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1、瑞风商务车悬架系统分析及设计研究 摘要 汽车悬架直接影响到汽车的操纵稳定性、乘座舒适性、转向轻便 性等性能。 双横臂独立悬架是 MP V等车型的前悬架最常见的型式之一, 螺旋弹簧为弹性元件的双纵臂非独立悬架在MP V等轻型客车的后悬架 上的应用日益广泛。 本课题对 H F C 6 5 0 0( 九座)瑞风商务车悬架进行了系统、深入的 研究。成功的将该车型后悬架由钢板弹簧非独立悬架改为不等长双纵 臂螺旋弹簧非独立悬架结构。建立了商务车前后悬架分析计算的理论 体系 。 本文在分析了汽车悬架的基本特点、要求后,对前悬架的刚度、 横向稳定杆的刚度和前、后悬架的刚度阻尼匹配进行了计算;对影响 操纵稳定性
2、、制动性的参数,如侧倾中心、纵倾中心进行了详细的计 算;文中对反映舒适性的参数一前后悬架的偏频进行了仿真计算。计 算的结果与试验的结果吻合较好。 本课题是首次从产品设计的角度,对双纵臂螺旋弹簧非独立悬架 的设计进行详细阐述, 并运用有限元分析软件对后悬架的导向系杆件进 行了有限元分析,证明了该导向元件的可靠性。通过两台样车的对比 试验,验证了本文理论分析的正确性。 木课题的研究将理论与实际相结合,其成果的应用可以缩短悬架 设计周期,提高产品质量,为企业的发展带来更大的空间,为用户提 供 更多更优秀 的产品。 关键词:商务车双横臂独立悬架双纵臂螺旋弹簧非独立悬架 有 限元 ANALYS I S
3、AND DES I GN RES EARCH OF REFI NE- M P V S US P ENS I ON S YS TEM ABS TRACT T h e s u s p e n s i o n s y s t e m o n a a u t o m o b i l e w i l l e f f e c t t h e o p e r a t i n g s t a b i l i t y , t h e c o m f o r t , t h e t u r n i n g a b i l i t y e t c . T h e d o u b l e w i s h - b o
4、n e i n d e p e n d e n t s u s p e n s i o n i s o n e o f t h e f a m i l i a r t y p e i n M P V f r o n t s u s p e n s i o n e t c . T h e d o u b l e t r a i l i n g a r m t y p e h e l i c a l s p r i n g r i g i d a x l e s u s p e n s i o n i s a p p l i e d m o r e b r o a d l y i n t h e
5、r e a r s u s p e n s i o n , s u c h a s MP V a n d l i g h t c a r e t c . T h e t o p i c h a s r e s e a r c h e d t h e H F C 6 5 0 0 r e f i n e MP V s u s p e n s i o n i n s y s t e m i c a n d i n - d e p t h . W e c h a n g e t h e l e a f s p r i n g t o d i f f e r e n t l e n g t h d o
6、u b l e t r a i l i n g a r m t y p e h e l i c a l s p r i n g r i g i d a x l e s u s p e n s i o n s u c c e s s f u l . T h e t o p i c h a s e r e c t e d a n a l y s i s a n d c a l c u l a t e s y s t e m a b o u t t h e f r o n t a n d r e a r s u s p e n s i o n o f MP V . A f t e r a n a l
