Z6悬架系统计算报告-2016330

1、悬架方案设计计算项目名称：Z6前后双横臂独立悬架编 希9: 校 对：审 查：会 审：标准化：审 核：批 准：1概述1.1计算目的通过计算，求得反映Z6轮边驱动电动车前、后悬架系统方案及性能的基本特征，为零部件开发提供参考，计算内容主要包括悬架刚度、悬架侧倾角刚度、刚度匹配、悬架偏频、静挠度和阻尼等。1.2悬架系统基本方案介绍Z6轮边驱动纯电动车前悬架系统采用双横臂独立悬架带横向稳定杆结构，后悬架系统采用双横臂独立悬架前、后悬架系统的结构图如图1-1、图1-2：图1-1前悬架系统图1-2后悬架系统1.3悬架系统设计的输入条件悬架系统设计输入参数如表1-1:项目开发目标车质心咼（mm）空载1000

2、、卄 +、， 满载1150前轮距（mm）1840后轮距（mm）1840轴距（mm）4000整车整备质量（Kg）4050最大总质量（Kg）6400前轴何（Kg）空载2000、卄 +、， 满载3100后轴荷（Kg）空载2050、卄 +、， 满载3300前悬架非簧载质量（Kg）400后悬架非簧载质量（Kg）4002悬架系统的计算2.1弹簧刚度选定弹簧刚度：前悬架弹簧刚度为：Csf 49.2N / mm后悬架弹簧刚度为：csr 62.4N/mm2.2悬架偏频的计算悬架系统将车身与车轮弹性的连接起来，由此弹性元件与它所支 承的质量组成的振动系统决定了车身的固有频率， 这是影响汽车行驶 平顺性的重要性能指

3、标。图2-1前悬架刚度计算示意图图2-2后悬架系统刚度计算示意图前悬架刚度计算前悬架刚度按式（2-1）计算:2P(2-1)式中：K悬架刚度，N/mmb前弹簧中心线与转向瞬时运动中心距离，mmp 车轮中心面距转向瞬时运动中心距离，mm根据图2-1得出b 4334mm, p 4629mm代入式（2-1）得前悬架刚度为:2Kf 49.256.1N / mm43344629取摆臂衬套的刚度为悬架刚度的15%,所以前悬架总刚度为:Kf 56.11 15%64.5N/mm222前悬架偏频计算前悬架偏频按式（2-2）计算：1 J1000 Kfm 2 mf式中：nf前悬架偏频Kf 前悬架刚度，N/mmmf 前

4、悬架簧载质量，Kgmf1前悬架满载簧载质量，Kg mf2 前悬架空载簧载质量，Kg根据表 1-1 得 mfi 3100 400 /2 1350Kgmf2 2000 400 /2 800Kg并把Kf 64.5N /mm代入式（2-2）得出：前悬架偏频：nf 1 . 1000 64.5 1.102 Y 1350后悬架刚度计算K r Csr COS(2-2)(2-3)0O。见图式中：弹簧中心线与后轴垂线垂线间的夹角,2-2。Kr Csr cos 0°62.4N / mm考虑在悬架系统中橡胶块的变形，其刚度约为悬架刚度的15%-20% 此处取15%,因此Kr 62.4 1 15%71.8N/

5、mm224后悬架偏频计算后悬架偏频按式（2-4）计算：111000 Krnr /-m式中：nr后悬架偏频Kr后悬架刚度，N/mmmr后悬架簧载质量，KgmM 后悬架满载簧载质量，Kgm2后悬架空载簧载质量，Kg根据表（1-1）得 mr13300 400 /2 1450Kgmr1 2050 400 /2 825Kg并把Kr 71.8N /mm代入式（4-4）得出：后悬架满载偏频：nr 1 . 1000 71.8 1.122 Y 14502.3悬架静挠度的计算静挠度也是表征悬架性能的参数，按式（2-5）计算:fc mg / K(2-4)(2-5)式中:f1 前悬架满载静挠度,mm ；f2 前悬架空

6、载静挠度,mm ；r1后悬架满载静挠度,mm ；静挠度，mm ；fr 2 后悬架空载静挠度，mm ;m 簧载质量，Kgg 重力加速度，m/s2K 悬架刚度，N/mm所以按照（2-5）计算得出：前悬架满载静挠度：ff1 mf1g/Kf1350 9.8205.1mm64.5800 9.8前悬架空载静挠度：f f 2mf2g/Kf121.6mm64.5后悬架满载静挠度：fr1 mMg/Kr -1450 9.8197.9mm71.8后悬架空载静挠度：fr2 mr2g/Kr825 9.8112.6mm71.8满载后前静挠度比：f / f197.9r1 f1 205.10.96满载后前静挠度比：f /f1

