悬架系统的计算报告材料

1、项目名称:编号：版本号：_V1.0悬架系统计算报告2014年03月修订记录序号修订日期页码原文内容修订内容备注修订原因1概述11.1 计算目的11.2 悬架系统根本方案介绍11.3悬架系统设计的输入条件1 2悬架系统的计算22.1弹簧刚度22.2 悬架偏频的计算2前悬架刚度计算3前悬架偏频计算4后悬架刚度计算4后悬架偏频计算52.3悬架静挠度的计算52.4侧倾角刚度计算662.4.2 后悬架的侧倾角刚度82.5 整车的侧倾角计算9910侧倾后，悬架质量引起的侧倾力矩1010102.6纵倾角刚度102.7减振器参数11减振器平均阻力系数确实定112.7.2 压缩阻尼和拉伸阻尼系数匹配13减震器匹

2、配参数143悬架系统的计算结果144结论与分析15参考文献151概述1.1 计算目的通过计算，求得反映MA02-ME10纯电动车悬架系统性能的根本特征，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 悬架系统根本方案介绍MA02-ME10C纯电动车前悬架采用麦弗逊式独立悬架带横向稳定杆结构，后悬架系统采用拖曳臂式非独立悬架结构。前、后悬架系统的结构图如图1、图2：图1前悬架系统图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 :表1悬架参数列表项目开发目标车质心高mm空载483满载489前轮距mn1299后轮距

3、mn1304轴距mm2332整车整备质量kg1100取大总质量kg1400前轴荷kg空载605满载630后轴荷Kg空载495满载770前悬架非黄载质量kg49后悬架非黄载质量kg432悬架系统的计算2.1 弹簧刚度根据KC试验数据分析，选定弹簧刚度：前悬架弹簧刚度为：Csf 20N /mm ；后悬架弹簧刚度为：Csr 21.7N/mm；2.2 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标 之一。也倾中心奘柯节驛时运易匸心/图3前悬架刚度计算示意图221 前悬架刚度计算图4后悬架刚度计算示

4、意图前悬架刚度按式1计算：2K Csf 1P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车轮中心面距转向节瞬时运动中心距离，mmK f 2022435257817 .84 N/mm根据图3得b=2435mm p=2578mn带入式1得前悬架刚度为：取衬套的刚度约为悬架刚度的15%，所以前悬架总刚度为:Kf X222 前悬架偏频计算2前悬架偏频按式2计算:11000 Kf2 'mf式中：nf前悬架偏频，Kf前悬架的刚度，N/mmmf前悬架簧载质量,kg;mf 1前悬架满载簧载质量， kg ；m f 2前悬架空载簧载质量，kg。根据表 1 得 mf1 630 49

5、 /2290.5kgmf2 605 49 /2278kg并把Kf = 20.52N/mm带入式2得出：前悬架满载偏频：nf1 1.34前悬架空载偏频：nf2 1.372.2.3 后悬架刚度计算Kr Csr COS（ ）3式中：弹簧中心线与后轴垂线间的夹角，二5.3。见图4；如此：Kr Csr cos5.3O） 21.7 0.9957 21.6N/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%，经计算：Kr 24.84N/mm224 后悬架偏频计算后悬架偏频按式4计算:1000 Krnrmr式中:nr 后悬架偏频;Kr 后悬架的刚度，N/mmmr后悬架簧载质量

6、，kg;m”后悬架满载簧载质量，kg ；m2后悬架空载簧载质量，kg。根据表 1 得 mr1 77043 / 2363.5kgmr2 495 43 /2226kg并把Kr 24.84N/mm带入4式得出:后悬架满载偏频：nr1 1.32后悬架空载偏频：n21.672.3 悬架静挠度的计算静挠度也是表征悬架性能的参数，按式5计算：fc mg K5式中：fc 静挠度，mmff空前悬空载静挠度， mmff满 前悬满载静挠度， mmfr空 后悬空载静挠度，mm fr满 后悬满载静挠度，mm m簧载质量，kg；g 重力加速度， m/s2 ;K悬架刚度，N/mm所以，按式5计算得出：前悬架空载静挠度：f