7、 y z i n g t h e b a s e c h a r a c t e r i s t i c a n d r e q u i r e o f a u t o m o b i l e s u s p e n s i o n , t h e t o p i c h a s c a l c u l a t e d t h e s t i f f n e s s o f f r o n t s u s p e n s i o n , t h e s t i f f n e s s o f s t a b i l i z e r a n t i - r o l l b a r a n d t
8、 h e d a m p s t i f f n e s s m a t c h i n g o f f r o n t a n d r e a r s u s p e n s i o n ; t h e p a r a m e t e r o f t o u c h i n g t h e o p e r a t i n g s t a b i l i t y a n d b r a k i n g , s u c h a s t h e l i s t c e n t e r , t h e l e n g t h w a y s l e a n i n g c e n t e r , w
9、 e h a v e c a l c u l a t e d d e t a i l e d ; t h e t o p i c h a s e m u l a t i o n a l c a l c u l a t e d t h e c o m f o r t p a r a me t e r - t h e f r e q u e n c y o f f r o n t a n d r e a r s u s p e n s i o n . T h e r e s u l t o f c a l c u l a t e d i s t a l l y t o e x p e r i m
10、e n t r e s u l t T h i s i s t h e f i r s t t i m e t o d e t a i l e d c l a r i f y t h e d o u b l e t r a i l i n g a r m t y p e h e l i c a l s p r i n g r i g i d a x l e s u s p e n s i o n i n d e s i g n d i r e c t i o n , a n d w e h a v e u s e d f i n i t e u n i t s o f t w a r e t
11、o A N A L Y S I S o r i e n t e d c o m p o n e n t , i t p r o v e i t s r e l i a b i l i t y . We a t t e s t t h e s u c c e s s f u l d e s i g n i n t h e o r y b y c o n t r a s t i v e l y t r i a l , S o w e c a n l e t t h e t h e o r y c o n t a c t w i t h t h e f a c t b y t h e t o p i
12、 c r e s e a r c h i n g , t h e a p p l i c a t i o n o f t h i s p r o d u c t i o n c a n s h o r t e n t h e p e r i o d o f s u s p e n s i o n d e s i g n ; i m p r o v e t h e p r o d u c t i o n q u l i t y ; t a k e m o r e s p a c e f o r c o r p o r a t i o n d e v e l o p m e n t a n d p
13、 r o d u c e m o r e e x c e l l e n t p r o d u c t i o n f o r c us t o m e r . Ke y wo r d s : R e f i n e - MP V t h e d o u b l e w i s h - b o n e s u s p e n s i o n t h e d o u b l e t r a i l i n g a r m h e l i c a l s p r i n g - r i g i d a x l e s u s p e n s i o n f i n i t e u n i t .
