悬架设计
悬架的构成 弹性元件 导向装置 减振器 缓冲块 横向稳定器
悬架的基本设计要求 保证汽车有良好的行驶平顺性 具有适合的衰减振动的能力 保证汽车有良好的操纵稳定性 汽车制动、加速时，保证车身稳定，防止纵倾 转弯时车身倾角要适合 良好的隔声能力 结构紧凑，占用空间小 可靠的传递车身与车轮之间的各种力和力矩，在满足质量的情况下，保证足够的强度和寿命
悬架的基本设计要求 固有频率在适合的频段，尽可能低 前后悬固有频率的匹配应合理 避免悬架撞击车身 簧上质量变化时，要考虑使用非线性弹性悬架 乘用车 前悬架固有频率略低于后悬架 避免悬架撞击车身 簧上质量变化时，要考虑使用非线性弹性悬架
悬架的基本设计要求 悬架应装配减振器，使之具有合适阻尼
悬架方案和参数的选择 对于车轮 主销定位角变化不大 车轮运动与导向机构协调 避免前轮摆振 对于转向 保证稍有不足的转向特性 不足转向
悬架的结构形式分析 非独立悬架 左右车轮用一根整体轴相连 独立悬架 左右车轮使用各自的半轴
悬架的结构形式分析
非独立悬架
钢板弹簧式非独立悬架
钢板弹簧式非独立悬架
钢板弹簧式非独立悬架
钢板弹簧式非独立悬架
钢板弹簧式非独立悬架
空气弹簧式非独立悬架
非独立悬架 结构简单 制造容易 维修方便 工作可靠
非独立悬架 刚度大、平顺性差 簧下质量大 在不平路面上行驶，左右车轮互相干涉 两侧车轮不同步跳动时候，车轮左右摇摆，容易产生摆振 钢板弹簧不能太长 簧下质量大 在不平路面上行驶，左右车轮互相干涉 两侧车轮不同步跳动时候，车轮左右摇摆，容易产生摆振 前轮跳动时，悬架容易与转向机构干涉 直线行驶于凸凹不平路面时，车轮外倾角变化，轴向转向特性 转弯时，离心力产生不利的轴向转向特性 车轴（车桥）上方要有和弹簧适应的空间
非独立悬架应用 总质量大些的商用车前、后悬架 某些乘用车的后悬架
独立悬架 簧下质量小 悬架占用空间小 弹性元件只承受垂直力可以使用刚度较小的弹簧固有频率降低平顺性改善 断开式车轴降低发动机位置高度降低整车质心改善行驶稳定性 左右轮互不影响减少侧倾、振动起伏路面上的良好附着能力 方案多，设计余地大
独立悬架 结构复杂 成本高 维修困难
独立悬架的结构方案 双横臂式悬架 单横臂式悬架 双纵臂式悬架 单纵臂式悬架 单斜臂式悬架 麦弗逊式悬架 扭转梁随动臂式悬架
基本特性 侧倾中心高度 车轮定位参数变化 悬架侧倾角刚度 横向刚度
侧倾中心
侧倾中心
侧倾中心
侧倾中心
侧倾中心
车轮的定位参数 主销内倾角 主销后倾角 车轮外倾角 车轮前束
主销内倾角
主销内倾角
主销内倾角
主销内倾角 使车轮有自动复位倾向
主销后倾角
主销后倾角
主销后倾角
主销后倾角 车轮与地面接触点在主销延长线后提高直线行驶性能
车轮外倾角 Camber Angle
车轮外倾角
车轮外倾角 满载时，保证车轮垂直于地面 采用正的外倾角 高速转向时候，防止侧倾 采用负的外倾角
车轮前束（toe in/out ）
车轮前束
车轮前束
车轮前束
车轮前束
车轮参数
悬架侧倾角刚度 稳态圆周行驶，车身绕侧倾轴线转动
悬架的横向刚度 转向轮横向刚度小 摆振
