關于汽車懸架系統設計要點第1頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日汽車懸架的主要功用

汽車懸架是將車架（或車身）與車軸（或直接與車輪）彈性聯接的部件。其主要功用如下：（1）緩和，抑制由于不平路面所引起的振動或沖擊以保證汽車具有良好的平順性。（2）迅速衰減車身和車橋（或車輪）的振動。（3）傳遞作用在車輪和車架（車身）之間的各種力（垂直力，縱向力，橫向力）和力矩（制動力矩和反作用力矩）。（4）保證汽車行駛所必要的穩定性。第2頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日懸架設計的基本概念㈠懸架設計的矛盾懸架是研究懸架系統的振動特性，討論懸架設計對平順性，穩定性和通過性等性能的影響，從而做出妥善設計。⑴柔與剛懸架的發展趨勢是彈簧越來越軟（既由剛變柔）。⑵減振與激振⑶懸架特性與路面特性⑷堅固與笨重第3頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日汽車懸架應該滿：在所有載荷范圍內自振頻率盡可能不變。懸架發生碰撞前的動行程不超過一定值（懸架的變剛性）。發生的振動能迅速衰減。在側向力的作用下懸架質量的側向力較小。汽車具有某種程度的不足轉向。懸架質量在制動時有抗“點頭”作用和在加速時有抗“仰頭”作用。汽車對懸架的一般要求第4頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日懸架的分類獨立懸架：雙橫臂獨立懸架（麥弗遜獨立懸架），多聯桿獨立懸架，斜置拖曳臂獨立懸架，縱臂式獨立懸架等非獨立懸架：采用螺旋彈簧：拖曳臂式，扭轉梁式采用鋼板彈簧至于獨立懸架和非獨立懸架的優缺點在此不多說明，鋼板彈簧作為非獨立懸架的最常用結構將在以后講解。第5頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日

對前后輪獨立懸架的要求前獨立懸架：在負荷變化時，不致引起輪距的的顯著變化，而輪距的變化乃是輪胎磨損的原因。在負荷變化時，不使主銷后傾發生顯著的變化，而后傾角的變化影響行使平順性和車輪的變化。在負荷變化時，不引起主銷內傾角發生顯著而急劇的變化，而內傾角的變化影響車輪的穩定與旋轉平面的位置。在負荷變化時，車輪不產生很大的縱向加速度，當汽車在不平路面行使時，縱向加速度導致縱向沖擊，而且所發生的力距作用到轉向節上，是方向盤上的力距急劇改變。側傾時，保證車輪與懸架質量的傾斜相同，從而增大不足轉向效應。后獨立懸架：在負荷變化時，不致引起輪距的的顯著變化，而輪距的變化乃是輪胎磨損的原因及汽車在不平路面上行使時產生橫向沖擊的原因。側傾時，保證車輪與懸架質量的傾斜反向，從而減小后輪的偏離角和增強不足轉向效應。第6頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日懸架系統的預布置懸架結構的選用和布置首先考慮今后對四驅布置的影響。通常可采用縱臂結構或多聯桿結構，但如果后軸采用扭轉梁結構，則今后不能布置后驅結構。在設計懸架時，輪邊跳動按上下各跳動100mm考慮。（M11前懸架總行程為150mm，后懸架總行程為180mm。）如果行程分配不合理，有可能引起過渡轉向。同時需要考慮傳動軸夾角。（發動機的布置位子）對于導向干系的設計和布置，通常希望竟量的設計的長一些，且設計狀態竟量的水平布置。對于輪胎承受側向力而影響整車的轉向情況來說，選者懸架的形式就很重要。例如：斜置拖曳臂的懸架就沒有帶橫向推力桿的拖曳臂懸架好（S11后懸架）。對于采用寬輪胎的汽車，在設計前懸架的車輪外傾時通常將外傾角設計為0°，以便充分發揮輪胎的接地面積，提高整車性能。在車坐2-3人時轎車的前輪通常設計的具有微小的正外傾角，以便輪胎盡可能垂直于稍有拱形的路面滾動，并使磨損均勻和滾動阻力小。理想的值為γ=5’-10’即約為0.1°，公差通常為＋－30‘。在采用獨立懸架和復合式后懸架中，為提高輪胎的側偏性能，車輪的外傾角常設計成負值。第7頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日如果汽車僅有一個很小的車輪上跳行程，即車身外側的下沉量小于車身內側的抬起量，內側輪胎載和加劇，從而使質心從w點移動到w’點上質心高為Δ

