论文总字数：17576字

摘 要

随着社会的发展进步，汽车已经成为了很多家庭的必备品，氢燃料电池汽车也逐渐走入大众视野，汽车在全世界开始变得普及，人们对于汽车舒适性的需求也越来越高。汽车悬架影响着舒适性等行驶性能，一般来讲，汽车悬架由减振器、弹性元件和导向元件组成，起着连接车轮与车身的作用，并能传递各种行驶路况下汽车与地面间的力和力矩，使汽车拥有良好的舒适性与行驶稳定性。我设计的目标是完成氢燃料电池轿车的后悬架设计；且本次设计选择了丰田Mirai 2014款作为初步的车型选择，在充分分析了各种悬架的结构特点和优缺点，又对比了目前氢燃料电池轿车常用的后悬架类型后，选择了扭力梁式悬架作为本次的悬架结构。本次设计需要完成后悬架的选型、性能参数的选取、对各元件的设计计算以及校核，并通过计算机软件对后悬架进行建模，之后用ADAMS对已经设计得后悬架系统进行分析，使其拥有良好的性能。

关键词：后悬架；扭力梁式悬架；弹性元件；减振器；导向元件

Abstract

With the development of economy and technology, cars have entered thousands of households, and hydrogen fuel cell vehicles have gradually entered the public vision. When the car is widely used in the world, people have higher and higher requirements for car comfort. Automobile suspension affects the driving performance such as comfort. Generally speaking, automobile suspension is composed of shock absorber, elastic element and guiding element, which plays the role of connecting wheel and body. And the suspension system can transmit the force and moment between the vehicle and the ground under kinds of driving conditions, so that the automobile has good comfort and driving stability. The goal of this design is to design the rear suspension of hydrogen fuel cell car. In this design, Toyota Mirai 2014 is selected as the preliminary model selection. After fully analyzing the structural characteristics, advantages and disadvantages of various suspensions, and comparing the commonly used rear suspension types of hydrogen fuel cell cars, torsion beam suspension is selected as the suspension structure. This design needs to complete the selection of rear suspension, the selection of performance parameters, the design calculation and verification of each component, and model the rear suspension through computer software, then use Adams to analyze the designed rear suspension system, so that it has good performance.

Keywords：rear suspension; torsion beam suspension; elastic element; shock absorber; guide element

目 录

第1章 绪论 1

1.1悬架设计的背景和意义 1

1.2悬架设计的国内外发展现状 1

1.3悬架的设计要求和基本内容 2

第2章 悬架的结构分析与选型 3

2.1独立悬架 3

2.1.1单横臂式悬架 3

2.1.2双横臂式悬架 3

2.1.3单纵臂式独立悬架 4

2.1.4单斜臂式独立悬架 4

2.1.5麦弗逊式独立悬架 5

2.2非独立悬架 5

2.2.1钢板弹簧式非独立悬架 5

2.2.2扭力梁式非独立悬架 6

2.3本次设计的悬架选型 6

第3章 悬架性能参数的选取 8

3.1悬架的偏频和静挠度 8

3.2悬架的动挠度 9

3.3悬架的工作行程 9

3.4悬架刚度 9

3.5悬架导向元件尺寸选择 10

3.5.1扭转梁本体 10

3.5.2纵臂 10

3.5.3其他部件 11

第4章 减振器设计 14

4.1减振器选型 14

4.2阻尼特性 14

4.3相对阻尼系数 14

4.4减振器阻尼系数 15

4.5最大卸荷力 15

4.6减振器主要尺寸参数 15

第5章 弹性元件设计 19

5.1弹性元件的选择 19

5.2弹簧材料的选择 19

5.3弹簧数据计算 20

5.4弹簧的校核 22

第6章 总结与展望 25

参考文献 27

致谢 29

第1章 绪论

1.1悬架设计的背景和意义

如今，世界上发展更为清洁的能源已经逐步成为一种热门趋势，而目前理论上相对节能、高效且环保的汽车发动方式便是氢燃料电池轿车，其作为目前攻克纯电动技术难题的一种解决办法，已经吸引了行业内的广泛关注的目光。众多优势在氢燃料电池轿车上得以体现：充氢时间短，车辆续航时间持久，氢燃料电池技术成熟。另外一个显著的优点便是氢燃料电池轿车的空气污染很小，而且效率还很高，所以，这种车用发动方式才得以飞速发展。氢燃料电池汽车除了要在行驶性、制动性和转向性等基本性能上有所保证，还要针对汽车的舒适性和安全性进行改善，所以，设计出能提高汽车平顺性和改善汽车舒适性的汽车悬架便显得尤为重要。

悬架连接轮胎与车身，传递作用力和扭矩，减轻冲击，衰减振动，提高汽车的舒适性和稳定性。非独立悬架作为轿车后悬架常用的一种类型，往往结构比较简单，而且作为后悬架的时候，其中一个优点便是能够在很大程度上降低汽车的制造成本价格，进一步地解决氢燃料电池轿车成本一直过高的难题，所以，目前我们针对非独立悬架的研究空间还是非常大的。

1.2悬架设计的国内外发展现状

1979年，郭孔辉研究了汽车行驶平顺性与悬架参数选择问题^[1]。陈鹏分析了悬架设计要点与悬架零件，推动悬架设计的发展^[2]。戴勇对纵臂扭力梁悬架研究分析，认为这种悬架制造经济性好，节省空间，方向操控稳定性好，总结是改善后悬架舒适性的有效方法^[3]。

相较于国内，国外对于汽车的应用比较早，对于悬架研究的内容也比较领先。Besselink等提出轮内动力总成设计的后悬架方案，改善了高非簧载质量的一些特点^[4]。Syukri Himran等人研究了如何测试垂直载荷对车辆的影响，弹簧和减振器对车辆载荷波动的影响^[5]。国外已建立了悬架结构和设计参数的数据库，设计计算方法成熟，拥有很多项专利^[6]。

本次设计研究的是氢能源汽车的后悬架，对于这样的汽车而言，不一定非要使用独立悬架，普通的非独立悬架便能达到目的，而且能拥有良好的操纵稳定性和平顺性等性能，所以近年来市场上的很多氢燃料电池汽车的后悬架也都采用了非独立悬架，另外由于半主动悬架与主动悬架的价格都太过昂贵，会进一步提高氢燃料电池轿车的成本，使其一再居高不下，因此，本次设计中不会采用。

1.3悬架的设计要求和基本内容

本次设计中，为了使汽车能够具备良好的性能，我们对悬架提出以下5点设计要求：

（1）汽车能良好的衰减振动。

（2）保证汽车拥有较好的操纵稳定性。

（3）保证汽车拥有合适的行驶平顺性。

（4）有较好的隔声能力

（5）结构简单、紧凑，占用空间少。

本次后悬架设计的内容主要有以下5点：

（1）针对氢能源汽车后悬架的设计要求，分析了国内外悬架的研究现状，了解了常见的氢能源汽车的后悬架类型，并进一步的分析和对比，最后对后悬架的类型进行合理地选择。

（2）对汽车悬架主要的参数（偏频、静挠度、动挠度、工作行程、刚度和导向元件）进行选择和设计，并完成减振器和弹性元件主要尺寸相应的计算和校核，如减振器工作缸直径、活塞杆直径、防尘罩外径、储液筒外径、弹簧中径、外径、材料直径、螺旋角、节距等。

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