广科2016小型轿车后悬架系统设计
摘 要
此次汽车设计的主要内容是：广科2016小型轿车后悬架系统结构设计。对比悬架的结构类型，提出三种减震器布置选型方案，然后对比分析出不同结构类型悬架的优缺点，确定出悬架的类型结构。本设计的后悬架采取目前结构最简单，成本最低的拖拽臂式非独立悬架。减震器为液力双向作用双筒式减震器。此外，还包括后悬架性能和结构特点的介绍，悬架参数的确定，减震器设计及计算过程，螺旋弹簧设计及设计过程，悬架刚度和挠度的计算以及各零部件包括连接处的选择。并用MATLAB软件编程平顺性的分析，论证了该系统设计方案的正确性和可行性。
在对样车悬架进行平顺性分析中，建立了两自由度的平顺性分析模型，分别绘制车身加速度幅频特性曲线、相对动载幅频特性曲线、弹簧动挠度幅频特性曲线分析了前悬架参数对汽车平顺性的影响。因此，这次汽车设计的前悬架系统具有良好的行使平顺性。
关键词：悬架设计；独立悬架；平顺性；自由度
第一章绪 论
1.1 悬架运动学的研究现状
汽车悬架是将车架与车轮进行弹性连接的装置，悬架的作用是将车轮受到不平和路面时产生的冲击缓和，同时把轮胎和地面之间产生的各种作用力和力矩传递给车架。悬架在现代轿车的的作用是非常重要的，在汽车性能和汽车舒适性方面有着至关重要的作用。在人们日益对汽车性能和舒适性的需求下，汽车悬架的研究一直在不断的进行。悬架在减震和传递力的过程都是悬架弹性运动学与运动学的研究范围。常常也将悬架动力学和弹性运动学称作悬架“K&C”特性，K 特性是指车轮在上下跳动的过程和转向的过程中，悬架的主要参数随着车轮的跳动的关系，这个关系就是悬架的几何学特性或运动学特性。C特性是指车轮在收到路面的的各种力或力矩作用时，悬架的评价参数随这些作用力或力矩的的变化关系，也将这种关系称为悬架弹性运动学特性。
随着科学技术的长足进步，人们对成坐的舒适性、安全性的要求随之增强，也更加的迫切。在1776年，马车用的叶片弹簧取得了专利。汽车的衍生加快了人类对悬架的深入研究，相继发明了扭杆弹簧、气体弹簧、橡胶弹簧、钢板弹簧等弹性元件。1934年出现了第一个由螺旋弹簧组成的被动悬架。被动悬架弹簧的参数根据经验或优化设计的方法确定，在行驶过程中保持不变。它很难适应各种一系列复杂路况，减振效果较差。为了克服这种缺陷，采用了非线性刚度弹簧和车身高度调节的方法，但是效果任然无法根除被动悬架的弊病。
半主动悬架的研究始于1973年，以改变悬架的阻尼为主，一般很少考虑改变悬架的刚度。其工作原理：根据簧上质量相对车轮的速度响应、加速度响应等反馈型号，按照一定的控制规律调节弹簧的阻尼力和弹簧刚度。半主动弹簧产生力的方式与被动弹簧相似。有级式半主动悬架是将阻尼分成几级，阻尼有驾驶员靠“路感”选择或由传感器型号自动选择；由于半主动悬架结构较简单，工作时不需要消耗车辆的动力，并且可取的与主动悬架相近的性能，具有广阔的发展空间。
随着道路建设的大力发展，汽车的最高车速与平均车速有了很大的提高，被动悬架因其缺陷让汽车性能上难以有突破性发展。主动悬架的概念于1954年美国通用汽车公司率先提出。其在被动悬架的基础上，增加可调节刚度和阻尼控制装置，使汽车的悬架在任何路面上保持最佳的运行状态。在不良路面高速行驶时，车身非常平稳，露台噪声较小，转向和制动时车身保持水平。但存在着结构复杂、耗能高、成本昂贵、可靠性较差问题。
由于种种原因，我国汽车巨大部分采用被动悬架。在半主动和主动悬架的研究方面起步晚，与国外的差距大。在西方发达国家，半主动悬架20世纪80年代后期近成熟。主动悬架虽然提出较早，但是由于控制复杂，设计的学科多，一直没有大突破。进入20世纪90年代，只在排气量大的豪华汽车上实用。
总体来说，主动悬架偶的减震效果好，性能优越。但是成本高，工作的能量需求较高，增加整车质量，因此主动悬架大大增加了成本和能量消耗；半主动悬架的减震性能屡次与主动悬架，操纵稳定性比被动悬架优越。被动悬架的性能较差，但是它的成本低，同时不需要消耗能量。根据现在汽车销售市场的状况，低挡车市场最广。因此，被动悬架在一定时间内任然是应用最广泛的悬架系统，通过进一步优化其结构参数继续提升悬架性能。
目录
第1章 绪 论 1
1.1 悬架运动学的研究现状
1.2 论文研究的意义
第2章 悬架系统设计 .2
2.1 悬架概述及性能要求 2
2.2 悬架结构类型和方案选型 2
2.2.1 悬架的类型 2
2.2.2 悬架设计方案选型 3
第3章 悬架技术参数确定计算 5
3.1 自振频率 5
3.2 悬架的刚度C 6
3.2.1 悬架的适乘刚度.............................................................................
3.2.2 悬架的侧倾角刚度.........................................................................
