汽車懸架系統(tǒng)的研究

萬寧浩

摘 要：隨著電動汽車的不斷發(fā)展，我們對汽車的懸架系統(tǒng)提出了新的要求。對懸架系統(tǒng)的開發(fā)，不僅和制造業(yè)有關(guān)，還廣泛包含計算機行業(yè)、自動控制技術(shù)、運動仿真等等，這些技術(shù)為懸架系統(tǒng)開發(fā)提供了有力的保障。懸架系統(tǒng)是汽車系統(tǒng)的重要組成部分之一，其主要任務(wù)是以靈活的形式將車輪與車身銜接起來，并經(jīng)過在車輪之間傳遞力和力矩來減少沖擊和振動。這就使得汽車懸架系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)具有重要意義。

關(guān)鍵詞：汽車;懸架系統(tǒng);設(shè)計

汽車的發(fā)展?fàn)顩r體現(xiàn)了這個國家的工業(yè)綜合能力，要想與其他國家汽車行業(yè)競爭，我們必須具備獨立開發(fā)產(chǎn)品的能力。汽車行業(yè)的發(fā)展并不僅僅局限于本行業(yè)，它所涉及的領(lǐng)域非常多，包括制造業(yè)，服務(wù)業(yè)等等，汽車行業(yè)可以對國家整體實力的發(fā)展做出重要貢獻，甚至可以促進有關(guān)工業(yè)的強勁增長。中國汽車市場已成為世界上最大的市場之一，然而還有很多發(fā)展空間，它的整個系統(tǒng)研究并不完善。在這方面我們還需努力。

一、懸架系統(tǒng)開發(fā)V序列模型

現(xiàn)在的系統(tǒng)工程在不斷發(fā)展，這也導(dǎo)致這個領(lǐng)域出現(xiàn)了很多開發(fā)模型，其中也V序列模型最為優(yōu)秀，在本文中，我將采用V序列模型對懸架系統(tǒng)工程的設(shè)計，它的優(yōu)勢就是可以盡快的制定測試計劃并發(fā)現(xiàn)它的優(yōu)勢，這就可以極大地節(jié)約成本。要研究一個新的系統(tǒng)工程，我們需要對它進行需求分析，客戶對產(chǎn)品的需求是我們著重要考慮?？蛻舻男枨蟀恍┗镜男枨蠛蛯Ξa(chǎn)品的預(yù)期。我們要抓住這兩個點對產(chǎn)品設(shè)計。這樣我們的設(shè)計才有目的和意義。按照客戶的基本需求，在具有可用性和可實現(xiàn)性的工程指標(biāo)中對其進行完善。表中顯示了車輛懸架系統(tǒng)的需求轉(zhuǎn)換過程。例如：客戶對行駛平順性能要求，我們在工程指標(biāo)上面就是相應(yīng)的懸架剛度和懸架阻尼;客戶對系統(tǒng)安全性的考慮，它的工程指標(biāo)其中就包括懸架系統(tǒng)的安全性。

二、懸架系統(tǒng)設(shè)計輸入

采用上述的序列模型，設(shè)計懸架系統(tǒng)，我們要經(jīng)歷一系列過程，其中要對系統(tǒng)進行開發(fā)、然后在對子系統(tǒng)完善、最后實現(xiàn)對零件的設(shè)計。在這個過程中可以將懸架系統(tǒng)拆分成彈性組件，減震器和導(dǎo)向機構(gòu)。通過對懸架系統(tǒng)工程指標(biāo)的分類，進而實現(xiàn)對懸架系統(tǒng)的功能組件相適應(yīng)，并完成系統(tǒng)的輸入設(shè)計。在整體一個車輛系統(tǒng)控制中，從車輛車輪將汽車本身的驅(qū)動力傳遞到車身中這是車輛懸架系統(tǒng)的首要任務(wù)，這也是能夠保證車輛在道路的一個正常的行駛狀況，并且起到了對于在不平路面行駛時，由于路面的不平整造成對于車輛的沖擊起到一個緩沖的作用。懸架系統(tǒng)的振動，是可以使得車輛能夠有一個良好的舒適性并且可以配合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進行同步工作。保證我們車輛在行進時，對于行進的方向能夠有一個良好的控制，并以此來保證車輛在路面行駛時的一個穩(wěn)定性。在對于車輛懸架系統(tǒng)的研究過程中，對于客戶們所有接收到的電腦輸入數(shù)據(jù)中來獲得正確結(jié)果，這一點也是同外部的一個不可抗力因素的一個關(guān)聯(lián)作用，并且可以很好的完成我們懸架系統(tǒng)在設(shè)計理念之初的繪制。