7、126Tr2；Tf2 121.60.93后悬架静挠度小于前悬架静挠度，有利于防止车身产生较大的纵 向角振动。后前悬架偏频比nr2/ nf2 1.12/1.11.02悬架刚度匹配结论：一般空气悬架客车的空气弹簧根据整车簧载 质量可自动调节内部气压，以获得足够的承载力并保持整车的高度， 为悬架刚度可变的非线性弹性特性悬架。前悬架偏频在1.1： 1.2之间,后悬架偏频在1.1： 1.4之间。开发目标车前后悬架的空、满载静挠度 和频率值以及偏频比较合理，适合空气悬架客车。2.4侧倾角刚度计算前悬架侧倾角刚度前悬架的侧倾角刚度由两部分共同作用，即空气弹簧引起的侧倾角刚度与横向稳定杆引起的侧倾角刚度。1）

8、空气弹簧引起的侧倾角刚度按式（2-6）计算：2C f 1 bB Cxf（ 2-6）2 p式中：C f前空气弹簧引起的侧倾角刚度，Ngmm/radb前弹簧中心线与转向瞬时运动中心距离，mmp 车轮中心面距转向瞬时运动中心距离，mmB前轮距，mmCxf前空气弹簧刚度， N / mm根据图2-1得出b 4334mm， p 4629mm，根据表（1-1）得，B 1840mm，并把Csf 49.2N/mm带入式（2-6）得出空气弹簧21bB Cxf的侧倾角刚度为:27.3 107N cmm/ rad1 4334 184049.22 4629参考KC试验数据衬套扭转时的刚度约有15%的影响，贝S前悬架由螺

9、旋弹簧引起的侧倾角刚度为C f 7.3 107 1.15 8.4 107 Ngmm/rad 2）横向稳定杆引起的角钢度按式（7）计算:(2-7)3EIL2a3 齐川 4L22b c图2-2前横向稳定杆结构示意图式中各参数参见示意图2-2:横向稳定杆引起的角刚度，Ngmm/radd稳定杆直径， mmI 稳定杆的截面惯性矩， mmE 材料的弹性模量，N / mm前稳定杆直径d 30mm，因此Id46430464439760.8mm前悬架稳定杆材料为:60si2MnA,所以 E2206000 N/mm3 206000 39760.8 1120* 25.87 107 Ngmm/rad0.5 Cb 2.

10、935 107 Ngmm/rad由于连接件是橡胶元件，故实际刚度值一般比理论值减小15%30,取 15%。贝卩 Cb 2.935 107 0.85 2.49 107Ngmm/rad所以前悬架总的侧倾角刚度：Kf Cb C f 8.40 107 2.49 107 1.089 108Ngmm/rad后悬架侧倾角刚度1 2K r - SF2Csr cos(2-8)式中：弹簧中心线与后轴垂线间的夹角，0oCsr弹簧刚度，Csr 62.4 N / mmSf 弹簧安装间距， Sf 1225mm以上数据代入公式(2-8),得：K r 1 12252 62.4 cos0 4.68 107Ngmm/rad2考虑

11、到衬套扭转时的刚度有约 20.%的影响：C r 1.2 4.68 1075.62 107Ngmm/rad一般要求前悬架侧倾角刚度要大于后悬架侧倾角刚度，以满足 汽车稍有不足转向特性的要求，并且前、后悬架侧倾角刚度比 值一般在1.42.6之间。根据以上计算结果得出前、后悬架侧 倾角刚度比值为1.94,满足开发需求。2.5整车的侧倾角计算车厢侧倾角r是和汽车操纵稳定性及平顺性有关的一个重要参数。侧倾角的数值影响到汽车的 横摆角速度稳态响应和横摆角速度瞬 态响应。以下质心及侧倾中心示意图各参数是从悬架总布置图上测定 的。图 2-6 整车空载状态下质心及侧倾中心示意图当汽车作稳态圆周行驶时，车厢侧倾角

12、决定于侧倾力矩 M 与悬 架总的角刚度 K 。以下依据满载状态下稳态回转试验要求的 0.4g m /s2 进行计算。悬架质量离心力引起的侧倾力矩簧载质量离心力引起的侧倾力矩 M r1 ：M r1 aMh（ 2-9）式中：ay 侧向加速度： ay 0.4gM 黄在质量， M 4050 800 3250Kgh 整车质心到侧倾轴线的距离为： h 812mm （见图 2-6） 以上公式代入式（ 2-9），可得出侧倾力矩 M r1 ：M r1 ayMh 0.4 9.8 3250 812 1.034 107Ngmm侧倾后，悬架质量引起的侧倾力矩车厢侧倾后，悬架质量的质心偏出距离e,因此，其重力引起的侧倾力

