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汽车底盘悬架结构设计要点分析【摘要】汽车底盘悬架结构设计是车辆工程中非常重要的一个方面。
本文首先介绍了悬架结构的作用，包括提供悬挂和减震功能，保障车辆稳定性和舒适性。
然后对悬架结构进行了分类，包括独立悬挂和非独立悬挂等。
接着讨论了悬架结构设计的优化方案，指出通过减轻重量和提高刚度可以改善悬架性能。
材料选择也是关键的一环，合适的材料可以提高悬架的强度和耐久性。
最后分析了影响悬架结构的因素，包括行驶路况、车辆载重等。
综合以上内容，总结了汽车底盘悬架结构设计的要点，强调了设计的重要性和必要性。
通过合理的设计和优化，可以提升车辆性能和驾驶体验。
【关键词】汽车底盘，悬架结构，设计要点，分析，作用，分类，优化方案，材料选择，影响因素，总结1. 引言1.1 汽车底盘悬架结构设计要点分析汽车底盘悬架结构设计是汽车制造过程中非常重要的一环，它直接影响着汽车的操控性、舒适性和安全性。
设计良好的悬架结构可以有效减少车身的颠簸以及提升车辆的稳定性，让驾驶者在驾驶过程中更加舒适和安全。
悬架结构的作用是支撑汽车的车身，同时将车轮连接到车身上，使得车轮可以相对独立地运动。
根据不同的需求和使用环境，悬架结构可以分为独立悬架、半独立悬架和非独立悬架等多种分类。
不同类型的悬架结构在不同的路况和驾驶条件下会有不同的表现，因此在设计过程中需要根据实际情况选择合适的悬架结构。
优化悬架结构设计方案包括减轻悬架重量、提高刚度和强度、降低噪音和震动等方面。
选择合适的材料也是悬架结构设计的重要一环，常用的材料有钢铝合金、碳纤维等，不同的材料具有不同的优缺点，需要根据具体情况进行选择。
悬架结构的影响因素包括车辆的使用环境、车辆的负荷、悬架结构的几何形状等。
设计人员需要综合考虑这些因素，才能设计出性能更优秀的悬架结构。
在对汽车底盘悬架结构设计要点进行分析后，我们可以得出结论，对于汽车底盘悬架结构的设计要点有着重要的影响。
设计人员需要综合考虑悬架结构的功能、分类、优化方案、材料选择以及影响因素，才能设计出性能更卓越的底盘悬架结构。
汽车底盘悬架结构设计要点分析随着汽车工业的飞速发展，汽车底盘悬架结构的设计也成为汽车工程师们关注的重点之一。
底盘悬架是汽车重要的组成部分之一，直接关系到车辆的操控性、舒适性和安全性。
本文将对汽车底盘悬架结构设计的要点进行详细分析。
1. 悬架结构的类型要点分析的第一步就是悬架结构的类型。
常见的悬架结构包括双叉臂式、麦弗逊式、复合式、多连杆式等。
每种类型的悬架结构都有各自的优缺点，需要根据车型和用途来选择合适的悬架结构。
双叉臂式悬架适合高性能及大功率车型，麦弗逊式悬架适合一般家用车，复合式悬架适合跨界车型，多连杆式悬架适合豪华车型。
在选择悬架结构类型时，需要考虑到车辆的整体性能需求、成本、制造难易度以及可维修性等因素。
2. 悬架构件的材料悬架构件的材料是影响悬架结构性能的重要因素。
常见的材料有钢材、铝合金、碳纤维等。
钢材强度高、价格低，是汽车悬架结构最常用的材料。
但随着汽车轻量化、节能化及安全性要求的提高，铝合金和碳纤维等新材料被越来越多的应用在悬架结构中。
这些新材料在提高整车轻量化的同时还能提高车辆的操控性能和减少燃油消耗。
在选择悬架材料时，需考虑到材料的强度、刚度、耐久性以及成本等因素。
3. 悬架减震器的选型悬架减震器是影响汽车乘坐舒适性和操控性的关键部件，其选型直接影响到车辆的驾驶品质。
