摘 要

随着中国经济持续稳定增长，城乡居民收入水平也不断提高。人们的生活水平日益改善，对衣食住行有了更高的需求，截至2017年年底，我国汽车市场销量达2800多万辆，已连续9年位列全球首位。其中，家用轿车在汽车市场上占有很大的份额，人们追求更加舒适的乘坐感觉，进而对空间要求更高，因此大空间的中型轿车的销量日益增长。我国也将致力于从汽车大国迈入汽车强国之列，因此对汽车核心零部件的设计研发显得尤为重要，本文将以“景程2013款1.8 SE舒适版 MT”家用轿车为参考对象进行前悬架设计，涉及悬架的选型以及关键零部件的设计计算并进行校核分析，之后，使用CATIA软件对零件进行建模。最后，将模型导入ADAMS进行运动仿真。

关键词：中型轿车；前悬架;设计计算；CATIA

Abstract

With the continuous and steady growth of Chinas economy， the income levels of urban and rural residents have also been continuously improved，peoples living standards have improved， and there has been a higher demand for clothing， food， housing and transportation.By the end of 2017， the sales volume in Chinas auto market reached 2，800.More than 10，000 vehicles have been ranked first in the world for nine consecutive years.Among them， the sedan has a large share in the market.With the increasing demand for large cars， the sales of medium- sized cars are picking up，and China will also commit itself to becoming a car powerhouse from the car big country.Therefore， it is particularly important for the design and development of automotive core components.This article will design the front suspension of20131.8 SE Comfort Version MT as its research object，involving the selection of suspension and the design and calculation of key components.Check and analyze， afterwards use CATIA software to model the parts design， and then assemble.Finally， the model was imported into ADAMS for motion simulation.