前后悬架的方案选择 前后悬架均为非独立悬架 前悬架为独立悬架，后悬架为非独立悬架 前后悬架均为独立悬架
双横臂式悬架 double wishbone upper and lower A-arm
前后悬架均为非独立悬架 (钢板弹簧） 前轴不足转向 后轴过度转向 降低后置钢板弹簧前钓耳位置减少过渡转向趋势 前轮容易摆振
前后悬架均为非独立悬架 (钢板弹簧）
前后悬架均为非独立悬架 (钢板弹簧）
前后悬架均为非独立悬架 (钢板弹簧）
发动机前置前轮驱动乘用车 前悬架 麦弗逊式 后悬架 扭转梁随动臂式
发动机前置前轮驱动乘用车 Toyota Wish
麦弗逊式前悬架 结构紧凑 负的主销偏移距离 保证汽车制动稳定性
扭转随动臂式后悬架 Torsion beam suspension
扭转随动臂式后悬架
扭转随动臂式后悬架
扭转随动臂式后悬架
扭转随动臂式后悬架 各项异性弹簧(扭转梁随动臂式支撑点处) 隔振 阻止轴转向效应
扭转随动臂式后悬架 轴转向效应
扭转随动臂式后悬架 轴转向效应抑制
双横臂悬架+纵置钢板弹簧悬架 上横臂沿X方向，前高后低 减少制动时的纵倾
双横臂悬架+纵置钢板弹簧悬架
双横臂悬架+纵置钢板弹簧悬架
辅助元件 横向稳定器
横向稳定器
横向稳定器 增大悬架的侧倾角刚度减少车身侧倾 不影响垂直刚度
横向稳定器设计要点 前悬角刚度大于后悬角刚度 前悬载荷转移大于后悬 前轮侧偏角大于后轮侧偏角 不足转向倾向
缓冲块 限制悬架最大行程
悬架主要参数的确定 悬架的静挠度 悬架的动挠度 悬架的弹性特性 后悬架主、副簧的刚度分配 悬架侧倾角刚度及在前后轴的分配
悬架的静挠度
悬架的静挠度选择原则 fc1≈fc2 高速过路障时 乘用车 fc2=(0.8~0.9)fc1 货车 fc2=(0.6~0.8)fc1 防止较大的纵向角振动 高速过路障时 n1<n2 时纵向角振动相对小 乘用车 fc2=(0.8~0.9)fc1 货车 fc2=(0.6~0.8)fc1
偏频选择原则 发动机排量1.6L以下的乘用车 对于乘用车，发动机排量越大，偏频应越小 货车 前悬架 1.00～1.45Hz
悬架动挠度 从满载自由位置压缩到结构允许的最大变形时候，车轮中心到车架或车身的垂直位移 乘用车 客车 货车 7～9cm 5～8cm
悬架弹性特性 线性 钢板弹簧非独立悬架 非线性(刚度可变） 带有副簧的钢板弹簧 空气弹簧 油气弹簧
后悬架主、副簧的刚度分配
后悬架主、副簧的刚度分配
后悬架主、副簧的刚度分配
后悬架主、副簧的刚度分配
后悬架主、副簧的刚度分配
悬架特性曲线
主、副簧刚度分配 －方法1
主、副簧刚度分配 －方法2
载荷分配的基本原则 车身从空载到满载时，振动频率的变化小保证平顺性 副簧参加工作前后，系统固有频率变化不大
侧倾角刚度及在前后轴的分配 刚度小 缺乏舒适性和安全感 刚度大 缺乏汽车发生侧翻的感觉 轮胎侧偏角大 过多转向可能
侧倾角刚度基本要求 侧向惯性力在0.4倍车重时 乘用车：2.5°～4° 货车： 6°～7° 前后轮偏角差在1°～3°以内 前轴轮胎侧偏角略大于后轮 前悬架角刚度大于后悬架，比值为1.4～2.6
弹性元件的计算 钢板弹簧的设计 扭杆弹簧 空气弹簧
