設(shè)計計算說明書2.1整車相關(guān)參數(shù)及分析整車參數(shù)如下表：表2-1整車參數(shù)上市時間2024年價格8萬左右長x寬x高(mm)4865x1837x1495軸距(mm)2718輪距(mm)1580最大滿載質(zhì)量1875kg前軸負荷965kg最大電機功率136kw最大扭矩316Nm發(fā)動機最大功率81kw/6000rpm最大扭矩135Nm/4500rpm最高車速185km/h通過GB/T3730.1-2001[14]以及市場車型調(diào)研分析，符合上述參數(shù)的車型為乘用車（亦可稱為轎車），多為普通乘用車(saloon，sedan)，即車身為封閉式，有或無側(cè)窗中柱。車頂（頂蓋）為固定式，硬頂。有的頂蓋一部分可以開啟。4個或4個以上座位，至少兩排。后座椅可折疊或移動，以形成裝載空間。2個或4個側(cè)門，可有一后開啟門。因其8萬元的定價和廣受歡迎的市場反饋，選定其為插電式混合動力(電動)汽車(Plug-inHybridElectricVehicle，簡稱PHEV)。PHEV可以使用電力網(wǎng)(包括家用電源插座)對動力電池充電的混合動力汽車，具有純電動行駛的功能，但在長距離行駛時可以工作在全混合模式[15]，廣泛使用于家用、網(wǎng)約車等場景。2.2懸架選型及比較2.2.1主動懸架和半主動懸架主動懸架系統(tǒng)通過實時調(diào)整懸架的剛度和阻尼，以適應(yīng)車輛的運動狀態(tài)和路面條件，從而實現(xiàn)最佳的減振效果。該系統(tǒng)在傳統(tǒng)被動懸架（包括彈性元件、減振器和導(dǎo)向機構(gòu)）的基礎(chǔ)上，增加了一個可控的作用力裝置。該裝置主要由執(zhí)行機構(gòu)、測量系統(tǒng)、反饋控制系統(tǒng)和能源系統(tǒng)四部分構(gòu)成。執(zhí)行機構(gòu)負責(zé)執(zhí)行控制系統(tǒng)的指令，通常采用力發(fā)生器或轉(zhuǎn)矩發(fā)生器（如液壓缸、氣缸、伺服電機或電磁鐵等）；測量系統(tǒng)則用于監(jiān)測系統(tǒng)狀態(tài)，為控制決策提供數(shù)據(jù)支持，主要由各類傳感器組成；控制系統(tǒng)負責(zé)數(shù)據(jù)處理并發(fā)出控制指令，其核心為電子計算機；能源系統(tǒng)則為上述各部分提供所需的動力支持[16]。半主動懸架系統(tǒng)專注于調(diào)節(jié)懸架的阻尼特性，而無需調(diào)整其剛度，因而它僅包含無需外部動力源的可控阻尼元件。這種設(shè)計旨在提升車輛行駛的平穩(wěn)性和乘坐的舒適度。半主動懸架主要依賴外部力量來激活其功能，對懸架狀態(tài)的即時調(diào)節(jié)能力相對有限。與全主動懸架系統(tǒng)相比，半主動懸架無需為懸架系統(tǒng)提供大量的額外能量，僅需較少能量即可操作減振器的控制閥、懸架控制器及反饋調(diào)節(jié)器等部件。通過這種方式，半主動懸架以極低的能量消耗實現(xiàn)了接近全主動懸架的調(diào)節(jié)效果，展現(xiàn)了其在結(jié)構(gòu)簡潔、能效高和成本效益方面的顯著優(yōu)勢[3]。但是在售價8萬元的經(jīng)濟型汽車市場中，主動懸架與半主動懸架系統(tǒng)的應(yīng)用受到顯著限制，其核心矛盾在于技術(shù)成本與整車經(jīng)濟性之間的失衡。主動懸架依賴于復(fù)雜的電子控制單元（ECU）、傳感器、液壓或電動執(zhí)行機構(gòu)等組件，其硬件成本較傳統(tǒng)被動懸架高出數(shù)倍，同時需要額外的研發(fā)與標定投入；半主動懸架雖省去主動動力源，但仍需搭載可調(diào)阻尼閥與控制系統(tǒng)，成本亦遠超基礎(chǔ)懸架結(jié)構(gòu)。對于售價8萬元的車型而言，消費者對價格高度敏感，主機廠需將成本嚴格控制在有限范圍內(nèi)以確保市場競爭力。若強行搭載高階懸架系統(tǒng)，其成本占比將顯著擠壓動力總成、安全配置等核心模塊的預(yù)算，導(dǎo)致整車性價比下降。此外，高階懸架的維護復(fù)雜性和潛在故障率也可能推高用戶后期使用成本。因此，在現(xiàn)有技術(shù)條件下，傳統(tǒng)被動懸架憑借結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、維護成本低等優(yōu)勢，仍是經(jīng)濟型車輛的最優(yōu)解，而主動懸架和半主動懸架的規(guī)?；瘧?yīng)用需等待技術(shù)降本或市場消費層級的升級。2.2.2獨立懸架被動懸架系統(tǒng)主要由螺旋彈簧、減振器以及導(dǎo)向機構(gòu)構(gòu)成（如圖2.1）。螺旋彈簧作為懸架的核心支撐組件，其主要功能是實現(xiàn)車身與車輪的隔離，吸收來自路面的沖擊能量，從而確保車輛行駛的平穩(wěn)性。