淺談汽車懸架設計與流程分析

楊雙雙

摘 要：懸架系統是汽車的重要系統部件，其設計質量對整車的平順性和穩定性有著關鍵性的影響，本文以汽車前懸架為研究對象，主要從懸架概述、設計考慮因素、設計開發流程等方面進行總結和歸納。

關鍵詞：懸架;設計;流程;參數

0 概述

懸架是現代汽車上主要部件總成之一，好比是人們“移動的床”，其性能好壞駕乘人員會直接感受到。如何設計出性能舒適、低成本且滿足市場要求的高質量懸架，是懸架設計工程師的首要任務。

1 懸架概述

（1）懸架把車架與車輪彈性地聯系起來，關系到汽車的多種使用性能。懸架既要滿足汽車的舒適性要求，又要滿足其操縱穩定性的要求，而這兩方面又是互相對立的。因此，必須找到一個平衡點，既能保證操縱穩定性的優良，又能具備較好的平順性。（2）懸架是由彈性元件、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，通常可分為兩大類：非獨立懸架和獨立懸架。

2 懸架設計考慮因素

（1）合理設計懸架的彈性特性及阻尼特性，確保汽車具有良好的行駛平順性，即較低的振動頻率、較小的振動加速度和適中的減振性能，并能避免在懸架壓縮或伸長形成極限點發生沖擊，同時還要保證輪胎具有足夠的接地力。（2）合理設計導向機構，以確保車輪與車架或車身之間所有力和力矩的可靠傳遞，保證車輪跳動時車輪定位參數的變化不會過大，并能滿足汽車良好操縱穩定性的要求。（3）導向機構的運動應與轉向桿系的運動相協調，便面發生運動干涉，否則可能引起轉向輪擺振。（4）側傾中心與縱傾中心位置恰當，汽車轉向時具有抗側傾能力，汽車制動和加速時能保證車身的穩定，避免發生制動和加速時車身縱傾。（5）懸架構件整體質量應盡量小，尤其是非簧載部分的質量要盡量小。（6）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。（7）合理選用材料是控制和降低其成本的有效手段。（8）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。（9）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。

3 懸架設計開發流程

（1）確定設計車型懸架基本目標參數。下面以前懸架設計開發為例進行講解。根據整車設計任務書與市場定位，以現有車型參數為參考，以目標車型參數為標桿，以便于縮短開發周期和確定最終設計任務。通過基礎懸架和標桿數據分析，初步確定懸架的目標參數，如表1所示。（2）選擇懸架類型，確定懸架硬點數據。1）根據標桿懸架結構和運動學特性及各種懸架的優劣勢，假設選定為雙橫臂懸架結構。雙橫臂懸架突出優點在于設計靈活性，可以通過合理選擇空間導向桿系的鉸鏈點的位置及控制臂的長度，使得懸架具有合理的運動特性，并能夠行程前檔的側傾中心和縱傾中心。2）根據現有車型懸架硬點和車身結構，初步確定前懸架的硬點，建立ADAMS運動仿真模型，通過ADAMS運動仿真結果與設定的懸架目標參數對比，然后在ADAMS中對懸架硬點進行調整，使仿真結果與目標參數吻合，這需要不斷反復驗證，最終確定懸架硬點。（3）懸架零部件概念設計。懸架硬點設計完成后，就需要考慮零部件材質和加工工藝，此時就需要組織多方的SE評審，將工藝工程師、供應商等人員參加，需求研討最佳設計方案。結構設計關系到零部件開發的種類和數量，材料性能數據是鑄造、加工等工藝過程的基礎，也是模具設計的基礎。結構選型、材料工藝性與生產成本息息相關，占制造成本比重較大，貫穿于生產全過程。如螺旋彈簧和橫臂材料選型，根據工作環境、制造截面大小選擇合適的彈簧鋼。碳素彈簧鋼中含0.6%～0.9%的碳和0.3%～1.2%的錳，使用成本相對低;合金彈簧鋼一般含0.45%～0.7%的碳和一定量的Si，Mn，Cr，V，W及B等合金元素，使用成本相對高些;橫臂材料根據整車的定位，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;一般汽車普遍使用鋼材，通過沖壓成型、沖壓片焊接而成，成本相對低些。（4）建立懸架彈性運動模型和詳細設計。根據懸架概念設計結構，用ADAMS建立初步彈性運動模型，同時依據設定目標，進行仿真、各工況條件下的受力分析，從而實現對零部件不斷優化設計和細節設計，直至滿足設計目標和要求。（5）細化零部件3D數據，進行零部件二維圖制作。與工藝人員、供應商、客戶研討確定加工工藝，細化制作最終3D數據、零部件和總成的二維圖樣并制定技術標準。（6）設計驗證。通常進行樣件試制和試驗驗證，編制試驗標準，制定試驗計劃并實施，出具DV、PV報告。（7）懸架調教，確定最終參數。進行整車朱客觀評價試驗，根據評價結果對懸架參數進行調教，不斷優化改進，直至滿足主客觀評價目標。

4 結束語

汽車懸架設計不僅僅是設計工程師一個人的事情，要讓上下游相關方乃至供應商參與整個設計過程，同時也要進行經驗教訓總結，為后續的懸架設計提供參考借鑒。

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.