14、 f i - 独 创 性 声 明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。 据我所知, 除了文中特别加以标注和致谢的地方外, 论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得合肥工业大学 或其他教 育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学 位 论 文 作 者 签 名 : 争书 件 签字日期: W- 3 年1 1 月仔日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解_合肥工业大学有关保留、使用学位论文的规 定, 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘,
15、 允许论文被查 阅和借阅。 本人授权.创R 工业大堂一可以将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、 汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学 位 论 文 作 者 签 名 举 详 - l4 - T 签字日 期: a 年I ! 月 “日 导师签名 签 字 日 期 :c v l( A ( G H 学位论文作者毕业后去向: 工 作 单 位 : 1 徽 y% 6 A 0 fa 1 p 1 4 只 通讯地址: 电话 : 邮编: 致谢 本论文的顺利完成, 首先归功于导师王其东教授的悉心指导, 在他 严谨的治学态度和一丝不苟的工作作风
16、下,我获益非浅,使我对 自己 的工作及课题研究有了更深的认识。同时,还要感谢导师江淮汽车股 份有限公司总经理安进高级工程师在繁忙的公务中,仍经常关心指导 我的学习及课题研究工作,在此,我仅向王老师及安总表示我真诚的 谢 意 。 另外, 借此机会我向江淮汽车公司及培训中心的各位领导表示由衷 的谢意,尤其戴茂方副总经理多次关心我的学习及课题进展情况,在 此一并表示深深的谢意。我非常感谢江淮汽车公司给予我这次宝贵的 研究生学习机会,并使我顺利的完成了学业。作为公司培养的工程硕 士,今后,我将把学到的知识更好的运用到公司的生产实践中,为公 司的进一步发展贡献我的绵薄之力 , 以不负公司领导及职工对我
17、的期 望 。 课题的最终完成还要感谢范迪彬老师、 马恒永老师等几位老师的指 导和帮助,同时还要感谢贾扬成硕士给予我的帮助。 最后,还要感谢我的爱人及家人,正是他们无声的大力支持,才使 我能够顺利的完成学业及本课题的研究。 作者姓名 2 0 0 3 . 1 0 第一章绪论 1 . 1 商务车概况 随着国民经济的发展,人们对汽车的功能提出了越来越多的要求, 因此, 为迎合不同用途的需要, 各种车型应用而生。 M P V C m u l t i - p u r p o s e v e h i c l e )车型即是为适应经济发展产生的一种多功能商务车。在国外, 该车型目前较为普遍,一般采用流线型的车
18、身,发动机前置,前/ 后驱 动形式并存 ,采用前/ 后独立悬架或前独立悬架配后板簧悬架 的布 置形 式, 配有安全气囊、 “ A B S ”等安全装置。在国内,多功能商务车起步较 晚,以金杯轻型客车和四川全顺等为代表的档次较低的车型是以国外 二十世纪 8 0 年代的商务车技术为基础发展起来的, 采用前独立悬架配 后钢板弹簧悬架结构。由于它们较好地适应了当时市场对该类车型的 需求,前几年产量增长很快。但随着人们生活水平的不断提高,对汽 车使用品质的要求也越来越高,而该类车型造型较为陈旧,且无法更 多地应用目前最新的汽车技术,造成整车配置较低,不能适应用户对 多功能商务车提出的更高要求,因此该类车