常见的悬架减震器包括气压式、液压式、电子控制式等。
不同类型的减震器具有不同的减震特性，如气压式减震器可以根据路况和行驶速度自动调整减震力，提高车辆的操控性和稳定性；电子控制式减震器可以根据驾驶者的驾驶习惯和路况实时调整减震力，提高车辆的操控性和舒适性。
在选型时需要考虑到车辆的用途和价格。
4. 悬架系统的调校悬架系统的调校是悬架设计的重要环节之一。
悬架系统的调校包括悬架几何参数的设计和悬架部件的强度设计。
悬架几何参数的设计直接关系到车辆的操控性和舒适性，如悬架几何参数的合理设计可以改善车辆的操控性和降低车辆的侧倾，提高车辆的行驶稳定性。
悬架设计大体步骤
1、悬架类型进行选择
2、根据总布置参数确定悬架系统初步硬点
3、进行悬架性能设计，即确定悬架的基本参数，并根据总布置参数进行悬架参数设计及计算，包括悬架刚度、临界阻尼
4、通过ADAMS软件对悬架进行动力学仿真优化得到的结果，对悬架参数进行修正
5、进行悬架结构设计，即利用三维建模软件CATIA对各个零件进行三维建模，包括前后转向节、横向稳定杆、导向机构等
6、利用FEA软件HyperWorks对相关零件进行拓扑优化和静力分析，完善零件模型并完成零件应力校核，在保证设计强度和刚度要求的情况下进行轻量化设计
7、悬架总成进行改进、优化和总装配，得出符合实际要求的悬架方案，并提供各机加工零件的CAD图纸。
悬架设计三、设计要求：1）良好的行驶平顺性：簧上质量 + 弹性元件的固有频率低；前、后悬架固有频率匹配：乘：前悬架固有频率要低于后悬架尽量避免悬架撞击车架；簧上质量变化时，车身高度变化小。
2）减振性好：衰减振动、抑制共振、减小振幅。
3）操纵稳定性好：车轮跳动时，主销定位参数变化不大；前轮不摆振；稍有不足转向（δ1>δ2）4）制动不点头，加速不后仰，转弯时侧倾角合适5）隔声好6）空间尺寸小。
7）传力可靠、质量小、强度和寿命足够。
§6-2 悬架结构形式分析：一、非独立悬架和独立悬架：二、独立悬架结构形式分析：1、评价指标：1）侧倾中心高度：A、侧倾中心：车身在通过左、右车轮中心的横向垂直平面内发生侧倾时，相对于地面的瞬时转动中心，叫侧倾中心。
B、侧倾中心高度：侧倾中心到地面的距离。
C、侧倾中心位置影响：位置高：侧倾中心到质心的距离缩短，侧向力臂和侧倾力矩↓，车身侧倾角↓；过高：车身倾斜时轮距变化大，加速轮胎车轮外倾角α磨损。
2）车轮定位参数：车轮外倾角α，主销内倾角β，主销后倾角γ，车轮前束等会发生变化。
主销后倾角γ变化大→转向轮摆振车轮外倾角α化大→直线行驶稳定性；轮距变化，轮胎磨损3）悬架侧倾角刚度A、车厢侧倾角：车厢绕侧倾轴线转动的角度B、影响：车厢侧倾角与侧倾力矩和悬架总的侧倾角刚度有关，影响操纵稳定性和平顺性4）横向刚度：影响操纵稳定性转向轴上悬架横向刚度小，转向轮易摆振， 5）空间尺寸：占用横向尺寸→影响发动机布置和拆装；占用高度尺寸→影响行李箱大小和油箱布置。
2、不同形式悬架比较（表6-1）问：A、车轮跳动时，为什么α、β、γ如此变化？B、轮距为什么如此变化？C、应用？1）双横臂式：A、α、β均变，∵非平移，选择四杆结构，可小；B、四杆；C、应用：中高轿前悬，不用于微轿（空间）。
2）单横臂：A、α、β变化大，∵绕一点横向转动；B、绕一点横向转动；C、应用：后悬，少用于前悬。
双叉臂\双A臂悬挂上叉臂推杆（连接减震器）转向拉杆下叉臂1. 现代方程式赛车都采用从外到内的设计过程，所以首先要确定赛车主要框架参数，包括：外形尺寸、重量、发动机马力等等。