7、f空m f2g /kf132.77 mm前悬架满载静挠度：f f满m f1g/kf138.74 mm后悬架空载静挠度：f r空m r2g /kr89.13mm后悬架满载静挠度：f r满m“g /«143.36mm悬架刚度匹配结论：一般舒适型轿车前悬架偏频在11.45之间，后悬架偏频在1.171.58之间。开发目标车前后悬架的空、满载静挠度和频率值以与偏 频比拟合理，适合舒适型乘用车2.4 侧倾角刚度计算前悬架的侧倾角刚度由两局部共同作用，即螺旋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螺旋弹簧引起的侧倾角刚度按式6计算：bBP2Csf式中:C f 前螺旋弹簧引起的侧倾角刚

8、度，Nmm/rad; b 前弹簧中心线与转向瞬时运动中心距离， mm; p 车轮中心面距转向节瞬时运动中心距离， mm;B 前轮距，mmCsf前螺旋弹簧刚度，N/mm根据图 3 得 b=2435mmp=2578mm根据表 1 得 B=1299mn，并把 Csf =20 N/mm带入式6得出螺旋弹簧的侧倾角刚度为：C® f x 107 N mm/rad参考KC试验数据衬套扭转时的刚度有约为15%的影响，如此前悬架由螺旋弹簧引起的侧倾角刚度为：C f 1.15 (1.51 107) 1.73 107 N mm/ rad2横向稳定杆引起的角刚度按式7计算:3EIL22L32a 川 4L2b

9、 C7L公472詬1卜5白9肚'b 二 815a-8f)£这eg图5前横向稳定杆结构示意图式中各参数参见示意图5:C b横向稳定杆引起的角刚度，N mm/rad;d稳定杆直径，mm;I稳定杆的截面惯性矩，mm;E材料的弹性模量，(N/mm)2前稳定杆材料为:60si2 MnA,所以 E=206000 (N/mm)2前稳定杆直径d=19mm所以I*641946446397.1mm前横向稳定杆引起的角刚度为：2Csr弹簧刚度Csr 21.7N/mm ；C3 2060006397.1 945.2SF弹簧安装间距SF 896mm ;以上数据代入公式8，得:8962221.7 cos5

10、.30.867 107 N mm / rad考虑衬套扭转时的刚度有约为20%的影响：C 1.2 0.867 1071.04 107N mm/radr如此：后悬架侧倾角刚度为 C 1.04 107N mm/ radr一般要求前悬架侧倾角刚度要稍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前、后悬架侧倾角刚度比值为2.5，显然开发目标车型满足要求。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与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。以下质心与侧倾中心示意图各

11、参数是从装载数模上测定的。bs=1010.9i 卜寸njlx cl. 一二二1L=2332图6整车空载状态下质心与侧倾中心示意图当汽车作稳态圆周行驶时，车厢侧倾角决定于侧倾力矩 M与悬架总的角刚度刀K。以下依据满载状态下稳态回转试验要求的0.4g m/s2进展计算。簧载质量离心力引起的侧倾力矩M r1 :M ri aMh9式中：ay侧向加速度；ay 0.4gM 悬上质量，M 1100 49 43 1008 kg ;h整车质心到侧倾轴线的距离为：h 316.17mm见图6；以上数据代入公式11,可得侧倾力矩M r1 :M r1 ayMh 0.4 9.8 1008 316.17 0.1249mm侧

12、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矩为:M r2 Gs e Gs h r10式中：Gs为悬上质量重力为 9878.4N ;h 整车质心到侧倾轴线的距离 316.17mm见图6;整车侧倾角;M r2 9878.4 316.170.312 r 107 N mmM rM r1Mr2 (0.12490.312 r2)107 NmmC总CfC r2.69 1071.04 1073.73107 N mm/radr角度2.09M (0.1249 0.312 r) 107C 总3.73 107汽车在转弯时，车身在0.4g的侧向加速度的作用下，车身侧倾角不

