【技研】底盘前期开发基础工作（二）

3.2 悬架系统

悬架的设计要求无外乎几点：1.平顺性，偏频；2.阻尼特性；3.操稳特性，不足转向度，侧倾梯度；4.合适的抗俯仰；5.零部件要求。

悬架开发的基础工作是对针对整车操稳平顺的要求，对悬架的主要零部件进行匹配开发，主要的流程为：

     

3.2.1 悬架形式选择

前面讲到的设计开发流程，前提是悬架形式确定。作为一个底盘工程师来讲，悬架形式的选择没有太多的话语权。比如你要造一辆车，操控要与宝马某车型比肩，你搞一个麦弗逊，外行人都觉得跌份儿。

目前主要的独立悬架的选型搭配如下：

     

有些悬架的名称定义很模糊的，汽车网站很多都写一个多连杆悬架放那，比较模糊，比如“麦弗逊悬架”就有把下摆臂做成两根连杆的，早几年的奔驰E级；“双叉臂”和“四连杆前悬架”定义也很模糊的，很多（GLS400 bmw5 7 X5 X7 MODEL S X…）都是上叉臂一根，下叉臂分为两个连杆，也不是四连杆，说的四连杆没有算着转向拉杆，目前好像只有奥迪在用；下面放一张A8和5系的前悬架对比图，看上摆臂结构的差异。

     

原装的带纵臂E型多连杆自由度不对，荣威550这车去掉一根杆做了修改，减少了纵臂的设计难度，其他会不会出问题不清楚；在 A8 S级 7系上，后悬架都是五连杆，只是他们连杆的结构不同，分布方式也不一样；我个人认为H臂后悬架是比不上五连杆的，有些H臂的K特性模型自由度都是不对的，当然设计有什么深意我还是不太清楚。有一些官方培训资料表述五连杆的操控好于H臂，舒适性要差于H臂，我也没太弄明白，如果有认清楚请留言赐教吧。

不过最近明白点事，麦弗逊布置的时候，尺寸真的有优势。

3.2.2 K特性

根据整车定义的轴距，轮距，设计姿态要求，初步设定好一版悬架硬点，或者硬点在做初步调整的时候，通常先以悬架某些K特性做初步判断合理性，如下表所示：

     

这不是全部关注的K特性值，是靠这些参数值初步判断调整硬点的合理性。每个车型对这些参数值的设定标准都不一样，也不用固执的说谁的标准就是对的，不过一些大的原则还是不变的，例如：希望前束变化前负后正，外倾变化率前大后小（这个太绝对吧），抗举升角和轴距变化的矛盾，侧倾中心高度和悬架侧倾刚度的关系。诸如此类都是调整硬点的一些考虑点，后面会在其他的内容中讨论。

通过这一步，能得到一个初版的模型（adams模型 DMU模型），可以初步布置一下杆系结构，减振器，弹簧位置。

3.2.3 簧载质量与非簧载质量

通常的做法先通过计算得到非簧载质量，再根据单轮轮荷减去非簧载质量求簧载质量。

在计算非簧载质量的时候，轮边运动单元包括车轮，轮辋制动器等，都是全部计算的；而簧上质量与轮边单元之间的导向连接机构如摆臂，连杆，稳定杆连杆，转向拉杆，弹簧减振器，驱动半轴等，都是以其质量的二分之一计入非簧载质量的。例如下图为某带纵臂E型多连杆悬架的簧下质量计算。

     

上表中有了簧下质量Q，簧上质量P根据整车输入的质量轴荷分布得到单轮轮荷G计算得来。计算如下

     

3.2.4 偏频设定

前后悬架偏频目标一般由整车设计目标定义，多为对标得到，一般定义不带轮胎刚度的的悬架偏频目标，目标值大多时候取值参考下表。

     

非簧载偏频目标的设定，一般根据簧载质量偏频设定的悬架

     

3.2.5 悬架刚度及弹簧刚度确定

根据整车设计目标定义的悬架偏频要求，设定悬架的刚度使用公式

     

然后根据悬架刚度C设定弹簧刚度C0，可以按照下面的计算方式

     

对于独立悬架，i杠杆比是一个一直变化的量，在匹配某一姿态的悬架刚度及偏频的时候记得要使用该姿态的杠杆比，用悬架跳动行程比弹簧行程即可。

C衬套贡献是指衬套贡献的弹簧刚度，这个值在前期逆向会找寻对标车的参考，用KC报告得到悬架刚度C（某一位置），逆向弹簧得到弹簧参数，可以预估弹簧刚度C0，杠杆比通过模型得到，计算出标杆车的C衬套贡献作为参考。

上面的过程在实际做的时候往往反过来，先预设弹簧刚度C0，反向推算悬架刚度，偏频设置是否合理。

当然，如果搭好ADAMS模型，上面的过程就简单很多，模型中直接设置弹簧刚度C0与衬套的各项参数，得到悬架刚度曲线，校核偏频设置是否合理即可。

悬架刚度 ride_rate与wheel_rate的关系：

     

3.2.3 衬套刚度

上面说到了使用ADAMS模型进行计算匹配，那么就要考虑在设计弹簧刚度的时候，修正系统的衬套模型，衬套现在主要是通过对标车的衬套参数测试，得到试验结果带入模型，根据硬点调整等对衬套刚度进行调整。测量衬套刚度的要求主要参数有：

     

利用搭建的对标车ADAMSA模型，将上述测量的衬套刚度参数设置到模型的衬套参数中，调整弹簧刚度（逆向得来）和衬套的预载设置，根据KC试验曲线，迭代几次进行修改。利用调试后的对标车模型建立正向车型模型，调整弹簧刚度来匹配上节中提到的悬架刚度和偏频。

3.2.4 弹簧参数

初步设置弹簧参数主要考虑几点：

1.弹簧长度及外径是否满足空间布置要求；

2.弹簧最大应力是否满足材料要求，一般初选1100-1200Mpa；

3.上极限状态是否存在并圈现象，单圈压并裕度≥3mm；

4.下极限状态弹簧是否有足够的预载荷（长度）≥10mm，600N；

5.弹簧自由状态高宽比符合要求，通常情况下＜3-4，这个并无具体规定；

6.有效圈单圈螺旋角≤12度。

上面几点觉得不够请在评论区写下高见。

首先引入最基本的公式，弹簧刚度计算公式：

     

另外关于弹簧的应力，可以按照王珊译写的《螺旋弹簧应力的简易计算方法》计算，初步设定弹簧相关参数：

     

从DMU模型设定弹簧设计状态长度L设计姿态，从上表也可以推算出压并长度，弹簧刚度也设置好了C0，各姿态的弹簧载荷、弹簧长度也能推算出来了：

     

上表中计算弹簧最大应力值，下表中对各项指标进行校核：