減振器則充當(dāng)懸架的緩沖裝置，其職責(zé)是減輕路面不平對車體的沖擊，提升乘坐的舒適度。導(dǎo)向機構(gòu)作為懸架的導(dǎo)向組件，確保車輪始終與地面保持良好接觸，進一步保障車輛的行駛穩(wěn)定性。整個系統(tǒng)通過機械或液壓元件來調(diào)整懸架的剛度，以適應(yīng)車輛的運動狀態(tài)和路面的變化[3]。圖2.1被動懸架原理圖雖然被動懸架系統(tǒng)在平衡共振響應(yīng)與高頻振動衰減之間比較困難，往往需要通過折衷的阻尼設(shè)置來同時滿足操控穩(wěn)定性和乘坐舒適性的需求（通過引入非線性彈性元件、具備非對稱特性的阻尼元件，以及配備自適應(yīng)功能的車身高度調(diào)節(jié)裝置，可以在不同層面上提升傳統(tǒng)懸架系統(tǒng)的性能表現(xiàn)）[17]，但是其結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、造價低以及無能耗等優(yōu)點使其廣泛應(yīng)用于經(jīng)濟型插電式混合動力汽車。根據(jù)形式不同可分為獨立懸架、半獨立懸架和非獨立懸架[8]。獨立懸架的設(shè)計特點是采用斷開式車橋（如圖2.2），左右兩側(cè)的車輪分別通過彈性懸掛系統(tǒng)與車架（或車身）相連，使得兩側(cè)車輪能夠獨立運動，互不干擾。因此其具有以下幾點優(yōu)勢：一是在懸架彈性元件的變形范圍內(nèi)，兩側(cè)車輪能夠獨立運動，互不干擾。這種設(shè)計在車輛行駛于不平路面時，能夠有效減少車架和車身的振動，同時有助于避免轉(zhuǎn)向輪頻繁偏擺的問題。二是獨立懸架減少了汽車的非簧載質(zhì)量（即不受彈簧支撐的質(zhì)量）。在非獨立懸架中，整個車橋和車輪都屬于非簧載質(zhì)量。而在獨立懸架中，驅(qū)動橋的主減速器、差速器及其外殼固定在車架上，成為簧載質(zhì)量；轉(zhuǎn)向橋僅包含轉(zhuǎn)向主銷和轉(zhuǎn)向節(jié)，去除了中部整體梁。因此，獨立懸架的非簧載質(zhì)量僅包括車輪和懸架系統(tǒng)中的部分零件質(zhì)量，遠低于非獨立懸架。在相同道路條件和車速下，非簧載質(zhì)量越小，懸架受到的沖擊載荷也越小，從而有助于提高車輛的平均行駛速度。三是獨立式懸架采用斷開式車橋設(shè)計，發(fā)動機總成的位置可以降低并前移，從而降低車輛重心，提升行駛穩(wěn)定性。此外，這種設(shè)計為車輪提供了更大的上下運動空間，使得懸架剛度可以設(shè)計得更低，進而降低車身振動頻率，改善行駛平順性[16]。圖2.2獨立懸架示意圖盡管獨立懸架在操控性與舒適性上具有一定優(yōu)勢，但其技術(shù)特性與主打經(jīng)濟性、高使用強度的車型定位存在顯著沖突。首先，結(jié)構(gòu)復(fù)雜性與高制造成本成為核心障礙：獨立懸架系統(tǒng)通常需搭載上下控制臂、橫向穩(wěn)定桿、球頭襯套等多組精密部件，相較非獨立懸架的單一整體橋結(jié)構(gòu)，其零件數(shù)量顯著增加，且對材料強度與加工精度要求更高。其次，維護成本與耐久性問題進一步削弱競爭力：獨立懸架的運動部件（如襯套、球頭）在頻繁顛簸工況下易發(fā)生磨損，維修時需拆卸多組聯(lián)動機構(gòu)，對技師技能與設(shè)備要求嚴苛，偏遠地區(qū)售后服務(wù)難度驟增；而車輪跳動過程中由于車輪外傾角與輪距變化較大，輪胎磨損較嚴重[16]。對于年均行駛里程較大的經(jīng)濟型用戶而言，高頻次的四輪定位、部件更換與輪胎損耗將顯著推高全生命周期使用成本。因此，在可靠性、維保便利性與成本優(yōu)先的經(jīng)濟型市場中，結(jié)構(gòu)簡單、耐受性強的非獨立懸架仍是更符合用戶底層需求的理性選擇。2.2.3非獨立懸架非獨立懸架的構(gòu)造特征在于左右兩側(cè)的車輪通過一個整體式的車橋相互連接，整個車輪與車橋組合通過彈性懸掛系統(tǒng)與車輛的主體結(jié)構(gòu)（車架或車身）相連。當(dāng)車輛的一側(cè)車輪因路面不平而產(chǎn)生上下運動時，會直接導(dǎo)致另一側(cè)車輪在車輛的橫向平面上產(chǎn)生相應(yīng)的擺動，這種相互影響的設(shè)計正是非獨立懸架得名的原因（如圖2.2）[16]。圖2.3非獨立懸架示意圖非獨立懸架結(jié)構(gòu)簡單，傳力可靠，廣泛用于轎車的后懸架，其主要具有以下優(yōu)點：一是制造成本顯著降低。非獨立懸架采用整體橋或扭力梁設(shè)計，省去獨立懸架復(fù)雜的控制臂、連桿組和獨立運動部件，大幅降低材料與加工成本。且模塊化設(shè)計簡化生產(chǎn)線流程，降低工時與質(zhì)檢復(fù)雜度，適配經(jīng)濟型車型的規(guī)?；a(chǎn)需求。二是耐久性與維護成本優(yōu)勢。非獨立懸架無獨立運動鉸接點（如球頭、襯套），減少因頻繁顛簸導(dǎo)致的部件磨損，故障率低，整體壽命較大提升。