13、大于35°,显然开发目标车型满足要求。2.6 纵倾角刚度在制动强度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A G(11) G ZgMshg/L式中：Z 制动强度：0.5 ;Ms 满载簧载质量 Ms =1400-49-43=1308kg ;hg簧载质心高满载hg=489mmL轴距2332 mm;通过上式计算得到的轴荷转移量是 1343.95N;前后悬架变形由公式S AG/2K可得出：式中：K 悬架刚度，前悬架为 20.52N/mm 后悬架为24.84N/mm计算得：前悬架Sf 32.75mm后悬架Sr 27mm整车纵倾角 B 180 (Sf Sr)/L/1.

14、47整车纵倾角刚度为K G L/02.13 106 N.mm/deg2.7 减振器参数汽车的悬架中安装减振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 性摩擦形成了振动阻尼，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，簧载质量的振动是周期衰减 振动，用相对阻尼比来评定振动衰减，相对阻尼比的物理意义是指出减振器的阻尼作用在与不同刚度和不同质量的悬架系统匹配时，会产生不同的阻尼效

15、果。减振器平均阻力系数确实定减振器阻力系数确实定：2124 mn I2 cos式中：减振器阻力系数；相对阻尼比；m悬架一侧的簧载质量n 悬架偏频；ai 一杠杆比,b；减振器安装角，减振器轴线与Z坐标轴的夹角，前减振器的安装如图7,后减振器的安装见图8;图7前减振器阻力系数计算示意图图8后减振器阻力系数计算示意图根据前后悬架减振器的布置形式，以下各参数取值如下:表2参数列表项目前悬架后悬架m278kg226 kgn1.37Hz1.67Hzi18.425°12.576°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，一般取书二0.250.35。对于有内摩擦的悬架，相对

16、阻尼系数可取小些。参考同类型车：取前悬相对阻尼系数 f 0.3 ;取后悬相对阻尼系数 r 将以上参数代入公式12,可得：前减振器的平均阻力系数为：24 m f n f f 1 ff2cosf1737 .77 N /(m/s)243.142781 .370.3(1 .08 )(cos 8.425 ° )2后减振器的平均阻力系数为:24 m r n r r i rr2cosr1492 .6 N /(m/s)43.142261.670.3(1)2(cos 12 .576 o )22.7.2压缩阻尼和拉伸阻尼系数匹配通常情况下，将压缩行程时的相对阻尼比c取得小些，伸X行程时的相对阻尼比r取得

17、大些；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=0.250.5 r。为防止悬架碰撞车架，一般把减震器拉伸和 压缩阻力按8 : 26 : 4的比例关系分配。根据常规类型车，选减震器拉伸和压 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3七401N/m/s前减振器拉伸阻尼系数3f° 1336.74N / m/s后减振器压缩阻尼系数"c344.45N / m/s后减振器拉伸阻尼系数3ro1148.15N / m/s2.7.3减震器匹配参数通过实验测得前、后减震器匹配阻尼力参数如表3、表4:表3前减震器阻尼力参数活塞速度m/

18、s)复原阻力N压缩阻力N111 ± 4053 ± 40282 ± 5071 ± 40722 ± 80183 ± 501031 ±110338 ± 801386±110584 ± 80表4后减震器阻尼力参数活塞速度m/s)复原阻力N压缩阻力N116 ± 5095 ± 40243 ± 50162± 50603 ± 90317± 601014±110513± 901636 ±120807±1003悬架系统的计算结果通过上面系统的计算得到 MA02-ME10纯电动车悬架系统主要性能参数，通过分析比照，新车型的各项性能参数满足相关理论和标准要求，由此可以保证与 悬架相关的主要指标符合设计要求。表5 参数列表项目参数空载前偏频空载后偏频空载后前偏频比满载前偏频满载后偏频满载后前偏频比前悬架空载刚度后悬架空载刚