几种典型悬架的三维实体模型

汽车结构大体可分为四大部分：发动机、底盘、车身、电气设备，而零件则多达成千上万个。

起初有一个误解，那就是这些技术性的东西太难懂并且很难说得透，更多的人只是知其然而不知其所以然。

直到后来参加一次团购活动，准车主对技术的了解程度直让小编目瞪口呆。

看来下决心要一款车的时候，哪怕是它的一颗螺丝尺寸也想了然于心。

本期，汽车中国就和大家来探讨一下汽车悬架。

悬架的类型及发展方向汽车的零件让人眼花缭乱悬架是车架与车桥之间的一切传力连接装置的总称，由弹性元件、减振器、导向机构、横向稳定器组成。

它的主要作用是缓和不平路面冲击，衰减振动;保证汽车行驶平顺性和操纵稳定性。

按不同的分类方式，悬架的类型也有好几种。

按汽车导向装置的不同，悬架可分为独立悬架和非独立悬架。

按控制形式不同，悬架可分为被动式悬架和主动式悬架。

非独立悬架已逐渐遭到淘汰非独立悬架舒适性更强独立悬架的特点是车桥做成断开的，每侧车轮可以单独的通过弹性元件与车架或车身连接。

非独立悬挂的车轮装在一根整体车轴的两端，当一边车轮跳动时，另一侧车轮也相应跳动，使整个车身振动或倾斜，严重影响车的舒适性，因此它也逐渐被淘汰。

被动式悬架是汽车姿态只能被动地取决于路面、行驶状况和汽车的弹性元件、导向装置以及减振器这些机械零件。

它的优点是成本低、有较高的可靠性。

主动悬架可根据路面和行驶工况自动调整悬架刚度和阻尼，从而使车辆能主动控制垂直振动及其车身或车架的姿态。

但是它的缺点也是明显的，那就是装置复杂，技术要求高，价钱高昂。

除了上述两种悬挂，现在还有半主动悬挂，只有悬架阻尼可以自动调节的悬架。

除了传统钢制悬挂系统，空气悬挂和电子控制悬挂将成为今后的主要两个发展方向。

我国汽车悬挂技术的研究和应用与欧美等发达国家相比是比较落后的，除了钢板弹簧悬挂的设计及应用比较成熟以外，其它的悬挂技术的应用绝大部分属车型引进，仿制或直接购买产品。

面我们将通过实际车型中的应用对这些悬挂进行穿插讲解。

各类汽车主流悬挂详细图解各类汽车主流悬挂详细图解很多消费者在选择汽车时考虑更多的是外形、内饰，也有部分消费者是过度关注发动机的各种参数，而极少有人关注对整车性能至关重要的悬挂技术含量。

因此常听到有消费者抱怨车子“发飘”、“转向时速度不敢过快、担心侧翻”、“路况稍一不好、就感觉颠簸”等等。

出现这种情况的原因很多，但最重要的因素恐怕还要在悬挂方面找原因。

悬挂如同汽车的基座，即使汽车的外形再漂亮，内饰再高档，如果悬挂系统技术水平低下，那么就别指望这个车子有很好的操控和舒适的乘坐感觉。

汽车悬挂动画而汽车厂商的说明书车书对悬挂不是一笔带过，就是悬挂名称五花八门，让一些想了解悬挂系统的消费者也不知所从。

我们今天就目前汽车所采用的一些主要悬挂系统进行介绍，以增加消费者这方面的知识。

横臂式独立悬挂代表车型：广本雅阁、奥德赛……就是车轮在汽车横向平面内摆动的独立悬挂系统。

按照横臂的数量又分为双横臂和单横臂两种。

在国内热销了10多年的广本雅阁的前悬挂就是双横臂悬挂。

这种悬挂在成本和操控性之间取得了较完美的平衡，是本田比较喜欢使用的一种悬挂，奥德赛的四轮全部采用这种悬挂。

不过使用这种悬挂最多的当属F1赛车了。

双横臂式悬挂不等臂悬挂评价：横臂式悬挂的优点是摩擦较小，能够兼顾悬挂的刚度和对震动的缓冲，所以采用这种悬挂的车子对路面的震动过滤的非常快，舒适度没的说，但零件较多，具有独立悬挂的明显缺点，对汽车侧倾的控制不够好，如果在转速过快、侧向风较大等情况下容易翻车。

双横臂双叉臂悬挂双叉臂式悬挂双叉臂式悬挂又称双A臂式独立悬挂，双叉臂悬挂拥有上下两个叉臂，横向力由两个叉臂同时吸收，支柱只承载车身重量，因此横向刚度大。

双叉臂式悬挂的上下两个A字形叉臂可以精确的定位前轮的各种参数，前轮转弯时，上下两个叉臂能同时吸收轮胎所受的横向力，加上两叉臂的横向刚度较大，所以转弯的侧倾较小。

双叉臂式悬挂通常采用上下不等长叉臂（上短下长），让车轮在上下运动时能自动改变外倾角并且减小轮距变化减小轮胎磨损，并且能自适应路面，轮胎接地面积大，贴地性好。

1 绪论随着社会的发展和文明的进步，汽车作为一种交通工具，已成为人们出行的主要选择，汽车乘坐的安全性、舒适性已成为世人关注的焦点。

汽车作为高速客运载体，其运行品质的好坏直接影响到人的生命安全，因此，与乘坐安全性、舒适性密切相关的轿车动力学性能的研究就显得非常重要。

悬架系统汽车的一个重要组成部分，它连接车身与车轮，主要由弹簧、减震器和导向机构三部分组成。

它能缓冲和吸收来自车轮的振动，传递车轮与地面的驱动力与制动力，还能在汽车转向时承受来自车身的侧倾力，在汽车启动和制动时抑制车身的俯仰和点头。

悬架系统是提高车辆平顺性和操作稳定性、减少动载荷引起零部件损坏的关键。

一个好的悬架系统不仅要能改善汽车的舒适性，同时也要保证汽车行驶的安全性，而提高汽车的舒适性必须限制汽车车身的加速度，这就需要悬架有足够的变形吸收来自路面的作用力。

