【正文】 犬的提高，被動懸架的缺陷逐漸成為提高汽車性能的 瓶頸， 為此人們開發(fā)了能兼顧舒適和操縱穩(wěn)定的主 動 懸架。 半主動懸架以改變懸架的阻尼為主， 一般較少考慮 改變懸架的剛度。 它是一系列路況的折中，很難適應(yīng)各種復(fù)雜路況，減 振的效果較差。其擺臂繞與汽車縱軸線具有一定交角的軸線擺動，選擇合適的交角可以滿足汽車操縱穩(wěn)定性要求。 非獨(dú)立懸架：特點(diǎn)是兩側(cè)車輪安裝于一整體式車橋上，車輪連同車橋一起通過彈性元件懸掛在車架或車身上。因獨(dú)立懸架允許車輪有較大的跳動空間，這樣便于選裝較軟的彈性元件，使平順性得到改善，同時(shí)獨(dú)立懸架簧載質(zhì)量小，可提高汽車車輪的附著性能。典型的懸架結(jié)構(gòu)由彈性元件、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)以及減震器等組成，個(gè)別結(jié)構(gòu)則還有緩沖塊、橫向穩(wěn)定桿等。 為前、后懸架 匹配 減振器，計(jì)算減振器的尺寸 參數(shù) ，并且 檢驗(yàn) 減振器是否滿足強(qiáng)度要求。 在完成 汽車的總體設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上 ， 分析 懸架 的 類型及結(jié)構(gòu)特點(diǎn) ， 為汽車 選擇前后懸架的類型。S INDEPENDENT SUSPENSIONS 西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 Ⅴ 頁 摘 要 懸架是汽車中的一個(gè)重要總成 部分 ，它把車架與車輪彈性地聯(lián)系起來， 影響 到汽車的多種使用性能。 懸架既要滿足汽車的舒適性要求，又要滿足其操縱穩(wěn)定性的要求，而這兩方面又是互相對立的。本設(shè)計(jì) 中 前懸架采用麥弗遜獨(dú)立懸架，后懸架采用斜置單臂式獨(dú)立懸架 。 為了 防止車身在轉(zhuǎn)彎時(shí)發(fā)生過大的橫向側(cè)傾 ，為前 后 懸架 各 匹配了一個(gè)橫向穩(wěn)定桿，提高 懸架的 側(cè)傾剛度 。彈性元件又有鋼板彈簧、空氣彈簧、螺旋彈簧以及扭桿彈簧等形式，而現(xiàn)代轎 車懸架多采用螺旋彈簧和扭桿彈簧，個(gè)別高級轎車則使用空氣彈簧。獨(dú)立懸架按車輪運(yùn)動形式可分為如下 3 種： 1）車輪在汽 車橫向平面內(nèi)擺動的懸架（橫臂式獨(dú)立懸架，分為單橫臂式和雙橫臂式 ） 。非獨(dú)立懸架由于簧載質(zhì)量大，所以汽車平順性較差。 本論文的研究內(nèi)容 是根據(jù)給定參數(shù)對汽車進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，然后對前后懸架進(jìn) 西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 2 頁 行設(shè)計(jì)匹配，滿足前后懸架的偏頻要求。 為了克服遣弛缺陷，采用了非線性剛度彈簧和車身高度調(diào)節(jié)的方法，雖然有一定成效， 但 無法根除被動懸架的弊端。工作原理是：根據(jù)簧上質(zhì)量相對車輪的速度響應(yīng)、 加速度響應(yīng)等反饋信號， 按照一定的控制規(guī)律調(diào)節(jié)彈簧的阻尼力或者剛度．半主動懸架產(chǎn)生力的 方式與被動懸架相似 ， 但其阻尼或剛度系數(shù)可根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)調(diào)節(jié)，這和主動懸架極為相似． 有 級式半主動懸架是將阻尼分成幾級，阻尼級由駕駛員根據(jù)“路感” 選擇或由傳感器信號自動選擇。 主動懸架的概念是 1954 年美國通用汽車司在懸架設(shè)計(jì)中率先提出的 。 豐田、洛特斯、沃爾沃、奔馳等在汽車上進(jìn)行了較為成功的試驗(yàn)。