中级轿车多连杆后悬架设计-王昱昕-20070306中级轿车多连杆后悬架设计--------几何学定义GEOMETRY二零零七年三月六日PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 comcn序言本文档主要从整车总布置角度出发在总体概念设计阶段进行悬架的选型硬点几何定义设计从而确定悬架各相关部件的详细结构设计边界和输入信息PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 comcn目录后悬架常见类型多连杆优缺点详细分析预备信息多连杆后悬架几何详细定义步骤悬架目标设定PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 comcn常见后悬架类型1 拖曳臂TRAILING ARM2 扭曲梁TWIST AXLE3 多连杆MULTILINKPDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 comcn拖曳臂 TRAILING ARM 后悬架优点沿Y和Z方向的尺寸较小因此对于后部车厢布置非常有利能有较好的空间利用率尤其是轮罩之间的宽度较大和容易布置备胎和油箱悬架和车身容易装配悬架结构简单零部件少容易分装由于没有衬套滞后性较小容易保护后驱Compatibility with traction缺点在沿着车身与拖曳臂的旋转轴拖曳臂的长度和宽度有比较大的杠杆比因此当存在侧向载荷有不利的前束在车身的横向翻转有不利的车轮外倾角如果有一个比较合适的悬转轴有可能纠正外倾角但这样会影响轮罩之间的宽度不好的调整潜能所有的几何特征和相应变形参数都是相关联的由于缺少衬套不能进行有效的衰减震动PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 comcn扭曲梁 TWIST AXLE 后悬架优点悬架和车身容易装配悬架结构简单零部件少容易分装垂直尺寸较小水平方向尺寸较小有利于布置备胎和油箱在车轮上下跳动不同可以进行自动调整车轮外倾角当车身有横向倾斜可以进行前束自动调整有好的操纵性能尤其是在光滑路面当存在障碍物有增大轮距的能力如果设计要求拉焊有比较大的抗误操作强度缺点Skoda Fabia对横向和纵向的梁的拉焊工艺有比较严格的质量要求不利于进行驱动对车辆动态最小化比较敏感–轴上的满载变化PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 comcn多连杆 MULTILINK 后悬架多连杆悬架具有下列优点有良好的操纵稳定性和平顺性这一良好的潜在性能是由下列主要的几何特性所决定当存在横向载荷前束将自动纠正 Toe-in recovery当存在纵向载荷前束将自动纠正 Toe-in recovery在车轮跳动行程中外倾角自动纠正 Camber recovery当碰到障碍物轮距适当增大与后轮驱动有很好的兼容性当后轮驱动有很好的转向力矩控制多连杆通常有下列缺点有较多的零部件加工制造复杂调教实验比较复杂而且与其他车型共用平台适应性研究比较复杂 THREE-LINK AUDI A3 NEW GOLF对悬架几何参数和弹性元件特性有较高的敏感性承载能力和悬架重量比值不合理需要副车架误操纵容易损坏悬架整体尺寸较大降低后部车厢的空间利用率影响后底板布置在欧美市场工业制造有较高的成本Only one archetype is adopted by all makers a longitudinal arm guided by transverse linksPDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 comcn附前束将自动纠正Toe-in recovery大多数多连杆独立后悬架都只是某种传统悬架的变体最大的改进应该就在于toe controlarm 不管具体形式再千奇百怪用到的toe control原理大多都是图中所示的平行连杆原理实际的toe control arm不一定非要和某横摆臂平行它也可能平行于某半拖曳臂甚至悬架总成中也可能根本没有标准的横摆臂但是因为半拖曳臂实际上可以分解为一条横摆臂和一条拖曳臂的组合这里面的控制原理都没有改变有的实际甚至不一定出现单独的toe control arm比如Audi的形连杆后悬架其形连杆实际上就相当于两条不等长半拖曳臂合二为一原理还是万变不离其宗PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 comcn附前束将自动纠正Toe-in recovery前束控制臂下控制臂等长平行连杆前束控制连杆和下控制臂上图所示的是前束控制臂和下控制臂等长的情况情况当车轮上下跳动下控制臂和前束控制臂末端的运动轨迹是半径相同的圆弧所以车轮在正常的平衡位置下设定的前束不会改变过弯也一样尽管侧倾导致悬架动作但两侧后轮的前束都能保持稳定PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 comcn附前束将自动纠正Toe-in recovery前束控制臂下控制臂如果平行连杆不等长实际上就组成了所谓形连杆如上图所示如果正常的平衡位置是图中画的那样当车轮上下跳动由于两条连杆末端运动轨迹是半径不同的圆弧假设前束控制连杆较短则无论车轮如何跳动前束都会比平衡位置时增加PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 comcn附前束将自动纠正Toe-in recovery前束控制臂下控制臂如果改变平衡位置的设定比如象上图所示平衡位置两条连杆的组合就不再是严格的平行连杆了从图中可见车轮上跳就会倾向于前展向下跳则会倾向于前束考虑转弯的状况重心向外侧移动车身出现侧倾外侧后轮就相当于向上摆内侧后轮则相当于下摆于是外侧前展内侧前束减弱了转向不足倾向弯道越急入弯速度越快侧倾也就越大后轮的前束变化也会越明显或者说后悬架对转向不足的自动补偿也越强从而改善了弯道性能其实两条连杆如果不在同一平面内如上图那样倒也不非得是不等长的不可PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 