然而为了保证汽车的安全性，悬架的变形必须限定在一个很小的范围内，为了改善悬架性能必须协调舒适性和操作稳定性之间的矛盾，而这个矛盾只有采用这折衷的控制策略才能合理的解决。

因此，研究汽车振动、设计新型汽车悬架系统、将振动控制在最低水平是提高现代汽车性能的重要措施[1][2]。

1.1 车辆悬架系统的分类及发展按工作原理不同，悬架可分为被动悬架(Passive Suspension)、半主动悬架(Semi-Active Suspension)和主动悬架(Active Suspension)三种，如图1.1所示[3]。

（a）被动悬架 (b)全主动悬架 (c)半主动悬架图 1.1 悬架的分类图1.1中Mu为非簧载质，Ms为簧载质量，Ks为悬架刚度，Kt为轮胎刚度；C1为被动悬架阻尼，C2为半主动悬架可变阻尼，F为主动悬架作动力。

目前我国车辆主要还是采用被动悬架(Passive Suspension)。

其两自由度系统模型如图1.1(a)所示。

传统的被动悬架一般由参数固定的弹簧和减振器组成，其弹簧的弹性特性和减振器的阻尼特性不能随着车辆运行工况的变化而进行调节，而且各元件在工作时不消耗外界能源，故称为被动悬架。

简述悬架的分类以及结构特点悬架是指连接车身和车轮的部件，它起到支撑车身、缓冲震动和保持车轮与地面接触的作用。

根据结构和工作原理的不同，悬架可以分为多种类型，每种类型都有其独特的结构特点和适用场景。

一、按照结构特点分类1. 独立悬架：独立悬架是指每个车轮都有自己独立的悬架系统，互不干扰。

它可以分为以下几种类型：- 麦弗逊悬架：麦弗逊悬架是最常见的独立悬架类型，它采用了直立的弹簧和减震器，减小了车身的摇晃和滚动。

- 双叉臂悬架：双叉臂悬架由上下两个控制臂组成，能够提供更好的悬挂控制和稳定性。

- 多连杆悬架：多连杆悬架通过多个控制臂和转向杆连接车身和车轮，提供了更高的悬挂刚度和稳定性。

- 纵臂悬架：纵臂悬架采用了纵向控制臂，能够提供更好的悬挂控制和舒适性。

2. 非独立悬架：非独立悬架是指多个车轮共享同一个悬架系统，它可以分为以下几种类型：- 轴悬架：轴悬架是最简单的非独立悬架类型，通过一根横向的轴连接车轮，适用于负荷较大的载重车辆。