2. 确定悬挂系统类型，一般都会选用双叉架，主要是决定选用拉杆还是推杆。
3. 确定赛车的偏频和赛车前后偏频比4. 估计簧上质量和簧下质量的四个车轮独立负重。
5. 根据上面几个参数推算出赛车的悬挂刚度和弹簧的弹性系数6. 推算出赛车在没有安装防侧倾杆之前的悬挂刚度初值，并计算车轮在最大负重情况下的轮胎变形7. 计算没安装防侧倾杆时赛车的横向负载转移分布8. 根据上面计算数值，选择防侧倾杆以获得预想的侧倾刚度9. 最后确定减震器阻尼率。
10. 上面计算和选型完成后，在重新对初值进行校核。
悬架设计一、悬架主要性能参数的确定悬架应首先保证整车有良好的行驶平顺性和操纵稳定性，这是确定悬架主要性能参数的重要依据（一）、前、后悬架静挠度和动挠度的选择1、偏频与静挠度（1）、n1=12πc1/m 1 n2=12πc2/m 2（2）、fc1=m1g/ c1 fc2=m2g/ c2 （g=981cm/s2）（3）、n1≈5/fc1 n2≈5/fc2式中：n1、n2—前、后悬架的偏频，单位Hz（偏频越低，行驶平顺性越好）；fc1、fc2—前、后悬架在簧载质量m1、m2作用下的静挠度，单位cm；c1 、c1 —前、后悬架的刚度。
表一偏频与挠度车型n/Hz fc/cm Fd/cm货车 1.5~2.2 5~11 6~94轿车0.9~1.6 10~30 7~9大客车 1.3~1.8 7~15 5~8越野车 1.4~2.0 6~13 7~134根据分析，在n1/ n2＜1时的车身角振动要比n1/ n2＞1时小，因此推荐如下：高速车fc2=（0.8~0.9）货车fc2=（0.6~0.8）微型轿车为了改善后座的舒适性，也有设计成后悬架的偏频低于前悬架的偏频，即n1/ n2＞1（注：对于纵置钢板弹簧组成的非独立悬架，悬架的静挠度与弹性元件的静挠度是一样的；对于螺旋弹簧的独立悬架，就有可能是不一样的）2、静挠度与动挠度悬架的动挠度是指由满载位置开始，压缩到结构允许的最大变形（通常指缓冲块压到其自由高度的1/2或1/3）时，车轮中心相对于车架（或车身）的相对位移。
悬架动挠度的选择通常按相应的静挠度值来选择，它与车型和经常使用的路况有密切关系。
对于在好路面行驶的轿车来说，其fd/fc应小些，对于在坏路行驶的越野车来说，其fd/fc 应大一些。
汽车的轴荷分配是汽车的重要质量参数，它对汽车的牵引性、通过性、制动性、操纵性和稳定性等主要使用性能以及轮胎的使用寿命都有很大的影响。
因此，在总体设计时应根据汽车的布置型式、使用条件及性能要求合理地选定其轴荷分配。
汽车的布置型式对轴荷分配影响较大，例如对载货汽车而言，长头车满载时的前轴负荷分配多在28%上下，而平头车多在33%-35%,对轿车而言，前置发动机前轮驱动的轿车满载时的前轴负荷最好在55%以上，以保证爬坡时有足够的附着力；前置发动机后轮驱动的轿车满载时的后轴负荷一般不大于52%,后置发动机后轮驱动的轿车满载时后轴负荷最好不超过59%，否则，会导致汽车具有过多转向特性而使操纵性变坏。
在确定轴荷分配时还要充分考虑汽车的结构特点及性能要求。
例如：重型矿用自卸汽车的轴距短、质心高，制动或下坡时质量转移会使前轴负荷过大，故在设计时可将其前轴负荷适当减小，使后轴负荷适当加大。
为了提高越野汽车在松软路面和无路地区的通过性，其前轴负荷应适当减小以减小前轮的滚动阻力。
在确定高速轿车的轴荷分配时，还应考虑操纵稳定性的需要。