維修時無需精密調(diào)校四輪定位參數(shù)，且備件通用性強，偏遠地區(qū)維修資源覆蓋更廣，維護成本較獨立懸架低。整體橋結(jié)構(gòu)剛性高，在崎嶇路面或超載工況下形變更小，惡劣條件下更適用。三是空間利用率高。扭力梁或整體橋結(jié)構(gòu)占用底盤空間小，可釋放更多車內(nèi)空間（尤其是后排座椅或后備箱容積）[18]，例如大眾Polo、本田飛度等車型通過非獨立懸架實現(xiàn)“小車大空間”賣點。但非獨立懸架兩輪受到?jīng)_擊和振動的影響較大。而且懸掛的緩沖性能差，車輛行駛時震動大，沖擊大。這種懸架一般用于卡車、普通公交車和其他一些車輛?，F(xiàn)代轎車已經(jīng)很少使用非獨立懸架。2.2.4半獨立懸架半獨立懸架是一種介于獨立懸架和非獨立懸架之間的設(shè)計形式。從結(jié)構(gòu)上看，它保留了非獨立懸架的部分特征，但從性能上卻接近獨立懸架，具備較好的緩沖和減振效果，因此被稱為半獨立懸架。這種懸架系統(tǒng)不僅制造成本較低，還能提供良好的懸架性能，因此在中低端車型的后懸架系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。扭力梁懸架便是半獨立懸架的典型代表（如圖2.4）[8]。圖2.4扭力梁懸架系統(tǒng)示意圖[8]扭力梁懸架系統(tǒng)主要由橫梁、兩側(cè)縱臂、彈性元件（如彈簧和減振器）以及連接支架組成。其核心承載部件為橫梁，當(dāng)兩側(cè)車輪發(fā)生垂向相對運動時，橫梁通過扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的扭矩平衡車輪與車身的相對位置，減少車身傾斜或搖晃，提升側(cè)傾剛度，同時賦予左右車輪一定的獨立性。扭力梁懸架形式多樣，按橫梁結(jié)構(gòu)可分為開口式和封閉式。開口式橫梁通常采用U型或V型沖壓件，設(shè)計靈活，制造簡單，廣泛應(yīng)用于乘用車后懸架系統(tǒng)[19]。為了滿足剛度等性能需求，開口梁通常會在設(shè)計中加入扭桿和加強板，但這會導(dǎo)致其重量相對較大。相比之下，管狀封閉梁通常為V型結(jié)構(gòu)，由圓管直接成形或通過板材沖壓卷焊而成。由于成形后的V型結(jié)構(gòu)為雙層設(shè)計，可以采用較薄的材料制造，且無需扭桿和加強板。因此，在滿足扭力梁整體剛度和性能要求的前提下，管狀封閉梁相比單片開口沖壓橫梁能夠減輕15%～20%的重量，從而顯著降低扭力梁的整體重量[20]，但制造工藝比開口橫梁稍復(fù)雜[21]。另外按彈性元件分布位置，扭力梁懸架可分為“筒簧同軸式”和“筒簧分離式”。本車型采用“筒簧分離式”，其減振效果優(yōu)于“筒簧同軸式”，能更好地緩解路面沖擊[8]。a）筒簧同軸式扭力梁懸架b）筒簧分離式扭力梁懸架圖2.5扭力梁懸架系統(tǒng)示意圖[22-23]綜上，本車型選擇扭力梁懸架作為后懸架系統(tǒng)進行設(shè)計。

第3章懸架主要參數(shù)的確定3.1懸架靜撓度fc=FwC式3-1中，fc為懸架靜撓度，F(xiàn)w是汽車滿載靜止時懸架上的載荷，C是汽車前、后懸架與其簧上質(zhì)量組成的振動系統(tǒng)的固有頻率，是影響汽車行駛平順性的主要參數(shù)之一。因現(xiàn)代汽車的質(zhì)量分配系數(shù)?近似等于1，于是汽車前、后軸上方車身兩點的振動不存在聯(lián)系。因此，汽車前、后部分的車身的固有頻率n1和n2n（3-2）n式3-2中，C1、C2為前、后懸架的剛度(單位N／cm)；m1當(dāng)采用彈性特性為線性變化的懸架時，前、后懸架的靜撓度可用下式表示f（3-3）f式3-3中，g為重力加速度將（3-3）代入（3-2）得n（3-4）n分析上式可知：懸架的靜撓度fc在選取前、后懸架的靜撓度值fc1和fc2時，應(yīng)當(dāng)使之接近，并希望后懸架的靜撓度fc2比前懸架的靜撓度fc推薦取fc2=（0.8~0.9）用途不同的汽車，對平順性要求不一樣，轎車對平順性的要求最高。對普通級以下轎車滿載的情況，前懸架偏頻要求在1.02~1.44Hz，后懸架則要求在1.18~1.58Hz[24]。原則上轎車的級別越高，懸架的偏頻越小。選定偏頻以后，再利用式（3-4）即可計算出懸架的靜撓度?，F(xiàn)取n=1.3Hz，于是可以得出，后懸架靜撓度fc3.2懸架的動撓度懸架的動撓度fd是指從滿載靜平衡位置開始懸架壓縮到結(jié)構(gòu)允許的最大變形(通常指緩沖塊壓縮到其自由高度的1/2或2/3)時，車輪中心相對車架(或車身)的垂直位移。要求懸架應(yīng)有足夠大的動撓度，以防止在壞路面上行駛時經(jīng)常碰撞緩沖塊。