合件，承载能力受限2、转向节结构不具备先进性，无法扩展安装双卡钳3、主销长度过长，空间布置需求太大4、弹性元件安装需要压力机缺点1、弹性元件选用螺簧，占用空间小自重小，改善平顺性的空间大1、摆臂为铸件，承载能力较强，结构利于承载能力扩展；2、转向节结构具备先进性，可扩展安装双卡钳。1、用减振器作为螺簧运动导向，螺簧不存在失稳的风险；2、弹性元件选用螺簧，占用空间小、自重小，改善平顺性的空间大优点图片五十铃ELF三菱CANTER丰田DYNA车型对比项目表3国外先进车型前悬架结构优势对比3.1.3国外先进车型前悬架结构优势对比经上表分析，悬架导向机构结构及布置（包括：上下摆臂、转向节）主要以三菱CANTER作为主要分析车型，弹性元件采用螺旋弹簧并结合上表分析在布置上改进设计。3.1.3国外先进车型前悬架结构优势对比结合五十铃ELF和丰田DYNA的优点及不足，吸收滑柱式悬架的优点，将减振器和螺簧提前压装在一起，可解决螺簧失稳的问题和总装线压装费时费力问题。螺簧带减振器总成参考CANTER原型，保证可实现双制动卡钳。转向节带制动器总成参考CANTER原型，并在其基础上实现螺旋弹簧和横向稳定杆的安装下摆臂参考CANTER原型上摆臂备注图片名称表4经分析后确定的前独立悬架机构3.2设计车型指标的分析与确定3.2.1设计指标的分析悬架系统主要影响整车的操稳性能、平顺性能及承载性能，因此确定设计指标应重点从影响此三大性能的因素考虑。3.2.1设计车型指标的分析表5指标的分析与确定螺旋弹簧强度指标2、弹性元件强度指标由CAE强度分析对比参考车型强度指标，本文不做细致分析。1、上下摆臂、转向节强度指标承载性能1、偏频（人）2、减振器相对阻尼系数（路）平顺性能从前后悬架角度来说，还应考虑：1、前后悬架跨距以及前后弹性元件变形量对横向稳定性和纵向稳定的影响；2、摆臂衬套的刚度特性影响此次不做细致分析。导向机构设计（前轮定位参数设置及变化）操稳性能备注影响性能的因素性能3.2.2设计车型指标的确定¾操稳性能指标基于以上分析，设计车型操稳性能影响主要考虑导向机构设计，期望相关指标能够达到先进车型标准。具体见“3.3导向机构设计”。¾平顺性能指标偏频是在悬架系统中影响平顺性能的重要指标，分析国内外车型偏频数值，确定最终设计指标，如下表6：3.2.2设计车型指标的确定表6分析确定偏频值1.81.74（试验值）1.51.91满载随空满载轴荷变化确定2.0（试验值）整备前悬设计车型CANTER东风之星欧马可2T车型项目选取依据：根据车型定位要求，性能方面考虑以平顺性能为主，承载性能次之，但又需兼而顾之；偏频值选取1.8Hz，平顺性优于国产典型车型，接近于CANTER车型指标，承载能力相比略高于CANTER车型。减振器相对阻尼系数是评价减振器衰减振动的重要指标，具体设计见“减振器设计”3.2.2设计车型指标的确定¾承载性能指标主要关注弹性元件在额载、超载以及冲击载荷下的强度指标，具体见“3.4弹性元件设计”3.3前独立悬架导向机构设