淺談汽車懸架設(shè)計與流程分析

楊雙雙

摘 要：懸架系統(tǒng)是汽車的重要系統(tǒng)部件，其設(shè)計質(zhì)量對整車的平順性和穩(wěn)定性有著關(guān)鍵性的影響，本文以汽車前懸架為研究對象，主要從懸架概述、設(shè)計考慮因素、設(shè)計開發(fā)流程等方面進行總結(jié)和歸納。

關(guān)鍵詞：懸架;設(shè)計;流程;參數(shù)

0 概述

懸架是現(xiàn)代汽車上主要部件總成之一，好比是人們“移動的床”，其性能好壞駕乘人員會直接感受到。如何設(shè)計出性能舒適、低成本且滿足市場要求的高質(zhì)量懸架，是懸架設(shè)計工程師的首要任務(wù)。

1 懸架概述

（1）懸架把車架與車輪彈性地聯(lián)系起來，關(guān)系到汽車的多種使用性能。懸架既要滿足汽車的舒適性要求，又要滿足其操縱穩(wěn)定性的要求，而這兩方面又是互相對立的。因此，必須找到一個平衡點，既能保證操縱穩(wěn)定性的優(yōu)良，又能具備較好的平順性。（2）懸架是由彈性元件、減振器、導(dǎo)向機構(gòu)、緩沖塊和橫向穩(wěn)定器等部分組成。它把車架和車軸彈性地連接起來，是車架（或承載式車身）和車橋（或車輪）之間的一切傳力連接裝置的總稱，通?？煞譃閮纱箢悾悍仟毩壹芎酮毩壹堋?/p>

2 懸架設(shè)計考慮因素

（1）合理設(shè)計懸架的彈性特性及阻尼特性，確保汽車具有良好的行駛平順性，即較低的振動頻率、較小的振動加速度和適中的減振性能，并能避免在懸架壓縮或伸長形成極限點發(fā)生沖擊，同時還要保證輪胎具有足夠的接地力。（2）合理設(shè)計導(dǎo)向機構(gòu)，以確保車輪與車架或車身之間所有力和力矩的可靠傳遞，保證車輪跳動時車輪定位參數(shù)的變化不會過大，并能滿足汽車良好操縱穩(wěn)定性的要求。（3）導(dǎo)向機構(gòu)的運動應(yīng)與轉(zhuǎn)向桿系的運動相協(xié)調(diào)，便面發(fā)生運動干涉，否則可能引起轉(zhuǎn)向輪擺振。（4）側(cè)傾中心與縱傾中心位置恰當(dāng)，汽車轉(zhuǎn)向時具有抗側(cè)傾能力，汽車制動和加速時能保證車身的穩(wěn)定，避免發(fā)生制動和加速時車身縱傾。（5）懸架構(gòu)件整體質(zhì)量應(yīng)盡量小，尤其是非簧載部分的質(zhì)量要盡量小。（6）選用先進、合理的強化手段，優(yōu)化設(shè)計、提高零件的可靠性和壽命。（7）合理選用材料是控制和降低其成本的有效手段。（8）在虛擬設(shè)計和計算機模擬中，建立并完善材料數(shù)據(jù)庫是材料設(shè)計的基礎(chǔ)和必要條件。（9）新材料的應(yīng)用是提高產(chǎn)品性能和市場競爭力的有效途徑，如輕量化材料的應(yīng)用對降低油耗的作用。

