萬寧浩

摘 要：隨著電動(dòng)汽車的不斷發(fā)展，我們對(duì)汽車的懸架系統(tǒng)提出了新的要求。對(duì)懸架系統(tǒng)的開發(fā)，不僅和制造業(yè)有關(guān)，還廣泛包含計(jì)算機(jī)行業(yè)、自動(dòng)控制技術(shù)、運(yùn)動(dòng)仿真等等，這些技術(shù)為懸架系統(tǒng)開發(fā)提供了有力的保障。懸架系統(tǒng)是汽車系統(tǒng)的重要組成部分之一，其主要任務(wù)是以靈活的形式將車輪與車身銜接起來，并經(jīng)過在車輪之間傳遞力和力矩來減少?zèng)_擊和振動(dòng)。這就使得汽車懸架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)具有重要意義。

關(guān)鍵詞：汽車;懸架系統(tǒng);設(shè)計(jì)

汽車的發(fā)展?fàn)顩r體現(xiàn)了這個(gè)國家的工業(yè)綜合能力，要想與其他國家汽車行業(yè)競爭，我們必須具備獨(dú)立開發(fā)產(chǎn)品的能力。汽車行業(yè)的發(fā)展并不僅僅局限于本行業(yè)，它所涉及的領(lǐng)域非常多，包括制造業(yè)，服務(wù)業(yè)等等，汽車行業(yè)可以對(duì)國家整體實(shí)力的發(fā)展做出重要貢獻(xiàn)，甚至可以促進(jìn)有關(guān)工業(yè)的強(qiáng)勁增長。中國汽車市場已成為世界上最大的市場之一，然而還有很多發(fā)展空間，它的整個(gè)系統(tǒng)研究并不完善。在這方面我們還需努力。

一、懸架系統(tǒng)開發(fā)V序列模型

現(xiàn)在的系統(tǒng)工程在不斷發(fā)展，這也導(dǎo)致這個(gè)領(lǐng)域出現(xiàn)了很多開發(fā)模型，其中也V序列模型最為優(yōu)秀，在本文中，我將采用V序列模型對(duì)懸架系統(tǒng)工程的設(shè)計(jì)，它的優(yōu)勢就是可以盡快的制定測試計(jì)劃并發(fā)現(xiàn)它的優(yōu)勢，這就可以極大地節(jié)約成本。要研究一個(gè)新的系統(tǒng)工程，我們需要對(duì)它進(jìn)行需求分析，客戶對(duì)產(chǎn)品的需求是我們著重要考慮。客戶的需求包含一些基本的需求和對(duì)產(chǎn)品的預(yù)期。我們要抓住這兩個(gè)點(diǎn)對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)。這樣我們的設(shè)計(jì)才有目的和意義。按照客戶的基本需求，在具有可用性和可實(shí)現(xiàn)性的工程指標(biāo)中對(duì)其進(jìn)行完善。表中顯示了車輛懸架系統(tǒng)的需求轉(zhuǎn)換過程。例如：客戶對(duì)行駛平順性能要求，我們?cè)诠こ讨笜?biāo)上面就是相應(yīng)的懸架剛度和懸架阻尼;客戶對(duì)系統(tǒng)安全性的考慮，它的工程指標(biāo)其中就包括懸架系統(tǒng)的安全性。

二、懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)輸入

采用上述的序列模型，設(shè)計(jì)懸架系統(tǒng)，我們要經(jīng)歷一系列過程，其中要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)、然后在對(duì)子系統(tǒng)完善、最后實(shí)現(xiàn)對(duì)零件的設(shè)計(jì)。在這個(gè)過程中可以將懸架系統(tǒng)拆分成彈性組件，減震器和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。通過對(duì)懸架系統(tǒng)工程指標(biāo)的分類，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)懸架系統(tǒng)的功能組件相適應(yīng)，并完成系統(tǒng)的輸入設(shè)計(jì)。在整體一個(gè)車輛系統(tǒng)控制中，從車輛車輪將汽車本身的驅(qū)動(dòng)力傳遞到車身中這是車輛懸架系統(tǒng)的首要任務(wù)，這也是能夠保證車輛在道路的一個(gè)正常的行駛狀況，并且起到了對(duì)于在不平路面行駛時(shí)，由于路面的不平整造成對(duì)于車輛的沖擊起到一個(gè)緩沖的作用。懸架系統(tǒng)的振動(dòng)，是可以使得車輛能夠有一個(gè)良好的舒適性并且可以配合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行同步工作。保證我們車輛在行進(jìn)時(shí)，對(duì)于行進(jìn)的方向能夠有一個(gè)良好的控制，并以此來保證車輛在路面行駛時(shí)的一個(gè)穩(wěn)定性。在對(duì)于車輛懸架系統(tǒng)的研究過程中，對(duì)于客戶們所有接收到的電腦輸入數(shù)據(jù)中來獲得正確結(jié)果，這一點(diǎn)也是同外部的一個(gè)不可抗力因素的一個(gè)關(guān)聯(lián)作用，并且可以很好的完成我們懸架系統(tǒng)在設(shè)計(jì)理念之初的繪制。

