浅谈汽车前悬架设计及优化

宋波 王业飞

摘 要：汽车悬架是汽车的重要组成部分之一，它把车身与车轮弹性地连接起来，是车架与车桥之间所有连接传力装置的总称。悬架通过传递并承受作用在车轮和车身之间的一切力和力矩，缓和、消减由于路面崎岖不平所引起的冲击和振动，来保证汽车具有良好的平顺性，保证车轮在不同路面有很好的运动特性，使汽车获得高速的行驶能力和理想的运动特性。课题对轻型汽车前悬架进行设计计算，利用Pro/E绘制装配图，为悬架的改进设计提供参考。

关键词：悬架;设计;参考

1 悬架系统的现状及趋势

悬架系统的发展：1786年，马车用的叶片弹簧取得了专利。1899年，美国吉明发明减振器。21世纪初期，螺旋弹簧逐渐代替了叶片弹簧。1964年，GM麦弗逊式悬架研制成功并在汽车中的应用越来越多。主动悬架的发展：1956年，主动悬架的概念被美国通用汽车公司率先提出。1973年，半主动悬架理论被D.A.Crosby和D.C.Karnopp提出，并得到应用。在1980年代，世界著名汽车公司和制造商的研究和开发半主动悬架和主动悬架。主动制导悬架系统的汽车领域越来越广泛的关注，已进入悬架研究的主要发展方向。悬架研究方向：（1）被動悬架分析设计重点归纳在三个层次：①研究悬架的最佳性能指标;②分析变化刚度弹簧和变化阻尼的减振设备;③讨论导向构造，要在汽车悬架在具有较好的平稳性下，而且还要有很大上升。（2）半主动悬架讨论的重点在下面两点：①实施战略研究;②执行机构的研究。（3）主动悬架讨论的重点在下面几点：①可靠性;②运行设备;③实际方法。执行器的研究主要是用电气动力系统中的直线伺服电机和永磁直流直线伺服电机逐渐取代液压执行机构。

2 前悬架重要零部件的研究

2.1 悬架总成分析

悬架，是一种把轮子和弹簧连接在车身上，同时与其余构件组成可动的机构。悬架是车体与车桥之间弹性连接设备的总称。（1）传送相互之间全部的力和力矩。（2）缓解，控制由于路况不好而产生的颠簸和冲击，来确保汽车较好的平稳性。（3）快速减弱车体和车身的波动：减振器是要保证加速减弱而导致弹性系统振动，减振器分为筒式减振器，阻力可调节式新式减振器，打气式减振器。分别是悬架构造中非常精密和结构较难的机械件。转向机构是用来传递车轮和车体之间的力和力矩，同时保持车轮在一定跳动轨迹相对于车体，通常转向装置由控制摆臂式构成。可分为有单个或多个连杆类型。汽车悬架大致分为独立悬架和非独立悬架两个类别。

2.2 独立悬架优缺点分析

独立悬架的优点有：簧下质量小，提高了行驶平顺性。车轮与地面的接触性能更好，有利于操纵稳定性。可以使用较软的弹簧，从而改善汽车的平顺性。降低了质心，同时扩大车身和行李箱的面积。独立悬架的缺点：构造较难，生产成本较高，维护不便。

2.3 独立悬架特点与分类

独立悬架又分为双横臂式、单横臂式和麦弗逊式等几种类型。重点在下面几个方向进行研究：

侧倾中间高度：中心距离是汽车侧作用力下，身体中心的车轮向左或向右横向垂直平面的滚动，瞬时转动中心相对于地面。但侧倾中心过高，使得车身倾斜时轮距变化过大，这会加剧轮胎的磨损。

车轮定位特性的变化：当车轮相对车身，节拍，主销后倾角、主销内倾角度，车轮定位参数如车轮外倾角和前束可以改变的。如果主销后倾角变化大，能使方向盘振动;如果车轮外倾角变化大，可以直接影响汽车的稳定性，同时也影响轮距的变化和轮胎的磨损率。

悬架侧倾角刚性：汽车横摇角是当汽车稳态循环驱动，在侧向力的作用下，汽车在轧辊轴线的旋转角度。车厢和角滚动力矩和悬架侧倾角刚度的总大小，和车辆的操纵稳定性和平稳性的影响。

横向刚度：悬挂的横向刚度处理稳定性的影响。如果用于悬挂在转向轴的横向刚度较小，会导致方向盘振动很容易发生。

2.3.1 双横臂式悬架结构及特性分析

安装配置在汽车的前轮上的就是双横臂独立悬架，其上下两摆臂长度不同，在设计人员如果选用长度的比例适中，可使车轮和主销的角度及轮距变化不明显。

2.3.2 单横臂式悬架结构及特性分析

单横臂式的组成结构优点首先是构造简单，侧倾中心距离高，具有较好的抗侧倾性能。然而伴着当今汽车车速的提升，侧倾中心距离太高就会导致车轮跳动时车轮距离变化较大，导致轮胎损耗加速。单横臂式独立悬架结构被广泛用于在后悬架上。

性能解析：由于侧倾中心距离较高;悬架侧倾角度强度较高，可以不配备横向稳定设备;横向强度高;空间尺寸较小;组成简单、成本低;车轮外倾角与主销内倾角变动不是很明显;车轮轮距变动量大，所以轮胎损耗速度加剧;至于前悬架应用得不是很广泛。

2.3.3 麦弗逊式悬架结构及特性分析

麦弗逊式悬挂结构主要包括螺旋弹簧、减振器、下摆臂等几个零件，其中一多半以上的车型还会加上横向稳定杆。螺旋弹簧安装在减震器上，减震器就会尽量减小螺旋弹簧受到力致使其向前、后、左、右出现偏移的现象，约束弹簧可以使上下方向的振动变化，并可以使用行程长度和弹性减震设备，设置悬挂的软硬及性能。特性解析：侧倾中心距离较高;车轮外倾角与主销内倾角变动量较小;车轮轮距变动很大，所以轮胎损耗速度加剧;悬架侧倾角强度非常大，可不配备横向稳定器;横向强度大时：其占用空间较小;结构比较简单、紧凑乘用车上用得比较广泛。

3 总结

本文的主要工作可以归纳如下几点：

（1）考虑到设计参数根据车辆的总体设计，包括车辆质量参数和性能参数的选择和参数的选择计算，参数的选择满足要求。

（2）为整车匹配前悬架，首先分析独立悬架和非独立悬架的优缺点，为设计的整车前悬架选择结构方案。

（3）对设计好的零件运用Pro/E软件进行建模，对建好的零件再进行三维模型进行装配。

参考文献：

[1]贾启芬，王影，刘习军.汽车悬架振动系统的若干控制技术和发展[J].机床与液压，2005（01）.

[2]陆波.麦式悬架系统运动分析汽车技术[J].1994（06）.