Keywords:medium car;front suspension;design calculations;CATIA

目 录

第 1 章 绪论 1

1.1 引言 1

1.1.1 论文研究背景和意义 1

1.1.2 国内外研究现状及发展趋势 3

1.2 论文主要研究内容、方法、目标 4

1.2.1 研究内容 4

1.2.2 研究方法 5

1.2.3 研究目标 5

第 2 章 前悬架的结构选型与分析 5

2.1 前悬架的设计要求 5

2.2 悬架的结构选定 6

2.2.1 悬架结构分类 6

2.2.2 悬架方案的确定 7

第 3 章 悬架的设计计算 8

3.1 悬架的总体布置方案 8

3.2 前悬架总体参数设计计算 8

3.2.1 前悬架频率 8

3.2.2 前悬架工作行程 9

3.2.3 悬架刚度 9

3.3 前悬架弹性元件设计 10

3.3.1 弹簧材料的选定 10

3.3.2 弹簧参数的设计计算 10

3.3.3 弹簧校核 11

3.3.4 弹簧总圈数 11

3.3.5 弹簧的工作变形量 12

3.3.6弹簧的几何尺寸 12

3.4麦弗逊悬架导向机构的设计 12

3.4.1 麦弗逊悬架受力情况 13

3.4.2 主销轴的布置 14

3.4.3横臂轴的选型与布置 15

3.4.4 横摆臂几何参数的确定 16

3.5 减振器的设计 17

3.5.1 减震器的选型 17

3.5.2 减振器参数设计 18

3.5.3 减振器最大卸荷力的确定 19

3.5.4 筒式减振器工作缸直径D的确定 20

3.5.5 最小导向长度的确定 21

3.5.6 活塞尺寸B 21

3.6横向稳定器的设计 21

第 4 章 麦弗逊前独立悬架的三维建模 22

第 5 章 基于ADAMS的仿真分析 25

5.1 硬点参数 25

5.2 建立仿真模型 25

5.3 执行车轮同向激振仿真 26

5.4 ADAMS仿真分析与验证 26

5.4.1 前轮外倾角 26

5.4.2 前轮前束角 27

5.4.3 主销后倾角 28

5.4.4 主销内倾角 28

5.5 优化设计 29

5.5.1 前轮外倾角（优化后） 30

5.5.2 前轮前束角（优化后） 30

5.5.3 主销后倾角（优化后） 31

5.5.4 主销内倾角（优化后） 31

第 6 章 结论 32

参考文献 33

致 谢 34

第 1 章 绪论

1.1 引言

1.1.1 论文研究背景和意义

近年来，伴随 GDP的高速增长，我国的综合国力日益强大，在经济、军事、科技等各个领域都取得了世界瞩目的成绩，中国的崛起震惊了许多西方发达国家。国家日益强大，经济水平不断提高，身为国民的我们也享受到了诸多好处，我们的生活条件也比祖父辈好上很多，在“衣食住行”各个方面都能有所体现。谈到“行”，我们的日常外出早已与汽车密不可分，中国汽车行业自2002年以来已经开始爆发式增长，个人消费的增加导致了汽车需求的激增。当供小于求时，资本为了逐利，更多的资本就会流入汽车行业，企业争相制造更多的产品来满足市场的需要，从而获得市场利润，从而推动整个汽车行业的发展。随着汽车行业的快速发展和国内需求的不断扩大，2009年至今，中国汽车产销量连续九年位居世界第一。^[1]2017年虽然增速较前些年有所放缓，但是由于庞大的内需还未被完全挖掘完毕，国人可支配收入的不断提升，消费水平也在上升，这决定了汽车市场的发展仍有空间。同时，在国家2025年制造政策指导下，中国汽车制造业从一开始严重依赖国外技术，逐步过渡为自主研发产品，很多汽车自主品牌如吉利、比亚迪、广汽传祺等崛起了，自主品牌发展态势良好，乘用车销量突出。自主品牌销量持续上升，究其原因，跟我国汽车品牌自主研发的技术进步有着密切关系。在国家政策的扶持和号召下，企业在产品、技术、市场、组织等诸多方面进行转型，汽车工业向智能化、电动化进步发展，坚持对外开放和自主研发相结合，打铁还得自身硬，坚决杜绝拿来主义，切实提高我国汽车产业的自主研发能力，推动汽车产业转型升级，真正实现中国从大型汽车国转变为强大汽车国，提升国际竞争力。

在正常情况下，按用途分类，车辆类型分为两类：一类是商用车，另一类是乘用车。

商用车：设计用于商业运输的车辆，在技术特征满足运输人员和货物以供使用，并且它们可以拖曳拖车，并且主要分为以下类别：（1）客车：用来载乘客及其随身行李的商用车辆。（2）半挂牵引车：其目的是拖运配备特殊设备的半拖车和商用车辆。（3）货车：设计用作运送货物的商用车辆，可以用来拖拉拖车。

乘用车：该车辆的目的是使用车辆作为私人交通工具，技术特征满足承载乘客及其随身行李和临时货物，可以拖引拖车，座位不超9个（包括司机）。

乘用车又可以被划分为主要以下几类：（1）基本乘用车（轿车），（2）运动型多用途车（SUV），（3）多用途车（MPV），（4）交叉型乘用车，（5）专用乘用车等^[2]

在乘用车市场上，当属基本乘用车轿车的年销量非常高，而轿车则根据其排量的大小而定。它可以分为微型车，小型车，小型车，中型车，中型和大型车，以及大型车。其中，中型车的轴距：2.8米~3.0米，车长：4.8米~5.0米，发动机排量：2.0 L~3.0 L，代表车型丰田凯美瑞、大众 cc、博瑞、本田雅阁、宝马3系、景诚等。

我国家用中型轿车的市场销量自2014至2016年持续下滑3年后，在去年2017年中，其市场销量和市场份额终于迎来反弹。各个车企曾经把中型轿车市场看作为既具有销量，又具有品牌提升效应的市场，然而近年来，随着SUV和高端紧凑型车继续抢占市场份额，中型轿车市场受到打击。但是从去年的整体销量和推出新车型的风向来看，中型轿车的风格逐渐进行转变，由原先的行政商务风变为时尚运动风，目标可能是为了迎合年轻人的口味，抓住年轻人这一消费群体，再顺应消费升级的潮流，从而带动中型轿车这一细分市场。2013年，中国国内中型车首次突破200万辆的销量，但未来两年，中型车的市场销量呈现一路下滑的景象，水平下降得十分严重，到2016年甚至倒退回2012年的水平，市场份额下跌也创了历史新低，跌至8%。

所幸的是中型车市场没有因为前些年的表现继续保持萎靡的状态。而是在去年2017年，中型车市场开始停止下跌的颓势，回复稳定的市场表现，其不但在市场销量上重新获得增长，增长率也跑在了前面，市场份额也有迹象表明会重新抬头。结合整个消费环境大背景，消费升级和消费群体年轻化这一趋势，中型车市场目前做出的所有转变，是整个消费背景的缩影。

相比小型轿车，中型轿车的空间更加宽敞，动力更为强劲，深受消费者喜欢，消费者在选购此类型轿车时，会综合考虑价格、外形、性能等等方面，其中轿车的操纵稳定性、乘坐舒适性也是消费者考量之重，其中影响到稳定性和舒适性的一个汽车系统就是悬架系统。

