目标設定

在此主要是分析競争車型的底盤布置。

底盤布置首先要确定出輪胎、懸架形式、轉向系統、傳動軸、地闆、前縱梁結構(滿足碰撞)等，因為這些重要的參數（如輪胎型号、懸架尺寸、驅動形式等）在開發過程中需要盡可能早地确定下來。在此基礎上，線束、管路、減振器等才能進行下一步設計。

懸架選擇

對各種後懸架結構型式進行優缺點比較，包括對後部輪罩間空間尺寸的分析比較，進行後懸架結構的選擇。

常見的後懸架結構型式有：扭轉梁式、拖曳臂式、多連杆式。

扭轉梁式懸架

優點：

1. 與車身連接簡單，易于裝配。
2. 結構簡單，部件少，易分裝。
3. 垂直方向尺寸緊湊。
4. 底闆平整，有利于油箱和後備胎的布置。
5. 汽車側傾時，除扭轉梁外，有的縱臂也會産生扭轉變形，起到橫向穩定作用，若還需更大的懸架側傾角剛度，還可布置橫向穩定杆。
6. 兩側車輪運轉不均衡時外傾具有良好的回複作用。
7. 在車身搖擺時具有較好的前束控制能力。
8. 車輪運動特性比較好，操縱穩定性很好，尤其是在平整的道路情況下。
9. 通過障礙的軸距具有相當好的加大能力，通過性好。
10. 如果采用連續焊接的話，強度較好。

缺點：

1. 對橫向扭轉梁和縱向拖臂的連續焊接質量要求較高。
2. 不能很好地協調輪迹。
3. 整車動态性能對軸荷從空載到滿載的變化比較敏感。
4. 但這種懸架在側向力作用時，呈過度轉向趨勢。另外，扭轉梁因強度關系，允許承受的載荷受到限制。

扭轉梁式懸架結構簡單、成本低，在一些前置前驅汽車的後懸架上應用較多。

拖曳臂式懸架

優點：

1. Y軸和X軸方向尺寸緊湊，非常有利于後乘艙（尤其是輪罩間寬度尺寸較大）和下底闆備胎及油箱的布置。
2. 與車身的連接簡單，易于裝配。
3. 結構簡單，零件少且易于分裝；
4. 由于沒有襯套，滞後作用小。
5. 可考慮後驅。

缺點：

1. 由于沿着控制臂相對車身轉軸方向控制臂較大的長寬比，側向力對前束将産生不利的影響。
2. 車身搖擺（body roll）對外傾産生不利影響；（适當的控制臂轉軸有可能改善外傾的回複能力，但這導緻輪罩間寬度尺寸的減小。）
3. 調校很困難，因為所有的幾何參數以及相關變量都是相關聯的。
4. 由于沒有襯套，所有傳遞給車身的振動都是未經過濾的。

多連杆式懸架

優點：

多連杆式懸架能同時兼顧良好的乘坐舒适性和操縱穩定性，這種優點主要得益于其結構上具有下面這些幾何特性：

1. 利用多杆控制車輪的空間運動軌迹，能更好地控制車輪定位參數變化規律，得到更為滿意的汽車順從轉向特性。
2. 受到側向力時前束具有自動回正能力；
3. 受到縱向力時前束具有自動回正能力。
4. 車輪行駛時的外傾角回複能力。
5. 通過障礙的軸距較大
6. 能兼顧後輪驅動。
7. 後輪驅動時的轉向力控制。

缺點：

1. 零部件數量多，制造加工困難。
2. 試驗調校工作複雜，且不便于調整，适應性較差。
3. 對懸架幾何尺寸的公差和彈性元件特性的要求較高。
4. 單位質量的負荷能力較低（需要一個後副車架）。
5. 對使用條件要求比較苛刻。
6. 所占空間較大，影響後乘員艙和後底闆的空間布置。
7. 制造成本較高。

懸架的設計總是與整車的設計緊密相連的，整車預布置通常包括動力總成的預布置和懸架的預布置。在基本确定了整車的總體尺寸、驅動型式、相應的輪胎、最小的目标轉彎半徑後就可以進行懸架的預布置了。

1. 懸架的預布置

在懸架的預布置過程中主要考慮以下幾點：

1. 整車姿态

一般來說，整車姿态是通過懸架的布置來設定的，可以說懸架的布置決定了整車姿态。一旦整車姿态确定後，在以後更改就比較困難了。通常整車在滿載狀态下的整車姿态是0～0.5°之間。

如下圖所示：

整車姿态示意圖

1. 輪胎的跳動行程

輪胎行程根據車型的不同略有不同。通常在懸架的預布置過程中前後輪胎的行程按上跳、下跳各100mm考慮；越野車要大一些。在後期的調整中，由于後軸載荷變化較大，為了提高後排乘客的舒适性後懸架的行程取值要比前懸架的大。