- 半悬挂：半悬挂是一种介于独立悬架和轴悬架之间的结构，它通过一根或多根弹簧连接车轮和车身，提供了一定的独立悬架效果。

- 无独立悬挂：无独立悬挂是指没有独立悬架的结构，多个车轮共享同一个悬架系统，适用于载重量大的商用车辆。

二、按照工作原理分类1. 弹簧悬架：弹簧悬架通过弹簧来支撑车身和缓冲道路震动，常见的弹簧类型包括螺旋弹簧、扭杆弹簧和气囊弹簧。

弹簧悬架具有结构简单、成本低、可靠性高的特点，适用于大多数乘用车和商用车。

2. 液压悬架：液压悬架通过液压系统来调节悬架刚度和减震效果，常见的液压悬架类型包括液压减震器和液压弹簧。

液压悬架具有调节范围广、悬挂稳定性好的特点，适用于高档乘用车和运动车辆。

3. 气压悬架：气压悬架通过气压系统来调节悬架刚度和减震效果，常见的气压悬架类型包括气囊悬架和气弹簧悬架。

气压悬架具有调节范围广、悬挂稳定性好的特点，适用于豪华乘用车和商务车。

三、悬架结构特点1. 独立悬架的结构特点：- 独立悬架能够使每个车轮独立运动，提供更好的悬挂控制和稳定性。

麦弗逊悬架仿真分析一、本文概述随着汽车工业的飞速发展和消费者对车辆性能要求的不断提高，悬架系统作为车辆的重要组成部分，其设计优化和性能分析显得尤为关键。

麦弗逊悬架作为一种常见的独立前悬架类型，以其结构简单、紧凑且性能稳定的特点，被广泛应用于各类乘用车中。

本文旨在通过仿真分析的方法，对麦弗逊悬架的动态特性进行深入探讨，以期为悬架设计优化和车辆性能提升提供理论支持和实践指导。

本文首先将对麦弗逊悬架的基本原理和结构特点进行简要介绍，为后续分析奠定理论基础。

随后，将详细介绍仿真分析的方法论，包括模型的建立、边界条件的设定、仿真工况的选择等，以确保分析结果的准确性和可靠性。

在此基础上，本文将重点分析麦弗逊悬架在不同工况下的动态响应特性，如位移、速度、加速度等关键参数的变化规律，并探讨其对车辆操纵稳定性和乘坐舒适性的影响。

本文将对仿真结果进行总结，并提出针对性的优化建议，以期为麦弗逊悬架的设计改进和车辆性能的提升提供有益的参考。

通过本文的研究，不仅可以加深对麦弗逊悬架动态特性的理解，还可以为车辆悬架系统的优化设计和性能评估提供科学的方法和依据。

本文的研究方法和成果也可为其他类型悬架系统的仿真分析提供参考和借鉴。

二、麦弗逊悬架结构与工作原理麦弗逊悬架（McPherson Strut Suspension）是汽车工业中应用最为广泛的一种独立悬架形式。

其名称来源于其发明者，英国工程师约翰·麦弗逊（John Alexander McPherson）。

麦弗逊悬架以其结构紧凑、成本低廉、性能稳定等优点，在乘用车市场中占据了主导地位。

麦弗逊悬架主要由减震器、螺旋弹簧、下摆臂、转向节、轴承等部件组成。

减震器与螺旋弹簧组合在一起，构成了悬架的支柱，既起到了支撑车身的作用，又能够吸收路面冲击产生的振动。

下摆臂则连接车轮与车身，通过轴承与转向节相连，使得车轮可以相对于车身进行转向运动。

当车辆行驶在不平坦的路面上时，路面的起伏会引起车轮的上下跳动。

图解汽车（10）汽车悬挂系统结构解析● 悬挂的作用汽车悬挂是连接车轮与车身的机构，对车身起支撑和减振的作用。

主要是传递作用在车轮和车架之间的力，并且缓冲由不平路面传给车架或车身的冲击力，衰减由此引起的震动，以保证汽车能平顺地行驶。

典型的悬挂系统结构主要包括弹性元件、导向机构以及减震器等部分。

弹性元件又有钢板弹簧、空气弹簧、螺旋弹簧以及扭杆弹簧等形式，而现代轿车悬挂系统多采用螺旋弹簧和扭杆弹簧，个别高级轿车则使用空气弹簧。

● 独立悬挂和非独立悬挂的区别汽车悬挂可以按多种形式来划分，总体上主要分为两大类，独立悬挂和非独立悬挂。

那怎么来区分独立悬挂和非独立悬挂呢？独立悬挂可以简单理解为，左右两个车轮间没有硬轴进行刚性连接，一侧车轮的悬挂部件全部都只与车身相连。

而非独立悬挂两个车轮间不是相互独立的，之间有硬轴进行刚性连接。

从结构上看，独立悬挂由于两个车轮间没有干涉，可以有更好的舒适性和操控性。

而非独立悬挂两个车轮间有硬性连接物，会发生相互干涉，但其结构简单，有更好的刚性和通过性。

● 麦弗逊式悬挂麦弗逊悬挂是最为常见的一种悬挂，主要有A型叉臂和减振机构组成。

叉臂与车轮相连，主要承受车轮下端的横向力和纵向力。

减振机构的上部与车身相连，下部与叉臂相连，承担减振和支持车身的任务，同时还要承受车轮上端的横向力。

麦弗逊的设计特点是结构简单，悬挂重量轻和占用空间小，响应速度和回弹速度就会越快，所以悬挂的减震能力也相对较强。

然而麦弗逊结构结构简单、质量轻，那么抗侧倾和制动点头能力弱，稳定性较差。

目前麦弗逊悬挂多用于家用轿车的前悬挂。

● 双叉臂式悬挂双叉臂式悬挂（双A臂、双横臂式悬挂），其结构可以理解为在麦弗逊式悬挂基础上多加一支叉臂。

车轮上部叉臂，与车身相连，车轮的横向力和纵向力都是由叉臂承受，而这时的减振机构只负责支撑车体和减振的任务。

由于车轮的横向力和纵向力都由两组叉臂来承受，双叉臂式悬挂的强度和耐冲击力比麦弗逊式悬挂要强很多，而且在车辆转弯时能很好的抑制侧倾和制动点头等问题。