對轎車，f又由于懸架動撓度：fd=（0.5~0.7）fc，取fd為得到良好的平順性，因當(dāng)采用較軟的懸架以降低偏頻，但軟的懸架在一定載荷下其變形量也大，對于一般轎車而言，懸架總工作行程（靜擾度與動擾度之和）應(yīng)當(dāng)不小于160mm，而fc+fd3.3懸架剛度計算已知整車最大滿載質(zhì)量：m=1875kg，軸荷分配：前軸軸荷965kg，后軸軸荷910kg。取后懸架非簧載質(zhì)量120kg，后懸架簧載質(zhì)量mS約395kg代入式3-2，計算滿載時一側(cè)懸架的剛度：C=26.33N/mm3.4車輪定位參數(shù)和懸架的側(cè)傾中心3.4.1車輪外傾角后輪外傾角示意圖如圖3.1所示。車輪外傾角是車輪平面與車輛坐標軸的垂直軸z軸的交角，當(dāng)車輪的上部向外傾斜時車輪外傾角為正。車輪外傾角選擇為＋1°。3.4.2前束角前束角的示意圖如圖3.2所示。前束角是車輛的縱向軸與車輪平面在車輛xOy面上投影線的夾角，用弧度表示。并且當(dāng)車輪前方向縱向軸轉(zhuǎn)時為正。前束角選擇為＋20’±10’。3.4.3主銷后傾角主銷后傾角示意圖如圖3.3所示。主銷后傾角是指在車輛的側(cè)面（車輛的xOz平面）內(nèi)主銷與車輛z軸的交角，并且當(dāng)主銷向上、向后傾斜時為正。主銷后傾角選擇為＋5°。圖3.1車輪外傾角圖3.2前束角圖3.3主銷后傾角圖3.4主銷偏移距3.4.4主銷偏移距主銷偏移距示意圖如圖3.4所示。主銷偏移距，是主銷軸線與地面的交點和車輪中心線與地面交點之間的距離。如果主銷軸線與地面的交點在車輪中心線與地面交點的內(nèi)側(cè)，則主銷偏移距為正。主銷偏移距選擇為＋10mm。3.4.5主銷內(nèi)傾角主銷內(nèi)傾角示意圖如圖3.5所示。主銷內(nèi)傾角是在車輛橫向平面內(nèi)主銷與車輛z軸的交角，并且當(dāng)主銷向上、向內(nèi)傾斜時為正。主銷內(nèi)傾角選擇為8°。圖3.5主銷內(nèi)傾角Φ圖3.6側(cè)傾中心高度3.4.6側(cè)傾中心高度側(cè)傾中心高度示意圖如圖3.6所示。側(cè)傾中心是通過懸架連桿作用于車身上的側(cè)向力與垂直力的合力矩為零的車身上的那一點。通過在輪胎接觸處施加垂直于道路的單位垂直力，測量最終在輪胎接觸處的垂直方向與側(cè)向方向位移。延長垂直于左右輪輪胎接觸處位移的兩條直線，交點即為側(cè)傾中心。一般會設(shè)定在50~60mm之間?。3.4.7側(cè)傾外傾系數(shù)側(cè)傾外傾系數(shù)示意圖如圖3.7所示。圖3.7側(cè)傾外傾系數(shù)側(cè)傾外傾系數(shù)是車輪外傾角相對于汽車側(cè)傾角的變化率。當(dāng)每增加一度的車輛側(cè)傾角時車輪外傾角增加，則側(cè)傾外傾系數(shù)為正。3.5懸架受力分析3.5.1后懸架的重力加速度力后懸架的重力加速度力可以通過后軸負荷和重力加速度計算：F后懸架=m后軸×g其中：m后軸

g=9.81m/s代入數(shù)值：F3.5.2制動時的重力轉(zhuǎn)移在制動時，車輛的重心會向前轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致后軸的負荷減小，前軸的負荷增加。假設(shè)制動時的減速度為a，則重力轉(zhuǎn)移量可以通過以下公式計算ΔF=m總×a×hL其中：m總

h為車輛重心高度（假設(shè)h=0.5m），L為軸距(L=2.718m)，a為制動減速度（假設(shè)a=0.8g=7.848m/s代入數(shù)值：ΔF=3.5.3制動時后懸架的負荷制動時后懸架的負荷為：F后懸架制動=F后懸架?ΔF代入數(shù)值：F

第4章懸架主要構(gòu)件設(shè)計4.1螺旋彈簧的設(shè)計4.1.1螺旋彈簧的剛度由于存在懸架導(dǎo)向機構(gòu)的關(guān)系，懸架剛度C與彈簧剛度CS是不相等的，其區(qū)別在于懸架剛度C是指車輪處單位撓度所需的力；而彈簧剛度CS僅指彈簧本身單位撓度所需的力。對于扭力梁懸架，懸架剛度和彈簧剛度的比例約為0.94.1.2計算彈簧鋼絲直徑d根據(jù)下面的公式可以計算：Cs=Gd可得d式4-1中：ns——彈簧的G——彈簧材料的剪切彈性模量，取7.9×104MPa[25]D——簧圈平均直徑，取100mm代入計算得：d=12.4mm計算結(jié)果圓整為鋼絲直徑d=12.4mm，彈簧外徑D1=112.4mm，彈簧工作圈數(shù)ns=84.1.3彈簧剛度校核彈簧剛度的計算公式為：C代入數(shù)據(jù)計算可得彈簧剛度CS為29.18N/mm所以彈簧選擇符合剛度要求。4.1.4彈簧表面剪切應(yīng)力校核彈簧在壓縮時其工作方式與扭桿類似，都是靠材料的剪切變形吸收能量，彈簧鋼絲表面的剪應(yīng)力為：τ=8Fs,mDK式4-2中,C’——彈簧旋繞比，C=D/dK’——曲度系數(shù)，為考慮剪力和簧圈曲率對影響的校正系數(shù),KFs,m——彈簧軸向載荷