19、型的市场占有率己呈下降 之势。商务车档次较高的产品有别克 G L 8 、广州本田O D S S E Y等,其 所代表的商务车的技术含量及整车配置均较为先进,但售价也较高, 该类产品主要占领了国内目前 MP V的高端产品市场, 发展空间受到一 定的限制 。 1 . 2 瑞风商务车简介 江淮汽车公司是一家以生产汽车底盘和轻型卡车为主的大型国有 股份制企业,目前是国内最大的汽车底盘专业生产厂,其汽车底盘国 内市场占有率超过了4 0 %,从 1 9 9 3 年以来通过连续十年的高速增长, 积累了一定的技术及资金,2 0 0 0年又成功的实现上市运作,有了更多 的融资渠道,因此公司决定适时研制开发商务车
20、,规划将瑞风商务车 生产基地建成为目前国内最大的商务车生产基地。通过该车型的研制 开发及批量生产,不仅可以提高该公司的产品技术水平,同时必将给 该公司的发展提高补充更大的活力,实现公司持续发展的宏伟目标。 H F C 6 5 0 。瑞风系列商务车是以韩国现代 H I商务车为原型进行研 发的,主要产品有 7 - 1 2 座乘用车及 3 , 6 座厢式车等, 选装大功率环保 型汽、柴油发动机,动力传动形式采用发动机前置后驱动形式,制动 第一章绪论 1 . 1 商务车概况 随着国民经济的发展,人们对汽车的功能提出了越来越多的要求, 因此, 为迎合不同用途的需要, 各种车型应用而生。 M P V C
21、m u l t i - p u r p o s e v e h i c l e )车型即是为适应经济发展产生的一种多功能商务车。在国外, 该车型目前较为普遍,一般采用流线型的车身,发动机前置,前/ 后驱 动形式并存 ,采用前/ 后独立悬架或前独立悬架配后板簧悬架 的布 置形 式, 配有安全气囊、 “ A B S ”等安全装置。在国内,多功能商务车起步较 晚,以金杯轻型客车和四川全顺等为代表的档次较低的车型是以国外 二十世纪 8 0 年代的商务车技术为基础发展起来的, 采用前独立悬架配 后钢板弹簧悬架结构。由于它们较好地适应了当时市场对该类车型的 需求,前几年产量增长很快。但随着人们生活水平的不
22、断提高,对汽 车使用品质的要求也越来越高,而该类车型造型较为陈旧,且无法更 多地应用目前最新的汽车技术,造成整车配置较低,不能适应用户对 多功能商务车提出的更高要求,因此该类车型的市场占有率己呈下降 之势。商务车档次较高的产品有别克 G L 8 、广州本田O D S S E Y等,其 所代表的商务车的技术含量及整车配置均较为先进,但售价也较高, 该类产品主要占领了国内目前 MP V的高端产品市场, 发展空间受到一 定的限制 。 1 . 2 瑞风商务车简介 江淮汽车公司是一家以生产汽车底盘和轻型卡车为主的大型国有 股份制企业,目前是国内最大的汽车底盘专业生产厂,其汽车底盘国 内市场占有率超过了4
23、 0 %,从 1 9 9 3 年以来通过连续十年的高速增长, 积累了一定的技术及资金,2 0 0 0年又成功的实现上市运作,有了更多 的融资渠道,因此公司决定适时研制开发商务车,规划将瑞风商务车 生产基地建成为目前国内最大的商务车生产基地。通过该车型的研制 开发及批量生产,不仅可以提高该公司的产品技术水平,同时必将给 该公司的发展提高补充更大的活力,实现公司持续发展的宏伟目标。 H F C 6 5 0 。瑞风系列商务车是以韩国现代 H I商务车为原型进行研 发的,主要产品有 7 - 1 2 座乘用车及 3 , 6 座厢式车等, 选装大功率环保 型汽、柴油发动机,动力传动形式采用发动机前置后驱动
24、形式,制动 系统采用真空助力双回路制动系统,可配装 5档手动变速器或 4档自 动变速器,高保真音响,超大空间,座椅可 3 6 0度旋转或前后移动。 悬架结构采用双横臂式前独立悬架配后钢板弹簧非独立悬架结构 ( 七 座以上)或前独立悬架配后螺旋弹簧结构 ( 七座) ,全金属封闭车身, 可配装安全气襄、“ A B S ”防抱死等安全装置。整车可达到国际同类产 品二十世纪 9 0 年代末的水平。 该车型 自2 0 0 2年 3月 1 8号正式下线投入市场后,当年即取得了 销售 4 5 0 0台的惊人业绩,成为国内商务车市场最大的一匹黑马。2 0 0 3 年该公司即定下了产销瑞风商务车 1 . 5 -
25、 2万台的目标。目前该公司已成 为国内规模最大、品种最多的商务车生产基地,现已完成了车身冲压、 焊装、涂装、总装四大工艺的全部国产化生产,整车业己完成了除发 动机、变速箱、A B S防抱死系统等关键件之外的全部国产化工作。 1 . 3国内外目前研究现状及本课题选题背景 随着社会经济和物质文化生活水平的提高,人们对汽车行驶的平 顺性、操纵稳定性及安全性提出了愈来愈高的要求。汽车的悬架系统 对以上三种性能有着最直接、最重要的影响。分析悬架对汽车性能的 影响并合理确定悬架系统的性能及结构参数,从而获得最优的行驶性 能是汽车生产厂普遍关心的重要课题。 汽车工业发展到现在已有百年历史,人们利用各种先进的