Hw，結果出現臨界的難以控制的過渡轉向(后懸架尤為明顯)。W’WFΔHwHw第8頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日7.注意整車姿態，懸架決定整車資態，同時又與造型緊密相連，一但造型確定再更改懸架行程就十分困難。8.一般K和W的取值為越野車取較小值，一般車取中間值，豪華車取較大值。K---前懸架輪心與輪罩的距離；W---后懸架輪心與輪罩的距離；為了確保所期望的行使特性和直線行駛能力及避免輪胎的過渡磨損，我們首先要確定前橋的定位參數。輪距變化的缺點是會引起滾動輪胎的側偏，在獨立懸架中，汽車行駛過不平路面時車輪的上下跳動引起輪距的變化使輪胎產生側偏角，從而產生側向力，較大的滾動阻力和使直線行駛能力下降。在所有的獨立懸架中，極點P的位置確定了瞬時輪距的變化+-b第9頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日前后懸架布置時輪心與輪罩中心

一般來說，運動感強的車該值就會取較大的正值，越野車一般采用的是較小值或負值。常規車輛的取值范圍是20~30。

第10頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日前懸架預布置車輪最大尺寸車輪行程乘坐舒適性方向盤轉角最小轉彎半徑操穩操縱感覺

第11頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日定義轉向系統的幾何尺寸前懸架各控制點的確定

在轉向系統的設計過程中，首先要確定轉向梯形，以保證車輪能繞一個轉向中心在不同的圓周上作無滑動的純滾動。對轎車來說，通常采用斷開式轉向梯型機構，有時為了提高車輛的靈活性，減小轉彎半徑而改變轉向梯型。采用齒輪齒條式轉向器時，轉向橫拉桿內端接頭T的運動軌跡與地面平行，相反外接頭U的運動軌跡是一條圓弧線，當沒有主銷后傾時，U點的運動軌跡于轉向節軸線EG垂直。底盤的設計首先要確定（與輪距的變化有關）前懸架的側傾中心高度，以便隨后確定相應的后橋側傾中心高度。前懸架側傾中心高度在：0—120mm，后懸架側傾中心高度在：80—150mm。懸架側傾中心高度的方法第12頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日ＥＧ轉向軸線ZYDＵＴ采用齒輪齒條式轉向器時，轉向橫拉桿內端接頭T的運動軌跡與地面平行，相反外接頭U的運動軌跡是一條圓弧線，當沒有主銷后傾時，U點的運動軌跡與轉向節軸線EG垂直。σ轉向機第13頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日qo

整車轉向幾何尺寸：定義轉向半徑，轉向角和阿克曼角阿克曼角：Ctgα1-Ctgα2=q/p為了提高車輛的靈活性，減小轉彎半徑而改變轉向梯型阿克曼偏差第14頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日q12修改以達到不同的方向盤轉角轎車轉向系統角傳動比一般為15-17在作加長車時要考慮這個值第15頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日阿克曼偏差(o)方向盤轉角(o)

A B某些參考車型前軸的阿克曼角實例第16頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日0510152025-400-300-200-1000100200300400方向盤轉角和轉向角的關系方向盤轉角(o)車輪轉角(o)第17頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日2)定義主銷的幾何尺寸包括：主銷后傾，主銷內傾，主銷后傾拖距，主銷偏置距等——根據經驗選取起始點第18頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日Outerw.方向盤轉角(o)Innerw.主銷后傾角(o)

主銷后傾角定義主銷后傾角主銷后傾角影響：轉向時車輪外傾角的變化主銷拖距車輪上下跳動過程中的前束變化不平路面上的制動性能第19頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日定義主銷內傾角主銷內傾角影響：在前驅車型中通常在12°—14°

轉向回正力距

制動時方向盤上的力

Outerw.方向盤轉角(o)Innerw.轉向變化車輪跳動變化主銷內傾角主銷內傾角(o)第20頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日Geometricaltrial(mm)定義拖距的尺寸主銷后傾拖距的影響：直線行使時的方向穩定性

