车辆悬架系统的结构选型与目标设定

刘艳菊

摘 要：悬架系统是车辆底盘系统最重要的子系统之一，悬架系统的优劣决定着整车操纵稳定性及舒适性的优劣，所以在整车开发过程中，悬架系统的结构选型及目标设定非常重要，也需要非常慎重。如果前期选型及设定的目标不合适，车辆就不可能得到很好的性能，也不会有多大的竞争力。本论文的目的，就是给悬架设计工程师提供一种悬架系统结构选型及目标设定的方法及流程。

关键词：悬架系统 结构选型 目标设定 悬架结构

1 悬架系统结构介绍

根据悬架导向机构的特点，悬架系统可分为非独立悬架、独立悬架以及半独立悬架。

常见的非独立悬架如：对称板簧式悬架、非对称板簧式悬架、纵横杆螺簧式悬架、单纵臂螺簧式悬架等;

常见的独立悬架如：水平单横臂式、斜置单横臂式、水平单纵臂式、双横臂式、麦弗逊式以及多连杆式等;

常见的半独立悬架如：扭转梁式半独立悬架。

不管是哪种结构形式，都可把它看成空间多连杆机构，这个结构的自由度只有一个，即车轮的跳动。

2 悬架系统概述

汽车悬架是车轮（或车桥）与车架（或车身）之间弹性连接的部件，并传递载荷，缓和冲击，衰减振动以及调节汽车行驶过程中车身位置等装置的总称。它主要由弹性元件、阻尼元件以及导向装置组成，此外还包含一些特殊功能的部件，如缓冲块（或限位块）和横向稳定杆等，现代汽车还采用主动控制机构行程可控式悬架。

悬架的作用如下：

一、缓和、抑制由路面不平引起的振动和冲击，保证乘員乘坐舒适和所运货物完好;

二、除传递垂直力以外还传递各个方向的力和力矩，并保证车轮和车身（或车架）之间有确定的运动关系，使汽车具有良好的操控性能。

汽车悬架和悬架质量、非悬架质量构成一个振动系统，该系统的振动特性很大程度上决定汽车的行驶平顺性，并进一步影响汽车的行驶车速、燃油经济性和运营经济性;该振动系统也决定了汽车承载系和行驶系许多零部件的动载，进而影响这些零件的使用寿命。此外，悬架对整车的操纵稳定性起着决定性的作用，因而在设计悬架时必须考虑以下几个方面的要求：

一、通过合理的设计悬架弹性特性和阻尼特性确保汽车具有良好的行驶平顺性，即具有较低的振动频率、较小的振动加速度和合适的减振系统，并能避免在悬架的伸张和压缩极限点发生硬冲击，同时保证轮胎具有足够的接地能力;

二、合理的设计导向机构，确保车轮与车架或者车身之间所有力和力矩的可靠性传递，保证车轮跳动时车轮定位参数具有合理的变化，并能保证汽车具有良好的操纵稳定性的要求;

三、导向机构的运动应与转向杆系的运动相协调，避免发生运动干涉，否则可能回导致转向轮摆振，同时导向机构的设计应确保具有合理的转向几何参数;

四、侧倾中心和纵倾中心位置合适，汽车转向时具有抗侧倾能力，汽车制动或者加速时能保证车身稳定，即汽车制动时具有抗点头能力，汽车加速时具有抗抬头能力;

五、悬架质量要小，特别是非悬架部分的质量要尽量小，保证车轮与路面具有较小的相对动载，提高整车舒适性和车辆安全性;

六、便于布置，在轿车设计中特别要考虑发动机及行李箱留出足够的空间;轮心坐标、整车姿态以及轮边造型要综合考虑;

七、所有零件应具有足够的强度、刚度以及使用寿命;

八、制造成本要低;

九、要有利于生产线装配（生产节拍），便于维修和保养。

3 悬架系统结构选型

悬架系统结构型式的选择取决于所要开发的车辆的定位，诸如是运动型，还是舒适型，是SUV还是轿车等，以及它的竞争车型的悬架的结构型式，这个车要达到什么样的性能等。因为悬架结构形式一旦确定，这个车的R&H的水平基本上也就确定，即因为它在很大程度上决定整车的操纵稳定性和平顺性。悬架结构型式的选择，同时也需要考虑平台化通用化、整车总体布置、整车成本以及装配工艺性等。具体总结如下：

4 悬架系统目标设定

悬架系统的最初设计目标一般由竞争车型而来，并在开发过程中不断的迭代更新，以便达成所要开发车辆的整车的目标，使得开发的整车比竞争产品更有竞争力。

悬架系统目标设定一般如下：

就悬架系统开发过程中来说，Benchmark车型试验一般包括整车性能主观评价试验和客观测量试验，如稳态回转试验、中间位置操纵稳定性试验、移线行驶试验以及横摆角速度增益试验等;系统层级的试验要进行悬架系统KC测试等，同时要进行整车拆解分析，对零部件结构进行详细的剖解，对弹性阻尼件进行详细的测量等，以便深刻了解竞争车型的性能。

Benchmark分析如下：

对竞争车型进行完整的分析后，并根据开发车辆所要达到的性能，制定悬架系统初步设计目标，如下例子某车型的前悬架系统目标设计表：

前悬架系统的设计目标书，见表1：

初步目标设定后，在悬架系统开发过程中不断的更新迭代，逐步达成整车所要的性能。

5 总结

本论文介绍了悬架系统有关的结构形式，并介绍了采用对标竞品车型的方法，在车辆开发初期，对车辆的悬架结构进行系统选型，并制定悬架系统的相关性能目标。这也是悬架系统的结构选型和目标设定的一种常用的系统的方法，可以给悬架系统开发工程师提供指导，也可以为整车操纵稳定性和舒适性的开发打下一个良好的基础。

参考文献：

[1]刘唯信主编.汽车设计.清华大学出版社.2001年.