汽车底盘悬架结构设计要点分析

李奕华

摘要：近年来，中国对汽车的需求不断增加，汽车制造业也增加发展起来。在汽车制造中，底盘悬架系统主要作用是传递车身和车轮直接的力矩，例如驱动力，制动力和轴承力。本文将分析汽车底盘悬架结构设计的要点，结合汽车底盘悬架结构设计的发展现状，从汽车底盘悬架结构设计重要性，汽车底盘悬架结构和汽车底盘悬架零件等方面进行深入研究。探索的主要目的是想要更有效地促进汽车底盘悬架结构设计的发展和进步。

关键词：汽车底盘悬架;结构设计;要點分析

中图分类号：U463.33                                   文献标识码：A                                       文章编号：1674-957X（2020）20-0010-02

0  引言

中国工业发展迅猛，汽车工业发展也紧跟其后。汽车工业中的底盘悬架结构设计备受瞩目。汽车悬架是车轮（或车轴）与负载支撑件（或车架）之间所有力传递连接的总称，是确保行驶舒适性和行驶安全性的重要组成部分，并具有缓冲和吸收由于道路不平坦而产生的传递力的能力。通过对框架或车身施加冲击和振动，它可以在两辆汽车之间传递所有力和扭矩，从而使汽车平稳行驶。在底盘悬架结构中，现在的双纵向臂独立悬架结构将上下纵向臂的长度都进行了改进，能够合理的去配合车轮和车架与纵向臂的连接。这样就使车轮在运动的过程中，能够使轴距和前轮的定位参数一直保持在公差范围内，这样能够保证汽车在行驶的过程中的安全性和稳定性。

1  汽车底盘的重要性

最靠近地面的汽车零件轮胎除外，最近的就是汽车底盘。如果路面很差，可能会刮伤底盘。地板上的水太多会使机箱长时间处于潮湿环境中造成破坏。另外，腐蚀性化学物质粘附在底盘上，会导致生锈，直接影响汽车的正常运行，并间接威胁其他汽车零部件的运行。这就是为什么汽车底盘的设计如此重要，以至于它与汽车能源系统的结构密不可分，并且在某种程度上也会影响设计和内部空间。

2  汽车底盘结构的发展

2.1 轻量化开发

轻量化是尽可能的去减轻不必要的浪费，现在的技术可以减轻底盘结构的质量。底盘结构重量减轻，可以减少燃油的消耗，也能够使汽车在运行中更安全，排放的尾气减少，使汽车更加节能环保。在汽车的生产中可以使用铝合金材料来生产汽车的底盘，这些类型的材料不仅耐腐蚀性强，而且密度低且易于成型，从而使底盘结构更轻。同时，轻质材料（例如镁合金）也经过了实验室研究，并逐渐进入了可用于生产汽车底盘结构的定量生产阶段。对于轻量化技术的应用，提出了一种W型冲压梁，高强度冲压成形可以在提高底盘结构强度的同时实现结构的轻量化设计。使用W型冲压梁可以减少大横截面跨度的出现，也能够提高底盘悬架结构的强度，所以W型冲压梁也逐渐推广。现在许多的汽车工业都已经在应用W梁的底盘结构设计和制造。朝着轻量化方向的发展，未来汽车行业的发展也将实现轻型发展。

2.2 稳固化发展

汽车底盘悬架结构可以提高汽车的稳定性，汽车底盘的稳定是直接影响到汽车在行驶中的安全，所以在底盘结构的设计和制造终都要朝着稳定的方向发展，进行稳固化。汽车在高速行驶的过程中是需要许多装置组成的悬架结构，通过与地面碰撞来引起车内钢板弹簧的缓冲，将所振动的能量进行衰减。这些装置通常都是由减震器和导向装置组成，在现代的汽车工业中大多数都是使用液压减震器，液压减震器可以将有产生的热量消耗震动产生动能。在底盘结构设计中的另一方面，也要注重底盘材料的研究和开发，可以使用热成型高强度的钢来增加底盘防撞的能力，提高车辆的整体强度和刚度，并可以确保结构的稳定性。在设计机箱部件时，为了确保部件的安全性，还可以采用圆形孔来均匀分布部件的应力。