comcn附前束将自动纠正Toe-in recovery 向载荷Toe inToe inFront wardFY ward转弯上跳正横向力PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 comcn附前束将自动纠正Toe-in recovery 纵向载荷Front Toe inwardwardFXPDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 comcn附外倾角自动纠正Camber recovery 车轮跳动侧向力Camber CamberdZFyPDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 comcn附当碰到障碍物时轮距适当增大FrontwardFXdX这一段位移能吸收来自碰到障碍物的冲击Golf VM 11PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 comcn 附后部车厢的空间利用率22WW202 后轮辋之间的最小距离PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 comcn附后部车厢的空间利用率PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 comcn预备信息A 汽车轮廓图及相关尺寸信息B 车轮上下跳行程 compression reboundC 需要布置传动轴或不需要传动轴或需要传动轴保护定义D 轮辋轮胎尺寸型号E Loading capability承载能力定义F 基于整车布置的硬点G 一些关于沿用件的约束H 操稳平顺性目标设定I Features of the front suspension前悬架的特征 L 连杆制造工艺的可行性PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 comcn几何学定义程序步骤1 - 选择多连杆类型两连杆三连杆和梯形结构2 - 选择哪些点固定在副车架上哪些不是3 - 定义纵向拖臂的长度和倾度4 - 定义主销轴5 - 定义下控制臂长度和方向6 -定义上控制臂长度和方向7 定义减震器和弹簧的布置型式8 - 定义前束控制臂Toe control arm 的长度和方向9 定义衬套刚度 stiffness curvesPDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 comcnStep 1 - 选择多连杆类型两连杆三连杆和梯形结构A- 有两根横向臂叫两连杆 Two-link B- 有三根横向臂叫三连杆 Three-linkC-多连杆的变体就是梯形结构多连杆Trapezoidal 形连杆实际上就相当于两条不等长半拖曳臂合二为一很多日系车广泛使用注给定连杆数目可以用衬套刚度来进一步控制悬架变形但如果采用这一方式就有由于公差问题引起的风险两连杆Two-link 三连杆Three-link 梯形结构TrapezoidalPDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 comcnTWO-LINK LOTUS CONCEPT ULSASTwo-link只有外倾角可以通横向控制臂进行几何调节前束控制有时也可以通前衬套的弹性实现但这使由于公差引起的悬架变形要比三连杆的大前衬套TWO-LINKSVAUXALL OPEL VECTRATWO-LINK BMW MINI200 mmWe loose roughly 200mm because the movement of the upper lower transversal links combined withthe presence of the spare wheel determine multiplecurves in the exhaust line to go from the centre tothe sidePDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 comcnThree-linkCamber link外倾角和前束控制可以单独进行分别有一个控制臂连杆因此在这种基本的结构下性能的实现要Trailing arm with 更少依赖于衬套的调教knuckle前衬套仅仅起纵向弹性和震动过滤的作用那么实际上一些衬套刚度相互影响的设计是为了能达到一个更高的性能Main transverseToe link linkFord Focus and CVW Golf V TouranAudi A3PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 comcnToyota Avensis 梯形结构Trapezoidal一根梯形臂两根连杆梯形臂具有纵向拖臂和横向臂的双重功能另外再加两个横向臂如Avensis A4 或者一根横向臂如Civic这种结构有比较大的外倾角前束和舒适性的弹性控制范围但这一良好的潜在性能决定于有良好的高精度设计和高精度的衬套生产工艺以及一个非常复杂的梯形纵向拖曳臂此臂需具备一额外的横向臂连杆功能很小的设计问题会造成非常艰难的性能调教很小的公差问题会产生直接的动态品质注就因为这些由于公差等因素的不可避免的敏感性很多中级车设计时不考虑这种结构类型Honda Civic一根梯形臂两根连杆HondaCivicHondaCivicPDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 comcnToyota Avensis 的梯形结构多连杆后悬架PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 comcnToyota Avensis 的梯形结构多连杆后悬架外倾角控制臂连接副车架连接转向节连接弹簧和减震器前束控梯形臂制臂通一个复杂的衬comPDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 