在西方發(fā)達(dá)國家， 半主動懸架在 20 世紀(jì) 80年代后期趨于成熟，福特公司和日產(chǎn)公司首先在轎車上應(yīng)用， 取得了較好的效果。 半主動懸架的研究集中在兩個(gè)方面： 1）執(zhí)行策略的研究； 2）執(zhí)行器的研究。北京理工大學(xué)的章一鳴教授進(jìn)行了阻尼可調(diào)節(jié)半主動懸架的研究，林野進(jìn)行了懸架自適應(yīng)調(diào)節(jié)的控制決策研究，哈工大的陳卓如教授對車輛的自適應(yīng)控制方面進(jìn)行了研究 。由于主動懸架采用了大量的傳感器、單片機(jī)、輸出輸入電路和各種接口，元器件的增加降低了懸架的可靠性，所以加大元件的集成程度，是一個(gè)不 可逾越的階段。 懸架技術(shù)的每次跨越，都和相關(guān)學(xué)科的發(fā)展密 切相關(guān)。 電動器件的優(yōu)越性， 將會取代液壓器件。 西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 5 頁 第 2 章 汽車總體參數(shù)的確定 設(shè)計(jì)說明書中的參數(shù)如下表所示： 最高車速 125m/s 裝載質(zhì)量 最小轉(zhuǎn)彎半徑 13m 最大爬坡度 汽車形式的選擇 （ 1） 軸數(shù) 汽車 可以有兩軸、三軸、四軸甚至更多的軸數(shù)。 （ 2） 驅(qū)動形式 汽車的用途、總質(zhì)量和對車輛通過性能的要求等，是影響選取驅(qū)動形式的主要因素。 西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 6 頁 （ 1） 汽車的外廓尺寸 汽車的外廓尺寸包括其總長、總寬、總高。 （ 2） 軸距 L 軸距 L 的選擇要考慮它對整車其他尺寸參數(shù)、質(zhì)量參數(shù)和使用性能的影響。當(dāng)然，在滿足所設(shè)計(jì)的汽車的車廂尺寸、軸荷分配、主要性能和整體布置等要求的前提下，將軸距設(shè)計(jì)得短一些為好 。由圖可知，當(dāng)外轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角達(dá)到最大值 max? 時(shí)，轉(zhuǎn)彎半徑 R為最小。輪距必須和汽車的總寬相適應(yīng)。如圖 21，兩軸汽車在轉(zhuǎn)向時(shí)，若不考慮輪胎的側(cè)向偏離，則為了滿足內(nèi)外轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向角間的匹配應(yīng)保證當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，全部車輪繞同一瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心旋轉(zhuǎn)，各車輪只有滾動而無側(cè)滑的要求其內(nèi)、外轉(zhuǎn)向輪理想 的轉(zhuǎn)角關(guān)系如圖 21 所示，由下式?jīng)Q定： 0c o t c o t i CO D O KB D L?? ?? ? ? 其中內(nèi)輪最大轉(zhuǎn)角 0 ? ? ，外輪最大轉(zhuǎn)角 ?? ，軸距 L=3200mm，可計(jì) 西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 8 頁 算出 K=964mm。汽車的前懸不宜過長，以免使汽車的接近角過小而影響通過性。輕型及以上的貨車的后懸一般在 ~。它是一個(gè)重要的設(shè)計(jì)指標(biāo)。除包括汽車的整備質(zhì)量及裝載量外，載貨汽車還應(yīng)計(jì)入駕駛室坐滿人的質(zhì)量。 軸荷的分配對前后輪胎的磨損有直接影響。 1） 直接檔最大動力因數(shù) 0maxD 0maxD 的選擇主要是根據(jù)對汽車加速性和燃油經(jīng)濟(jì)性的要求，以及汽車類型、用途和道路條件而異。 