设计手册悬架篇--独立悬架部份

沙手哥哥

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一、        概述
1、        什么是独立悬架
2、        独立悬架的优缺点
二、        扭杆悬架
1、        扭杆悬架的典型结构
2、        扭杆悬架的特点
3、        扭杆悬架的刚度特性
4、        扭杆悬架的运动特性
5、        悬架与整车的关系

三、        扭杆悬架设计
1、        主要性能参数的确定
2、        悬架刚度（悬架刚度不同于扭杆刚度的概念）
3、        系统阻尼（系统阻尼不同于减振阻尼的概念）
4、        悬架设计计算
5、        扭杆的设计
四、        装调中的控制要素
1、        整车姿态的调整与控制
2、        前轮定位的调整与控制
3、 轮胎气压的调整与控制
五、        故障处理案例
1、        回正性差
2、        轮胎偏磨


















第一章  概述
独立悬架是相对于非独立悬架而言的，其特点是左、右两车轮之间各自“独立”地与车架或车身相联，构成断开式车桥，当单边车轮驶过凸起时，不会影响到另一侧车轮。
独立悬架由于其导向机构措综复杂，结构型式很多，但主流结构主要有：双横臂式，纵臂式，麦弗逊式、多连杆式等。
双横臂式独立悬架又细分为等长双横臂式和不等长双横臂式。一般用于轿车的前、后悬架，轻型载货汽车的前悬架或要求高通过性的越野车的前、后悬架。
纵臂式独立悬架以平行于汽车行驶方向的纵臂承担导向和传力作用，常用于非驱动桥的后悬架。
麦弗逊式，其突出特点在于将导向机构与减振装置合到一起，将多个元零件集成在一个单元内。不公简化了结构，减轻了质量，还节省了空间，较多应用于紧凑型轿车的前悬架。
与非独立悬架相比，独立悬架的诸多优点：
1、        非悬挂质量小，悬架所受到并传给车身的冲击载荷小，有利于提高汽车的行驶平顺性及轮胎接地性能；
2、        左右车轮的跳动没有直接的相互影响，可减少车身的倾斜和振动；
3、        占用横向空间小，便于发动机布置可以降低发动机的安装位置，从而降低汽车质心位置，有利于提高汽车行驶稳定性；
4、        易于实现驱动轮转向。
    我公司目前所采用的前独立悬架均为不等长双横臂式扭杆悬架，如BJ1027A皮卡车型、BJ1032小卡车型和BJ6486轻客车型等。

第二章        扭杆悬架
扭杆式双横臂独立悬架，用扭杆作为弹性元件，简称为扭杆悬架。
2．1 扭杆悬架的典型结构
    2．1．1悬架的导向机构
悬架的导向机构是一种四连杆机构，四连杆机构由上摆臂、下摆臂及主销构成。
图2-1为悬架系统结构简图，
三角型DEF为悬架上摆臂，
DE为上摆臂轴；
三角型ABC为悬架下摆臂，
AB为下摆臂轴；
F为上球头销、
C为下球头销
FC构成转向桥的主销
车轮跳动过程中，上摆臂、下摆臂各自绕它们的摆臂轴进行摆动。
M、N分别为转向梯型上的两点，M为转向梯型断开点，N为转向节臂与转向拉杆的连接点。                                                   
                                  图2-1
摆臂结构有两种：A形臂和一字臂，呈A字形或三角形的摆臂为A形臂；呈一字形的摆臂为一字臂。上摆臂一般都是A形臂。
上下摆臂均为A形臂的称为双A形臂结构，四驱的车辆或四驱平台上的两驱车辆一般采用双A形臂，如：长丰猎豹、BJ2027皮卡；一般SUV车因考虑越野性能，其前悬架大多采用双A形臂，如：长城赛弗、五十铃竞技者、海拉克斯、华泰特拉卡等。采用双A形臂的车辆不带推力杆。
另一种布置结构为：上摆臂是A形臂，下摆臂为一字臂。两驱车辆一般采用该种结构。
如BJ1027皮卡、长城皮卡、田野皮卡等。该种结构因下摆臂为一字臂必须设置推力杆。
2．1．2 上置扭杆与下置扭杆
扭杆的安装型式主要有两种，一种为上置扭杆，一种为下置扭杆，见图2-2。