3.2.3 整车车身的侧倾增益计算.............................................................
3.3 悬架的静挠度fc和动挠度fd 6
3.3.1 悬架的静挠度fc 6
3.3.2 悬架的动挠度fd 7
第4章 弹性元件的设计计算 8
4.1 后悬架弹簧设计计算 9
第5章 悬架导向机构 11
5.1 导向机构设计概述和设计要求 11
5.2 后悬架侧倾中心 11
5.3后悬架纵倾中心 12
第6章 减振器设计 15
6.1 减震器的概述 15
6.2 减振器参数选取 16
6.3减振器阻尼系数的确定 16
6.4最大卸荷力的确定 17
6.5 筒式减振器工作缸直径的确定 17
第7章 横向稳定杆设计 19
7.1 横向稳定杆作用 19
7.2 稳定杆的判定和设计计算 19
第8章 平顺性分析 21
8.1 平顺性概念 21
8.2 汽车的等效振动分析 21
8.3 车身加速度的幅频特性 23
8.4相对动载的幅频特性 25
8.5悬架动挠度的幅频特性 25
8.6影响平顺性的因素 27
8.6.1结构参数对平顺性的影响 27
8.6.2使用因素对平顺性的影响 27
第9章 结论 29
参考文献 30
致 谢 31
附 录Ⅰ .32
附 录Ⅱ 36
影响平顺性的因素
8.6.1结构参数对平顺性的影响
（1）悬架刚度
弹性元件是车辆悬架系统的重要组成部分，悬架等效刚度及其特性或弹性元件的刚度是影响平顺性的主要因素。
当簧上质量一定时，减小悬架等效刚度可以降低车身固有振动频率，但是悬架等效刚度值过小也会使车身振动过程中悬架运动行程量增大，并使非簧上质量的振动位移量也增大，甚至发生车轮离开地面的情况，对汽车操纵稳定性和安全性产生非常严重的后果。
车辆在实际驾驶中，簧上质量随着车辆的载重情况改变，当悬架等效刚度值一定时，将随着的减小而增大。因此，理想的悬架弹性特性应该具有刚度改变或非线性特性，即随车辆载荷的变化，悬架刚度能自主相应增减，从而降低悬架限位块碰撞车身的机率。
（2）悬架阻尼
乘用车悬架系统中一般装有减振器。减振器的阻尼对车身的固有频率的影响非常有限，但是能使车身振动幅度迅速的衰减，明显改变弹性元件因为减振而带来的反弹效果，从而改善车内乘员的主观舒适性。研究表明，悬架减震器阻尼的大小还对制动方向稳定性和操纵稳定性产生重要的影响。
（3）轮胎
轮胎径向刚度与轮胎结构类型、尺寸规格和气压有关系，若以轮胎径向刚度与悬架刚度之比来表示，由此可见，对于某个型号的轮胎，降低胎内气压（即轮胎径向刚度减小）可改善车辆行驶平顺性，但也会增加该车车轮的侧向偏离距离，从而使得操纵稳定性恶化。
（4）非簧载质量
在整车质量一定情况下，减小非簧下质量可以改善车辆行驶平顺性。目前多数轿车和客车采用独立悬架结构，就是因为独立悬架的簧下质量比飞速李悬架质量小，可以有效的改善车辆的行驶平顺性。
8.6.2使用因素对平顺性的影响
道路不平整是引起车辆振动的主要原因，当车辆在不平路面行驶时，前、后车桥和车体都经常受来自道路的冲击，导致车身侧倾，左右车轮垂直距离不等导致车身倾斜等等。路面水平落差越恶劣，车辆驾驶速度越高，车身加速度均方根值越大。当激励频率与车辆系统的一阶主频率或二阶主频率重和时，将产生整个车体的共振，加速车身的振动，使车内人员身体也随之振动。路面的激励频率由车速和路面谱的频率分量决定，因此每一条路面必会车辆的一定速度引起整体车身共振，驾驶车辆时应尽量避免共振车速，保证人体良好的驾驶状态，从而提高行车安全。
此外，在车辆的自身技术状况的不正常的情况下，比如减振器内油液黏度过大或者油液泄漏以及密封失效等相关减震系统部件故障，均将导致车身冲击频繁、振动加剧、平顺性恶化。
第九章 结论
通过本次设计轿车后悬非独立悬架，了解常见的独立悬架和非独立悬架，将两种悬架之间的长短以及以后市场发展前景有了粗略的认识，并针对此次设计的车型选择所需的悬架，即后悬架采用拖曳臂独立悬架。
首先，根据悬架的结构形式选取该悬架的固有频率，计算出悬架的适乘刚度、车轮中心刚度、车辆侧倾角刚度（两种表示），再求出后悬架的静挠度和动挠度。采用以上数据设计计算弹性元件的参数，判断后悬架是否需要安装横向稳定杆和设计计算横向稳定杆的尺寸参数。在设计计算减振器时，根据阻尼系数和最大卸荷力计算选取减振器的主要尺寸参数。在所有结构尺寸确定后采用CAD软件绘制后悬架的装配图和零件图。
其次，在对汽车悬架进行平顺性分析中，建立了两自由度的平顺性分析模型，绘制了车身加速度、相对动载与弹簧动挠度等三条幅频特性曲线，研究它们和悬架参数对汽车平顺性的影响。这些工作使数据的选取更加适当，使所设计的车辆悬架系统的性能得到改善。
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