已知Dm=100mm，d=12.4mm，可以算出旋繞比C’為8.06，曲度系數(shù)K’Fs,m=3871代入式4-2，則彈簧表面的剪切應(yīng)力為487.80MPa查表可知[τ]=635MPa,因為τ<[τ]，所以彈簧滿足要求。綜上可以最終選定彈簧的參數(shù)為：彈簧鋼絲直徑d=12.4mm，彈簧外徑D1=112.4mm，彈簧工作圈數(shù)ns=8。4.2減振器的設(shè)計減振器的功能是吸收懸架垂直振動的能量，并轉(zhuǎn)化為熱能耗散掉，使振動迅速衰減。汽車懸架系統(tǒng)中廣泛采用液力式減震器。其作用原理是，當(dāng)車架與車橋作往復(fù)相對運動時，減震器中的活塞在缸筒內(nèi)業(yè)作往復(fù)運動，于是減震器殼體內(nèi)的油液反復(fù)地從一個內(nèi)腔通過另一些狹小的孔隙流入另一個內(nèi)腔。此時，孔與油液見的摩擦力及液體分子內(nèi)摩擦便行程對振動的阻尼力，使車身和車架的振動能量轉(zhuǎn)換為熱能，被油液所吸收，然后散到大氣中。減振器大體上可以分為兩大類，即摩擦式減振器和液力減振器。故名思義，摩擦式減振器利用兩個緊壓在一起的盤片之間相對運動時的摩擦力提供阻尼。由于庫侖摩擦力隨相對運動速度的提高而減小，并且很易受油、水等的影響，無法滿足平順性的要求，因此雖然具有質(zhì)量小、造價低、易調(diào)整等優(yōu)點，但現(xiàn)代汽車上已不再采用這類減振器。液力減振器首次出現(xiàn)于1901年，其兩種主要的結(jié)構(gòu)型式分別為搖臂式和筒式。與筒式液力減減振器振器相比，搖臂式減振器的活塞行程要短得多，因此其工作油壓可高達75-30MPa，而筒式只有2.5-5MPa。筒式減振器的質(zhì)量僅為擺臂式的約1/2，并且制造方便，工作壽命長，因而現(xiàn)代汽車幾乎都采用筒式減振器。筒式減振器最常用的三種結(jié)構(gòu)型式包括:雙筒式、單筒充氣式和雙筒充氣式。雙筒式液力減振器雙筒式液力減振器的工作原理如圖4-1所示。其中A為工作腔，C為補償腔，兩腔之間通過閥系連通，當(dāng)汽車車輪上下跳動時，帶動活塞1在工作腔A中上下移動，迫使減振器液流過相應(yīng)閥體上的阻尼孔，將動能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芎纳⒌簟＼囕喯蛏咸鴦蛹磻壹軌嚎s時，活塞1向下運動，油液通過閥Ⅱ進入工作腔上腔，但是由于活塞桿9占據(jù)了一部分體積，必須有部分油液流經(jīng)閥Ⅳ進入補償腔C;當(dāng)車輪向下跳動即懸架伸張時，活塞1向上運動，工作腔A中的壓力升高，油液經(jīng)閥Ⅰ流入下腔，提供大部分伸張阻尼力，還有一部分油液經(jīng)過活塞桿與導(dǎo)向座間的縫隙由回流孔6進人補償腔，同樣由于活塞桿所占據(jù)的體積，當(dāng)活塞向上運動時，必定有部分油液經(jīng)閥Ⅲ流入工作腔下腔。減振器工作過程中產(chǎn)生的熱量靠貯油缸筒3散發(fā)。減振器的工作溫度可高達120攝氏度，有時甚至可達200攝氏度。為了提供溫度升高后油液膨脹的空間，減振器的油液不能加得太滿，但一般在補償腔中油液高度應(yīng)達到缸筒長度的一半，以防止低溫或減振器傾斜的情況下，在極限伸張位置時空氣經(jīng)油封7進入補償腔甚至經(jīng)閥Ⅲ吸入工作腔，造成油液乳化，影響減振器的工作性能。1-活塞；2-工作缸筒；3-貯油缸筒；4-底閥座；5-導(dǎo)向座；6-回流孔活塞桿；7-油封；8-防塵罩；9-活塞桿4-1雙筒式減振器工作原理圖4.2.1相對阻尼系數(shù)ψ的確定相對阻尼系數(shù)ψ的物理意義是：減振器的阻尼作用在與不同剛度C和不同簧上質(zhì)量的懸架系統(tǒng)匹配時，會產(chǎn)生不同的阻尼效果。值大，震動能迅速衰減，同時又能將較大的路面沖擊力傳到車身；值小則反之。通常情況下，將壓縮行程時的相對阻尼系數(shù)取得小些，伸張行程時的相對阻尼系數(shù)取得大些。兩者之間保持的關(guān)系。設(shè)計時，先選取與的平均值。相對無摩擦的彈性元件懸架，取=0.25~0.35；對有內(nèi)摩擦的彈性元件懸架，值取的小些。為避免懸架碰撞車駕，取。取=0.3，則有：計算得：=0.4，=0.2。4.2.2減振器阻尼系數(shù)δ的確定減振器的阻尼系數(shù)δ=2ψCmS。因懸架系統(tǒng)固有頻率ω=CmS，所以理論上δ=2ψmSω圖4-2減震器的安裝形式根據(jù)公式n=Cm代入數(shù)據(jù)得：ω=7.64rad/s，取a/b=0.8，α=10°,由之前數(shù)據(jù)可知，簧上質(zhì)量mS=395kg代入數(shù)據(jù)得減振器的阻尼系數(shù)δ為2973.08N·s/m4.2.3減振器最大卸荷力F0的確定為減小傳到車身上的沖擊力，當(dāng)減振器活塞振動速度達到一定值時，減振器打開卸荷閥。此時的活塞速度稱為卸荷速度vx，按上圖安裝形式時有:vx=Aωcosαa/b式4-4中，卸荷速度一般為0.15~0.3m/s；A為車身振幅，取±40mm；ω為懸架振動固有頻率。