扭杆的上置与下置主要与整车及发动机布置有关，主要看它的布置空间。采用上置扭杆的有：BJ6486轻客、长城赛弗、金杯海狮等；采用下置扭杆的有：BJ1027皮卡、长城皮卡、江铃皮卡、庆铃皮卡等。
                                                             图2-2
2．。1。3 双横臂轴的布置
为了获得优良的性能，双横臂轴线在纵平面内和水平面内都有可能布置夹角，双横臂轴线在纵平面内形成的夹角为刹车点头角，在水平面内形成的夹角为斜置角。图2-3列出了BJ1032、BJ0127、BJ6486的双横臂轴线的布置及其特点：
图2-3
图中M-M为上摆臂轴线，N-N为下摆臂轴线。
BJ1032采用的布置方式较为简单，双横臂轴线在纵平面内和水平面内均是平行的，该种布置方式在皮卡和SUV车上应用较多，如庆铃皮卡、猎豹SUV、BJ2027皮卡等。该种布置方式较为简单，在车轮上下运动过程中后倾角变化不大，但抗点头效应较差。
BJ1027采用的布置方式是在纵平面内上摆臂轴线有个5°角，该角度与水平方向的下摆臂轴线上在纵平面内形成了一个刹车点头角，使车辆形成了一定的抗点头效应，使车辆在制动或加减速时显得比较柔和。
BJ1086采用的布置方式比较复杂，上下摆臂轴线不论在纵平面内还是在水平面内都有夹角。该种布置不仅有一定的抗点头效应，还有一定的抗冲击性。但在车轮上下运动过程中各种定位角度的变化较大。
具体采用哪种布置结构，要看车辆的性能要求，结合整车的布置以及悬架与车轮的运动特性而定。
2．2        扭杆悬架的特点
扭杆悬架的特点是车身高度可调。
车辆在设计时，要求有一个整车姿态。对于扭杆悬架的车辆，为了保证正确的整车姿态，必须进行车身高度调整，即空车高度。其方法是调整扭杆，使前悬架高度达到一个规定值。空车高度调整必须在前轮定位调整之前进行，由于车辆在装配以后，前桥、悬架及球销中的各种间隙还没有完全消除，整车姿态仍然处于不稳定状态，这时调出来的前轮定位参数则是不准确的。所以装车以后一般是先进行一段路程的颠波，然后再将车身用力的晃动几下，调准空车高度后方可进行前轮定位调整。
2．3 扭杆悬架的刚度特性
扭杆悬架的刚度特性是悬架刚度为非线性的。
扭杆刚度不等于悬架刚度。扭杆刚度为线性的，悬架刚度为非线性的。扭杆刚度取决
于扭杆的结构尺寸，而悬架刚度由于其导向机构的缘固而变得较为复杂，悬架刚度指的是车轮的垂向位移与车轮所受的反力之间的关系曲线，由于车轮的垂向位移与扭杆的扭角不呈线性关系，故悬架刚度为非线性的。
    如果扭杆刚度为 Ct，则悬架刚度为：
                         C = dZdst = M d2θds2t + Ct ( dθ dst )2
式中:    Z——作用在车轮上的垂直反力
         dst——车轮在Z作用下的微量垂直位移
         dθ——扭杆在M作用下的微量转角
         Ct——扭杆刚度
         M——作用在扭杆上的扭矩
对于双横臂独立悬架其悬架刚度计算比较复杂，现已有计算软件，这里不再熬述。
2．4  扭杆悬架的运动特性
    由于扭杆悬架的导向机构为四连杆机构，所以，在运动过程中，前轮定位的参数值是变化的。如何使前轮参数的变化值在合理范围内，以确保车辆性能，这就要看四连杆机构的如何设计。
分析案例1：
BJ1032独立悬架设计。按整车设计要求，选用小东风悬架，看前轮参数值的变化。
已知条件：（参照图2-1）
车轮外倾α  0°10′
主销内倾β  9°20′
主销后倾γ  0°25′
下横臂与水平线夹角θ  13°15′
上横臂长度AD=220 mm
下横臂长度BC=363 mm
主销长度DC=250 mm
主销上段长度DP=149
悬架安装点坐标：
下摆臂摆动轴线上B点                Bx:   50.000    By:  257.000   Bz: -194.000  
下摆臂摆动轴线上A点                Ax:  -50.000    Ay:  257.000   Az: -194.000  
上摆臂摆动轴线上E点                Ex:  109.500    Ey:  363.000   Ez:   46.000  
上摆臂摆动轴线上D点                Dx: -118.500    Dy:  363.000   Dz:   46.000  
转向梯形断开点M(mm)              Mx:  145.000    My:  260.000   Mz: -182.000  
悬架平衡位置转向节下球销中心C0(mm) C0x: 0.000     C0y:  611.500  C0z: -276.800  
悬架平衡位置转向节上球销中心F0(mm) F0x:   4.500   F0y:  571.500  F0z:  -30.000   转向梯形断开点M到转向节臂球销中心N的距离MN(mm)         MN:   349.000
转向节下球销中心C转向节上球销中心F的距离FC(mm)         FC:   250.000
转向节下球销中心C到转向节臂球销中心N的距离CN(mm)       CN:   173.000
转向节上球销中心F到转向节臂球销中心N的距离FN(mm)       FN:   217.000
转向节臂球销中心N到轮胎中心G的距离NG(mm)               NG:   173.000
主销轴线与转向节轴线交点P到轮胎中心G的距离PG(mm)       PG:   105.000
P点到转向节上.下球销中心F和C的距离之比FP/CP(定值)   FP_PC:     1.463
转向节下球销中心C到轮胎中心G的距离CG(mm)               CG:   133.000
车轮半径R(mm)                                           R:   325.000

