淺談前懸架設(shè)計(jì)趨勢和分析

鄭延磊 張磊

摘 要：汽車前懸架設(shè)計(jì)是懸架設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，對于保證整個(gè)車體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性意義重大。本文主要從前懸架設(shè)計(jì)現(xiàn)狀、材料選型、仿真設(shè)計(jì)、特性進(jìn)行分析等方面進(jìn)行歸納和總結(jié)。

關(guān)鍵詞：前懸架;材料;設(shè)計(jì)

0 概述

隨著汽車技術(shù)和科技的發(fā)展，傳統(tǒng)的前懸架設(shè)計(jì)已不能滿足汽車整體技術(shù)發(fā)展的要求。結(jié)構(gòu)創(chuàng)新很難有大的創(chuàng)新，但隨著新材料、新工藝、運(yùn)動學(xué)以及動力仿真學(xué)分析等技術(shù)的應(yīng)用，在整個(gè)前懸架設(shè)計(jì)中發(fā)揮著日益突出作用，勢必會成為設(shè)計(jì)的新趨向。

1 前懸架設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

（1）設(shè)計(jì)基本原則。1）零部件設(shè)計(jì)時(shí)選材的原則是：首先滿足功能要求，其次是強(qiáng)度要求，最后才考慮經(jīng)濟(jì)性。根據(jù)許應(yīng)力、材料強(qiáng)度和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選用合適的材料。2）選用零部件的服役條件和材料特點(diǎn)確定零件的技術(shù)要求，特別是熱處理技術(shù)要求。3）選用先進(jìn)、合理的強(qiáng)化手段，優(yōu)化設(shè)計(jì)、提高零件的可靠性和壽命。4）合理選用材料是控制和降低其成本的有效手段。5）在虛擬設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)模擬中，建立并完善材料數(shù)據(jù)庫是材料設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)和必要條件。6）新材料的應(yīng)用是提高產(chǎn)品性能和市場競爭力的有效途徑，如輕量化材料的應(yīng)用對降低油耗的作用。

（2）采用多體動力學(xué)來研究汽車的運(yùn)行性能對于汽車前懸架的設(shè)計(jì)和優(yōu)化具有重要意義，從80年代中后期開始，逐漸將多剛體系統(tǒng)動力學(xué)的分析方式引進(jìn)到汽車的整體性能分析中，尤其是汽車的運(yùn)動和動力學(xué)研究中，這項(xiàng)新的計(jì)算和分析技術(shù)對汽車懸架的設(shè)計(jì)作用顯著，極大加快了我國汽車行業(yè)的創(chuàng)新和發(fā)展。目前國內(nèi)的多體系統(tǒng)動力學(xué)將經(jīng)典力學(xué)理論體系同現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，能夠完成復(fù)雜的建模和數(shù)據(jù)計(jì)算。在進(jìn)行前懸架的設(shè)計(jì)時(shí)，利用多體系統(tǒng)力學(xué)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，輸入基本參數(shù)，計(jì)算機(jī)就能夠?qū)@些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和計(jì)算，極大的保證了運(yùn)算結(jié)果的可靠性，減少了數(shù)據(jù)運(yùn)算的時(shí)間。

2 前懸架新材料應(yīng)用

（1）前懸架作用是支承、安裝汽車發(fā)動機(jī)及其各部件，并接受發(fā)動機(jī)的動力，使汽車產(chǎn)生運(yùn)動，保證正常行駛。在汽車行駛過程中，時(shí)間處在潮濕的環(huán)境中，很容易受到侵蝕，同時(shí)因懸架離地距離較近易被刮傷，不僅影響外觀質(zhì)量，還會使汽車性能受到影響，進(jìn)而影響正常行駛的安全性。為防止被磨損，可采用三聚磷酸鋁材料，其抗腐蝕性強(qiáng)，可對懸架系統(tǒng)起到良好的保護(hù)作用。

（2）汽車懸架在未來發(fā)展方向之一便是汽車輕量化，對于輕質(zhì)合金材料和高強(qiáng)度鋼的需求量在未來將會大大增加;懸架上對于鋁合金的運(yùn)用也會越來越多;鎂合金的需求量也呈增長的態(tài)勢，同時(shí)還要不斷研究一些新型設(shè)計(jì)來滿足汽車輕量化的需求。