2.3 自动化开发

已开发出新能源汽车，以满足节能和环保的社会发展要求。与传统汽车不同，新能源汽车的底盘侧重于使用铝制的滑板，但是其他的核心部件的组成与传统汽车没有差别，因为它要求对转向、制动和其他系统都采用电子的控制方法，只有汽车的底盘结构发生了变化。在汽车底盘结构的设计中，新能源汽车已经将离合器和变速箱之类的组件进行了删除，在底盘中用电气连接转向系统，增加底盘内的空间。底盘内的空间大了，就可以在前后轴的位置完成动力马达的布置，所以在汽车底盘悬架结构的设计中，要提高汽车动力的传递效率，使新能源汽车更加实用，新能源汽车的底盘上将动力电池组来代替传统汽车的油箱，是以分布式的方式进行放置，为了减少摩擦和碰撞。结合此功能修改底盘结构，电池组应位于底盘质量的中心，并靠近主减速器，以减少动力传输过程中的能量损失，更均匀的功率分配并实现底盘空间结构。在充分利用这一点的同时，汽车的制动、转向和驾驶功能也得到了改善。

3  汽车底盘悬架结构设计特点

3.1 电子化特征

在科学技术快速发展的不断影响下，工作人员对汽车底盘基础系统进行了科学的研制和开发，制作出了与之相对应的电子控制系统，这种电子控制系统可以根据汽车运动的运行方向进行分类，可以主要分为纵向制动与驱动管控、横向转向与摆动力矩控制和垂向悬架控制三类。从现在的发展形式来看，汽车底盘的各种电子控制系统主要都是以与之相对应的功能为基础进行操作运行的，与此同时，还需要利用轮胎与地面的接触形成相应的其他功能。比如，自动抱死装置，通过对纵向力进行控制，使汽车在制动的过程中可以通过轮胎对地面产生的摩擦力系数来有效减少汽车制动的距离，从而可以进一步促进汽车在行驶过程过程中安全性的有效提高、主动悬架的利用对垂向力的有效控制，实现对汽车垂向运行、车身侧倾以及俯仰运行控制，使得汽车能够具有更强的舒适度和操作性。

3.2 集成化特征

从目前来看，汽车总线技术和电设备的运用是比较广泛的，而且进一步促进了汽车底盘集成化的快速发展，首期在汽车企业中便得到了民众较为广泛的关注。举个例子，德尔福派克电气公司进行不断科学研究开发的汽车底盘控制系统UCC，它与多个系统有着较为直接的密切联系，具体有驱动轮防滑系统、电子稳定程序系统以及防抱死制动系统等等，可以利用传感设备实现对底盘更好的监控处理，特别是在行驶的路况中，这样以来可以有效避免汽车在驾驶过程中出现交通事故，在一定程度上促进汽车主动安全性的进一步提高。这种集成化的有效实现，通常使用的是较为独立的电子控制系统传感器、控制单元以及执行单元，特别是在悬架、驱动、制动以及转向方面，利用总线传输技术实现汽车上所有电控单元、传感器等的科学连接。虽然其运行原理之间有着很大的差距，但是其使用的传感器、传输数据以及执行单元等之间具有很强的共享性。

4  汽车悬架上的零部件

4.1 螺旋弹簧

在汽车的方案设计过程中，弹簧的用量是很大的，因为它具有很好的吸收攻击力的能力，而且具有合适的舒适度。但缺点是它的长度一般较长，所以占有的空间以及在安装位置接触到的面积比较大，在系统的合理布置中，紧凑性很难实现。螺旋弹簧本身是不能承受横向力的，这是由它本身的性质决定的，所以在使用的过程中需要选用四连杆螺旋弹簧，将它应用在独立的悬架中。为了兼顾到螺旋弹簧具有的很强的舒适度，我们在高频率、小振幅的地面冲击当中，以设置柔软的弹簧为主。如果受到的冲击力和刚性较强，就需要对冲击的行程进行适合的缩短，弹簧就需要选取具有多种刚度的。负载越大，需要弹簧的刚度就越大。