代入數(shù)據(jù)計算得卸荷速度為0.24m/s，符合vx在0.15~0.30之間范圍要求。根據(jù)伸張行程最大卸荷力公式：F0=cδvx式4-5中，是沖擊載荷系數(shù)，??；代入數(shù)據(jù)可得最大卸荷力為1070.31N4.2.4減振器工作缸直徑D的確定根據(jù)伸張行程的最大卸荷力F0計算工作缸直徑D為：D=4F0π[p](1?λ式4-6中，[p]——工作缸最大壓力，在3MPa~4MPa，取[p]=3MPa；λ——連桿直徑與工作缸直徑比值，λ=0.4~0.5，取λ=0.4。代入計算得工作缸直徑D為23.26mm減振器的工作缸直徑D有20mm、30mm、40mm、（45mm）、50mm、65mm等幾種。選取時按照標準選用，按表4-1選擇。表4-1減震器類型（單位：mm)工作缸直徑D基長L貯油直徑DC吊環(huán)直徑?吊環(huán)直徑寬度B活塞行程S30110(120)44(47)2924230、240、250、260、270、28040140(150)543932120、130、140、150、270、28050170(180)70(75)4740120、130、140、150、160、170、18065210906250120、130、140、150、160、170、180、190所以選擇工作缸直徑D=30mm的減振器，對照下表選擇其長度：活塞形程S=240mm，基長L=110mm，則：Lmin=L+S=240+110=350mm（壓縮到底的長度）Lmax=Lmin+S=350+240=590mm（拉足的長度）取貯油缸直徑Dc=44mm，壁厚取2mm。

懸架有限元分析有限元研究方法理論有限元法的發(fā)展歷史因為每個單位數(shù)量都是固定的，節(jié)點數(shù)量同樣如此，因此我們稱之為"有限元素法"(FEM，F(xiàn)initeElementMethod)。這種基于電子計算機的數(shù)值處理方式是在二十世紀中期發(fā)展的，它是通過利用變分原則來解決數(shù)學(xué)物理問題的手段。最初，有限元素法被視為由若干單元組成的連續(xù)體的理想模型，這個理念最早可以追溯至四十年代。五十年代，英國航空學(xué)院的阿吉里斯(Argyris)及其團隊使用網(wǎng)格思維完成了結(jié)構(gòu)分析工作。Courant等人發(fā)表的一系列關(guān)于早期的有限元素法的文章推動了它的出現(xiàn)。接下來的十幾年間，有限元素法在全球范圍內(nèi)迅速崛起。六十年代中晚期，外國數(shù)學(xué)家們開始了對于有限元素法的研究，從而為其奠定了扎實的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。1965年，辛柯威茨(O.C.Zienkiewicz)與同事Y.K.Cheung宣告，有限元素法能夠用于任何可以通過偏微分方程進行計算的場問題，這一聲明使得有限元素法獲得了更加全面的理解，并將其應(yīng)用范圍擴大到了更多領(lǐng)域。隨著計算機科技及計算技巧的進步，有限元素法已經(jīng)成為了計算科學(xué)和計算工程領(lǐng)域中最有效的方法之一，幾乎可應(yīng)對所有的連續(xù)物質(zhì)和場的問題。在實際運用上，有限元法的理念已逐漸由結(jié)構(gòu)學(xué)擴展至連續(xù)力的場域問題，例如在熱能、流動性和場域等問題中都有所體現(xiàn)。事實上，自有限元法誕生以來已有超過半個世紀的時間，它的演進過程包括了從小于大小的形變到大于大小的形變，從靜態(tài)問題到復(fù)雜動態(tài)的接觸、穩(wěn)定及振動問題。特別是在計算機與計算技術(shù)的快速進步并在各個領(lǐng)域得到廣泛使用的過程中，它成為了一種既實用且有效的方法[8,13]。有限元方法的分析過程基于特定的模式劃分出并連通彼此的部分組成了固定數(shù)目的單位集群構(gòu)成了有限元素方法的基礎(chǔ)理念[2]。由于其獨特的構(gòu)造形式與多元化的選擇范圍，它能夠有效地處理那些擁有繁復(fù)的幾何形態(tài)的問題領(lǐng)域。通過把龐大的物件或者實體劃分為少數(shù)個數(shù)的集合塊來實現(xiàn)這種分離被稱為"離散",這是由使用變形理論作為基石而構(gòu)建出的核心原則之一[3-4],在此過程中會先研究每個部分的特點后依據(jù)各點位的均衡性和一致性的要求設(shè)定等式關(guān)系再進一步完成總體評估工作;這個步驟就是用一種簡便的方式解決了原本需要大量運算才能得出來的結(jié)果。當(dāng)我們在應(yīng)用限定要素的方法去解決問題的時候，整個解析流程就如同上文提到的那樣(見表五)幾何模型離散單元分析整體分析求解未知節(jié)點位移幾何模型離散單元分析整體分析求解未知節(jié)點位移圖6.1有限元分析過程圖有限元法在懸架設(shè)計中的運用在懸架設(shè)計過程中，有限元法的應(yīng)用對于企業(yè)提升產(chǎn)品質(zhì)量、縮短開發(fā)周期和降低成本起到了積極的推動作用。