理论分析认为，汽车质心的位置及其与汽车中性转向点的距离，对汽车的静态方向稳定性有决定性的影响。
当质心位于中性转向点之前，汽车具有不足转向特性，则汽车的静态方向稳定性较好。
而质心的位置与前后轴的轴荷分配有关；中性转向点的位置又与前后轮轮胎侧偏刚度有关。
悬架系统开发流程---布置部分目标设定BENCHMARK在此主要是分析竞争车型的底盘布置。
底盘布置首先要确定出轮胎、悬架形式、转向系统、发动机、传动轴、油箱、地板、前纵梁结构(满足碰撞)等，因为这些重要的参数，如轮胎型号、悬架尺寸、发动机布置、驱动形式、燃油种类等在开发过程中要尽可能早地确定下来。
在此基础上，线束、管路、减振器、发动机悬置等才能继续下去悬架选择对各种后悬架结构型式进行优缺点比较，包括对后部轮罩间空间尺寸的分析比较，进行后悬架结构的选择。
常见的后悬架结构型式有：扭转梁式、拖曳臂式、多连杆式。
扭转梁式悬架优点：1.与车身连接简单，易于装配。
2.结构简单，部件少，易分装。
3.垂直方向尺寸紧凑。
4.底板平整，有利于油箱和后备胎的布置。
5.汽车侧倾时，除扭转梁外，有的纵臂也会产生扭转变形，起到横向稳定作用，若还需更大的悬架侧倾角刚度，还可布置横向稳定杆。
6.两侧车轮运转不均衡时外倾具有良好的回复作用。
在车身摇摆时具有较好的前束控制能力。
车轮运动特性比较好，操纵稳定性很好，尤其是在平整的道路情况下。
9.通过障碍的轴距具有相当好的加大能力，通过性好。
如果采用连续焊接的话，强度较好。
缺点：1.对横向扭转梁和纵向拖臂的连续焊接质量要求较高。
2.不能很好地协调轮迹。
3.整车动态性能对轴荷从空载到满载的变化比较敏感。
但这种悬架在侧向力作用时，呈过度转向趋势。
另外，扭转梁因强度关系，允许承受的载荷受到限制。
4．扭转梁式悬架结构简单、成本低，在一些前置前驱汽车的后悬架上应用较多。
拖曳臂式悬架优点：1.Y轴和X轴方向尺寸紧凑，非常有利于后乘舱（尤其是轮罩间宽度尺寸较大）和下底板备胎及油箱的布置。
2.与车身的连接简单，易于装配。
3.结构简单，零件少且易于分装；4.由于没有衬套，滞后作用小。
可考虑后驱。
缺点：1.由于沿着控制臂相对车身转轴方向控制臂较大的长宽比，侧向力对前束将产生不利的影响。
2．车身摇摆（body roll）对外倾产生不利影响；（适当的控制臂转轴有可能改善外倾的回复能力，但这导致轮罩间宽度尺寸的减小。
）3.调校很困难，因为所有的几何参数以及相关变量都是相关联的。
4.由于没有衬套，所有传递给车身的振动都是未经过滤的。
多连杆式悬架优点：多连杆式悬架能同时兼顾良好的乘坐舒适性和操纵稳定性，这种优点主要得益于其结构上具有下面这些几何特性：1.利用多杆控制车轮的空间运动轨迹，能更好地控制车轮定位参数变化规律，得到更为满意的汽车顺从转向特性。
2.受到侧向力时前束具有自动回正能力；3.受到纵向力时前束具有自动回正能力。
4.车轮行驶时的外倾角回复能力。
5.通过障碍的轴距较大，能兼顾后轮驱动。
7.后轮驱动时的转向力控制。
缺点：1.零部件数量多，制造加工困难。
2.试验调校工作复杂，且不便于调整，适应性较差。
3.对悬架几何尺寸的公差和弹性元件特性的要求较高。
4.单位质量的负荷能力较低（需要一个后副车架）。
5.对使用条件要求比较苛刻。
6.所占空间较大，影响后乘员舱和后底板的空间布置。
7.制造成本较高。
考虑到后悬架载荷的变化较前悬架大，一般的，前悬架结构选择时性能不优于后悬架。
