悬架系统是指车身、车架和车轮之间的一个连接结构系统，而这个结构系统包含了避震器、悬架弹簧、防倾杆、悬吊副梁、下控臂、纵向杆、转向节臂、橡皮衬套和连杆等部件。当汽车行驶在路面上时因地面的变化而受到震动及冲击，这些冲击的力量其中一部分会由轮胎吸收，但绝大部分是依靠轮胎与车身间的悬架装置来吸收的。当代汽车悬架系统发展非常迅猛，各种新型结构型式不断出现，有效的促进了汽车的整体发展。

汽车悬架按照导向机构不同，可以分为独立悬架和非独立悬架[3]。非独立悬架主要包括纵置板簧式非独立悬架、螺旋弹簧非独立悬架、空气弹簧非独立悬架、尤其弹簧非独立悬架。独立悬架主要包括麦弗逊式独立悬架、双横臂式独立悬架、烛式悬架、多连杆悬架。

麦弗逊悬架系统，是目前最为广泛应用的悬架系统，麦克弗逊悬架是绞结式滑柱与下横臂组成的悬架形式，减振器可兼做转向主销，转向节可以绕着它转动。特点是主销位置和前轮定位角随车轮的上下跳动而变化，这点与烛式悬架正好相反[3]。这种悬架构造简单，布置紧凑，前轮定位变化小，具有良好的行驶稳定性。麦弗逊悬架由于构造简单，性能优越的缘故，被行家誉为经典的设计。所以本文对麦弗逊式悬架机构系统设计及运动特性分析是十分必要的。

国内外研究现状：

目前国内外在麦弗逊悬架系统方面开展了大量的研究工作，对提高麦弗逊悬架系统的各种性能做出了有益的探索和发现，提出可很多有益的改进方法。

在国内，上汽集团汽车工程研究院的艾维全等人对麦弗逊悬架进行了改性，设计出了纵向“0偏移”L形下控制臂，L型下控制臂的设计[4]，使汽车在侧向和纵向的受力分别通过前、后衬套进行控制，使需要的侧向刚度独立于纵向柔性，使侧向力和纵向力同时作用时相互间不发生耦合，避免了悬架臂共振的发生，从而提高了汽车行驶的平顺性；安徽江淮汽车股份有限公司技术中心的刘守银，周忍综述了车辆行驶时车轮上下运动的侧向力、加速、减速、转弯时侧向力的分析，确定了麦弗逊悬架的几何结构对减振器侧向力的影响因素，并通过国内外最新产品的实例说明通过改变悬架的几何结构来减小减振器侧向力的具体方法和产生的效果[5]；长春孔辉汽车科技有限公司的宋晓琳，毛开楠，李叶松，刘禹亭应用ADAMS/Car建立某车的前悬架仿真模型，对麦弗逊前悬架硬点参数的灵敏度进行分析和优化，解决了前轮磨损严重的问题，又提高该车型的综合性能[6]；武汉理工大学汽车工程学院的张俊．何天明在Adam/view模块中对麦弗逊前悬架进行虚拟设计及优化，研究分析了前轮定位参数随车轮上下跳动时的变化规律，评价了悬架数据的合理性，采用优化分析方法进行优化处理，缩短了开发周期[7]；重庆长安有限责任公司汽车技术中心的褚志刚，邓兆祥，胡玉梅，朱明，李伟研究了麦弗逊悬架刚度对汽车稳态转向特性的影响，得出结论是合理选择前悬架刚度参数是提高麦弗逊前悬架汽车稳态转向特性的有效途径[8]；清华大学汽车工程系，汽车安全与节能国家重点实验室的孙学军，王霄锋，李克强，金达锋分析了驱动力对麦弗逊悬架力学性能影响的可靠性灵敏度，该研究对悬架有针对性的定量设计提供了理论依据[9]；武汉理工大学汽车工程学院的诸葛晓宇基于Catia/ADASM对麦弗逊悬架的运动进行了分析，确定了车轮定位参数的选择范围，以及悬架的优化设计方法[10]；上海汽车集团股份有限公司技术中心的李锦灿分析了扭力转向对麦弗逊前驱车的影响，此研究对解决车辆的实际扭力转向问题及整车开发前期的设计优化都具有借鉴意义[11]；南京工程学院汽车与轨道交通学院的任成龙，吴冬铃研究了普及型轿车悬架性能优化及整车平顺性，结果表明:随机路面输入下汽车具有较好的平顺性,脉冲路面输入下对乘员健康无危害[12]；合肥工业大学机械与汽车工程学院的伊安东，王欢，豆力对电动汽车麦弗逊悬架的下摆臂进行了轻量化研究，此研究结果表明，采用铝材料的下摆臂可以在保证静、动态性能的前提下有效降低自身重量[13]；沈阳理工大学汽车与交通学院的岳峰丽，蔡玲对车辆麦弗逊悬架进行了运动仿真研究，通过改变支管的曲率半径和弯曲角度能够减小排气阻力，减少能量损失， 改善排气质量[14]；上海交通大学汽车工程研究所的柳江，喻凡，楼乐明对麦弗逊悬架侧载螺旋弹簧进行了优化设计，采用优化设计的侧载螺旋弹簧后可显著降低悬架侧载,为悬架系统及其元件的优化提供了一种参考方法[15]；奇瑞汽车工程研究院的李成基于OptiStruct对麦弗逊悬架下控制臂