提供方向盤的橫向路感

Outerw.Steeringwheelangle(o)Innerw.VariationinsteeringVariationinwheeltravel主銷后傾拖距第21頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日主銷偏置距

(mm)R.I.Angolovolante(o)R.E.定義主銷偏置距的大小主銷偏置距影響：轉向回正力距的大小，主銷主銷偏置距越大，回正力距也越大。

轉彎制動時方向盤力矩的大小主銷偏置距通常取－18－－＋30mm輪胎的根換對主銷偏置距也有影響所有的德國車均采用了負的主銷偏置距VariationinsteeringOuterw.方向盤轉角(o)Innerw.第22頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日Bracciotrasversaleacentroruota(mm)R.I.Angolovolante(o)R.E.

A B定義車輪中心處的主銷偏置距車輪中心處的主銷偏置距影響：

驅動時的方向盤回正性當車輛通過障礙物的影響

由于輪胎受力不均引起的方向盤的擺動定義車輪中心處的主銷偏置距第23頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日3)定義懸架的幾何尺寸——根據經驗選取起始點第24頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日副車架邊緣制動盤邊緣ABDiskRimABMfamilyWheel輪胎:225/55R17轉角:外側轉角大約30deg，內側轉角大約35-36deg考慮輪胎包絡線:懸架的參考基準SteeringaxisA確定懸架邊界條件和設計硬點主銷已經確定收集幾何約束定義主銷上的A點，A點在輪輞和等速萬向節中間，位置越低越好定義主銷上的B點，盡可能低的位置但是要考慮：

-輪胎上跳下跳目標

-支撐的功能性第25頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日CBAZX減振器軸線于主銷軸線重合在X-Z平面內定義減震器在麥弗遜懸架中通常于主銷重合，這是最簡單和最有效的解決方案。第26頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日CBA減振器軸線轉向軸線ZYDEXYZAF下擺臂旋轉軸線D在Y-Z平面內定義減震器根據輪胎尺寸定義C點（需要的話要考慮防滑鏈）D點是控制臂旋轉軸線和通過A點的Y-Z平面的交點。A,B,D點的相互位置決定了輪胎上下跳過程中的輪距的變化和外傾角的回正性第27頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日CBAZYD與轉動中心相關與輪胎尺寸相關與動力總成邊界相關車輪行程車輪外傾與車輪行程的關系得到足夠的輪胎上下跳過程中外傾角的回正性這可以通過將B點向內移，或抬高D點或向外移動A點，但是所有這些都要同懸架的其他特性綜合考慮。車輪外傾角(o)第28頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日CBAZX轉向軸線與減振器軸線Arm