钢板弹簧的设计 钢板弹簧的布置方案 钢板弹簧主要参数的确定 钢板弹簧各片长度的选择 钢板弹簧的刚度验算 钢板弹簧总成在只有状态下的弧高和曲率半径计算 钢板弹簧总成弧高的核算 钢板弹簧的强度验算 少片弹簧的计算
钢板弹簧的布置方案 纵置或横置 对称或不对称
钢板弹簧主要参数的确定 基本初始条件 满载静止时候 前桥负荷 后桥负荷 前桥簧下负荷 后桥簧下负荷 悬架的静挠度 悬架的动挠度 汽车的轴距
钢板弹簧主要参数的确定
满载弧高fa fa = 10~20mm
钢板弹簧长度L 原则 乘用车 货车 可能的情况下，尽量长些 L＝（0.40～0.55）轴距 前桥 后桥 L＝（0.26～0.35）轴距
钢板弹簧断面尺寸的确定 平均厚度hp 片宽 b b/hp≈(6~10)
钢板弹簧断面尺寸的确定 钢板弹簧的片厚 b和h应满足国家标准 主片厚些 厚度不超过三组 最厚片最薄片厚度比<1.5
钢板弹簧断面尺寸的确定 钢板弹簧片数 少 多片钢板弹簧 6~14 超过14t 货车 20 变截面少片簧 1～4 利于装配 降低干摩擦 提高平顺性 与等强度梁差别大，材料利用率变坏 多片钢板弹簧 6~14 超过14t 货车 20 变截面少片簧 1～4
弹簧各片的长度
钢板弹簧的刚度验算
钢板弹簧总成在自由状态下的弧高和曲率半径计算 要点 各片自由状态下，曲率半径应不同 贴紧 减少工作应力 等寿命 计算公式 经验公式
钢板弹簧弧高总成的核算 使用经验公式
强度计算 紧急制动时，前钢板弹簧的载荷最大 驱动时，后钢板弹簧的载荷最大 卷耳和弹簧销的强度核算
少片弹簧 利用变厚断面保持强度特性 等长 等宽 厚度变化规律 抛物线变化 线性变化
少片弹簧
扭杆弹簧
扭杆弹簧
扭杆弹簧
扭杆弹簧
扭杆弹簧
扭杆弹簧 雪铁龙C4
扭杆弹簧 VW Beetle
扭杆弹簧 A front VW Beetle suspension cross-section
扭杆弹簧
扭杆弹簧
扭杆弹簧
圆形截面扭杆
圆形截面扭杆工艺措施 预扭 喷丸
独立悬架导向机构的设计要求 前轮 悬架上载荷变化时，轮距变化不超过±4.0mm 前轮定位参数要有合理变化，车轮不应产生纵向加速度 转弯行驶时，侧倾小 0.5g加速度时，侧倾角小于6°～7° 车轮与车身侧倾同向 增强不足转向效应 制动时候，抗前俯 加速时候，抗后仰
独立悬架导向机构的设计要求 后轮 悬架上载荷变化时，轮距无显著变化 转弯行驶时 侧倾小 车轮与车身侧倾反向 减小过多转向趋势
导向机构的位置参数 侧倾中心 侧倾轴线 纵倾中心 抗制动性纵倾
侧倾中心
侧倾中心
侧倾中心
侧倾轴线 大致与地面平行 保持行驶时，前后轴荷变化相等 中性转向 尽可能离地面高些 将车身侧倾控制在允许范围内
侧倾轴线 前悬架侧倾中心很少超过150毫米 受到允许轮距变化的限制 前轮驱动汽车 尽可能是前轮轴荷变化小
侧倾轴线 前悬架侧倾中心很少超过150毫米 前轮驱动汽车 前悬架 后悬架 受到允许轮距变化的限制 0~120mm 80~150mm 尽可能是前轮轴荷变化小 前悬架 0~120mm 后悬架 80~150mm
