淺談汽車懸架設計與分析

孫曉剛 武云江

摘 要：人們把汽車比作移動的家，那么懸架就是移動家里面的床。汽車的平順性和穩定性直接取決于懸架質量的好壞。本文主要講述常見汽車前懸架類別、設計原則、工藝關聯性及材料選型等方面知識和總結。

關鍵詞：汽車;懸架;設計;材料

0 概述

懸架是汽車的重要部件，它把車架與車輪彈性地聯系起來，既要滿足汽車的舒適性的要求，又要滿足其操縱穩定性的要求。懸架設計質量至關重要，需要懸架設計工程師在日常實踐工作過程中不斷積累和總結經驗。

1 懸架構成及分類

（1）汽車懸架一般是由彈性元件、減振器、導向機構、緩沖塊和橫向穩定器等部分組成。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。

（2）汽車懸架系統一般采用非獨立、全部獨立、抑或是將二者相結合的形式構成，通常可分為兩大類：非獨立懸架和獨立懸架。

1）非獨立懸架是兩側的車輪由一根整體式車橋相連，車輪連同車橋一起通過彈性懸架與車架連接，當一側車輪因道路不平而發生跳動時，必然引起另一側車輪在汽車橫向平面內發生擺動，如圖1所示。2）獨立懸架是車橋做成斷開的，每一側的車輪都可以單獨地通過彈性懸架與車架連接，兩側車輪可以單獨跳動，互不影響，如圖2所示。

2 懸架設計原則

（1）懸架系統設計首先要滿足整車性能和設計的要求，其次是懸架本身的結構設計。

（2）零部件設計時首先考慮功能要求，其次是強度要求，再次是部件少的原則，最后才考慮經濟性。

（3）選用零部件的服役條件和材料特點確定其技術要求，特別是焊接、熱處理等工藝性技術要求。

（4）以平臺化設計為理念，選用科學、合理的設計方案，不斷優化并改進設計，提高零件的可靠性和壽命。

（5）參考以往的懸架產品失效模式，運用標桿對比等方法，借鑒設計思路和方法，規避設計失誤。

（6）建立并完善材料基礎數據庫，運用仿真等工具，合理選用原材料是控制和降低成本的有效手段。

（7）新材料的開發以及新工藝技術的應用，是提高產品性能和市場競爭力的有效途徑，如：輕量化材料的應用可降低油耗。

（8）有效實施設計驗證工作，運用理論分析與實踐驗證相結合的方式，如：CAE分析、試制、型式試驗、路試等，充分且有效的做好驗證工作。

3 工藝關聯性

（1）懸架產品的結構和精度設計、材料選型往往已經決定了其工藝設計，進而影響了產品的制造成本。美國福特公司增經做過研究，產品結構和精度設計影響產品成本的70%;材料選型占比20%，其它影響占比僅為10%。

（2）懸架產品設計方案確定后，工藝開始進行工藝設計和裝備規劃，需要綜合考慮工藝布局、節拍、產能、人員、經濟投入收益核算等因素，擬定幾種方案進行對比驗證，從而確定最佳工藝方案。

（3）懸架工藝開發過程是一個比較復雜的開發過程，涉及人機工程學、設備選型、物流規劃、信息化技術等多種學科，也是成本管控的重要一環。一個小的產品設計缺陷，往往會以數倍精力的工藝設計去彌補，所以不管是產品設計還是工藝設計，均需經有經驗或專家參與，在確保設計質量的同時，提升產品、工藝人員的設計水平。

4 懸架材料選型

材料選型與生產成本息息相關，懸架材料選型工作貫穿于生產全過程，涉及供應商開發、零部件價格商務談判、來料質量控制、制程管控以及過程問題的分析與改進等。材料性能數據是鑄造、焊接、加工等工藝過程模擬的基礎，也是模具設計的基礎，下面介紹幾種懸架零部件的常用材料的選型規格。

（1）車架材料選型。根據整車的定位，高端及豪華汽車強調舒適性和操控性，一般采用空氣懸架，但成本相對高些;一般汽車普遍使用鋼材，車架的材料主要為高強度鋼材，通過沖壓成型、沖壓片焊接而成，一般在中低級別汽車中應用廣泛，由于乘用車的高級化和舒適化傾向，以鋁合金為主的有色金屬應用增加較快，另外使用其它金屬材料的應用也越來越多。

（2）擺臂材料選型。高端及豪華汽車強調輕量化和操控性，可采用鑄鋁合金或煅鋁合金，但成本相對高些;一般汽車普遍使用高擴孔鋼，如：BR440/600/780等具有很高的擴孔性能，同時不會明顯降低延伸率焊接性、抗疲勞性良好。

（3）減震器材料選型。汽車減振器需首先滿足升高要求，其次減振器中心伸縮桿直徑應滿足強度要求，第三減振器上下連接套是否為高強度聚胺脂套，這也是能否保證長時間高強度使用的一個重要依據，因為普通橡膠很難在高強度下長時間使用。減震器主要分為連桿、外缸筒、內缸筒，連桿國內一般都用45鋼，外缸筒為ST37-2，內缸筒為ST37-2G。

（4）橫向穩定器材料選型。橫向穩定器由一根呈U形結構的，由彈簧鋼制成的橫向穩定桿與橡膠襯套及支承臂組成。橫向穩定桿的兩端分別鉸接在支撐臂上，而支撐臂的下端與懸架的擺臂相連，橫向穩定桿的中部經橡膠襯套固定在車架上，橡膠襯套的外部包有套筒，套筒材料為無縫鋼管。

5 結束語

不管是傳統汽車還是新能源汽車，懸架的作用都是非常重要的，直接影響乘員的感受，隨著新技術、新材料的開發，懸架設計和分析將不斷深入。

參考文獻：

[1]王望予.汽車設計[M].機械工業出版社，2004.

[2]余志生.汽車理論[M].機械工業出版社，2009.