comcnToyota Avensis 的梯形结构多连杆后悬架连接外倾角控制臂连接制动连接前束控制臂连接提醒臂PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 comcnStep 2 -选择哪些点固定在副车架上哪些不是固定在底板上固定在副车架上将硬点固定在副车架上- 能降低重量和成本-增加前束和外倾角的控制精度-增强动态力的过滤如果它的惯量高于BIW如果它是通衬套固定在BIW上对于一个中级车而言仅仅外倾角控制臂和前束控制臂固定在副车架上PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 comcnStep 2 -选择哪些点固定在副车架上哪些不是固定在底板上固定在副车架上PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 comcnStep 3 - 定义纵向拖臂的长度和倾度相关的点是点1和点16- 抗俯仰角看下边几页 anti-rise and anti-squat angles-1点位置要考虑BIW的约束-四驱保护保持臂的轴线与XZ平面平行在这一臂连杆的牵引载荷要低而且这一点是非常重要的因为这一连杆必须要瘦象个刀片沿用于四驱的SUV-如果在一般的轿车上增大离地间隙可以减小下跳行程增加上跳行程来实现-如果点1的Z坐标远大于点16的Z坐标-如果前后轴之间有稳定的牵引力分配即后轴有稳定的牵引力整个车身的运动角度需要校核避免在启动候后部车身的过分抬高同样是这个原因BMW在设计X3 的候没有采用3连杆因为他的两根连杆不允许抬高车身来增加离地间隙因此它沿用了X5 的5连杆悬架这样 X3 的后悬架成本和X5完一样大X5 比3X大很多REAR SUSPENSIONX Y Z1 2086 -588 502 2730 -1875 -318 55 26729 -6781 -739 44 2462 -4526 662 15 24717 -6178 507 6 2570 -3375 15610 25827 -6533 14814 26843 5699 -1056100 26868 -5676 291216 2551 -742 27619 26865 -5679 240717 2685 -5693 214PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 comcn制动anti dive anti rise 分析制动 anti dive anti rise 分析Case of braking with outboard brakes前后轴50-50 的制动分配Gpitch centreaic agrfgr icraDF agfgfbbbz b grgfgrgfFxf FxrDFanti dive index ztan bgfb anti dive angle I 100bgfadgftan agfanti rise indextan bgrb anti rise angle I 100bgrargr tan agrPDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 comcn制动 anti dive anti rise 分析制动 anti dive anti rise 分析Case of braking with inboard brakes前后轴50-50 的制动分配Gpitch centreaagra grDFz acfcficf ic FxrrbbcfF cf bxf bcrcr DFzanti dive index tan bb anti dive angleI 100 cfbcf adcftan acfanti rise indextan bcrb anti rise angle I 100bcrcr tan acrPDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 comcn驱动 anti liftanti squat 分析驱动 anti liftanti squat 分析Gpitch centreagra gracfcf DFFxf icf ic zrbbcf Fcf b xrDF bcrz cranti lift index tan bb anti lift angle I 100 cfbcfalcftan acfanti squat index tan bb anti squat angle I 100 crbcrascr tan acrPDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 comcn纵倾分析前麦弗逊后多连杆前后轴50-50 的制动分配某些车型在悬架拖曳臂上的铰接点处具有旋转心icicfficicrrb pitch centerbgfgfbbgrgrPDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 comcn纵倾分析大的主销后倾角和后多连杆前后轴50-50 的制动分配大主销后倾角可以抬高在制动时的纵倾心但在驱动时它会增大升高的行程因此不适合用在前驱车上大主销后倾角是BMW麦弗逊悬架的主要特征pitch center icicfficicff ic icrrb pitch centerbgfgfbbgrgrPDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 comcnAnti lift anti dive 分析麦弗逊悬架Anti liftanti dive 分析麦弗逊悬架Shock absorber axis Orthogonal axisRotation axis of the armANTI-LIFTCentre of instantaneous90 ° rotationbStraight parallel to ground and passing in wheel center。