還要考慮輪胎加裝防滑鍊的要求。

1. 驅動型式

驅動型式對懸架的影響主要在四驅的保護上。一般來說如果一款轎車後懸架采用了扭轉梁結構，要保護四驅在總布置上就很困難了。

四驅布置的對比

1. 導向杆的布置

對于導向杆的布置，縱向導向杆（或拖曳臂）設計布置時盡可能水平布置，以保證輪胎上跳或者回彈軸距變化盡可能的小；而橫向推力杆（或橫向擺臂）盡可能與後軸平行且左右對稱布置。

1. 前懸架的布置

前懸架的型式主要有非獨立鋼闆彈簧懸架、麥弗遜獨立懸架、雙橫臂獨立懸架、多連杆獨立懸架和雙橫臂獨立懸架的一些變形。懸架在目前的轎車和部份的輕型客車、輕型貨車的前懸架大多采用獨立懸架，一般在整車設計之初就已确定了懸架的型式。下面以麥弗遜為例來說明一下前懸架的設計過程。

在前懸架的布置過程中主要從以下幾點來考慮：

• 轉向系統幾何尺寸的确定

在轉向系統的設計過程中，首先要确定轉向梯形，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；當然，初步确定的時候可以不這樣考慮。

根據初步設定的最小轉彎半徑和相應的計算公式及阿克曼轉角的關系可以初步确定左右車輪轉角的關系，同時結合相應的前縱梁布置産生的幾何約束就可以确定左右車輪的轉角。同時可以初步選定轎車轉向系統角傳動比，一般為15-17。

定義轉向半徑，轉向角和阿克曼角

阿克曼角關系：Ctgα1- Ctg α2 = q/p

最小轉彎半徑公式：

• 主銷尺寸的定義

主銷幾何尺寸的定義主要包括，主銷後傾角、主銷内傾角和它們的偏置距。主銷後傾角和主銷相對輪心的偏置距一起保證輪胎的側向力回正力距以利于汽車的直線行駛；主銷内傾角保證車輛低速行駛條件下的自動回正性。同樣，對主銷的初步取值也是通過經驗來選取或者通過對參考樣車的測量來獲得。

一般對轎車的前獨立懸架來說主銷後傾角在3°～4°左右，主銷内傾角在10°～15°左右；主銷内傾後傾角确定後相應的主銷偏置距和拖距也就确定了。

主銷後傾角示意圖 主銷内傾角示意圖

• 前懸架幾何尺寸的定義

在主銷的幾何尺寸确定以後，結合輪胎、副車架、輪胎轉角的幾何約束就可以開始确定前懸架的設計硬點。首先定義主銷上的A點，A點在輪辋和等速萬向節中間，位置越低越好。（越低則地面的激勵對球頭銷的側向力偏小）如下圖所示：

A點示意圖

A點即下球頭銷的中心，A點與B點的連線即是主銷在整車坐标中XZ平面的投影。圖中清晰的顯示了定義設計硬點A要考慮的邊界條件。

定義主銷上控制點B時，在一般的懸架中盡可能的将位置設計的低一些；這樣有利于獲得更大的主銷内傾角，提高車輛低速行駛時的轉向回正力矩。但是要考慮輪胎上跳下跳目标和B點的支撐的功能性；特别對于麥弗遜前懸架來說B點的位置越高越好，有利于平衡掉滑柱的橫向分力，減小滑柱導杆的摩檫。

A、B兩點示在XY平面投影意圖

• 減振器的布置

在X-Z平面内定義減震器時通常讓減振器軸線跟主銷軸線重合，這是最簡單和最有效的解決方案。（但如此無法減小減振器活塞杆對油封的橫向力）如下圖所示：

在X-Z平面内定義減震器 車輪外傾角的變化示意圖

在雙橫臂前懸架（或雙叉臂前懸架）中，由于空間的原因通常減振器和彈簧做成總成件；在Y-Z平面内定義減震器（包括彈簧）時主要考慮的是杠杆比。在麥弗遜懸架中通常根據輪胎尺寸定義C點（需要的話要考慮防滑鍊）。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。