26、手段对 其进行了理论分析和实践验证。对独立悬架而言,目前研究的较为成 熟,各种论文及专著对对其做了较为深刻的研究。而变刚度螺旋弹簧 非独立悬架 ( 五连杆式)目前国内外研究的深度不够,尚未见到完整 的论述。因此本文是首次较为完整的从汽车产品设计角度对其进行 了 分析研究。同时作为公司培养的研究生,首先考虑的是应用所学的知 识解决企业发展中遇到的各种困难或问题,将理论与实践紧密的结合 在一起,本课题即是在此思想指导下,将悬架现代设计理论与江淮汽 车公司产品开发与改进的实际相结合进行研究。 瑞风商务车的九座乘用车 ( H F C 6 5 0 0 A 1 ) 前悬架是以扭杆弹簧 ( 纵 置双扭杆弹簧
27、)为弹性元件的双横臂独立悬架,后悬架是以钢板弹簧 为弹性元件的非独立悬架。七座乘用车前悬架结构与九座乘用车前悬 架相同,后悬架是以螺旋弹簧为弹性元件的非独立悬架。该车型推向 市场后,由于其优良的性价比,受到了广大用户的欢迎,其销售量占 到了瑞风商务车总体销售量的 5 0 %以上。用户普遍反映九座商务车后 部乘坐舒适性较差,虽经过技术人员对后悬架刚度重新进行匹配调整, 系统采用真空助力双回路制动系统,可配装 5档手动变速器或 4档自 动变速器,高保真音响,超大空间,座椅可 3 6 0度旋转或前后移动。 悬架结构采用双横臂式前独立悬架配后钢板弹簧非独立悬架结构 ( 七 座以上)或前独立悬架配后螺旋
28、弹簧结构 ( 七座) ,全金属封闭车身, 可配装安全气襄、“ A B S ”防抱死等安全装置。整车可达到国际同类产 品二十世纪 9 0 年代末的水平。 该车型 自2 0 0 2年 3月 1 8号正式下线投入市场后,当年即取得了 销售 4 5 0 0台的惊人业绩,成为国内商务车市场最大的一匹黑马。2 0 0 3 年该公司即定下了产销瑞风商务车 1 . 5 - 2万台的目标。目前该公司已成 为国内规模最大、品种最多的商务车生产基地,现已完成了车身冲压、 焊装、涂装、总装四大工艺的全部国产化生产,整车业己完成了除发 动机、变速箱、A B S防抱死系统等关键件之外的全部国产化工作。 1 . 3国内外目
29、前研究现状及本课题选题背景 随着社会经济和物质文化生活水平的提高,人们对汽车行驶的平 顺性、操纵稳定性及安全性提出了愈来愈高的要求。汽车的悬架系统 对以上三种性能有着最直接、最重要的影响。分析悬架对汽车性能的 影响并合理确定悬架系统的性能及结构参数,从而获得最优的行驶性 能是汽车生产厂普遍关心的重要课题。 汽车工业发展到现在已有百年历史,人们利用各种先进的手段对 其进行了理论分析和实践验证。对独立悬架而言,目前研究的较为成 熟,各种论文及专著对对其做了较为深刻的研究。而变刚度螺旋弹簧 非独立悬架 ( 五连杆式)目前国内外研究的深度不够,尚未见到完整 的论述。因此本文是首次较为完整的从汽车产品设
30、计角度对其进行 了 分析研究。同时作为公司培养的研究生,首先考虑的是应用所学的知 识解决企业发展中遇到的各种困难或问题,将理论与实践紧密的结合 在一起,本课题即是在此思想指导下,将悬架现代设计理论与江淮汽 车公司产品开发与改进的实际相结合进行研究。 瑞风商务车的九座乘用车 ( H F C 6 5 0 0 A 1 ) 前悬架是以扭杆弹簧 ( 纵 置双扭杆弹簧)为弹性元件的双横臂独立悬架,后悬架是以钢板弹簧 为弹性元件的非独立悬架。七座乘用车前悬架结构与九座乘用车前悬 架相同,后悬架是以螺旋弹簧为弹性元件的非独立悬架。该车型推向 市场后,由于其优良的性价比,受到了广大用户的欢迎,其销售量占 到了瑞
31、风商务车总体销售量的 5 0 %以上。用户普遍反映九座商务车后 部乘坐舒适性较差,虽经过技术人员对后悬架刚度重新进行匹配调整, 但整体效果仍不理想。考虑到九座瑞风商务车是一款中低档的商务车, 因此为提高该车型的档次及舒适性,增加该车型的销售品种,公司决 定将九座商务车后悬架配置由钢板弹簧改为螺旋弹簧为弹性元件的非 独立悬架 ( 半独立悬架 ) 。本课题也是江淮汽车股份有限公司与合肥工 业大学联合成立的汽车技术研究院研究课题之一。 研究悬架系统主要有两方面的内容一一分析和设计。对悬架进行 分析研究重点是考察整车平顺性和操纵稳定性及悬架运动引起转向参 数的变化及对轮胎磨损的影响。进行平顺性和操纵稳