基于ANSYS的某汽车悬架有限元分析翟培培(西安石油大学机械工程学院,陕西西安710065)摘　要:采用某麦弗逊悬架参数,建立悬架系统的三维模型㊂利用ANSYS Workbench有限元分析软件对悬架进行了三种工况下的静力学分析,得出悬架的强度和刚度特性,并对悬架有限元模型进行了模态分析,将计算得到的悬架固有频率与汽车受到的其他激励频率进行对比,评价该悬架是否具有避开与车辆其他系统产生共振区域的性能,为今后的悬架设计提供了一定的理论基础㊂关键词:汽车悬架　有限元分析　模态分析中图分类号:TH164 文献标识码:A 文章编号:1002-6886(2019)02-0061-04Finite element analysis of a vehicle suspension based on ANSYSZHAI PeipeiAbstract:The model of suspension system was established based on the parameters of McPherson.The static analysis of sus⁃pension under three working conditions was carried out using ANSYS Workbench,and the strength and stiffness characteris⁃tics of suspension were obtained.The modal analysis of the suspension model was carried out,and the calculated natural fre⁃quencies of the suspension were compared with excited frequencies of the vehicle to judge whether the suspension will pro⁃duce resonance.It provided a theoretical basis for future suspension design.Keywords:vehicle suspension,finite element analysis,modal analysis0　引言随着人们生活水平的提升,人们在追求汽车所带来的便利之外,还希望获得最大的乘坐舒适感㊂汽车悬架系统作为汽车底盘中的重要组成部分之一,不仅起到了支撑车身的功用,且其性能直接决定了乘坐者的乘坐舒适度和汽车行驶的平稳度,当车辆遇到不平路面时,汽车悬架可以将车轮上所受到的力和力矩转移到车身上,进而达到减弱道路对车辆的冲击,缓解承载结构震动的效果,所以,在车辆运行过程中,汽车悬架自身的性能直接决定了汽车能否正常行驶[1-2]㊂鉴于此,本文主要以某麦弗逊车前悬架系统为原型,利用ANSYS Workbench有限元分析软件对汽车悬架系统进行分析,为今后的悬架设计提供了一定的理论基础[3]㊂1　悬架有限元模型建立1.1　悬架实体模型建立及模型简化本文在建立悬架实体模型时,考虑到选件零件比较复杂,装配比较困难的特征,利用Workbench自带的CAD接口,将模型导入其中㊂在Solidworks建立了悬架系统的弹簧㊁减振器㊁转向节㊁三角臂㊁球销等零件并根据悬架真实的工作环境进行了装配,得到实体模型如图1所示㊂根据模型的简化原则,对悬架作出了如下简化处理:对焊接和螺栓连接部分采用了绑定连接方式,球销与三角臂连接的方式选择Workbench连接关系中的球面副(spherical)㊂由于本次分析主要关心悬架关键零件的强度问题,因此弹簧和减振器不作为分析的主要对象㊂根据某麦弗逊悬架参数,建立了所关心强度变化的模型如图2所示㊂1.2　模型网格划分及材料定义网格划分是有限元求解过程中非常重要的一部分,良好而优质的网格不仅可以提高分析结果的精㊃16㊃图1　悬架三维模型图 图2　悬架简化模型度,同时可以提高分析的速度,减小分析过程出错率[4]㊂经过综合考虑所要分析的悬架结构,规则形状零件采用六面体实体单元,不规则平面采用正四　图3　悬架网格划分面体实体单元,对着重考虑的区域进行了细化网格的处理,并对连接处的网格进行了修复,计算了网格的数量㊂网格划分后的模型如图3所示㊂装配体模型导入后,需要定义装配体的各个零件的材料,悬架各个零件所使用的材料性能直接影响悬架整体结构的强度和其他性能㊂表1　悬架材料属性表零件材料密度/(kg /mm 3)弹性模量/Pa泊松比转向节45CrMo 7.85E-6 1.78E110.27球销42CrMo7.85E-6 2.1E110.28三角臂SAPH4407.85E-62.07E110.32　不同工况下悬架结构强度分析1)车辆在运动时,受到的来自于不平路面的冲击;2)车辆在刹车过程中,受到的地面的冲击力和车辆本身的惯性力;3)车辆在转弯过程中,受到的来自车身内部与路面的力㊂分别求出上述工况发生时悬架的受力情况,并利用该力作为施加载荷,对悬架进行有限元分析,得出悬架在不同工况下的强度㊂2.1　不平路面工况当车辆行驶在不平路面上时,车轮受到来自地面的垂直载荷而向上跳动,此时的动载系数最大,悬架主要受到垂直于地面向上的力的作用[6]㊂带入车辆相关参数数据,经过计算可以得到车辆在经过不平路面时所受到的最大垂直载荷为11930N㊂利用ADAMS /Car 模块中的准静力学仿真功能,对悬架各点进行力学分析,得到转向节主轴承座处力大小为11869N㊂根据上述分析所得的结果,对悬架系统进行有限元分析,对悬架系统的转向节轴颈施加载荷,图4为悬架系统约束和加载情况㊂图4　不平路面工况下 图5　不平路面工况下 约束和加载 应力云图悬架在粗糙路面的应力分布云图如图5所示,应力最大值为139.39MPa,该值出现在转向节与减振器连接处以及下球销的轴颈处,其主要原因是由于汽车在通过不平路面时,受到来自于垂直路面方向的力,这使得下球销处受到了较大的垂直载荷作用,在此载荷作用下,三角臂绕球销转动,因此三角臂应力较小㊂图6　不平路面工况下 图7　制动工况下约束 位移云图 和加载图6是悬架系统在不平路面情况下的变形图,从图中可以看出,最大变形出现在转向节主轴承座处以及球销与三角臂连接处,这是因为三角臂两轴套处以圆柱副固定,汽车通过不平路面受到了垂直于地面的载荷的作用,三角臂绕穿过两轴套处的中心轴转动,因此使得上述两处出现较大的变形量㊂2.2　制动工况除了汽车在行驶过程中遇到的不平路面的工㊃26㊃况,制动工况也是不可避免的㊂这种工况较上一种工况略微复杂,因为车轮轮毅安装在轴承上,所以汽车在制动工况下转向节的中心受力处不会受到扭矩作用,汽车在刹车过程中只受到来自地面的垂直载荷Z ′max ,经过计算可得车轮的垂直载荷Z ′max 为6681N,制动载荷X ′max 为5345N㊂将所得数据输入到ADAMS /Car 模块中进行准静力学仿真,得到的转向节主轴承座处受力为Z ′max 为6620N,X ′max 为5965N㊂在制动工况下对悬架系统进行有限元分析时如图7所示㊂悬架在制动工况下的应力分布云图如图8所示,该工况下最大应力值291.05MPa,应力主要集中在转向节与减振器连接处的下螺栓孔处和球销轴颈处,及球销处㊂悬架在制动工况下的变形图如图9所示,最大变形发生在转向节与制动盘连接螺栓孔的下方以及转向节与球销连接处,与实际情况相符㊂图8　制动工况下应力 图9　制动工况下位移云图 分布云图2.3　转向工况转向工况相对复杂,既要保持车身转弯时的平衡性能及各零件的正常运行,又要达到合理的转弯目的㊂因此使得汽车不仅受到来自于地面的力,还受到转弯过程引起的各种力,当汽车转弯时,受到指向转弯中心的向心力,该向心力是由静摩擦力充当的㊂经计算得,垂直载荷为4772N,最大横向载荷为3818N㊂将该数据代入到ADAMS /Car 模块中进行准静力学仿真,可以求出关键点在仿真过程中的受力情况,求得转向节轴承座处载荷Z ″max 为4712N,Y ″max 为3787N㊂根据悬架实际工作情况,在对其进行转向工况下有限元分析时,其应力云图如图10所示㊂由图10看出在转向工况下,最大应力值为251.1MPa,出现最大应力的位置为转向节主轴承座止口处以及转向节与减振器连接臂下端,这是由于在转向工况下,悬架主要承受来自于横向的力,该横向力在悬架纵向平面内形成力矩㊂图10　转向工况下应力 图11　转向工况下位移云图 分布云图转向工况下的变形图如图11所示,最大变形发生在转向节与横拉杆连接处以及转向节与球销连接处,因为在该种工况下,转向节节臂由于横向力的作用而受到较大力矩㊂3　悬架模态分析3.1　模态分析的目的汽车在运动过程中,悬架承受着来自于地面的冲击载荷以及车身内部其他零件相互作用的载荷,大多数的载荷是动载荷,使悬架受到了冲击作用和振动作用㊂模态分析是动力学分析的基础,模态分析不仅可以确定悬架结构的固有频率,防止共振的产生,而且还能确定悬架在各类动载作用下的振动特性和振动规律[7-8]㊂3.2　模态分析及结论在模态分析中,结构的动力影响主要来自低阶振型,因此,结构的动态特性主要通过低阶振型判定,本文选取低阶模态进行计算求解㊂选取悬架整体㊁转向节㊁三角臂分别进行前6阶的模态计算㊂在模态分析中,固定方式为约束转向节和减振器接触处的6个自由度,在三角臂与副车架相连的两个位置选择圆柱副固定,即释放切向旋转自由度,固定其他所有自由度㊂网格划分如同前1.2节所述,规则形状零件采用六面体实体单元,不规则平面采用正四面体实体单元,关键部位合理细化㊂经过分析求解悬架前6节固有频率如表2㊂为了更加直观的观察到模态的变化规律,方便与模态振型云图对比,绘制了前6阶固有频率可以绘制模态分布图,以横坐标为阶数,纵坐标为频率,如图12㊂㊃36㊃表2　悬架前6阶模态表阶　数频率/Hz 1271.992443.643515.234630.325700.336742.33图12　模态分布图不同阶数的模态都对应着不同的振型,通过观察振型可以找到悬架整体最大位移处,即最容易破坏的位置㊂列出1~6阶振型云图如图13-18所示㊂图13　悬架1阶模态振型云图　图14　悬架2阶模态振型云图图15　悬架3阶模态振型云图　图16　悬架4阶模态振型云图图17　悬架5阶模态振型云图　图18　悬架6阶模态振型云图通过模态振型云图可以看出各阶频率下悬架容易发生的共振的位置,高频阶段振动主要发生在三角臂处,低频阶段振动主要发生在转向节节臂,悬架的固有频率在271.99Hz 至742.33Hz 变化,将该频率与车辆在行驶过程中受到的来自于路面㊁发动机及其他因素引起的激励的频率进行对比,其中,高速公路和较好路面激励在5Hz 以下,发动机激振在100Hz 以下,其他条件的激励也维持在100Hz 以下[9],因此该悬架可以避免汽车在行驶中与汽车产生共振,设计较为合理㊂4　结论本文对悬架系统在不平路面工况㊁制动工况以及转向工况下,分别分析了静力学特性,得出了悬架在三种工况下的应力和位移云图,结合实际分析了悬架的强度和刚度特性㊂同时还对悬架系统进行了模态分析,得出了前6阶的固有频率,通过与汽车受到的其他激励频率相比,确定了该悬架系统不会与汽车发生共振现象㊂参考文献[1]　梁新成,黄志刚,朱亭.汽车悬架的发展现状和展望[J ].北京工商大学学报,2006,24(2):30-33.[2]　黄李丽.某型汽车悬架系统性能分析与研究[D ].南宁:广西大学,2008.[3]　BROOK C ,THORNLEY F R.Plant and equipment usedin opencast mining and associated activities [J ].Colli⁃eryGuardian ,2013,89(11):710-721.[4]　许京荆.ANSYS Workbench13.0数值模拟技术[M ].北京:中国水利水电出版社,2012.[5]　张卫华,翟婉明.第十七届国际车辆系统动力学会议简介[J ].国外铁道车辆,2002,39(1):6-9.[6]　张红旗,曹文刚,徐涛,等.基于ANSYS 的客车转向节的有限元分析[J ].CAD /CAM 与制造业信息化,2002(9):25-27.[7]　袁旦.汽车转向节有限元分析与优化设计[D ].杭州:浙江工业大学,2010.[8]　ALBERT P C ,CHAN N M ,DANIEL W M ,et al.Over⁃view of the application of fuzzy techniques in construction management research [J ].Journal of Construction Engi⁃neeringand Management ,2013,66(12):1241-1252.[9]　郭洪艳,陈虹,赵海艳,等.汽车行驶状态参数估计研究进展与展望[J ].控制理论与应用,2013,30(6):661-672.作者简介:翟培培(1989-),女,陕西兴平人,硕士研究生,研究方向:机械工程㊂收稿日期:2018-11-26㊃46㊃。

