浅谈汽车悬架设计与流程分析

杨双双

摘 要：悬架系统是汽车的重要系统部件，其设计质量对整车的平顺性和稳定性有着关键性的影响，本文以汽车前悬架为研究对象，主要从悬架概述、设计考虑因素、设计开发流程等方面进行总结和归纳。

关键词：悬架;设计;流程;参数

0 概述

悬架是现代汽车上主要部件总成之一，好比是人们“移动的床”，其性能好坏驾乘人员会直接感受到。如何设计出性能舒适、低成本且满足市场要求的高质量悬架，是悬架设计工程师的首要任务。

1 悬架概述

（1）悬架把车架与车轮弹性地联系起来，关系到汽车的多种使用性能。悬架既要满足汽车的舒适性要求，又要满足其操纵稳定性的要求，而这两方面又是互相对立的。因此，必须找到一个平衡点，既能保证操纵稳定性的优良，又能具备较好的平顺性。（2）悬架是由弹性元件、减振器、导向机构、缓冲块和横向稳定器等部分组成。它把车架和车轴弹性地连接起来，是车架（或承载式车身）和车桥（或车轮）之间的一切传力连接装置的总称，通常可分为两大类：非独立悬架和独立悬架。

2 悬架设计考虑因素

（1）合理设计悬架的弹性特性及阻尼特性，确保汽车具有良好的行驶平顺性，即较低的振动频率、较小的振动加速度和适中的减振性能，并能避免在悬架压缩或伸长形成极限点发生冲击，同时还要保证轮胎具有足够的接地力。（2）合理设计导向机构，以确保车轮与车架或车身之间所有力和力矩的可靠传递，保证车轮跳动时车轮定位参数的变化不会过大，并能满足汽车良好操纵稳定性的要求。（3）导向机构的运动应与转向杆系的运动相协调，便面发生运动干涉，否则可能引起转向轮摆振。（4）侧倾中心与纵倾中心位置恰当，汽车转向时具有抗侧倾能力，汽车制动和加速时能保证车身的稳定，避免发生制动和加速时车身纵倾。（5）悬架构件整体质量应尽量小，尤其是非簧载部分的质量要尽量小。（6）选用先进、合理的强化手段，优化设计、提高零件的可靠性和寿命。（7）合理选用材料是控制和降低其成本的有效手段。（8）在虚拟设计和计算机模拟中，建立并完善材料数据库是材料设计的基础和必要条件。（9）新材料的应用是提高产品性能和市场竞争力的有效途径，如轻量化材料的应用对降低油耗的作用。

3 悬架设计开发流程

（1）确定设计车型悬架基本目标参数。下面以前悬架设计开发为例进行讲解。根据整车设计任务书与市场定位，以现有车型参数为参考，以目标车型参数为标杆，以便于缩短开发周期和确定最终设计任务。通过基础悬架和标杆数据分析，初步确定悬架的目标参数，如表1所示。（2）选择悬架类型，确定悬架硬点数据。1）根据标杆悬架结构和运动学特性及各种悬架的优劣势，假设选定为双横臂悬架结构。双横臂悬架突出优点在于设计灵活性，可以通过合理选择空间导向杆系的铰链点的位置及控制臂的长度，使得悬架具有合理的运动特性，并能够行程前档的侧倾中心和纵倾中心。2）根据现有车型悬架硬点和车身结构，初步确定前悬架的硬点，建立ADAMS运动仿真模型，通过ADAMS运动仿真结果与设定的悬架目标参数对比，然后在ADAMS中对悬架硬点进行调整，使仿真结果与目标参数吻合，这需要不断反复验证，最终确定悬架硬点。（3）悬架零部件概念设计。悬架硬点设计完成后，就需要考虑零部件材质和加工工艺，此时就需要组织多方的SE评审，将工艺工程师、供应商等人员参加，需求研讨最佳设计方案。结构设计关系到零部件开发的种类和数量，材料性能数据是铸造、加工等工艺过程的基础，也是模具设计的基础。结构选型、材料工艺性与生产成本息息相关，占制造成本比重较大，贯穿于生产全过程。如螺旋弹簧和横臂材料选型，根据工作环境、制造截面大小选择合适的弹簧钢。碳素弹簧钢中含0.6%～0.9%的碳和0.3%～1.2%的锰，使用成本相对低;合金弹簧钢一般含0.45%～0.7%的碳和一定量的Si，Mn，Cr，V，W及B等合金元素，使用成本相对高些;横臂材料根据整车的定位，高端及豪华汽车强调轻量化和操控性，可采用铸铝合金或煅铝合金，但成本相对高些;一般汽车普遍使用钢材，通过冲压成型、冲压片焊接而成，成本相对低些。（4）建立悬架弹性运动模型和详细设计。根据悬架概念设计结构，用ADAMS建立初步彈性运动模型，同时依据设定目标，进行仿真、各工况条件下的受力分析，从而实现对零部件不断优化设计和细节设计，直至满足设计目标和要求。（5）细化零部件3D数据，进行零部件二维图制作。与工艺人员、供应商、客户研讨确定加工工艺，细化制作最终3D数据、零部件和总成的二维图样并制定技术标准。（6）设计验证。通常进行样件试制和试验验证，编制试验标准，制定试验计划并实施，出具DV、PV报告。（7）悬架调教，确定最终参数。进行整车朱客观评价试验，根据评价结果对悬架参数进行调教，不断优化改进，直至满足主客观评价目标。

4 结束语

汽车悬架设计不仅仅是设计工程师一个人的事情，要让上下游相关方乃至供应商参与整个设计过程，同时也要进行经验教训总结，为后续的悬架设计提供参考借鉴。

参考文献：

[1]王望予.汽车设计[M].机械工业出版社，2004.

[2]余志生.汽车理论[M].机械工业出版社，2009.