汽车底盘悬架结构设计的浅析.pdfVIP

汽车底盘悬架结构设计的浅析 王文明 付贺利 天津天堰科技股份有限公司 天津 300000 摘要：随着汽车技术的不断进步，汽车底盘系统越来越复杂，其各组成子系统之间的相互作 用也日益明显，底盘系统设计涉及到多学科领域，使得底盘系统的总体设计过程十分复杂。 为挖掘设计潜力，提高设计质量，本文从汽车底盘悬架结构设计特征出发，分别介绍汽车底 盘悬架结构的子系统设计与主动悬架系统的设计。以求促进汽车底盘悬架结构的设计发展。 关键词：汽车底盘；悬架结构；设计 中图分类号：U463 文献标识码:A 引言 一般来说，汽车底盘主要包括传动系统、行驶系统、转向系统和制动系统。汽车传动系 统将发动机发出的动力传递给驱动轮，保证汽车在各种不同的工况下均能正常行驶，并具有 良好的经济性和动力性；行驶系统的作用一方面承受从车轮传递的垂直、纵向、侧向反力及 其力矩，并起导向作用，使车轮按一定轨迹相对车身运动，另一方面通过车架安装各种零部 件，保证汽车各总成之间的协调运动。 一、汽车底盘悬架结构设计特征 1.电子化 人们在底盘的四大组成系统中开发了不同的电子控制系统，如图1.1所示。这些电控系 统按汽车运动方向可以分为三类：纵向的制动和驱动控制、横向的转向和横摆力矩控制以及 垂向的悬架控制。目前汽车底盘的电子控制系统大部分围绕某一功能来开发，并通过轮胎与 地面间的接触力产生作用。如制动防抱死装置，通过控制纵向力，使汽车在制动时能更好借 助轮胎来充分利用路面附着系数，缩短制动距离，提高汽车安全性能；主动悬架，通过控制 垂向力，达到对汽车垂向运动和车身姿态的侧倾、俯仰运动控制的目的，提高了汽车的操纵 性和舒适性。 2.集成化 汽车电子设备和汽车总线技术已成熟并推广使用，使得底盘集成化技术得到飞速的发 展，特别是在汽车企业得到了重视和发展。由Delphi 公司开发的统一底盘控制系统UCC， 该系统关联了ASR、EPS、ASS 等功能，使用传感器帮助底盘监控路况，能帮助驾驶员有效降 低交通事故，提高主动安全性。这些集成技术主要是在现有的悬架、驱动/制动和转向等功 能相对独立的电控系统传感器、控制单元和执行机构上，通过总线传输将汽车中各种电控单 元、传感器、执行机构等联接起来，实现集成化控制。虽然它们工作原理不同，但它们存在 传感器、数据传输和执行机构的共享。 3.轻量化 自上个世纪末以来，为了应对能源短缺，再没有找到更好的替代燃料前提下，不论对传 统燃油汽车，还是新能源汽车，汽车轻量化技术都是一项共性的基础技术，世界各主要汽车 生产企业都将汽车轻量化作为产品开发的重要环节，予以高度重视。大量研究表明，汽车轻 量化设计技术对降低燃油消耗，提高燃油经济性、减少排放有较大的贡献。据统计，车重每 减轻 10％，可节省燃油 6％～8％，燃油效率提高 5.5％，排放下降 4％～6%。随着汽车轻 量化技术研究的深入，汽车轻量化过程包含了更多的内容，如制造工艺、材料、数据库、产 品设计技术标准等多个方面，涉及到制造、设计、检测等多个学科，是一个复杂的系统工程。 但是从上述轻量化设计研究结果来看存在一些问题。如基于有限元仿真优化问题的梯度信息 一般嵌于软件内部，很难控制优化步骤和效率，给这些方法的应用造成了困难，限制了它们 对基于有限元仿真问题的优化分析，从而，选择合适的优化方法仍然是研究人员需要解决的 一个难题，另一方面，在轻量化优化设计中，忽略了设计变量的波动，同时也没有考虑一些 不确定性因素对优化结果的影响，如荷载、环境、加工工艺及材料属性等，常常导致最优解 违反约束条件而成为非可行解，没有将设计结果的可靠性考虑进去。 二、汽车底盘悬架结构设计 1.ASS 子系统设计模型 主动悬架是用一个有自身能源的力发生器来代替被动悬架中的弹簧和减振器而形成的， 它通常由执行机构、测量系统、反馈控制系统和能源系统四部分组成。汽车通过对主动悬架 系统的调节，达到对汽车垂向运动和改善车身姿态的侧倾、俯仰运动控制的目的。考虑到当 汽车转向时，转向过程存在的惯性力导致了底盘的侧倾运动和俯仰运动，形成悬架系统与转 向系统之间的耦合关联，从 EPS 和 ASS 两系统集成建模的角度，在系统坐标系中建立半车 系统模型，主要考虑了悬架垂直运动、俯仰运动以及侧倾运动。 1.1俯仰运动 简化后整车的俯仰运动示意图如图 3.6 所示。通过力学分析，可以得到汽车悬架俯仰 运动微分方程，分别如式（3-7）至（3-