摘 要

悬架是现代汽车上最关键的部件之一，为车轮和车身之间提供弹性联接，主要作用是传递力和力矩，车轮和车架之间的所有方向的力都靠悬架传递，悬架还能一点点衰减由路面不平激励引起的振动，从而确保汽车能安全平顺地行驶。因此，悬架的设计合理与否直接影响汽车的乘用舒适性。

本文首先依据别克君威轿车的官方技术参数，参考相关汽车设计书籍，完成了该车型麦弗逊式前悬架的设计和分析,重点包括：前悬架的选型、悬架主要参数的计算、弹性元件和减振器的设计以及导向机构的分析。然后应用CATIA V5三维设计软件建立了该悬架的三维数学模型，直观反映了该悬架的空间结构特征。最后基于MATLAB软件对1/4悬架系统建立悬架系统的Simulink模型进行仿真分析。

关键词：麦弗逊式独立悬架；参数设计；结构设计；仿真分析

Abstract

Suspension is one of the most important element of the modern automobile, it provides flexible link between the tires and the body. The main role of suspension is to transmit all the force and torque between the wheels and the body, as well as remove impact load of rough road to body, attenuate the vibration, ensure the comfort and safety of the passengers. Thus, whether the suspension is designed properly directly decides the riding comfort.

Firstly, this essay designs and analyzes the structure pattern of Buick Regal car’s MacPherson front independent suspension, based on official technical data and the reference of related automobile design books, mainly including the model selection of front suspension, the calculating of the suspension main parameters, the design of Spring and Shock Absorber and the analyzing of Control Arm. Then, it establishes three-dimensional model by application of CATIA V5 design software, it clearly demonstrates the suspension spatial structure. Finally, it simplifies a quarter of suspension system and establishes Simulink model based on MATLAB software to complete simulation and analysis.

Key words: MacPherson independent suspension; parameter design; structure design; simulation and analysis

目 录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 论文研究的背景和意义 1

1.2 论文研究的目的和主要内容 1

1.3 悬架的国内外研究现状 1

1.4 悬架的功用和组成 2

1.5 悬架的分类 3

1.6 悬架的设计要求 3

第2章 悬架的结构型式分析与选择 4

2.1 悬架总成的分析 4

2.2 基于别克君威整车性能的前悬架型式选择 4

第3章 麦弗逊式悬架的总体设计 5

3.1 麦弗逊式悬架的特点 6

3.2 悬架主要参数设计 6

3.2.1 悬架静挠度 7

3.2.2 悬架动挠度 8

3.2.3 悬架弹性特性 8

第4章 悬架主要零件设计及其三维建模 9

4.1 悬架弹性元件设计 9

4.1.1 螺旋弹簧分析 9

4.1.2 弹簧材料及许用应力的选择 9

4.1.3 弹簧直径及刚度计算 9

4.1.4 弹簧其他参数的确定 10

4.1.5 弹簧强度校核 10

4.2 减振器的设计 10

4.2.1 减振器的选型 10

4.2.2 相对阻尼系数 11

4.2.3 减振器阻尼系数的确定 12

4.2.4 最大卸荷力的确定 12

4.2.5 减振器工作缸直径的确定 13

4.3 导向机构设计 13

4.3.1 导向机构的布置参数 13

4.3.2 导向机构受力分析 15

4.3.3 摆臂长度的选择 15

4.4 横向稳定器设计 16

4.5.1 概述 17

4.5.2 主要零件的三维模型图 17

第5章 基于MATLAB的悬架系统仿真分析 20

5.1 MATLAB简介 20

5.2 悬架系统的简化及数学模型的建立 20

5.3 悬架系统的Simulink模型 21

5.4 悬架系统仿真及结果分析 21

5.4.1 路面不平激励 21

5.4.2 仿真结果及分析 22

第6章 结论 24

参考文献 25

致谢 26

第1章 绪论

1.1论文研究的背景和意义

别克君威（Regal）是上汽通用旗下的中高档轿车，目前在售车型的原型来源于通用汽车旗下的Opel欧宝Insignia。该车为别克家族中重要的中级车，至今总共经历了五代车型和一次由中国泛亚汽车技术中心的改款车型。在国内市场，君威的前身为1999年下线的新世纪轿车，同时也是上汽通用投产的第一款车型，上市至今以来一直很畅销。几年后，别克又针对中国市场由泛亚技术中心修改设计了4、5代君威，为了更好满足国人的审美标准和喜好，设计人员改变了其外形尺寸和底盘性能。悬架作为底盘的重要组成部分，毫无疑问成为了修改工作的重中之重，因此对于别克君威车型悬架的设计与优化成为了必要的工作。