悬架系统是轮胎，轮胎空气，弹簧，减震器和连接件，将车辆与车轮连接起来，并允许两者之间发生相对运动。悬架系统必须同时支持驾驶/搬运和乘坐质量，彼此不一致。调整暂停涉及找到正确的妥协。对于悬架来说尽可能保持车轮与路面接触很重要，因为作用在车辆上的所有道路或地面力通过轮胎的接触面来完成。悬架还可以保护车辆本身以及任何货物或行李免受损坏和磨损。汽车的前后悬架设计可能不同悬架系统连接着车身（车架）和车轮（车轴），其影响着汽车整体的稳定性。当汽车在行驶过程中遇到颠簸的道路时，它会上下弹跳。如果没有悬架作为缓冲，车辆及乘客会受到强烈的冲击，造成很大的伤害。而有了悬架，通过弹性元件和减振器可以缓和车辆所受到的冲击载荷，将承载系统的振动迅速衰减下来，从而保护车辆不受破坏，乘客乘坐舒适。

我国汽车工业想要得到发展，就必须在零部件制造生产拥有独立自主的研发能力，悬架系统作为关键系统之一，加上中型轿车市场的回暖，对其市场表现值得期待，因而本文将以家用中型轿车悬架的开发设计为主要研究对象，对其前悬架进行设计研究。

1.1.2 国内外研究现状及发展趋势

纵观人类发展的历史，科学技术一直是人类不断追求和追求的目标。在马车被发明后，为了使乘坐更舒适，人们开始探索将叶片簧作为车悬架的发明。自19世纪70年代以来直到20世纪30年代，马车的叶片簧一直被采用，直到后来出现螺旋弹簧将其取代。^[3]再后来汽车被发明出来，悬架作为关键部件之一，在对其研究愈发深入后，接替出现了一批弹性元件，如扭杆弹簧，气体弹簧，橡胶弹簧，板簧等。1934年，首个装有螺旋弹簧的悬架诞生了。悬架是把车身和车轮连接起来的桥梁，最初出现的都是被动悬架，被动悬架的参数是固定的，在行驶过程中不发生改变，基本根据经验及仿真分析确认。其减震效果一般，难以适应崎岖不平的道路条件。被动悬架主要安装在中低档车上，前悬架主要采用麦弗逊悬架，比如凯美瑞、思域、桑塔纳等车，后悬挂主要是选择复合纵臂悬架或多连杆悬架等。

伴随道路交通持续的发展，汽车行驶的道路越来越平坦顺畅，汽车的行驶车速大大提高。被动悬架存在的缺陷，大大抑制了汽车性能的提升，于是到了20世纪50年代，最早由通用公司提出主动悬架这一概念，为了提高乘坐舒适性和行驶平稳性。^[4]70年代初，又出现了介于主动悬架和被动悬架之间的半主动悬架。主动悬架可由运行状态调整刚度或阻尼系数的特性，于80年代后期发展日益成熟，Ford和 NISSAN、 TOYOTA等公司首先应用在轿车上，效果不错。1980年前后，世界主要汽车公司如梅赛德斯 - 奔驰，丰田，沃尔沃等公司竞相开发主动悬架。^[5]配备这种悬架的汽车在崎岖不平的道路上行驶时仍能保持稳定的车身，而且其转向和制动也非常平稳，因此行驶非常舒适。不足的是结构复杂、难于维修、成本较高，因而发展受限。由于中国汽车工业起步较晚，绝大多数车辆采用被动悬架，半主动悬架与主动悬架的发展与国外的差距较大。目前，半主动悬架和主动悬架主要用于高端车型。目前国内各大车辆研究类高校如清华、北理、同济、湖大、武理等和一些科研机构也研究主动悬架的课题。

悬架未来的发展趋势为研发出安全性高、智能化强、节能环保的悬架，使汽车操控更加稳定，乘坐更加舒适。

被动悬架发展趋势

被动式悬挂是一种机械结构，刚度，阻尼都是固定的，在固定路况下达到良好的特性。因为其结构简单，性能可靠，能耗低，成本低，性价比高，应用最广泛。被动悬架目前研究方向主要是对汽车受力分析，建模，计算机模拟仿真、或有限元分析找到最优设计参数；优化弹簧和减震器的设计，开发可变刚度弹簧和可变阻尼减震器，以减轻冲击和振动;导向机构优化设计，使转向更加安全和平稳。

半主动悬架发展趋势