摘 要

伴随着国民生活水平的不断提高，人们对汽车产品的性能需求也逐渐增加。除了要求汽车能提供足够的驱动力和拥有良好的经济性外，还对汽车的乘坐舒适性以及操纵稳定性的体验设有较高的标准。

本文以2017款凯迪拉克XTS的官方技术参数作为参考资料，设计时根据其整车基本参数并参考汽车设计等相关设计书籍，确定悬架的结构和性能等基础参数。应用CATIA V5建立了该悬架系统的三维模型，比较清楚的展示了此悬架的空间结构特征。主要对悬架构件中的弹性元件（螺旋弹簧）、阻尼元件（减振器）、稳定装置（横向稳定杆）以及导向机构等进行了设计计算。然后在ADAMS/Car中分析了悬架的运动特性，再将模型导入到ADAMS/Insight中进行了参数化，据此对悬架系统进行了运动学仿真优化分析。通过对悬架硬点于前轮定位参数的灵敏度分析，找到了悬架运动过程中各参数的变化规律，并对悬架系统进行了优化改进。优化改进后悬架的性能明显提高，验证了改进方案的可行性。

本文的特色在于特色的是对传统的麦弗逊悬架进行了结构改进设计，在转向节和减振器之间增设了一个轭型构件，在原理上减小了主销偏移距和主销内倾角，提高了车辆在急速过弯时的操纵稳定和轮胎的抓地能力。

关键词：麦弗逊式悬架系统；三维建模；ADAMS；运动仿真

Abstract

With the continuous improvement of national living standards, people's performance requirements for automotive products has gradually increased. In addition to requiring the car to provide sufficient driving force and good economy, but also on the ride comfort and handling stability of the car has a higher standard.

In this paper, 2017 Cadillac XTS official technical parameters as a reference material, according to the design of its basic parameters and reference to automotive design and other related design books to determine the suspension structure and performance and other basic parameters. The three dimensional model of the suspension system was established by using CATIA V5, and the spatial structure of the suspension was clearly demonstrated. The design and calculation of elastic elements (coil springs), damping elements (shock absorbers), stabilizing devices (transverse stabilizing rods) and guide mechanism in suspension structures are mainly carried out. Then, the motion characteristics of the suspension are analyzed in ADAMS / Car, and then the model is parameterized into ADAMS / Insight. The kinematic simulation of the suspension system is analyzed and optimized. Through the analysis of the sensitivity of the suspension point in the front wheel, the variation rules of the parameters in the suspension process are found, and the suspension system is optimized and improved. The performance of the improved rear suspension is improved obviously, and the feasibility of the improved scheme is verified.

The characteristic of this paper is that the traditional McPherson suspension has been designed to improve the structure. A yoke structure is added between the knuckle and the damper to reduce the main pin offset and the main Pin inclination, to improve the vehicle in the rapid cornering of the manipulation of stability and tire grip capacity.

Key words: McPherson suspension system; 3D modeling; ADAMS; Motion simulation

目 录

第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 现代车辆悬架概述 1

1.2.1 车辆悬架分类 2

1.2.2 悬架研究现状 3

1.3 麦弗逊式悬架概述 4

1.4研究的内容和方法 4

1.4.1 本文的研究内容 4

1.4.2 本文拟采用的研究方法 5

第2章 麦弗逊式独立悬架系统设计 6

2.1 悬架结构形式确定 6

2.2 参考车型的整车配置参数 7

2.3 悬架主要参数的确定 7

2.3.1 悬架频率的选择 7

2.3.2 悬架的静挠度 8

2.3.3 悬架的动挠度 9

2.3.4 悬架弹性特性 10

2.3.5 悬架刚度计算 10

2.4 本章小结 11

第3章 麦弗逊式悬架系统构件的设计 12

3.1 螺旋弹簧的设计 12

3.1.1 概述 12

3.1.2 螺旋弹簧材料的选择 12

3.1.3 螺旋弹簧刚度的计算 12

3.1.4 螺旋弹簧参数设计计算 13

3.2 减振器的设计 17

3.2.1 概述 17

3.2.2 减振器的结构类型选择 17

3.2.3 减振器主要性能参数的选择 18

3.3 横向稳定杆的设计 20

3.3.1 横向稳定杆结构 20

3.3.2 横向稳定杆的参数设计 21

3.3.3 横向稳定杆校核 23

3.4 导向机构设计 24

3.4.1 悬架横向平面上的几何参数 24

3.4.2 悬架水平面上的几何参数 24

3.4.3 悬架纵向面上的几何参数 25

3.5 本章小结 26

第4章 麦弗逊式悬架系统运动特性分析 27

4.1 麦弗逊式悬架系统的简化 27

4.2 麦弗逊式悬架系统的建模 29

4.3 麦弗逊式悬架系统运动特性仿真分析 31

4.3.1 车轮外倾角变化 31

4.3.2 主销后倾角变化 32

4.3.3 主销内倾角变化 33

4.3.4 主销偏移距变化 33

4.3.5 前轮前束角变化 34

4.4 本章小结 35

第5章 麦弗逊悬架系统运动学优化分析 36

5.1 优化试验设置 36

5.2 灵敏度分析 36

5.3 优化试验结果对比 38

5.4 本章小结 41

第6章 麦弗逊悬架系统三维建模 42

6.1 概述 42

6.2 悬架构件的建模 42

6.2.1 车轮的创建 42

6.2.2 螺旋弹簧的创建 43

6.2.3 加强臂的创建 43

6.2.4 转向节的创建 44

6.2.5 下摆臂的创建 44

6.3 悬架构件的装配 44

6.3.1 减振器的装配 44

6.3.2 悬架总成的装配 45

6.4 本章小结 46

结 论 47

参考文献 48

附 录 49

附录A 螺旋弹簧的计算程序 49

附录B 横向稳定杆的计算程序 52

附录C 减振器的计算程序 53

致 谢 55

第1章 绪论

1.1 引言

伴随着国民生活水平的不断提高，人们对汽车产品的性能需求也逐渐增加。除了要求汽车能提供足够的驱动力和拥有良好的经济性外，还对汽车的乘坐舒适性以及操纵稳定性的体验设有较高的标准。随着平台化和模块化设计的普及，消费者们在选择车型时更多的会去关注新的汽车产品的底盘整体性能，而汽车底盘中的核心组成部分就是悬架系统，为了满足消费者日益增加的消费需求，汽车设计者们或是坚持对现有悬架做出改进，或是研发、研制出各式新型的悬架。因此，推动了汽车悬架系统的高速发展。为了提高汽车的整车性能，在进行汽车悬架总成设计时，必须根据汽车底盘的具体情况来针对性地设计悬架系统，使其与汽车底盘有较高的匹配度。