3 前懸架新工藝應(yīng)用

（1）懸架零件的穩(wěn)定性就是汽車的安全基礎(chǔ)，要做到強(qiáng)度、柔韌性、抗疲勞、抗損壞等性能，汽車車架和車橋?qū)τ诠懿囊簤撼尚渭夹g(shù)的運(yùn)用也會越來越頻繁，壓力加工技術(shù)向著高效、自動減輕汽車重量、降低成本等方向發(fā)展。

（2）懸架鑄件正朝著高性能、薄壁、輕質(zhì)、精尺寸、優(yōu)良切削性能方向發(fā)展;鑄造生產(chǎn)過程向清潔、廢物再生、高效、節(jié)能、節(jié)材、環(huán)保的綠色鑄造方向發(fā)展。

（3）懸架零部件的機(jī)械切削加工技術(shù)已經(jīng)拋棄了傳統(tǒng)模式，而發(fā)展為柔性技術(shù)為特點(diǎn)的生產(chǎn)線生產(chǎn)的生存模式。高效、精密、柔性化、自動化是切削加工技術(shù)變化的主要趨勢。高速加工技術(shù)、敏捷制造技術(shù)、智能化加工技術(shù)、綠色加工技術(shù)等都將得到快速發(fā)展。

（4）汽車零件的防護(hù)性電鍍由原來單一的鍍鋅鈍化工藝，向耐蝕性能更好且具有耐熱、低氫脆性、良好加工性能及環(huán)保性能的鋅合金鍍層及無鉻達(dá)克羅工藝發(fā)展。

4 前懸架系統(tǒng)特性分析

（1）汽車前懸架的穩(wěn)定性決定了汽車在操作過程中的穩(wěn)定性和安全性，因此在設(shè)計(jì)過程中進(jìn)行仿真模型的建構(gòu)是十分重要的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。汽車前懸架的仿真設(shè)計(jì)可以通過兩種主要的方式實(shí)現(xiàn)，首先可以采用ADAMS/Car等軟件中的駕駛模型進(jìn)行閉環(huán)仿真;其次，采用直接輸入方向盤轉(zhuǎn)角等操作數(shù)據(jù)進(jìn)行控制實(shí)驗(yàn)，這種仿真方式叫做開環(huán)仿真，采用這種方式進(jìn)行仿真模擬，操作過程更為靈活。

（2）汽車前懸架的設(shè)計(jì)是否合理，最重要的表現(xiàn)在于汽車行駛過程中車輪的狀況。在汽車行駛過程中，車輪向上跳動時(shí)汽車車輪的外傾角會呈現(xiàn)角度的變化，這種外傾角的變化應(yīng)該控制在±1度的范圍以內(nèi)，以保證汽車的正常直線行駛。主銷內(nèi)傾角在汽車車輪自動回正的過程中發(fā)揮作用，主銷橫向偏距與主銷內(nèi)傾角相關(guān)，二者能夠協(xié)調(diào)駕駛員作用在方向盤上的力，使得駕駛員在方向盤上施加較小的力就能夠?qū)崿F(xiàn)方向盤的轉(zhuǎn)向。

（3）汽車車輪輪間距。汽車行駛過程中車輪間距的變化會引起不同側(cè)的輪胎發(fā)生反向偏移，影響汽車行駛的穩(wěn)定性。因此在汽車前支架設(shè)計(jì)過程中需要對汽車車輪間距進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。

（4）前懸架的垂直剛度。在汽車荷載發(fā)生上下垂直運(yùn)動時(shí)，汽車前懸架的垂直剛度對于保證汽車的整個(gè)懸架的穩(wěn)定性具有重要作用，前懸架在汽車垂直運(yùn)動過程中給車身以彈性恢復(fù)力。

（5）在設(shè)計(jì)汽車前懸架的過程中仿真分析能夠有效檢測汽車前懸架設(shè)計(jì)的合理性，同時(shí)對汽車行駛進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，并將前懸架系統(tǒng)的運(yùn)動特性進(jìn)行獲取，為后續(xù)的改進(jìn)和繼續(xù)研發(fā)提供依據(jù)。

5 結(jié)束語

人們常常把汽車比喻成“移動的家”，而懸架系統(tǒng)好比人們移動家里的床，既要滿足駕駛者提供乘車的舒適性，又要滿足整車市場的定位。隨著新技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用，前懸架設(shè)計(jì)開發(fā)水平將更好地滿足整車和人們的需求。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳志成，陳思忠，楊林，等.幾種獨(dú)立懸架運(yùn)動學(xué)特性對比研究[J].北京理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2006.

[2]余志生.汽車?yán)碚揫M].機(jī)械工業(yè)出版社，2009.