主要使用有限元法的方式包括：(1)在懸架設(shè)計領(lǐng)域，最常用的有限元法是結(jié)構(gòu)靜力分析，這種方法主要研究的是懸架結(jié)構(gòu)在不考慮時間因素的情況下的應(yīng)力分布和變形關(guān)系。(2)對于結(jié)構(gòu)動力學(xué)的研究可以被劃分為兩個方面。一方面，我們可以利用有限元方法來對車輛構(gòu)造的動態(tài)特征(例如其固有頻率和振型)進行模擬分析;另一方面，我們也可以使用同樣的方法來計算出車輛在受到運動負荷時的反應(yīng)，這種方式更加貼近現(xiàn)實的工作環(huán)境，相比靜力分析更為準確。(3)探究溫度分布狀況：分析懸架結(jié)構(gòu)內(nèi)部的溫度場分布，研究熱應(yīng)力和熱變形情況，包括穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)問題。(4)通過應(yīng)用有限元法來分析流場，可以解決懸架的流體力學(xué)問題，例如在懸架空氣動力學(xué)計算中的運用。(5)對懸架的分裂力學(xué)、接觸力學(xué)以及懸架碰撞和pass安全性進行分析。(6)聲學(xué)設(shè)計在車身內(nèi)部的應(yīng)用：利用車身模態(tài)和整車模態(tài)的結(jié)合，對乘客感知到的噪音進行評估并實施噪音控制。利用精確的有限元模擬技術(shù)，我們可以對產(chǎn)品在實際應(yīng)用過程中的狀況進行虛擬和驗證，以便及時捕捉潛在的問題并防止其在生產(chǎn)或使用過程中被暴露出，從而減少大規(guī)模的重新制作成本，保證了產(chǎn)品的功能、品質(zhì)、穩(wěn)定性、持久度和可維護性。這使得我們能在更短的時間里，用較低的投入來獲取高品質(zhì)的產(chǎn)品[14]。有限元模型的建立模型導(dǎo)入在有限元方法里，我們把整體構(gòu)件視為由若干部分和節(jié)點組成的數(shù)學(xué)建模，每一部分都是對物理屬性的一種微觀描述。顯而易見的是，當(dāng)這些部分能更準確地模擬現(xiàn)實中的特定區(qū)域時，計算出的精準度就會更高。因此，使用能夠充分體現(xiàn)實際情況下各要素如何影響其物理屬性的部件是至關(guān)重要的。這意味著不僅僅需要保證每部分的幾何形狀與其真實形態(tài)相似(也就是幾何真實性)，還需要確保它們在傳導(dǎo)力量和移動方面具有相同的力學(xué)特征(也就是力學(xué)真實性)。基于橫梁的幾何建模，我們對該模型進行了離散處理，構(gòu)建了其有限元素模型，從而生成了計算資料文檔。所謂的離散化，即假設(shè)要研究的彈性和連續(xù)物體可以劃分為若干有限數(shù)量的單元構(gòu)成的幾何形狀，這種連續(xù)物的離散化也被稱為網(wǎng)格劃分。通過離散化的有限元素集群取代原始的彈性和連續(xù)物體，所有后續(xù)的計算評估都在這個計算模型中執(zhí)行。所以，有限元素分析的計算速率及精確度會受到分析模型與真實工程結(jié)構(gòu)物理特性的匹配情況影響[18,19]。定義橫梁單元材料屬性45CrMo具有較高的強度和韌性?？估瓘姸圈襜（MPa）：≥295（30）屈服強度σs（MPa）有限元模型網(wǎng)格劃分在構(gòu)建有限元模型的過程中，網(wǎng)格劃分是一個極其關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，它需要考慮許多問題并消耗大量的努力。選擇的網(wǎng)格形態(tài)會直接決定計算的精確度和規(guī)模，為了保證構(gòu)造出準確且合理的有限元模型，我們應(yīng)當(dāng)遵循以下基本原則：(1)對于網(wǎng)絡(luò)密度而言，其大小對解析成果準確性和運算范圍的影響至關(guān)重要。通常來說，網(wǎng)點數(shù)的提升會帶來更高的精準度的確立，然而與此同時也可能導(dǎo)致更大的操作量增大問題需要被考慮到。因此，我們應(yīng)該平衡這兩個要素來做出決策以選定合適的數(shù)字值作為參考依據(jù)。例如，減少或增多一定的節(jié)點能夠顯著改善了解的高效性能且并無明顯的額外耗費;但是一旦超過某個閾值之后進一步地擴大該參數(shù)可能會造成效率上的損失并且增加了大量的工作負擔(dān)(如細化、構(gòu)建模型等)。故此必須關(guān)注優(yōu)化成本效益的問題。實踐過程中可以通過對比不同格子設(shè)置下的模擬效果來得出結(jié)論。假如兩者的差異非常之巨大的話就應(yīng)當(dāng)持續(xù)擴展這個變量的設(shè)定直到達到預(yù)期的目標為止，反過來的話就需要停下來不再做更多的調(diào)整工作。