32、定性研究关键是 建立合适的分析模型,一般使用简化的汽车模型,这样的模型尽管不 是非常精确,但有利于设计人员快速地了解汽车的性能。另外,与非 独立悬架相比,独立悬架不论是结构还是运动学特性都相当复杂,比 如,瑞风汽车前悬架的导向装置是复杂的空间五连杆机构,由它所决 定的车轮跳动时前轮定位角的变化规律、车轮轮距、侧倾中心高度的 变化规律无法简单的用公式表示出来,给分析工作带来了一定的难度。 同时由于目前对不等长双纵臂变刚度螺旋弹簧非独立悬架尚无完整的 论述,对变刚度螺旋弹簧及其导向系的运动规律缺乏足够的研究,因 此,本文是首次较为系统的对不等长双纵臂变刚度螺旋弹簧非独立悬 架进行分析及设计研究,并
33、圆满的通过了样车试验验证,获得了较为 理想的设计结果。 1 . 4 本课题研究内容 汽车良好的操纵稳定性与优越的乘坐舒适性是自汽车诞生以来人 们一直追求的目标,并且也将是一个永恒的课题。本文在进行悬架系 统的设计时,首先应根据整车平顺性和操纵稳定性的要求,确定前后 悬架的性能参数 ( 刚度和阻尼) ,然后进行结构设计。对于前悬架,主 要分析悬架的结构参数 ( 如悬架刚度、偏频、横向稳定杆的刚度等) , 对于后悬架,主要将后板簧悬架改进设计为双纵臂螺旋弹簧非独立悬 架并对导向系杆件的可靠性进行了有限元分析。本课题的主要研究内 容 : 1 、建立九座瑞风商务车悬架的简化计算模型。 2 、对九座瑞风
34、商务车现有悬架系统的设计进行分析研究。 3 、改进设计九座瑞风商务车后悬架系统,并对变刚度螺旋弹簧非 独立后悬架 ( 五连杆)的杆系元件进行有限元分析。同时完整阐述变 刚度螺旋弹簧非独立悬架的设计思路及方法。 4 、通过 2台样车的性能实验及可靠性实验验证悬架优化设计的正 但整体效果仍不理想。考虑到九座瑞风商务车是一款中低档的商务车, 因此为提高该车型的档次及舒适性,增加该车型的销售品种,公司决 定将九座商务车后悬架配置由钢板弹簧改为螺旋弹簧为弹性元件的非 独立悬架 ( 半独立悬架 ) 。本课题也是江淮汽车股份有限公司与合肥工 业大学联合成立的汽车技术研究院研究课题之一。 研究悬架系统主要有两
35、方面的内容一一分析和设计。对悬架进行 分析研究重点是考察整车平顺性和操纵稳定性及悬架运动引起转向参 数的变化及对轮胎磨损的影响。进行平顺性和操纵稳定性研究关键是 建立合适的分析模型,一般使用简化的汽车模型,这样的模型尽管不 是非常精确,但有利于设计人员快速地了解汽车的性能。另外,与非 独立悬架相比,独立悬架不论是结构还是运动学特性都相当复杂,比 如,瑞风汽车前悬架的导向装置是复杂的空间五连杆机构,由它所决 定的车轮跳动时前轮定位角的变化规律、车轮轮距、侧倾中心高度的 变化规律无法简单的用公式表示出来,给分析工作带来了一定的难度。 同时由于目前对不等长双纵臂变刚度螺旋弹簧非独立悬架尚无完整的 论
36、述,对变刚度螺旋弹簧及其导向系的运动规律缺乏足够的研究,因 此,本文是首次较为系统的对不等长双纵臂变刚度螺旋弹簧非独立悬 架进行分析及设计研究,并圆满的通过了样车试验验证,获得了较为 理想的设计结果。 1 . 4 本课题研究内容 汽车良好的操纵稳定性与优越的乘坐舒适性是自汽车诞生以来人 们一直追求的目标,并且也将是一个永恒的课题。本文在进行悬架系 统的设计时,首先应根据整车平顺性和操纵稳定性的要求,确定前后 悬架的性能参数 ( 刚度和阻尼) ,然后进行结构设计。对于前悬架,主 要分析悬架的结构参数 ( 如悬架刚度、偏频、横向稳定杆的刚度等) , 对于后悬架,主要将后板簧悬架改进设计为双纵臂螺旋
37、弹簧非独立悬 架并对导向系杆件的可靠性进行了有限元分析。本课题的主要研究内 容 : 1 、建立九座瑞风商务车悬架的简化计算模型。 2 、对九座瑞风商务车现有悬架系统的设计进行分析研究。 3 、改进设计九座瑞风商务车后悬架系统,并对变刚度螺旋弹簧非 独立后悬架 ( 五连杆)的杆系元件进行有限元分析。同时完整阐述变 刚度螺旋弹簧非独立悬架的设计思路及方法。 4 、通过 2台样车的性能实验及可靠性实验验证悬架优化设计的正 确性、合理性。 本课题的研究 目的是通过对悬架系统分析设计,掌握有关独立悬 架和变刚度螺旋弹簧非独立悬架设计计算原理及过程,并能在实际设 计中综合应用,提高悬架系统开发的成功率及效