汽车悬架的主要作用是传力，车轮和车架之间的所有方向的力都靠悬架传递，悬架还能一点点衰减由路面不平激励引起的振动，从而确保汽车能安全平顺地行驶^[1]。别克君威作为一款发动机前置前轮驱动的车型，前悬架采用了市场上同类车型最常见的麦弗逊独立悬架，而后悬架则采用中型车标配的多连杆独立悬架。麦弗逊悬架是当今应用最为广泛的汽车前悬架，其主要特点是结构简单且紧凑，方便汽车前悬的空间布置，非簧载质量较小。悬架的运动特性好坏直接影响到整车的操纵稳定性、行驶平顺性、驾乘感受、转向轻便性以及轮胎的使用寿命等，很大程度上觉得汽车的性能和档次。合适的几何参数设定是麦弗逊悬架良好运动学特性的重要保证，因此本次悬架设计颇有实际应用的意义。

1.2论文研究的目的和主要内容

本论文依据别克君威轿车的官方参数资料（包括发动机额定功率、最大扭矩、最高车速；整车尺寸参数，轮距；整车质量、前后轴轴载质量等），通过对悬架系统重要零部件的设计、计算和校核，螺旋弹簧和减振器等的选型以及悬架系统的简单仿真分析，来完成别克君威轿车前悬架的设计。另外，设计部分还包括悬架系统部分零部件的CATIA三维零件图、装配图设计，分析部分主要是MATLAB软件的简单介绍和应用，通过建立悬架系统的Simulink模型进行仿真分析。本文简单地介绍了悬架设计全过程，为进一步提高整车的行驶平顺性和操纵稳定性奠定了基础。

1.3悬架的国内外研究现状

悬架系统的研究划分为两个研究领域，分别对应着影响行驶平顺的悬架特性和影响操纵稳定的悬架特性。前一领域主要将路面、轮胎、悬架和车身简化成一个系统，悬架的系统动力学研究主要包括不同工况下，弹簧和减振器的力学特征。后一领域主要研究汽车运动时，导向机构对和悬架总体参数的控制和优化，称之为悬架的运动学研究。

随着科技的进步，当代汽车悬架系统也顺应时代潮流飞速发展，各种新型结构型式层出不穷。汽车悬架大体上按照控制模式的差异可区分成主动悬架和被动悬架，被动悬架是当前市场的主流选择。随着公路交通的日益发达以及路况的大大改善，汽车车速越来越高，被动悬架的结构缺陷成为汽车技术继续进步的绊脚石，因此工程技术人员纷纷研究新型的悬架系统。上个世纪六十年代，美国通用公司率先提出可根据行驶工况的不同，调整悬架系统的刚度和阻尼，主动悬架的概念应运而生。可是由于主动悬架造价昂贵，国外的技术人员又开始研发出成本相对低廉，性能也足够稳定的半主动悬架，并已经成功应用到量产轿车上。因为我国国情限制，大街上的汽车几乎都选用被动悬架，新型悬架的领域研发水平相对滞后，科研压力巨大，与外国的先进技术有明显差距。

1.4悬架的功用和组成

悬架的主要作用是传递各种力和力矩，除此之外，坎坷路面的激励也由悬架来缓解，激励必然引起振动，悬架也能将其衰减到舒服的程度，同时车身及车辆负载会造成不必要的动载荷，悬架也能降低这种不利影响^[1]。它对轿车的各种性能如行驶稳定、整车安全和乘坐舒适都起着决定性的作用，是现代汽车关键部件。