汽車懸架系統的研究

萬寧浩

摘 要：隨著電動汽車的不斷發展，我們對汽車的懸架系統提出了新的要求。對懸架系統的開發，不僅和制造業有關，還廣泛包含計算機行業、自動控制技術、運動仿真等等，這些技術為懸架系統開發提供了有力的保障。懸架系統是汽車系統的重要組成部分之一，其主要任務是以靈活的形式將車輪與車身銜接起來，并經過在車輪之間傳遞力和力矩來減少沖擊和振動。這就使得汽車懸架系統的設計與開發具有重要意義。

關鍵詞：汽車;懸架系統;設計

汽車的發展狀況體現了這個國家的工業綜合能力，要想與其他國家汽車行業競爭，我們必須具備獨立開發產品的能力。汽車行業的發展并不僅僅局限于本行業，它所涉及的領域非常多，包括制造業，服務業等等，汽車行業可以對國家整體實力的發展做出重要貢獻，甚至可以促進有關工業的強勁增長。中國汽車市場已成為世界上最大的市場之一，然而還有很多發展空間，它的整個系統研究并不完善。在這方面我們還需努力。

一、懸架系統開發V序列模型

現在的系統工程在不斷發展，這也導致這個領域出現了很多開發模型，其中也V序列模型最為優秀，在本文中，我將采用V序列模型對懸架系統工程的設計，它的優勢就是可以盡快的制定測試計劃并發現它的優勢，這就可以極大地節約成本。要研究一個新的系統工程，我們需要對它進行需求分析，客戶對產品的需求是我們著重要考慮。客戶的需求包含一些基本的需求和對產品的預期。我們要抓住這兩個點對產品設計。這樣我們的設計才有目的和意義。按照客戶的基本需求，在具有可用性和可實現性的工程指標中對其進行完善。表中顯示了車輛懸架系統的需求轉換過程。例如：客戶對行駛平順性能要求，我們在工程指標上面就是相應的懸架剛度和懸架阻尼;客戶對系統安全性的考慮，它的工程指標其中就包括懸架系統的安全性。

二、懸架系統設計輸入

采用上述的序列模型，設計懸架系統，我們要經歷一系列過程，其中要對系統進行開發、然后在對子系統完善、最后實現對零件的設計。在這個過程中可以將懸架系統拆分成彈性組件，減震器和導向機構。通過對懸架系統工程指標的分類，進而實現對懸架系統的功能組件相適應，并完成系統的輸入設計。在整體一個車輛系統控制中，從車輛車輪將汽車本身的驅動力傳遞到車身中這是車輛懸架系統的首要任務，這也是能夠保證車輛在道路的一個正常的行駛狀況，并且起到了對于在不平路面行駛時，由于路面的不平整造成對于車輛的沖擊起到一個緩沖的作用。懸架系統的振動，是可以使得車輛能夠有一個良好的舒適性并且可以配合轉向系統進行同步工作。保證我們車輛在行進時，對于行進的方向能夠有一個良好的控制，并以此來保證車輛在路面行駛時的一個穩定性。在對于車輛懸架系統的研究過程中，對于客戶們所有接收到的電腦輸入數據中來獲得正確結果，這一點也是同外部的一個不可抗力因素的一個關聯作用，并且可以很好的完成我們懸架系統在設計理念之初的繪制。

三、懸架系統參數設計

麥弗遜式懸掛系統在汽車中得到廣泛應用，它的優勢是有著更加緊湊的設計，這就在以后的生產中極大的降低成本，另一個方面是這種懸架可以讓車輛行駛在凹凸不平的路面時定位參數變化很微小，這樣就讓汽車有良好的行駛性能和穩定性，它經常被選作中小型乘用車的前懸架。

四、彈性元件設計

彈性元件有鋼板彈簧、螺旋彈簧等，其中螺旋彈簧在汽車懸架領域應用的最廣泛。它與其他彈簧相比，有著能量吸收率高的優點，這就極大地減少汽車在行駛過程中所引起車聲的震動，給乘客帶來更好的體驗。另外這種彈簧的制造極低，很大程度上節約成本。但螺旋彈簧自己是沒有見證效果的，它必須配合減震器，下面我將對螺旋彈簧進行設計。

五、懸架系統疲勞累計損傷理論基礎

機動車大多數部件的周期性載荷振幅是可變的，也就是說，在可變振幅載荷下工作時，許多部件失效，不同頻率和振幅的載荷所造成的損傷逐漸堆積在一起。車輛在行駛的過程中，懸架所受到的力超過這個材料的疲勞極限，那么懸架的每一次運動都會對這個材料受損，這樣積累起來后果不堪設想。疲勞積累的周期比C=n/N，是可變振幅的損傷D，等于周期比的和。在材料研發的過程中，其疲勞損傷是必須要考慮的。

六、有限元分析的建立

建立有限元模型之初，我們要分析這個模型是否有意義，它對我們后面的分析思路有很重要的參考價值，即我們為什么要建立這個模型，同時我們也要分析這個模型的方案是否能在實際中得到運用。在本文中，我根據上述數據，用SolidWorks對螺旋彈簧進行建模。對螺旋彈簧的分析中我運用到ANSYS。創建一個Static Structural系統，材料選擇Structural Steel，這也是上述滿足條件的材料。然后在ANSYS有限元分析中，將SolidWorks中的模型導入并對螺旋彈簧進行網格劃分，在設備允許的情況下，對網格劃分的精細，實驗數據越符合實際情況。在車輛懸架系統中，螺旋彈簧的上端安裝在車身的彈簧座中，下端安裝在后橋殼的彈簧座中。它僅具有軸向作用，以減少由于凹凸不平的路面而引起的對汽車車身的沖擊。因此，考慮到實際情況，對螺旋彈簧的底部用平面切除，這樣在選擇Fixed Support約束時可以選擇這個平面，以限制豎直方向自由度。同時我們還要對彈簧施加一個約束以限制其水平方向的位移。

本文以麥弗遜前懸架為研究對象，特別是前懸架的主要性能參數進行了研究。例如，固有頻率、靜態撓度、動態撓度，側傾力矩對車輛行駛穩定性的影響，完成汽車懸架參數優化，這個懸架系統的設計分析總結了汽車的駕駛舒適性以及彈簧設計的研究與發展狀況，介紹了懸架系統設計的性能要求，給出了懸架系統的主要設計目標參數和設計性能指標同時分析了螺旋彈簧的剛度，螺旋彈簧的原始設計。

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