38、率。从而极大的缩短 产品的开发周期 。 第二章 瑞风商务车悬架分析及研究 2 . 1 汽车悬架概述 悬架是汽车上的重要总成之一,它把车身与车轮弹性的连接在一 起。主要由弹性元件、导向装置、减震器、缓冲块、和横向稳定性器 等组成 1 2 1 2 . 1 . 1 汽车悬架 的功用 概括地说,汽车悬架的作用主要表现在以下两个方面: I 、 传递作用在车轮上的力和力矩, 缓和路面传给车身的冲击载荷, 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 、保证在路面及载荷变化时整车有理想的运动特性,以确保汽车 的操纵稳定性,使汽车获得高速行驶能力。 2 . 1 . 2汽车悬架的分类 按悬架机构所决
39、定的车轮运动方式不同,现在的汽车悬架主要分 为两种 : a 、非独立悬架 该种悬架的左右车轮用一根刚性轴连接起来,并通过悬架将车轴 与车架 ( 或车身)相连接。该悬架的优点是结构简单、性能可靠、制 造容易、成本低,维修保养方便,车轮上下振动所引起的前轮定位参 数变化小,轮胎磨损小等,缺点是: ( I )由于非簧载质量大,不仅左右两轮的动作连接在一起,还容 易产生整个车轮的横向震动,因而常会妨害整车的舒适性、操纵性和 稳 定性 。 ( 2 )在前轮上采用非独立悬架,由于车轴的上下跳动和车轮的陀 螺效应的合成,容易产生跳摆。 ( 3 )由于有跳摆 的危险,所 以弹簧的刚度 ( 柔软度 )受到限制
40、, 一般对整车的舒适性不利。 最常见的非独立悬架是钢板弹簧式,其它的还有如四连杆式、多 第二章 瑞风商务车悬架分析及研究 2 . 1 汽车悬架概述 悬架是汽车上的重要总成之一,它把车身与车轮弹性的连接在一 起。主要由弹性元件、导向装置、减震器、缓冲块、和横向稳定性器 等组成 1 2 1 2 . 1 . 1 汽车悬架 的功用 概括地说,汽车悬架的作用主要表现在以下两个方面: I 、 传递作用在车轮上的力和力矩, 缓和路面传给车身的冲击载荷, 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 、保证在路面及载荷变化时整车有理想的运动特性,以确保汽车 的操纵稳定性,使汽车获得高速行驶能力。
41、2 . 1 . 2汽车悬架的分类 按悬架机构所决定的车轮运动方式不同,现在的汽车悬架主要分 为两种 : a 、非独立悬架 该种悬架的左右车轮用一根刚性轴连接起来,并通过悬架将车轴 与车架 ( 或车身)相连接。该悬架的优点是结构简单、性能可靠、制 造容易、成本低,维修保养方便,车轮上下振动所引起的前轮定位参 数变化小,轮胎磨损小等,缺点是: ( I )由于非簧载质量大,不仅左右两轮的动作连接在一起,还容 易产生整个车轮的横向震动,因而常会妨害整车的舒适性、操纵性和 稳 定性 。 ( 2 )在前轮上采用非独立悬架,由于车轴的上下跳动和车轮的陀 螺效应的合成,容易产生跳摆。 ( 3 )由于有跳摆 的
42、危险,所 以弹簧的刚度 ( 柔软度 )受到限制 , 一般对整车的舒适性不利。 最常见的非独立悬架是钢板弹簧式,其它的还有如四连杆式、多 迪 奥式等 。 b 、独立悬架 该种悬架的左右车轮不在一根轴上,而是单独各自通过悬架与车 架 ( 或车身)相连,这样两个车轮在运动时互相独立。该悬架的优点 是 : ( 1 )非簧载质量小,这样提高了车轮的路面附着性。 ( 2 )由于左右车轮相对独立,减少了对转向系的干涉,因而不容 易发生跳摆。 ( 3 )由于决定车轮位置的导向机构和悬架弹簧是分开的,减少了 跳摆的危险,因二可以降低弹簧刚度,提高整车的行驶舒适性。 ( 4 )由于没有连接左右车轮的车轴,这样就能
43、够降低发动机和驾 驶室的高度,从而降低了整车重心,提高整车的行驶稳定性。 缺点是 : ( 1 )结构复杂、成本高、维修不便. ( 2 ) 车轮在上下跳动时, 前轮定位参数如轮胎外倾角等产生变化, 影响轮胎的寿命. 独立悬架的最常见结构是双横臂式,其它如单纵臂式、单横臂式、 双纵臂式、斜臂式、烛式等。 其它的悬架结构还有如平衡悬架等。 2 . 1 . 3汽车悬架的基本要求 由于悬架的特殊性及重要性,所以对汽车悬架一般必须具备下列 基本要求【 “ : 1 )在整车的全部载荷范围内车身的振动频率变化尽可能小,以保 证汽车具有良好的行驶平顺性。 2 )具有合适的衰减振动能力。 3 )使整车具有某种程度
44、的不足转向,以保证整车具有良好的操纵 稳定性 。 4 )在侧向力作用下簧载质量的侧倾角小。 5 )在整车制动或加速时,有一定的抗点头作用或抗仰头作用。 6 )能可靠的传递车身与车轮之间的各种力和力矩,同时保证零部 件有足够 的强度和寿命 。 6 2 . 2 H F C 6 5 0 O A l 瑞风商务车的悬架结构特点及分析计算 由于悬架系统比较复杂,在分析、计算时做如下简化: 1 、由于橡胶件的存在,实际悬架的刚度有减小的趋势,但在计算 时忽略了橡胶铰接件的影响。 2 、非簧载质量按设计时确定的整车前后轴荷分别减去前后悬架的 簧载质量 。 3 、轮胎的径向刚度与侧偏刚度 7 l 直接影响到整车