2） 一 檔最大 動力因數(shù) maxID maxID 直接影響汽車的最大爬坡能力和通過困難路段的能力以及起步并連續(xù)換擋時(shí)的加速能力。比功率是評價(jià)汽車動力性能如速度性能和加速性能的綜合指標(biāo)，比轉(zhuǎn)矩則反映了汽車的比牽引力和牽引能力。而貨車有時(shí)用單位質(zhì)量的百公里油耗量來評價(jià)（表 27） 總質(zhì)量 /amt 汽油機(jī) 柴油機(jī) 4 ～ ～ 4～ 6 ～ ～ 6～ 12 ～ ～ 12 ～ ～ 表 27 載貨汽車的單位燃料消耗量 （ 3） 汽車的機(jī)動性參數(shù) 汽車的最小轉(zhuǎn)彎半徑 minR 是汽車機(jī)動性的主要參數(shù)。這些參數(shù) 取值主要是根據(jù)汽車的類型和道路條件 ., 其范圍見 表 28: 西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 12 頁 車型 minh /mm ? /（ 176。 ， 縱向通過性 ? =3mm 。 西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 13 頁 1) 汽油機(jī)與柴油機(jī)的選擇 與汽油機(jī)相比，柴油機(jī)具有燃料經(jīng)濟(jì)性好，工作可靠，壽命長，使用成本低及排污少等優(yōu)點(diǎn)。因此從全局出發(fā)，今后將仍然以汽油為汽車的主要燃料，在 2020 年時(shí)，汽油機(jī)和柴油機(jī)的分工將是這樣的：裝載 2t 以下的輕型車用汽油機(jī)；裝載質(zhì)量 6t 以上的汽車將全部用柴油機(jī)。直列式的結(jié)構(gòu)簡單、維修方便、造價(jià) 低廉、工作可靠、寬度小、易布置，因而在中型及以下的貨車上和排量不大的轎車上使用。大部分汽車都采用水冷發(fā)動機(jī)。 （ 2） 發(fā)動機(jī)主要性能指標(biāo)的選擇 1） 發(fā)動機(jī)最大功率 maxep 3m a x m a x m a x1 3 6 0 0 7 6 1 4 0a De a aTm g f CAp v v? ???????? 式中： maxep — 發(fā)動機(jī)最大功率， kw ； 西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 14 頁 T? — 傳動系的傳動效率，對單級主減速器驅(qū)動橋的 42? 式汽車取 ? ? ； am — 汽車總質(zhì)量， kg ； g — 重力加速度， 2/ms ； f — 滾動阻力系數(shù)，對載貨汽車取 。表 28提供了一些貨車的輪胎規(guī)格和特征。對于在良好路面上行駛，車速不高的貨車，此系數(shù)允許取 。近年來，貨車上普遍采用高強(qiáng)度尼龍簾布輪胎，使輪胎承受能力提高。但子午線輪胎制造較困難、造價(jià)不如斜交輪胎。懸架的主要作用是傳遞車輪和車架（或車身）之間的一切力和力矩 。 2）具有合適的衰減振動能力。 6）結(jié)構(gòu)緊湊、占用空間尺寸要小。這種懸架主要用在總質(zhì)量大些的商用車前、后懸架以及某些乘用車的后懸架上。 對于不同結(jié) 構(gòu)形式的獨(dú)立懸架，不僅結(jié)構(gòu)特點(diǎn)不同，而且許多基本特性也有較大區(qū)別。但側(cè)傾中心過高，會使車身傾斜時(shí)輪距變化大，加速輪胎的磨損。車廂側(cè)傾角與側(cè)傾力矩和懸架總的側(cè)傾角剛度大小有關(guān)，并影響汽車的操縱穩(wěn)定性和平順性。因此，懸架占用的空間尺寸也用來作為評價(jià)指標(biāo)之一。 麥弗遜懸架通常由兩個(gè)基本部分組成：支柱式減震器和 A 字型托臂。我們知道，汽車懸架屬于運(yùn)動部件，運(yùn)動部件越輕，那么懸架響應(yīng)速度和回彈速度就會越快，所以懸架的減震能力也就越強(qiáng)；而且懸架質(zhì)量減輕也意味著彈簧下質(zhì)量減輕，那么在車身重量一定的情況下，舒適性 也越好。 