用软件计算结果（见表2-1）：
表2-1
状态        空载        满载
        平衡位置        车轮上下跳动40mm时的参数变化范围        变化幅度        平衡位置        车轮上下跳动40mm时的参数变化范围        变化幅度
主销后倾角        1.045        1.043---1.050        0.007                       
主销内倾角        9.265        8.448---10.877        2.429                       
车轮外倾角        0.563        -1.097---1.461        2.558                       
前束        0        -3.360---4.122        7.482                       
1/2轮距变化        0        -3.538---2.776        6.314                       
前束及1/2轮距变化不太理想，其他前轮参数值的变化可以满足要求。
悬架是以已确定的状态为平衡位置进行运动的。悬架的运动还应考虑缓冲块的合理设置。
分析示例2：BJ1027A皮卡前悬架的运动
图2-4为皮卡前悬架空载时的运动图，从图2-5中看出：空载时，上横臂与水平线夹角为0.56°下横臂与水平线夹角为0.21°，上横臂与上缓冲块间隙22 mm,下横臂与下缓冲块间隙16 mm,该状态为悬架在空载时的平衡位置，那么在空载状态下，悬架将以此为平衡位置上下摆动，当车轮上跳42mm时下横臂与下缓冲块接触,车轮回弹56.5mm时上横臂与上缓冲块接触。
满载时,由于轴荷增加,车身高度下降, 悬架的状态发生变化, 平衡位置也随之改变。对于汽卡柴卡两种机型，满载轴荷不一样，相差90 kg ，车身高度下沉量不一样,因而，平衡位置也略有不同。表2-2列出了配装两种机型，491机和BJ493Q2机的悬架状态：                              