45、行驶时的平顺性 及操纵稳定性,对悬架的刚度也有一定的影响,理论分析时忽略了轮 胎 的影 响 。 2 . 2 . 1 H F C 6 5 0 O A l 瑞风商务车整车的有关参数 H F C 6 5 0 0 A 1九座瑞风商务车主要为一种中低档的乘用车,该车最 多可载客九人,为瑞风商务车的主力车型之一,H F C 6 5 0 O A l 轻型客车 主要技术参数如下: 1 .整车质量: 空载:1 9 6 0 K g , 前轴荷:1 0 7 0 K g ,后轴荷;8 9 0 K g ; 满载:2 5 6 0 K g , 前轴荷:1 2 5 0 K g ,后轴荷;1 3 1 0 K g a 2 、轴距
46、:3 0 8 0 m m 3 、重心位置: 高度 ( 满载) :7 7 0 m m( 空载) :7 5 0 m m 至前轴距离 ( 满载) :1 5 1 0 . 9 m m , ( 空载) :1 3 7 7 . 9 m m 至后轴距离 ( 满载) :1 5 6 9 . 1 m m , ( 空载) :1 7 0 2 . 1 m m 4 、非悬挂质量 前轴非悬挂质量:1 2 0 K g ; 后轴非悬挂质量:1 9 0 K g 5 、前悬架刚度:5 3 7 0 0 N / m 后悬架刚度: 主簧刚度 3 4 5 0 0 N / m;主a ll 簧复合刚度 3 4 5 0 0 N / m 6 、轮胎型
47、号: 2 0 5 / 7 0 R 1 5 9 9 S 气压 2 5 0 - 3 0 0 K p a ;外径:6 6 7 士5 m m 2 . 2 . 2前悬架的结构 瑞风商务车的悬架结构为前独立悬架配后钢板弹簧非独立悬架, 前悬架采用双横臂式独立悬架,纵置扭杆弹簧,带横向稳定杆。主要 结构如下 图: 图 2 . 1 前悬架结构简图 该悬架上摆臂采用叉形结构,而下摆臂采用 U形梁式结构,这样 便于前置发动机的安装及车身的布置。其主要特点是主销内倾角 ( 前 轮胎外倾角)及前束在车轮上下运动时是随时间变化的,而主销后倾 角在运动中是保持不变的。主销后倾角在运动中保持不变可以使汽车 在制动时保持适当
48、的抗前俯率,另外也可避免前轮摆振及减小转向盘 上的变化。上下摆臂的长度对车轮定位参数影响很大。在本车型中, 上摆臂长为 2 1 0 m m,下摆臂长 3 6 5 . 7 m m,上下摆臂长度比值为 0 . 5 7 0 这样一方面前轮距变化较小,减少了轮胎的磨损;另一方面前轮定位 参数变化较小,使该车具有良好的操纵稳定性【 1 8 1 2 . 2 . 3 前悬架分析计算 2 . 2 . 3 . 1 扭杆弹簧 扭杆弹簧的直径:d = 必 2 4 m m,扭杆弹簧的长度1 = 1 0 6 5 m m,有效 长度为L = 1 0 2 3 m m 故扭杆弹簧刚度: f d 4 * G 二 二 一: 二4
49、 2 . 2 4 N. 3 2 L d 一扭杆直径 G-剪切弹性模量 M/ d e g 2 . 2 . 3 . 2 前悬架的刚度计算 线刚度 独立悬架的刚度 1 9 主要取决于扭杆弹簧的刚度和悬架导向机构 的形式,如果不计悬架系统中摩擦阻力的影响,对扭杆弹簧,由功 能定理 有 P * d x 一 M* d B , 即 P _ M* 丝 d _x 式中:尸 一作用在车轮上的垂直反力: d x 一车轮在 P作用下的微量垂直位移; M一作用在扭杆弹簧上的扭矩; d B 一作用在扭杆弹簧上的微量转角。 由 ( 2 - 1 )式,对x 求导,可得到悬架的刚度c ( 2 一 1 ) c 一 竺= M* d xd x z + d e * d M d x d x 因为M是B的函数,故 d M= d M* d B 六d B击 扭杆 弹簧 的刚度 K ( 单位力矩产生 的扭杆弹簧 扭转变形 角 ) K = d M d口 所 以 : c 一 “ 。 z ( 2 - 2) _, _ _、 、 二 Ld x 二伟 一,、 ,、 , , 二 _。一 _ 一 、 囚l 2 一 2) _ I,甲 li U=, 二刚 但 权 小 , 刀 I T异 伺 便 起 见 , 叫 .0 a 一侧倾中心与车轮路面接地点的距离. 2 . 2 . 3 . 3前稳定
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