三、懸架系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)

麥弗遜式懸掛系統(tǒng)在汽車中得到廣泛應(yīng)用，它的優(yōu)勢是有著更加緊湊的設(shè)計(jì)，這就在以后的生產(chǎn)中極大的降低成本，另一個(gè)方面是這種懸架可以讓車輛行駛在凹凸不平的路面時(shí)定位參數(shù)變化很微小，這樣就讓汽車有良好的行駛性能和穩(wěn)定性，它經(jīng)常被選作中小型乘用車的前懸架。

四、彈性元件設(shè)計(jì)

彈性元件有鋼板彈簧、螺旋彈簧等，其中螺旋彈簧在汽車懸架領(lǐng)域應(yīng)用的最廣泛。它與其他彈簧相比，有著能量吸收率高的優(yōu)點(diǎn)，這就極大地減少汽車在行駛過程中所引起車聲的震動(dòng)，給乘客帶來更好的體驗(yàn)。另外這種彈簧的制造極低，很大程度上節(jié)約成本。但螺旋彈簧自己是沒有見證效果的，它必須配合減震器，下面我將對(duì)螺旋彈簧進(jìn)行設(shè)計(jì)。

五、懸架系統(tǒng)疲勞累計(jì)損傷理論基礎(chǔ)

機(jī)動(dòng)車大多數(shù)部件的周期性載荷振幅是可變的，也就是說，在可變振幅載荷下工作時(shí)，許多部件失效，不同頻率和振幅的載荷所造成的損傷逐漸堆積在一起。車輛在行駛的過程中，懸架所受到的力超過這個(gè)材料的疲勞極限，那么懸架的每一次運(yùn)動(dòng)都會(huì)對(duì)這個(gè)材料受損，這樣積累起來后果不堪設(shè)想。疲勞積累的周期比C=n/N，是可變振幅的損傷D，等于周期比的和。在材料研發(fā)的過程中，其疲勞損傷是必須要考慮的。

六、有限元分析的建立

建立有限元模型之初，我們要分析這個(gè)模型是否有意義，它對(duì)我們后面的分析思路有很重要的參考價(jià)值，即我們?yōu)槭裁匆⑦@個(gè)模型，同時(shí)我們也要分析這個(gè)模型的方案是否能在實(shí)際中得到運(yùn)用。在本文中，我根據(jù)上述數(shù)據(jù)，用SolidWorks對(duì)螺旋彈簧進(jìn)行建模。對(duì)螺旋彈簧的分析中我運(yùn)用到ANSYS。創(chuàng)建一個(gè)Static Structural系統(tǒng)，材料選擇Structural Steel，這也是上述滿足條件的材料。然后在ANSYS有限元分析中，將SolidWorks中的模型導(dǎo)入并對(duì)螺旋彈簧進(jìn)行網(wǎng)格劃分，在設(shè)備允許的情況下，對(duì)網(wǎng)格劃分的精細(xì)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)越符合實(shí)際情況。在車輛懸架系統(tǒng)中，螺旋彈簧的上端安裝在車身的彈簧座中，下端安裝在后橋殼的彈簧座中。它僅具有軸向作用，以減少由于凹凸不平的路面而引起的對(duì)汽車車身的沖擊。因此，考慮到實(shí)際情況，對(duì)螺旋彈簧的底部用平面切除，這樣在選擇Fixed Support約束時(shí)可以選擇這個(gè)平面，以限制豎直方向自由度。同時(shí)我們還要對(duì)彈簧施加一個(gè)約束以限制其水平方向的位移。

本文以麥弗遜前懸架為研究對(duì)象，特別是前懸架的主要性能參數(shù)進(jìn)行了研究。例如，固有頻率、靜態(tài)撓度、動(dòng)態(tài)撓度，側(cè)傾力矩對(duì)車輛行駛穩(wěn)定性的影響，完成汽車懸架參數(shù)優(yōu)化，這個(gè)懸架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析總結(jié)了汽車的駕駛舒適性以及彈簧設(shè)計(jì)的研究與發(fā)展?fàn)顩r，介紹了懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)的性能要求，給出了懸架系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)目標(biāo)參數(shù)和設(shè)計(jì)性能指標(biāo)同時(shí)分析了螺旋彈簧的剛度，螺旋彈簧的原始設(shè)計(jì)。

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