三、懸架系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計

麥弗遜式懸掛系統(tǒng)在汽車中得到廣泛應(yīng)用，它的優(yōu)勢是有著更加緊湊的設(shè)計，這就在以后的生產(chǎn)中極大的降低成本，另一個方面是這種懸架可以讓車輛行駛在凹凸不平的路面時定位參數(shù)變化很微小，這樣就讓汽車有良好的行駛性能和穩(wěn)定性，它經(jīng)常被選作中小型乘用車的前懸架。

四、彈性元件設(shè)計

彈性元件有鋼板彈簧、螺旋彈簧等，其中螺旋彈簧在汽車懸架領(lǐng)域應(yīng)用的最廣泛。它與其他彈簧相比，有著能量吸收率高的優(yōu)點，這就極大地減少汽車在行駛過程中所引起車聲的震動，給乘客帶來更好的體驗。另外這種彈簧的制造極低，很大程度上節(jié)約成本。但螺旋彈簧自己是沒有見證效果的，它必須配合減震器，下面我將對螺旋彈簧進行設(shè)計。

五、懸架系統(tǒng)疲勞累計損傷理論基礎(chǔ)

機動車大多數(shù)部件的周期性載荷振幅是可變的，也就是說，在可變振幅載荷下工作時，許多部件失效，不同頻率和振幅的載荷所造成的損傷逐漸堆積在一起。車輛在行駛的過程中，懸架所受到的力超過這個材料的疲勞極限，那么懸架的每一次運動都會對這個材料受損，這樣積累起來后果不堪設(shè)想。疲勞積累的周期比C=n/N，是可變振幅的損傷D，等于周期比的和。在材料研發(fā)的過程中，其疲勞損傷是必須要考慮的。

六、有限元分析的建立

建立有限元模型之初，我們要分析這個模型是否有意義，它對我們后面的分析思路有很重要的參考價值，即我們?yōu)槭裁匆⑦@個模型，同時我們也要分析這個模型的方案是否能在實際中得到運用。在本文中，我根據(jù)上述數(shù)據(jù)，用SolidWorks對螺旋彈簧進行建模。對螺旋彈簧的分析中我運用到ANSYS。創(chuàng)建一個Static Structural系統(tǒng)，材料選擇Structural Steel，這也是上述滿足條件的材料。然后在ANSYS有限元分析中，將SolidWorks中的模型導(dǎo)入并對螺旋彈簧進行網(wǎng)格劃分，在設(shè)備允許的情況下，對網(wǎng)格劃分的精細(xì)，實驗數(shù)據(jù)越符合實際情況。在車輛懸架系統(tǒng)中，螺旋彈簧的上端安裝在車身的彈簧座中，下端安裝在后橋殼的彈簧座中。它僅具有軸向作用，以減少由于凹凸不平的路面而引起的對汽車車身的沖擊。因此，考慮到實際情況，對螺旋彈簧的底部用平面切除，這樣在選擇Fixed Support約束時可以選擇這個平面，以限制豎直方向自由度。同時我們還要對彈簧施加一個約束以限制其水平方向的位移。

本文以麥弗遜前懸架為研究對象，特別是前懸架的主要性能參數(shù)進行了研究。例如，固有頻率、靜態(tài)撓度、動態(tài)撓度，側(cè)傾力矩對車輛行駛穩(wěn)定性的影響，完成汽車懸架參數(shù)優(yōu)化，這個懸架系統(tǒng)的設(shè)計分析總結(jié)了汽車的駕駛舒適性以及彈簧設(shè)計的研究與發(fā)展?fàn)顩r，介紹了懸架系統(tǒng)設(shè)計的性能要求，給出了懸架系統(tǒng)的主要設(shè)計目標(biāo)參數(shù)和設(shè)計性能指標(biāo)同時分析了螺旋彈簧的剛度，螺旋彈簧的原始設(shè)計。

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