进行了优化，结果表明该优化能减轻控制臂质量、增强下控制臂刚度[16]。

在国外，Daniel A. Mántaras, Pablo Luque, Carlos Vera等介绍了麦弗逊悬架三维运动学模型的发展和验证，该三维模型可以帮助改善麦弗逊悬架的运动特性[17]；Hee G. Lee, Chong J. Won, and Jung W. Kim提出了设计灵敏度分析和麦弗逊悬架优化的方法，该研究可以应用于通过预测悬架的变化来有效地确定麦弗逊悬架系统的布局[18]；Hee G. Lee, Chong J. Won, and Jung W. Kim分析了麦弗逊悬架的一种故障，结果表明上支柱支架的故障是由一个不合理的冲击负荷引起的[19]；Hosein Habibi, Kourosh H. Shirazi , Mohamma Shishesaz中利用遗传算法对麦弗逊悬架系统的最小转向角进行了优化，研究结果可以提高车辆的操控性和稳定性[20]；Jinglai Wu ,Zhen Luo , Yunqing Zhang , Nong Zhang中利用切比雪夫模型对车辆悬架间隔不确定性进行了优化，该研究对车辆的运动性能的提高有很大帮助[21]；Sangwoo Bael, Jang Moo Lee, Chong Nam Chu 中制定了表示一个特定的悬架系统的设计矩阵，以满足所有的前轮驱动车[22]；Sy Dzung Nguyen, Quoc Hung Nguyen , Seung-Bok Choi中研究了车辆半自动座椅悬架系统，可以对汽车驾驶员悬架系统进行优化[23]；英国的Lanchester，法国的Broulhert和美国的Olley专研了独立悬挂及转弯运动和悬挂对汽车操控稳定性的影响。他们分别研究了轮胎的特性，转向盘力和回正力矩，不足转向和过多转向，为研究汽车的操作稳定性奠定了基础[24][25][26]

2. 研究的基本内容与方案

本文研究的内容如下：1、麦弗逊悬架结构设计（包括力学机构）。2、麦弗逊悬架系统关键零部件的设计（包括弹簧、减震器、横向稳定杆等的设计，选型及校核）。3、麦弗逊悬架机构CAD建模及装配。4、麦弗逊悬架机构的运动特性仿真分析。5、麦弗逊悬架机构的改进设计。

本文研究目标如下：完成麦弗逊式独立悬架的零件设计，对系统及其零部件进行设计方案论证，并进行CAD建模及装配；完成系统的有限元分析，利用软件对其进行简单的力学分析；