另外還需要根據(jù)具體的任務(wù)需求去判斷如何制定合理的方案比如要看的是什么類型的資料等等這些都會直接關(guān)系著最終的結(jié)果是否符合預(yù)期標準從而會影響我們的下一步行動計劃的選擇與否呢？(2)關(guān)于網(wǎng)絡(luò)密度的問題在于如何根據(jù)區(qū)域差異來選擇合適的網(wǎng)點尺寸以滿足模擬結(jié)果的數(shù)據(jù)特征需求。例如，當(dāng)某個特定位置的變化率較大的時候(比如壓力聚集的地方),就需要使用更緊密的格子以便更好地捕捉這種變換模式;然而相反的情況是如果這個地方變動緩慢的話，我們就可以通過設(shè)置較為寬松的節(jié)點布局從而降低整體建模的大小并提高效率。這樣的方式不僅能保證準確性的同時還能有效控制節(jié)點的總量增長。所以關(guān)鍵部分應(yīng)該被賦予更多的單元并且次級的部分不需要額外的加載更多單位體積內(nèi)的元件也不劃算且浪費資源。對壓強做進一步研究的過程中，特別是在考慮動態(tài)因素下尤其如此——也就是所謂的“動力學(xué)”問題上，用到的就是非統(tǒng)一化的、具有多樣化特質(zhì)的分割方法了。這主要是由于這些特殊的位置往往會產(chǎn)生一些特殊的效應(yīng)或者反應(yīng)機制等原因所導(dǎo)致的。另外一種情況則是當(dāng)我們試圖去尋找某種物體的內(nèi)在屬性時候通常就會傾向與更加均衡的方式處理這個問題——這就意味著我們要盡可能使得各個方向上的響應(yīng)都盡量接近一致的狀態(tài)而不是出現(xiàn)過于偏離的現(xiàn)象發(fā)生。同樣的道理也可以應(yīng)用在我們討論的熱流方面。(3)單位級別的劃分：大部分單位均呈現(xiàn)出二階與三階的形式，而這些二階或者三階的單位則被稱為高級別單位。選擇高級別單位能提升計算準確度，由于其更精準的曲線或曲面邊緣描繪了結(jié)構(gòu)的曲線或曲面邊緣，同時也能以較高的次數(shù)來擬合復(fù)雜場的函數(shù)，所以在結(jié)構(gòu)形態(tài)異樣、壓力分布或是形變較為繁雜的時候，可以選擇高級別單位。然而，高級別單位的結(jié)點更多，同樣網(wǎng)格數(shù)的條件下，用高級別單位構(gòu)建的模型體積會更大，因而在應(yīng)用過程中需要仔細斟酌計算精確度及耗費的時間。(4)對于網(wǎng)絡(luò)的幾何形態(tài)而言，其品質(zhì)代表著合理的程度和對數(shù)值模擬準確性的影響力。如果網(wǎng)格式劣質(zhì)到一定地步的話，它可能會導(dǎo)致計算機停止運行或出現(xiàn)錯誤的情況發(fā)生。因此，劃定網(wǎng)格的時候必須滿足一定的標準來確保它的優(yōu)良特性。盡管只是個別區(qū)域可能有較弱的表現(xiàn)，但優(yōu)質(zhì)格式的確能帶來較大的整體偏離情況;而另一方面來說，一些不太重要的部分可以適當(dāng)?shù)販p少對其高標準的追求。然而，一旦發(fā)現(xiàn)某個地方出現(xiàn)了非常糟糕的問題(被稱為變形問題),那么整個操作就會被迫暫停下來或者產(chǎn)生其他意外的結(jié)果了。所以我們應(yīng)該仔細審查我們的分割結(jié)果以防止由于低效或是缺陷導(dǎo)致的停機或者是軟件故障等問題的發(fā)生(5)對于一些特殊的網(wǎng)格邊界和節(jié)點，它們代表了結(jié)構(gòu)中的某些關(guān)鍵區(qū)域如材料的交接處、形狀變化的地方、施加力的位置或者受限的位置等等。這些地方需要被明確地劃入到網(wǎng)格邊界或是節(jié)點的范圍里，以確保對材料特性和物理性質(zhì)、力與變形限制條件的設(shè)定符合其特征，而不是相反的情況發(fā)生。例如，常見的關(guān)鍵部位包括材質(zhì)的接觸區(qū)、幾何形態(tài)的變化部分、分散壓力的劃分線、集中的負載地點及移動的限制場所等。(6)移動一致性：移動的一致性指的是單元內(nèi)的力量和扭矩可以經(jīng)由節(jié)點的途徑傳輸?shù)脚R近單元。為了確保移動的一致性，每個單元都應(yīng)該擁有其鄰居單元的節(jié)點作為自己的節(jié)點，而不能只是內(nèi)部或者邊緣節(jié)點，并且所有共同擁有的節(jié)點需要具備同樣的自由度特性。如果不是這樣，那么單元間就需要使用多個連接方程或者約束單元來加以限制。(7)對稱網(wǎng)格布局：當(dāng)結(jié)構(gòu)形狀呈現(xiàn)出對稱性時，應(yīng)該使用對稱的網(wǎng)格劃分方法來保證模型展示出相關(guān)的對稱特征。不對稱的網(wǎng)格布置可能會引發(fā)一些誤差[13]。橫梁仿真分析生成仿真模型由于有限元分析會把實體的形狀分解成若干部分，即單元，它們由連接它們的節(jié)