淺談前懸架設計趨勢和分析

鄭延磊 張磊

摘 要：汽車前懸架設計是懸架設計的重點，對于保證整個車體結構的穩定性意義重大。本文主要從前懸架設計現狀、材料選型、仿真設計、特性進行分析等方面進行歸納和總結。

關鍵詞：前懸架;材料;設計

0 概述

隨著汽車技術和科技的發展，傳統的前懸架設計已不能滿足汽車整體技術發展的要求。結構創新很難有大的創新，但隨著新材料、新工藝、運動學以及動力仿真學分析等技術的應用，在整個前懸架設計中發揮著日益突出作用，勢必會成為設計的新趨向。

1 前懸架設計現狀

（1）設計基本原則。1）零部件設計時選材的原則是：首先滿足功能要求，其次是強度要求，最后才考慮經濟性。根據許應力、材料強度和經驗數據選用合適的材料。2）選用零部件的服役條件和材料特點確定零件的技術要求，特別是熱處理技術要求。3）選用先進、合理的強化手段，優化設計、提高零件的可靠性和壽命。4）合理選用材料是控制和降低其成本的有效手段。5）在虛擬設計和計算機模擬中，建立并完善材料數據庫是材料設計的基礎和必要條件。6）新材料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對降低油耗的作用。

（2）采用多體動力學來研究汽車的運行性能對于汽車前懸架的設計和優化具有重要意義，從80年代中后期開始，逐漸將多剛體系統動力學的分析方式引進到汽車的整體性能分析中，尤其是汽車的運動和動力學研究中，這項新的計算和分析技術對汽車懸架的設計作用顯著，極大加快了我國汽車行業的創新和發展。目前國內的多體系統動力學將經典力學理論體系同現代計算機技術進行結合，能夠完成復雜的建模和數據計算。在進行前懸架的設計時，利用多體系統力學進行數學建模，輸入基本參數，計算機就能夠對這些數據進行處理和計算，極大的保證了運算結果的可靠性，減少了數據運算的時間。

2 前懸架新材料應用

（1）前懸架作用是支承、安裝汽車發動機及其各部件，并接受發動機的動力，使汽車產生運動，保證正常行駛。在汽車行駛過程中，時間處在潮濕的環境中，很容易受到侵蝕，同時因懸架離地距離較近易被刮傷，不僅影響外觀質量，還會使汽車性能受到影響，進而影響正常行駛的安全性。為防止被磨損，可采用三聚磷酸鋁材料，其抗腐蝕性強，可對懸架系統起到良好的保護作用。

（2）汽車懸架在未來發展方向之一便是汽車輕量化，對于輕質合金材料和高強度鋼的需求量在未來將會大大增加;懸架上對于鋁合金的運用也會越來越多;鎂合金的需求量也呈增長的態勢，同時還要不斷研究一些新型設計來滿足汽車輕量化的需求。

3 前懸架新工藝應用

（1）懸架零件的穩定性就是汽車的安全基礎，要做到強度、柔韌性、抗疲勞、抗損壞等性能，汽車車架和車橋對于管材液壓成形技術的運用也會越來越頻繁，壓力加工技術向著高效、自動減輕汽車重量、降低成本等方向發展。

（2）懸架鑄件正朝著高性能、薄壁、輕質、精尺寸、優良切削性能方向發展;鑄造生產過程向清潔、廢物再生、高效、節能、節材、環保的綠色鑄造方向發展。

（3）懸架零部件的機械切削加工技術已經拋棄了傳統模式，而發展為柔性技術為特點的生產線生產的生存模式。高效、精密、柔性化、自動化是切削加工技術變化的主要趨勢。高速加工技術、敏捷制造技術、智能化加工技術、綠色加工技術等都將得到快速發展。

（4）汽車零件的防護性電鍍由原來單一的鍍鋅鈍化工藝，向耐蝕性能更好且具有耐熱、低氫脆性、良好加工性能及環保性能的鋅合金鍍層及無鉻達克羅工藝發展。

4 前懸架系統特性分析

（1）汽車前懸架的穩定性決定了汽車在操作過程中的穩定性和安全性，因此在設計過程中進行仿真模型的建構是十分重要的設計環節。汽車前懸架的仿真設計可以通過兩種主要的方式實現，首先可以采用ADAMS/Car等軟件中的駕駛模型進行閉環仿真;其次，采用直接輸入方向盤轉角等操作數據進行控制實驗，這種仿真方式叫做開環仿真，采用這種方式進行仿真模擬，操作過程更為靈活。

（2）汽車前懸架的設計是否合理，最重要的表現在于汽車行駛過程中車輪的狀況。在汽車行駛過程中，車輪向上跳動時汽車車輪的外傾角會呈現角度的變化，這種外傾角的變化應該控制在±1度的范圍以內，以保證汽車的正常直線行駛。主銷內傾角在汽車車輪自動回正的過程中發揮作用，主銷橫向偏距與主銷內傾角相關，二者能夠協調駕駛員作用在方向盤上的力，使得駕駛員在方向盤上施加較小的力就能夠實現方向盤的轉向。

（3）汽車車輪輪間距。汽車行駛過程中車輪間距的變化會引起不同側的輪胎發生反向偏移，影響汽車行駛的穩定性。因此在汽車前支架設計過程中需要對汽車車輪間距進行合理的設計。

（4）前懸架的垂直剛度。在汽車荷載發生上下垂直運動時，汽車前懸架的垂直剛度對于保證汽車的整個懸架的穩定性具有重要作用，前懸架在汽車垂直運動過程中給車身以彈性恢復力。

（5）在設計汽車前懸架的過程中仿真分析能夠有效檢測汽車前懸架設計的合理性，同時對汽車行駛進行仿真實驗，并將前懸架系統的運動特性進行獲取，為后續的改進和繼續研發提供依據。

5 結束語

人們常常把汽車比喻成“移動的家”，而懸架系統好比人們移動家里的床，既要滿足駕駛者提供乘車的舒適性，又要滿足整車市場的定位。隨著新技術的開發和應用，前懸架設計開發水平將更好地滿足整車和人們的需求。

參考文獻：

[1]吳志成，陳思忠，楊林，等.幾種獨立懸架運動學特性對比研究[J].北京理工大學學報，2006.

[2]余志生.汽車理論[M].機械工業出版社，2009.