车辆悬架模型的仿真与分析目前，关于汽车模型的研究很多。

詹长书等人研究了二自由度懸架模型的频域响应特性。

李俊等人模拟了不同车速和路况下二自由度车辆模型的动力学。

郑兆明研究了二自由度车轮动载荷的均方值。

基于Matlab建立了更加复杂的悬架模型，分析了其在模拟路面作用下的响应，分析了系统阻尼参数和刚度参数变化对车身动态响应的影响。

标签：汽车悬架；模型；模拟据公安部交通管理局统计，截至2019年3月底，全国机动车保有量达3.3亿辆，其中汽车达2.46亿辆，驾驶人达4.1亿，机动车、驾驶人总量及增量均居世界第一。

随着汽车数量的迅速增加，人们开始越来越重视汽车的乘坐舒适性，平顺性是舒适性的重要组成部分。

振动是影响平顺性的主要因素，因此车身系统参数的合理设计对提高汽车的舒适性和安全性具有重要意义。

1车辆悬架模型传统的悬架系统一般由弹性元件和参数固定的阻尼元件组成。

本文选择汽车后轮的任意悬架系统建立四分之一模型。

该模型的简图如下图1所示。

其中，1是螺旋弹簧，2是纵向推力杆，3是减震器，4是横向稳定器，5是定向推力杆。

2悬架刚度分析2.1悬架垂直刚度分析悬架系统的垂直刚度可以通过分析悬架两个车轮在同一方向上的运行情况来获得。

因为装有发动机的车辆的前轴载荷变化很大，所以前悬架通过调节螺旋弹簧的刚度和自由长度来确保车身姿态。

后悬架的轴重变化不大，只有螺旋弹簧的自由长度略有调整，后悬架螺旋弹簧的刚度没有调整。

这导致带有发动机的B 车型前悬架刚度略有增加。

除了悬架结构和参数的匹配外，前后悬架固有频率的正确匹配是降低车辆振动耦合度、有效提高车辆乘坐舒适性的重要方法之一。

由于B型前悬架的轴重变化很大，通过调整前悬架螺旋弹簧的刚度，前悬架和后悬架的偏置频率比几乎不变。

2.2悬架倾角的刚度分析一般来说，乘用车的前后侧倾刚度比要求在1.4和2.6之间，以满足略微不足的转向特性的要求。

B车型前悬架的侧倾刚度略高于C车型，这是由前悬架刚度的增加引起的。

基于ADAMS和MATLAB的空气悬架系统仿真与试验研究空气悬架系统是一种采用空气弹簧作为弹性元件、电磁阀作为控制元件的先进悬架系统，其具有优良的适应性和可调性。

本文以ADAMS和MATLAB为工具，通过仿真和试验研究空气悬架系统的动态性能和控制策略。

首先，利用ADAMS建立了空气悬架系统的三维模型，包括汽车车身、四个轮子、空气弹簧和电磁阀等组成部分。

然后，运用ADAMS中的控制分析功能，分别设计了PID控制、模糊控制和神经网络控制三种控制策略，并通过仿真分析了它们的动态性能。

结果表明，三种控制策略在提高空气悬架系统的稳定性和舒适性方面均起到了显著的作用，其中神经网络控制效果最为优秀。

为了验证仿真分析的结果，本文对空气悬架系统进行了实际试验研究。

试验采用了与仿真模型一致的系统组成和控制策略，通过对空气悬架系统在不同路况下的动态响应进行测量和分析，得到了与仿真结果基本一致的结论。

试验结果表明，空气悬架系统在不同路况下均具有较好的适应性和可调性，且控制策略能够显著提高其稳定性和舒适性。

综合而言，本文采用ADAMS和MATLAB工具，从仿真模型到实际试验，对空气悬架系统进行了深入研究，通过分析不同控制策略的动态性能，为实际应用提供了科学依据和参考。