4.2 钢板弹簧

钢板弹簧多使用在厢式车和卡车当中，因为弹簧片是其结构的主要构件，而且它们的长度都不相等。比螺旋弹簧结构相比，钢板弹簧更加简单，成本比较低，主要在车身底部进行装配。在实际的操作过程中，因为每一片都会受到不同程度的摩擦，所以具备一定的衰减性。如果干摩擦太过严重的话，会严重影响对冲击力的有效吸收。

4.3 扭杆弹簧

扭杆弹簧是由弹簧钢制作而成的，实际上是一种长杆。在车身上应用时，一端用来固定，另一端用来连接悬架上臂。当车轮处于运动状态时，扭杆会出现扭转变形，因而具有弹簧性能。

5  汽车底盘悬架设计要求

①经弹性特征和阻尼特征设计，使汽车行驶过程更加平顺，振动频率和振動加速度值低，减振性能适宜，以免悬架压缩伸张行程极限点部位出现硬冲击情况，并兼顾轮胎接地性。

②经导向机构设计，使车轮、车架、车身间力和力矩传递更加可靠，确保车轮定位参数及变化规律符合相关要求。各铰链点部位受力小，使橡胶元件弹性变形减小，确保导向精确性。同时，汽车转向过程中，应具备一定的抗侧倾性。汽车制动和加速度过程中，车身处于稳定状态，以免发生纵倾情况。

③提高零部件强度和使用寿命，注重成本控制，将后期维护保养工作落实到位

6  汽车底盘悬架结构设计的要点

在对汽车的底盘悬架结构进行设计的时候，需要相关技术人员对结构模型和标准参数进行科学而合理的正确选择和明确，并对设计的流程进行严格的落实。

6.1 底盘悬挂和设置

在预设车辆的底盘悬架时，通常应强调以下几点：要清楚汽车的整体形状以及底盘悬架设计的实际需求和条件。当汽车的整体形状确定后，想要改正和调整是十分困难的，在汽车底盘悬架的预调过程中，应阐明车轮向上/向下移动10cm的跳动。进行后续的调整过程中，后轴的负载发生了明显的变化，所以红后悬架要充分发挥它的科学价值。在调整的过程中，还要考虑是否增加轮胎的防滑链。就四轮驱动保护而言，悬架通常会受到驱动结构的影响。如果汽车根据扭力梁结构设置后悬架，则工作难度就很大。水平导杆用于设计垂直导杆，从而可以更科学地控制车轮跳动和回弹轮座的变化。

6.2 前悬架设计

汽车底盘的悬架设计中，前悬架是主要采用独立的悬架设计。首先，在转向系统的设计过程中，就要弄清楚转向梯形，要保证车轮在转向的过程中，每个转向出的圆圈都不打滑和滚动，在设计汽车底盘悬架中;其次，定义主销的大小。这项工作通常包括主销倾角，脚轮倾角等内容。其中，对于主销的脚轮倾角和相对车轮中心的偏移，使车轮的侧向力返回到力矩以使汽车能够保持直线是更合理的。相关设计人员可以通过对参考样本进行测量的方法来获得与主销有关的数据;第三，进行减震器的设计时，减震器主要是双向和单向模式，当车轮进行减振状态时，减震器中的液体会通过阻尼孔的摩擦来达到减震的目的。

7  结语

汽车底盘悬架结构在设计期间是高度专业且复杂的，并且总体设计任务需要分析和考虑各种专业元素。悬架系统中弹簧的刚度起着重要作用，并直接影响汽车的舒适性。空气悬架的弹簧弹性参数，结合汽车底盘悬架的设计要点，使汽车在行驶的过程中，能够科学合理地控制自身的振动，提高对道路的适应性，也提高行驶中的安全性和稳定性。

参考文献：

[1]陈鹏.汽车底盘悬架结构设计要点分析[J].科技创新导报，2018，15（10）：104，106.

[2]王新博，石兆勇，赵娜，刘双燕.汽车底盘断开式车桥悬架力学分析与优化[J].机械设计，2015，32（10）：53-55.

[3]曹聪聪.基于多智能体理论的汽车底盘协调控制方法研究[D].长春工业大学，2017.

[4]曹家文.简述汽车底盘悬架结构设计要点[J].科技展望，2017（18）：81.