13、矩为：M r2 Gs*e Gs*h*（2-10）式中：Gs为簧载质量重力为31850Nh整车质心到侧倾轴线的距离为：h 812mmr整车侧倾角M r2 Gs*e Gs*h* r 31850 812 r 2.586 107 rNgmm总的侧倾力矩M r M r1 M r2 2.586 r 1.034 107Ngmm悬架总的侧倾角刚度C Cf Cr 1.089 108 5.62 107 1.651 108Ngmm/rad整车的侧倾角2.586 r 1.0341.651 108©，得出4.25°汽车转弯时，车身在0.4g的侧向加速度作用下，车身侧倾角不 大于35°，显然

14、满足要求。2.6纵倾角刚度在制动轻度Z 0.5时，当车辆发生纵倾时，前后悬架受力的变化量相当于轴荷转移量 G 式中：Z制动强度：Z 0.5 ；Ms满载簧载质量 Ms 6400 400 400 5600Kghg簧载质心高（满载）hg 1150mmL轴距，L 4000mm通过上述计算出得到的轴荷转移量是 7889N前后悬架变形由公式SG/2K可得出：式中：K悬架刚度，前悬架为64.5N / mm，后悬架刚度为71.8N / mm。计算得：前悬架Sf788961.2mm2 64.57889后悬架Sr54.9mm2 71.8整车纵倾角180 Sf Sr /L/180 61.2 54.9 /4000/1

15、.66°整车纵倾角刚度为 K G L/ 7889 4°°0 1.9 1o7Ngnm/deg1.66°32.7减振器参数汽车的悬架中安装减振器装置的作用是衰减车身的振动保证整车的行驶平顺性和操纵稳定性。下面仅考虑由减振器引起的振动衰 减，不考虑其他方面的影响，以方便对减振器参数的计算。汽车车身和车轮振动时，减振器内的液体在流经阻尼孔时的摩擦 和液体的粘性摩擦形成振动阻尼，将振动能量转变为热能，并散发到 周围的空气中去，达到迅速衰减振动的目的，汽车的悬架有了阻尼以后，簧载质量的振动时周期衰减振动，相对阻尼比 来评定振动衰减,相对阻尼比的物理意义是指减振器的阻

16、尼作用在不同刚度和不同质量的悬架匹配时，会产生不同的阻尼效果。减振器平均阻力系数的确定 减振器阻力系数的确定：(2-12)4 mn i22COS式中：减振器阻尼力系数相对阻尼比m悬架一侧的簧载质量n 悬架偏频i杠杆比，i旦b减振器安装角，减振器轴线与 Z坐标轴的夹角根据前后悬减振器的布置形式，以下各参数取值如下：表2-1参数列表项目前悬架后悬架m800Kg825Kgn1.10Hz1.12Hzi1.301.0630°0°相对阻尼系数的选择：对于无内摩擦的弹性元件（如螺旋弹簧）悬架，一般取0.25: 0.35。对于有内摩擦的悬架，相对阻尼系数取小些。因此空气弹簧相对阻尼系数可取

17、0.2。取前、后悬架相对阻尼系数均为 f r 0.2。前减振器平均阻力系数为:4 f Efif22COS f24984N / m/s0.2 1.10 800 1.302cos30O42r rmrirr2COS f后悬架减振器平均阻力系数为:2322N / m/s40.2 1.12 825 122cos0O减振器平均阻力系数的确定通常状况下，将压缩行程时的相对阻尼比c取得小些，伸张行程时的相对阻尼比r ；这样，既可以保证整车的平顺性，又不降低 操纵稳定性，两者之间保持c 0.25: 0.5 r。为避免悬架碰撞车架， 一般把减振器拉伸和压缩组力按8:2: 6:4的比例关系分配。根据常 规类车型，选

18、减振器拉伸和压缩阻力按10:3的比例关系分配。因此根据前面计算得到:前减振器压缩阻尼系数前减振器拉伸阻尼系数后减振器压缩阻尼系数后减振器拉伸阻尼系数3悬架系统的计算结果10 3834N/(m/s)1349843 1150N /(m/s)13232210 1786N/(m/s/(m/s)通过上面系统的计算得到 Z6车型悬架系统主要性能参数，通过分析对比，以此保证与悬架相关的主要指标符合设计要求表3-1悬架计算结果参数项目参数前悬架偏频1.10后悬架偏频1.12空载后前偏频比1.02前悬架空载刚度64.5N/mm后悬架空载刚度71.8N/mm整车侧倾角刚度o1.651 10 Nggmm/rad前后侧倾角刚度比1.94纵倾角/0.51.66°纵倾角刚度1.9 107Ngmm/ deg4整车及悬架参数项目数值项目数值车长6101mm车咼/宽2160/2535mm前轮距1840mm后轮距1840mm轴距4000mm整备质量4050Kg取大总质里6400Kg最大功率96/4000-8000KW/r取大扭矩900N.m最咼车速69km/h轮胎规格205/65 R17.5轮辋规格17.5 ” *6.00 ”最小转弯半径15m最小离地间隙130mm整车空载质心咼度1000mm整车满载质心高度1150mm前轴荷3100Kg后轴荷330