这一研究不仅可为汽车工业的发展提供技术支持，也有望在其他工业领域得到应用。

除了上述提到的控制策略，实际应用中，还可以采用基于模型预测控制、基于状态反馈控制等策略，进一步优化空气悬架系统的控制效果。

比如，基于模型预测控制可以通过建立系统动态模型，预测未来的系统状态并进行优化控制，以实现更精确的控制效果。

而基于状态反馈控制可以实现对系统状态的实时监测和响应，以使控制策略更加灵活和精准。

此外，应用新型传感器和智能算法等技术，还可以进一步提高空气悬架系统的控制能力和稳定性。

例如，在传感器方面，采用更高精度和更全面的参数监测，可以实现对系统压力、位移、速度等关键参数的实时监测和反馈。

《汽车设计》课程设计题目：汽车悬架系统设计公司：鸿马华祥悬架设计有限公司班级： 1宿舍：学生：负责人：指导老师：目录第1部分绪论 (3)1.1 悬架系统的功能 (3)1.2悬架的工作原理 (3)1.3 悬架系统的分类 (5)1.4 设计任务 (11)第2部分悬架主要参数的确定 (11)2.1 悬架的静挠度fc的确定 (11)2.2 悬架的动挠度fd的选择 (13)2.3 悬架的弹性特性 (13)2.4 后悬架主副弹簧刚度的分配 (14)2.5 悬架侧倾角刚度及在前、后轴的分配 (15)2.6悬架的空间几何参数 (16)第3部分弹性元件的设计 (17)3.1 弹性元件简介 (17)3.2 螺旋弹簧的设计 (18)3.2.1 螺旋弹簧的刚度 (18)3.2.2 计算弹簧钢丝直径d (19)3.2.3 弹簧校核 (19)3.3 小结 (20)第4部分悬架导向机构的设计 (20)4.1 导向机构受力分析 (23)4.2 横臂轴线布置方式的选择 (24)4.3 横摆臂主要参数 (25)第5部分减振器的设计 (26)5.1减震器简介 (26)5.2 双筒式液力减振器 (27)5.3 单筒充气式液力减振器 (30)5.4 减震器参数的设计 (32)第6部分横向稳定杆的设计 (36)6.1 横向稳定杆的作用 (36)6 .2 横向稳定杆参数的选择 (36)第7部分悬架的CATIA 3D建模图 (37)7.1前悬架系统——麦弗逊式独立悬架 (37)7.2 后悬架系统——双横臂式独立悬架 (38)第8部分参考文献 (39)第9部分会议记录 (40)9.1 会议记录1 (40)9.2 会议记录2 (41)9.3 会议记录3 (41)第10部分任务报表..................................................................................... 错误！未定义书签。

A级乘用车流行悬架三维建模唐传茵;郭立新;贾云亭【摘要】以某A级乘用车流行悬架为对象,进行悬架系统的设计,前悬架选用麦弗逊式独立悬架,设计得到减震器阻尼系数、横向稳定杆设计刚度、抗侧倾力等;后悬架为扭力梁后悬架总成,设计分析得到减震器阻尼系数、减震器最大卸荷力、减震器工作缸径、壁厚、扭转横梁截面高度等参数.后悬架的弹簧设计为空气弹簧,选为1R8009空气弹簧.应用CATIA软件进行三维建模,分别得到前后悬架的零部件与整体图、包括刹车盘、横臂、横向稳定杆、轮毂、副车架、麦弗逊前悬架轴测图、扭力梁、空气弹簧、减震器、扭力梁悬架总成.【期刊名称】《农业装备与车辆工程》【年(卷),期】2012(050)008【总页数】3页(P15-17)【关键词】悬架;乘用车;Catia;设计【作者】唐传茵;郭立新;贾云亭【作者单位】110004辽宁省沈阳市东北大学机械工程与自动化学院;110004辽宁省沈阳市东北大学机械工程与自动化学院;110004辽宁省沈阳市东北大学机械工程与自动化学院【正文语种】中文【中图分类】U463.330 前言悬架是现代汽车上重要总成之一，最主要的功能是传递作用在车轮和车架（或车身）之间的一切力和力矩，缓和汽车驶过不平路面时路面传递给车架（或车身）的冲击载荷，衰减由此引起的承载系统的振动，以保证汽车的行驶平顺性，保证汽车的操纵稳定性，使汽车获得高速行驶能力。

悬架由弹性元件、导向装置、减震器、缓冲块和横向稳定器等组成。

以某A级乘用车流行悬架为对象，首先分别进行前后悬架系统设计，前悬架选用麦弗逊式独立悬架，后悬架为扭力梁后悬架总成，其中后悬架的弹簧设计为空气弹簧。

应用CATIA软件进行三维建模，分别得到前后悬架的零部件与整体图及整体装配模型图。

1 前悬架设计对于A级乘用车，现在多选择麦弗逊式独立悬架。

麦弗逊悬挂通常由两个基本部分组成：支柱式减震器和A字型托臂。

麦弗逊式独立悬架一个最大的设计特点就是结构简单，悬挂重量轻和占用空间小［1］。

汽车振动大作业一、汽车悬架系统振动模型汽车是一个复杂的振动系统，在振动分析的建模过程当中，要根据所分析的问题对汽车进行简化，建立相应的模型。

现在考虑汽车车身悬架的五自由度模型，如下图1所示，该模型主要考虑左右车辙的不平度差异和较小的轮胎阻尼而得到的，该模型中主要有车身的垂直、俯仰两个自由度和前后车轴质量两个垂直自由度，汽车座椅一个垂直自由度，系统共五个自由度，其中车身质量的垂直、俯仰两个自由度的振动对系统平顺性的影响较大，假设车身是具有垂直和俯仰两个自由度的刚体，其车身的质量和转动惯量分别为：h h I m 和，前后车轮质量、悬架参数和轮胎刚度的符合前加入了分别表示前(front)和后(rear)的下标“f ”和“r ”，如图1示：I(h) m2m(f)m(r)Z(b)abz4z5F(f)F(r)z2z3m1z1k1k2k3k4k5c1c2c3c4c5d图1 五自由度汽车悬架系统图1中：1z 表示前轮转动位移自由度；2z 表示车体垂直位移自由度；3z 1z 表示后轮转动位移自由度；4z 俯仰转动位移自由度；5z 表示驾驶员座椅垂向自由度；1m 表示驾驶员座椅质量；2m 表示车体质量；3)(m f m =表示前轮质量；4)(m r m =表示后轮质量；1k 表示座椅弹簧刚度;5,4,3,2k k k k 悬架弹簧刚度；1c 表示座椅弹簧阻尼；5,4,3,2c c c c 表示悬架弹簧阻尼；a 表示车身质心至前轴距离；b 车身质心至后轴距离，)(),(r F f F 分别为前后轮随机激励力。