懸轉軸AYXEFFE下擺臂旋轉軸線定義控制臂旋轉軸線的傾角和E，F點的位置根據抗點頭角定義控制臂旋轉軸線：如果增加在X-Z平面內的傾角（即E點比F點低），抗點頭能力就能提高。（參考汽車的縱向角振動）第29頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日TierodAIHEFYXAIHEAF定義轉向系統幾何尺寸的所有點定義H點根據：阿克曼角和相應的幾何約束，同時考慮轉向力距的影響。定義I點的位置要將輪胎上下跳過程中的前束變化最小化第30頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日IHEAFIHEAF根據桿系幾何運動關系確定I點將I點放在輪胎上下跳過程中H點所形成的圓弧的中心第31頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日為確定轉向橫拉桿的長度和位置需要知道的距離和動點。轉向橫拉桿的位置可通過HR的連線給出（圖中還繪出了側傾中心）。如果側傾中心位置選定的較好可使輪距變化為０。側傾中心第32頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日下擺臂的常用布置形式和連接點的橫向受力情況行使方向下擺臂的布置形式第33頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日不同狀態下的受力情況第34頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日懸架的縱向穩定性所謂的懸掛縱向穩定性是指汽車在制動和驅動時，懸掛系統抵抗車身發生縱向傾斜的能力。懸掛的縱向剛度取決于前后懸架的靜撓度和軸距，主要跟據平順性和總布置的要求來確定。對獨立懸架來說，使中心位置高于驅動橋車輪中心是非常重要的。BAFE＋Ｆez＋FgzFe-Fez-FexFg-Fgz-FgxFbΔFαβa行駛方向第35頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日如圖中右邊的靜力分析表明，由于車輪中心處移出的垂直位移于轉向軸的制動力Ｆb在橫臂上引起的反力Fex和Fgx，它們（由于橫臂斜置）又引起垂直方向分力－Fez=Fex*tanα和－Fgz=Fgx*tanβ。在同一方向的合力必須為０,即Fez和Fgz抵消車頭下沉。BAFE＋Ｆez＋FgzFe-Fez-FexFg-Fgz-FgxFbΔFαβa行駛方向第36頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日麥弗遜前懸架縱傾中心的確定第37頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日整車縱傾中心（前麥弗遜，后多聯桿）第38頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日第39頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日第40頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日第41頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日回正力距輪胎接地面輪胎痕跡對輪胎痕跡的回正力距第42頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日縱向載荷（通過障礙）橫向載荷行使方向僅承受橫向載荷不產生前束變化的子午線輪胎縱向剛度的克服僅承受縱向載荷第43頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日為緩和剛絲子午線胎的縱向剛度，BMW3系列車型在前懸架上設計了一根鐮刀形的擺臂。該擺臂在縱向力的作用下繞只有少許變形的球膠D轉動并通過動臂4用大橡膠支座支撐在車身上。該支座的側向具有起始軟，隨即急劇遞增變化的彈性。轉向橫拉桿7位于橫臂相應的高度上，且幾乎與支座連線GD平行，應此點U和G的運動圓弧半徑差不多相等，車輪的縱向運動不會引起前束的變化。第44頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日轉向布置型式hydraulicEPSoncolumnEPSonpinionEPSonrack第45頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日HYDRAULICEPSONCOLUMN第46頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日EPSONPINIONEPSONRACK第47頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日懸架的內部安裝結構第48頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日橡膠襯套三方向的曲線第49頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日第50頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日第51頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日第52頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日第53頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日第54頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日第55頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日第56頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日第57頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日第58頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日第59頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日第60頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日第61頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日第62頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日Ⅱ.前懸架運動學分析——以麥弗遜懸架為例第63頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日

分析內容前懸架

主銷分析

懸架單獨分析(兩輪同時跳動,

靜態載荷下的變化)M車型

計算最小轉彎半徑.第64頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日懸架設計目標第65頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日McPherson幾何模型MVehicle第66頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日轉向操縱機構的特征:

方向盤轉一圈，齒條橫向移動51mm齒條最大橫向位移148mm因此方向盤每邊最大轉角是522度.第67頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日主銷分析（KingpinAnalysis）第68頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日SteerratioMVehicleAtthemaxwheelsteeringangle,theinnerwheelreachesasteerangleof38.63deg,whiletheouterreaches32.26deg.

方向盤達到最大轉角時，內外輪的轉角Atthemaxwheelsteeringangle,theinnerwheelreachesasteerangleof38.68deg,whiletheouterreaches32.10deg.

第69頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日主銷后傾角的變化（Casterangle）MVehicle第70頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日主銷后傾角與車輪跳動的關系（Casteranglevs.Wheeltravel）第71頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日主銷內傾角（Kingpinangle）MVehicle第72頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日ScrubradiusMVehicle第73頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日ScrubradiusWLCMVehicle第74頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日CastermomentarmWLCMVehicle第75頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日單純的懸架運動分析第76頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日YXZ第77頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日WheelTravelAnalysisDe–Dz

Dg–Dz

l–Dz

Dx–Dz

VehicleM“C”carTarget第78頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日VehicleM“C”carTargetWheelTravelAnalysis–HRCvs.WheelTravel第79頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日VehicleM“C”carTargetLateralLoadAnalysisDe–Fy

De–Mz

Dg–Fy

第80頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日LongitudinalLoadAnalysisDe–Fxd

De–Fxb

Dx–Fxd

VehicleM“C”carTarget第81頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日最小轉彎半徑分析——以MVehicle為例第82頁，共86頁，星期日，2025年，2月5日tftf–frontwheeltracktw–tirewidthl-wheelbasea-distancebetweencentermasslocationandfrontaxle.R–Turnradiusatc