      
                                     图2-4
表2-2
悬架状态        上横臂与水平线夹角        下横臂与水平线夹角        上横臂与上缓冲块间隙        下横臂与下缓冲块间隙        车轮上跳时与缓冲块接触情况        车轮回弹时与缓冲块接触情况
配装491机
空载
控制尺寸A=248         0.56°        0.21°        22        16        车轮上跳42时与下缓冲块接触        车轮回弹56.5时与上缓冲块接触
配装491机
满载
A=233（下降15）        3.9°        2.4°        29.8        7.2        车轮上跳27时与下缓冲块接触        车轮回弹71,5时与上缓冲块接触
配装 BJ493Q2机空载
控制尺寸A=248        0.56°        0.21°        22        16        车轮上跳42时与下缓冲块接触        车轮回弹56.5时与上缓冲块接触
配装 BJ493Q2机满载
A=231（下降17）        4.7°        2.7°        30.6        6.3        车轮上跳25时与下缓冲块接触        车轮回弹73.5时与上缓冲块接触
    从表2-2中看出：两种机型在满载时,由于车身高度下沉量不一样，与缓冲块接触情况也有所不同，对于汽卡，满载时，车轮上跳 27mm时，撞击下缓冲块；对于柴卡，满载时，车轮上跳 25mm时，撞击下缓冲块，相差不大，在车轮上跳 40mm时，两种机型压缩缓冲块约在10 mm左右，不到缓冲块压缩量的1/3，符合悬架的运动要求。相比之下，柴卡撞击缓冲块的机会较汽卡略多。
综上所述，正确的空车高度，可以得到理想的悬架状态，从而保证悬架的运动精度，使车辆有一个比较理想的行驶性能。轴荷不同，悬架的平衡位置不同，悬架的运动将存在一些差异。对于不同的车型，可以通过扭杆调整量，使悬架满足不同状态的性能要求。当然，如果轴荷发生了较大变化，对性能造成较大影响时，则应考虑缓冲块的重新设置或悬架高度的控制尺寸。
2．        5 悬架与整车的动态关系
悬架与整车有着密切的联系，悬架状态决定了整车姿态。车辆是运动的，悬架也是运动的，因而整车姿态是动态的。在悬架与整车的动态关系中，一个关键要素就是空车高度，空车高度决定了悬架状态，同时也保证了整车姿态，正确的空车高度保证了前轮定位的准确性，保证了了悬架的性能。
2．        5．1空车高度的定义
对于扭杆式双横臂独立悬架的车型，在前轮定位调整之前，要进行车身高度调整，以达到整车姿态的设计要求一般是在空车状态下进行车身高度调整，也可称为空车高度。                     
对于空车高度的控制一般是在车身上指定一控制点，控制该点的离地高度。前悬架空车高度指的是下横臂轴中心点的离地面高度，后悬架空车高度指的是板簧前吊耳中心离地面高度。图2-5为BJ1027A皮卡前悬架空载时的状态图，图中尺寸248即为前悬架空车高度。
2．5．2  空车高度与整车姿态
为了保证车辆的动力性，车身通常相对于路面有一个倾角，一般为0.5°-1.5°，这一状态也称为整车姿态。
                           图2-5
以BJ1027A皮卡为例，在前轮定位调整之前必须进行空车高度调整，其方法是调整扭杆，使前悬架高度达到248mm，（下横臂轴中心离地面高度），按制造要求为285 mm这样，就确定了空车状态下的整车姿态。对于满载，根据轴荷分配及前后悬架刚度特性，可以分别得出：前悬架高度为233 mm，后悬架高度，满载状态下的整车姿态自然形成。同样，对于不同载荷及其分布，都有一个不同的整车姿态与其对应。因而，保证了正确的空车高度，就可以保证车辆有一个正确的整车姿态，以及所有车辆在出厂时整车姿态的一致性。

沙手哥哥

悬架的设计方法

1970311605

好给力哦，是可以参考一下。果断复制。