圖 33 麥弗遜式懸架的后視圖。當(dāng)車輪上跳時(shí)，輔助彈簧壓在管 1的封蓋上。為了能不外傾角精確地調(diào)整到設(shè)計(jì)值，U 形夾的上孔加工成長形孔。副車架 6是為了車身連接而采 用的。適當(dāng)?shù)剡x擇夾角 ? ，可以調(diào)整輪距、車輪傾角、前束等變化最小。 本章小節(jié) 本章對汽車的懸架 做了 系統(tǒng)的 介紹，并對各種懸架的結(jié)構(gòu)型式和性 能特點(diǎn)進(jìn)行了 西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 23 頁 分析， 確定了前后懸架的類型為前麥弗遜式獨(dú)立懸架和后 斜置單臂式獨(dú)立懸架 。因此，汽車前、后部分的車身的固有頻率 12nn和 (亦稱偏頻 )可用下式表示 11112 m?? ， 22212 m?? (41) 式中， 12nn和 為前、后懸架的剛度 (N／ cm)； 1m 、 2m 為前、后懸架的簧上質(zhì)量 (kg)。 在選取前、后懸架的靜撓度值1cf和2cf時(shí)，應(yīng)當(dāng)使之接近，并希望后懸架的靜撓度2cf比前懸架的靜撓度1cf小些，這有利于防止車身產(chǎn)生較大的縱向角振動。 為了減小汽車的角振動，一般汽車前、后懸架偏頻之比約為 12/ ~ ? 。原則上轎車的級別越高，懸架的偏頻越小。 利用公式 (4— 2)，得到 1cf =， 2cf = 。 對于轎車 /dcff的值應(yīng)不小于 ，大客車應(yīng)不小于 ，載貨汽 車 。乘坐側(cè)傾角剛度過小而側(cè)傾角過大的汽車，乘員缺乏舒適感和安全感。貨車車身側(cè)傾角不超過 6176。范圍內(nèi)。對轎車，前、后懸架側(cè)傾角剛度比值一般為 1． 4～ 2． 6。 前懸架： 1 3441 ??? ???i 所以取工作圈數(shù)為： 61?i 圈。故設(shè)計(jì)符合強(qiáng)度要求。 3)汽車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，應(yīng)使車身側(cè)傾角小。 4)汽車制動時(shí)，應(yīng)使車身有抗前俯作用；加速時(shí)，有抗后仰作用。 （ 1） 主銷偏移距 圖 43 所示。 2)汽車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，應(yīng)使車身側(cè)傾角小，并使車輪與車身的傾斜反向，以減小過多轉(zhuǎn)向效應(yīng)。～ 7176。 ，輪距變化大會引起輪胎早期磨損。在端部形狀的選擇上采取 兩端碾細(xì)的端部結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)節(jié)約材料，占用垂向空間小，特別是由于兩端都平整，安裝時(shí)可以任意轉(zhuǎn)動，因而設(shè)計(jì)時(shí)彈簧的圈數(shù)可以去任意值，不必限于整數(shù)?？梢酝ㄟ^振動時(shí)螺旋彈簧位置的改變來尋找?guī)缀侮P(guān)系根據(jù)已知的懸架靜撓度來求出螺旋彈簧的靜撓度，如圖 41所示： 西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 27 頁 圖中 cf —— 前懸架的靜撓度，已知 cf =； 1cf —— 螺旋彈簧的靜撓度。為滿足汽車稍有不足轉(zhuǎn)向特性的要求，應(yīng)使汽車前軸的輪胎側(cè)偏角略大于后軸的輪胎側(cè)偏角。 西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 26 頁 此外，還要求汽車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，在 0． 4g的側(cè)向加