悬架的设计总是与整车的设计紧密相连的，整车预布置通常包括动力总成的预布置和悬架的预布置。
在基本确定了整车的总体尺寸、驱动型式、相应的轮胎、最小的目标转弯半径后就可以进行悬架的预布置了。
悬架的预布置在悬架的预布置过程中主要考虑以下几点：整车姿态一般来说，整车姿态是通过悬架的布置来设定的，可以说悬架的布置决定了整车姿态。
一旦整车姿态确定后，在以后更改就比较困难了。
通常整车在满载状态下的整车姿态是0～0.5°之间。
`轮胎的跳动行程轮胎行程根据车型的不同略有不同。
通常在悬架的预布置过程中前后轮胎的行程按上跳、下跳各100mm考虑；越野车要大一些。
在后期的调整中，由于后轴载荷变化较大，为了提高后排乘客的舒适性后悬架的行程取值要比前悬架的大。
还要考虑轮胎加装防滑链的要求。
驱动型式驱动型式对悬架的影响主要在四驱的保护上。
一般来说如果一款轿车后悬架采用了扭转梁结构，要保护四驱在总布置上就很困难了。
导向杆的布置对于导向杆的布置，纵向导向杆（或拖曳臂）设计布置时尽可能水平布置，以保证轮胎上跳或者回弹轴距变化尽可能的小；而横向推力杆（或横向摆臂）尽可能与后轴平行且左右对称布置。
前悬架的布前悬架的型式主要有非独立钢板弹簧悬架、麦弗逊独立悬架、双横臂独立悬架、多连杆独立悬架和双横臂独立悬架的一些变形。
悬架在目前的轿车和部份的轻型客车、轻型货车的前悬架大多采用独立悬架，一般在整车设计之初就已确定了悬架的型式。
下面以麦弗逊为例来说明一下前悬架的设计过程。
在前悬架的布置过程中主要从以下几点来考虑：转向系统几何尺寸的确定在转向系统的设计过程中，首先要确定转向梯形，以保证车轮能绕一个转向中心在不同的圆周上作无滑动的纯滚动。
对轿车来说，通常采用断开式转向梯型机构，有时为了提高车辆的灵活性，减小转弯半径而改变转向梯型；当然，初步确定的时候可以不这样考虑。
根据初步设定的最小转弯半径和相应的计算公式及阿克曼转角的关系可以初步确定左右车轮转角的关系，同时结合相应的前纵梁布置产生的几何约束就可以确定左右车轮的转角。
同时可以初步选定轿车转向系统角传动比，一般为15-17。
.轿车悬架系设计指南1．概言一辆性能优良的轿车，几乎所有的整车性能，譬如：动力性、制动性、操纵稳定性、平顺性、舒适性、经济性、通过性及安全性，都与底盘设计的优劣息息相关。
所谓汽车底盘，一般指车身（含内外饰件）以外的所有零部件总成装配成的平台而言，而汽车设计业内人士则还需将发动机、车架及它们相配套的零部件总成排除在外。
因此，汽车设计部门往往将《底盘》定义在两大系统之内，即：1．传动系统：含离合器、变速器、分动器、传动轴、前后驱动桥（包括主减速器、差速器、半轴等）。
2．行路系统：含前轴（包括车轮及轮毂）系、转向系、制动系、悬架系等。
经验丰富的驾驶员在对一辆新车试车后，除对其动力性、经济性评价外，该车的操纵稳定性、平顺性也是他们津津乐道的话题。
诸如车辆高速行驶下“发不发飘”、“摆不摆头”、“跑不跑偏”等等。
以下仅就个人近50年汽车设计的经验，围绕轿车悬架结构因素对性能影响的简明讨论，供缺乏悬架设计经验的设计师参考。
2．汽车的悬架系2-1 悬架系是汽车的重要部分。
它是将车身（含车架）与车桥（轴）弹性联结的部件，主要功能是：2-1-1 缓解由于路面不平引起的振动和冲击，保证良好的平顺性。
2-1-2 衰减车身和车桥（或车轮）的振动。
2-1-3 传递车轮和车身（含车架）之间的各种力（垂直力、纵向力和横向力）和力矩（制动力矩和反作用力矩）。
2-1-3 保证汽车行驶时的稳定性。