3 懸架設(shè)計開發(fā)流程

（1）確定設(shè)計車型懸架基本目標參數(shù)。下面以前懸架設(shè)計開發(fā)為例進行講解。根據(jù)整車設(shè)計任務(wù)書與市場定位，以現(xiàn)有車型參數(shù)為參考，以目標車型參數(shù)為標桿，以便于縮短開發(fā)周期和確定最終設(shè)計任務(wù)。通過基礎(chǔ)懸架和標桿數(shù)據(jù)分析，初步確定懸架的目標參數(shù)，如表1所示。（2）選擇懸架類型，確定懸架硬點數(shù)據(jù)。1）根據(jù)標桿懸架結(jié)構(gòu)和運動學(xué)特性及各種懸架的優(yōu)劣勢，假設(shè)選定為雙橫臂懸架結(jié)構(gòu)。雙橫臂懸架突出優(yōu)點在于設(shè)計靈活性，可以通過合理選擇空間導(dǎo)向桿系的鉸鏈點的位置及控制臂的長度，使得懸架具有合理的運動特性，并能夠行程前檔的側(cè)傾中心和縱傾中心。2）根據(jù)現(xiàn)有車型懸架硬點和車身結(jié)構(gòu)，初步確定前懸架的硬點，建立ADAMS運動仿真模型，通過ADAMS運動仿真結(jié)果與設(shè)定的懸架目標參數(shù)對比，然后在ADAMS中對懸架硬點進行調(diào)整，使仿真結(jié)果與目標參數(shù)吻合，這需要不斷反復(fù)驗證，最終確定懸架硬點。（3）懸架零部件概念設(shè)計。懸架硬點設(shè)計完成后，就需要考慮零部件材質(zhì)和加工工藝，此時就需要組織多方的SE評審，將工藝工程師、供應(yīng)商等人員參加，需求研討最佳設(shè)計方案。結(jié)構(gòu)設(shè)計關(guān)系到零部件開發(fā)的種類和數(shù)量，材料性能數(shù)據(jù)是鑄造、加工等工藝過程的基礎(chǔ)，也是模具設(shè)計的基礎(chǔ)。結(jié)構(gòu)選型、材料工藝性與生產(chǎn)成本息息相關(guān)，占制造成本比重較大，貫穿于生產(chǎn)全過程。如螺旋彈簧和橫臂材料選型，根據(jù)工作環(huán)境、制造截面大小選擇合適的彈簧鋼。碳素彈簧鋼中含0.6%～0.9%的碳和0.3%～1.2%的錳，使用成本相對低;合金彈簧鋼一般含0.45%～0.7%的碳和一定量的Si，Mn，Cr，V，W及B等合金元素，使用成本相對高些;橫臂材料根據(jù)整車的定位，高端及豪華汽車強調(diào)輕量化和操控性，可采用鑄鋁合金或煅鋁合金，但成本相對高些;一般汽車普遍使用鋼材，通過沖壓成型、沖壓片焊接而成，成本相對低些。（4）建立懸架彈性運動模型和詳細設(shè)計。根據(jù)懸架概念設(shè)計結(jié)構(gòu)，用ADAMS建立初步彈性運動模型，同時依據(jù)設(shè)定目標，進行仿真、各工況條件下的受力分析，從而實現(xiàn)對零部件不斷優(yōu)化設(shè)計和細節(jié)設(shè)計，直至滿足設(shè)計目標和要求。（5）細化零部件3D數(shù)據(jù)，進行零部件二維圖制作。與工藝人員、供應(yīng)商、客戶研討確定加工工藝，細化制作最終3D數(shù)據(jù)、零部件和總成的二維圖樣并制定技術(shù)標準。（6）設(shè)計驗證。通常進行樣件試制和試驗驗證，編制試驗標準，制定試驗計劃并實施，出具DV、PV報告。（7）懸架調(diào)教，確定最終參數(shù)。進行整車朱客觀評價試驗，根據(jù)評價結(jié)果對懸架參數(shù)進行調(diào)教，不斷優(yōu)化改進，直至滿足主客觀評價目標。

4 結(jié)束語

汽車懸架設(shè)計不僅僅是設(shè)計工程師一個人的事情，要讓上下游相關(guān)方乃至供應(yīng)商參與整個設(shè)計過程，同時也要進行經(jīng)驗教訓(xùn)總結(jié)，為后續(xù)的懸架設(shè)計提供參考借鑒。

參考文獻：

[1]王望予.汽車設(shè)計[M].機械工業(yè)出版社，2004.

[2]余志生.汽車理論[M].機械工業(yè)出版社，2009.