為了得到足夠的輪胎上下跳過程中外傾角的回正性，可以通過将B點向内移，但是所有這些都要同懸架的其他特性綜合考慮；具體可以在懸架幾何運動分析中考慮。

在Y-Z平面内定義減震器

• 控制臂旋轉軸線的定義

控制臂軸線的主要根據抗制動點頭來角定義，如果增加在X-Z平面内的傾角（即E

點比F點低），抗點頭能力就能提高；當然這需要和後懸架匹配。在橫向上如果布置允許的話總是希望盡量的長一些（S12目前較長，力臂變長，受力變小）；在相同的A點行程下，擺臂越長橫向擺角越小，有利于提高橡膠襯套的壽命。同時在Y-Z平面内應保證前懸架的側傾中心高在0～120mm的範圍内。

下擺臂定義示意圖

• 轉向系統設計硬點的布置

H和I點示意圖

轉向杆系與懸架導向杆系在輪胎上下跳動的運動學上會産生運動幹涉，這個幹涉主要引起輪胎前束的變化。在轉向系統幾何尺寸的所有點的定義中，對于點H主要通過考慮阿克曼角和輪胎幾何約束來确定。定義I點的位置時主要考慮輪胎上下跳過程中的前束變化最小化。根據懸架杆系的幾何運動關系确定I點；将I點放在輪胎上下跳過程中H點所形成的圓弧的中心。

I點确定示意圖

依據上述步驟在三維制圖軟件中可以确定各個設計硬點的坐标。獲得了這些前懸架設計硬點的空間坐标後，可以通過相應的公式得出前懸架的運動學分析；目前更多的是運用ADMAS軟件進行分析。

1. 後懸架的設計步驟

目前車型的後懸架主要是扭轉梁和拖曳臂的非獨立懸架，這些類型的後懸架結構簡單，成本較低，懸架參數也教容易控制；但是後排乘客的舒适性也較低。目前轎車用的後懸架選用多連杆的趨勢越來越明顯。。缺點是：零件數增加，公差要求更嚴格，加工成本增加；試驗測試複雜；承載能力相對較弱。

在後懸架的設計時需要基本确定汽車斷面尺寸、輪胎上跳和下跳行程、是否要驅動保護、輪胎規格、承載能力、整車操縱目标

、前懸架特征和零部件采用的工藝。有了以上的基本輸入後，一般分以下幾點對後懸架進行布置。

• 選擇連杆數目和梯形結構，

對于一款中級轎車一般采用兩連杆或者三連杆的居多。通常把具有兩根橫向連杆的獨立懸架叫着兩連杆獨立懸架，具有三根橫向連杆的獨立懸架叫着三連杆獨立懸架（如下圖所示）。連杆越多意味着橡膠襯套應用的也越多，過多的使用橡膠襯套意味着需要冒更多的可能出現的問題。兩連杆獨立懸架外傾角能夠通過橫向拉杆的幾何運動來控制。

兩聯杆後獨立懸架

三聯杆後獨立懸架

三連杆的車輪外傾和前束的控制可以分别通過各自的調節杆完成。因此三連杆的獨立懸架調節車輪外傾和前束對拖曳臂橡膠襯套的變形影響要小。

• 後懸架各控制點的安裝位置

在布置之出首先要明确哪些懸架的控制硬點連接在車身上，哪些點懸架的控制硬點連接在副車架上。将這些點布置在副車架上會花費更多的成本和增加整車的重量，但是能提高對前束和車輪外傾的控制精度，提高過濾震動噪音的能力。對于一款中級轎車而言通常都将控制外傾和前束連杆上的設計硬點和主橫向擺臂的設計硬點布置在副車架上。

通常來說對點1（拖曳臂與車身連接點）和16（車輪中心）設定按以下幾點來做布置：制動點頭和加速擡頭的關系；整車尺寸和白車身的幾何約束；是否需要做後輪驅動的保護。為了控制整車的制動點頭和加速擡頭現象，通常點1的z軸坐标要高于點16（輪心）的z軸坐标。

• 定義後懸架主銷

如圖所示，後主銷軸是黃色和藍色平面的交線。黃色平面是拖曳臂襯套的正交面，藍色的平面是車輪外傾角控制臂軸線和主橫向擺臂産生的平面，通常二者是平行的。由于橡膠襯套的彈性變形，這樣确定的隻是初步的主銷。其餘的關系與前懸架的一緻。

• 定義橫向擺臂的長度和方向

在滿足布置的幾何約束的前提下，主橫向擺臂越長越好（越長對襯套的壽命越小）；俯視方向上盡量與後軸平行（搞不明白），在保護四驅時與後軸的夾角越小越好（搞不明白）。同時保證後懸架的側傾中心高在80～150mm的範圍内。對于車輪外傾控制臂和前束調節杆的布置，在滿足布置的條件下長度和方向主要跟據懸架的運動學關系來決定。如下圖所示：

在完成了前後懸架的基本布置之後就要對懸架機構進行靜态力學分析、動态力學分析和懸架的幾何運動學分析。

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