侧倾轴线 后悬架为独立悬架 后悬架侧倾中心要比前悬架高些 后悬架为钢板弹簧非独立悬架 要更高
纵倾中心
纵倾中心
制动前倾
驱动后仰
抗制动性纵倾（抗制动前俯角）
抗制动性纵倾（抗制动前俯角）
抗驱动纵倾（抗驱动后仰角） 仅限于单桥驱动 减小后轮驱动汽车车尾下沉量 减小前轮驱动汽车车头抬高量 对于独立悬架 应使纵倾中心高于驱动轮中心
悬架的定位角 水平斜置角 悬架抗前俯角 悬架斜置初始角
双横臂悬架导向机构设计 上下横臂布置方案 纵向平面内，应有防止制动前俯的力矩 压缩时，主销后倾角加大 拉伸后，主销后倾角减小
双横臂悬架导向机构设计 上下横臂布置方案 纵向平面内 主销后倾角
双横臂悬架导向机构设计 上下横臂布置方案 横向平面内
双横臂悬架导向机构设计 上下横臂布置方案 水平面内
双横臂悬架导向机构设计 上下横臂长度确定 ½轮距 车轮外倾角 主销内倾角
双横臂悬架导向机构设计 上下横臂长度确定 克莱斯勒 0.7 通用 0.66 国内 0.65
麦弗逊式悬架的设计 导向机构受力分析 横臂轴线布置方式的选择 横臂长度的确定
麦弗逊式悬架受力分析
麦弗逊式悬架受力分析
麦弗逊式悬架结构特点 主销轴线、滑柱轴线、弹簧轴线不重合
麦弗逊式悬架横臂轴线布置方式 要点 运动瞬心交于前轮后方 弹簧压缩时，主销后倾角增大趋势 弹簧压缩时，主销后倾角减小趋势
麦弗逊式悬架横臂长度的确定 要点 尽量增加横臂长度
减振器 振动能 热能
减振器 摇臂式减振器 Torsional Damper 筒式减振器 Telescopic damper
减振器
减振器
减振器
减振器 阻力—位移特性 阻力—速度特性
减振器相对阻尼系数
相对阻尼系数 物理意义 振动衰减的速度
相对阻尼系数的选择原则 无内摩擦弹性元件悬架 0.25~0.35 有内摩擦的弹性元件悬架 小些 路况差 >0.3 为避免悬架碰撞车架
阻尼系数的确定
阻尼系数的确定
阻尼系数的确定
最大卸荷速度 vx为卸荷速度，一般为0.15～0.30m／s A为车身振幅，取±40mm ω为悬架振动固有频率
最大卸荷力
工作缸直径确定 [p]: 为工作缸最大允许压力，取3~4MPa； λ: 连杆直径与缸筒直径之比 双筒式减振器 λ=0.40~0.50 单筒式减振器 λ=0.30~0.35 D 应符合国家标准
悬架结构元件 控制臂与推力杆 接头 钢板弹簧叶片端部形状与卷耳
推力杆 车辆转弯时，中后桥会产生移位，而推力杆的作用就是防止车桥移位。一般的直推力杆只能防止中后桥前后移位，V型横销推力杆，除了可以防止中后桥前后移位，还可以防止左右移位
推力杆
控制臂 箱型断面构件 较深结构
控制臂 钢板冲压 模锻 铸造 小批量生产 钢 铝合金
接头
接头
轴销接头
轴销接头
钢板弹簧支撑 衬套支撑 滑板式支撑
钢板弹簧支撑
钢板弹簧的滑板式支撑
参考资料 http://www.autozine.org/technical_school/tech_index.html http://www.carbibles.com http://www.wikipedia.com http://www.susprog.com/ http://patents.google.com