二、运动微分方程由图1可得到下述理论值： (1) 系统的动能为：)(212121212121325125524423222211I m z m z m z m z I z m z m T i i i ==++++=∑= (1-2)(2) 系统的势能为：255244232532324223121))((21))((21)(21)(21)(21r F z k f F z k bz z z k az z z k dz z z k V -+-++-++-++-=(1-3)(3) 系统阻尼耗散的能量：55554454332353325332224232423111213121))(())(())(())(())((z c r F z c z c f F zc z bc z c z c z b z zc z dc z c z c z b z zc z dc z c z c zd z zc C ----+-+--+-+--+-+--= (1-4)由拉格朗日运动方程：)5,,2,1(0)()( ==-∂∂+∂∂-∂∂i F z Vz T z T dt d Qi ii i可得到多自由度的运动微分方程：)()()()(t F t Kz t z C t z M =++式中：⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡=543210000000000000000m m m m m M ⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡+-+---++-------++---=533343223232221232113232132111110000c c bc c c c ac c bc ac c b c a c d bc ac dc dc c c bc ac dc c c c c dc c c C⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡+-+---++-------++---=5333422232322212321132321321111100000k k ak k k k ak k bk ak k c k a k d bk ak dk dk k k bk ak dk k k k k dk k k K表一 汽车结构参数汽车结构参数 数值1m —驾驶员座椅质量kg 65 2m —车体质量kg 7084m —右前、左前轮胎质量kg 80 5m —左后、右后轮胎质量kg 80 )(h I —转动惯量21060m kg ⋅1k —座椅弹簧刚度m N /23071 32,k k —右前、左前悬架弹簧刚度 m N /20292 54,k k —左后、右后悬架弹簧刚度 m N /12870 1c —座椅弹簧阻尼11500-⋅⋅m s N5432,,,c c c c —悬架弹簧阻尼11000-⋅⋅m s Na —车身质心至前轴距离m 5.1b —车身质心至后轴距离m 75.0d -座椅到质心距离m 1875.0取汽车结构参数如表一所示，则可求得系统的质量矩阵，阻尼矩阵，刚度矩阵分别为：⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡=800000080000001060000007080000065M⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡----------=14808602898919326001490521521920292028989152195570939882432619326202923988262689230710043262029223071K⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡----------=100001500100000100075010000150075023.286575.46825.2811000100075.468350015000025.28115001500C由特征方程0)(2=Φ-M K ω求得固有频率与振型。

汽车典型悬架结构·一、非独立悬架·非独立悬架与整体式车桥配用·通常载货汽车均使用钢板弹簧作为弹性元件的非独立悬架，因钢板弹簧既有缓冲、减振的功能，又起传力与导向的作用，使得悬架结构大为简化。

·而使用螺旋弹簧或者气体弹簧则需要有较复杂的导向机构。

1、纵置板簧式非独立悬架（1）结构分析·在板簧式非独立悬架中，钢板弹簧通常是纵向安置，它与车桥的连接绝大多数是用两个u形螺栓，将钢板弹簧的中部刚性地固定在车桥上部。

钢板弹簧两端通过钢板弹簧销与车架支座活动铰接，以起传力与导向作用。

·由于载货汽车后悬架载质量变化较大，为了保持悬架的频率不变或者变化不大，广泛地在后悬架中使用后副钢板弹簧总成。

·副钢板弹簧总成通常装在主钢板弹簧总成上方，当后悬架负荷较小时，仅由主钢板弹簧起作用。

在负荷增加到一定程度时，副钢板弹簧总成与车架上的支架接触，开始起作用。

如今，主、副钢板弹簧一起工作，一起承受载荷而使悬架刚度增大，保证车身振动频率不致因载荷增加而变化过大。

（2）钢板弹簧的构造·钢板弹簧由若干长度不等、等宽等厚（厚度也可不等）的弹簧钢片迭成，构成整体上近似于等强度的弹性梁? 最长的第一片称之主片，两端有卷耳·自由状态下钢片曲率半径不一致，下片小于上片? 多片钢板由中心螺栓与若干钢板夹连在一起·钢片之间须涂上较稠的石墨润滑脂（3）钢板弹簧与车架连接结构型式·钢板弹簧变形时，为保证车架两端与钢板弹簧连接的卷耳间的距离有伸缩的余地弹簧后端与车架的连接通常使用了下列几种结构型式：1)吊耳支架式，解放CAl091型载货汽车前悬架使用；2)滑板支承式，东风EQl090E型载货汽车前悬架使用；3)橡胶块支承式，一汽早期生产的2．5t越野汽车前悬架使用（4）钢板弹簧非独立悬架的结构特点·钢板弹簧通常安装在非独立悬架上，沿汽车纵向放置·钢板弹簧中部用U型螺栓通过上下盖板与下托板与车桥固定连接，前端卷耳用销子与支架相连·后端卷耳通过销子与车架上的摆动吊耳相连，形成活动铰链支点，保证弹簧变形时两端卷耳间的距离有改变的可能·有的钢板弹簧后端与车架之间使用滑板式连接滑板式连接结构简单，拆装方便，不须润滑，广泛应用于货车·货车后悬架所受载荷因汽车装载量不一致在很大范围内变化，要求悬架刚度可变，通常使用加副弹簧2、螺旋弹簧非独立悬架·螺旋弹簧本身没有减振作用，同时只能承受垂直载荷，因此螺旋弹簧悬架中务必另装减振器与导向机构·螺旋弹簧非独立悬架通常只用作轿车的后悬架。