双横臂独立悬架安装结构优化设计及分析

王勖

摘 要：越野汽车由于经常通过复杂苛刻路况，对车辆的攀爬能力及通过性要求很高。不等长双横臂独立悬架由于其较低的侧倾中心高度，且轮距变化小，轮胎偏磨少，采用到越野汽车上能提升整车的行驶稳定性和通过性，但是这对双横臂独立悬架车架纵梁安装结构提出了更高的要求。多数越野汽车采用整体式车架，车架断面均匀，后悬多为连杆结构，同时在车架两侧布置安装结构，受限于悬架安装空间和车轮跳动行程。本文主要设计一种双横臂独立悬架的安装结构，采用变截面分段式焊接车架，通过有限元分析，优化了安装结构和布置空间，使整车通过性大幅提高。

关键词：越野车；车架；双横臂独立悬架；设计优化；

中图分类号：U463.1 文献标识码：A 文章编号：1005-2550（2017）04-0008-05

Abstract： Off-road vehicles due to the often complicated and harsh road conditions， the vehicle's climbing ability and high pass requirements. Double wishbone suspension due to its lower roll center height， and the track of small changes， tire eccentric wear less used off-road vehicles can enhance the vehicle's driving stability and the vehicle， but the double wishbone independent suspension frame mounting structure has a higher request. Most of the off-road vehicle with integral frame， frame section， rear multi link structure， while mounted on both sides of the frame layout and installation structure， due to the suspension of the installation space and wheel travel. In this paper， a kind of double wishbone independent suspension mounting structure is designed， which is based on the variable cross-section welding frame. Through the finite element analysis， the structure and the layout space are optimized.

Key Words： off-road vehicle； frame； double wishbone suspension； design optimization

越野車经常在坏路面甚至无路地带行驶，采用双横臂独立悬架，在一定的悬架行程范围内，左右车轮的跳动没有直接的相互影响，可有效减少车身的倾斜和振动，并减小车架及车身的扭转有利于延长底盘零件的使用寿命，同时对于转向轴而言有助于消除转向轮不断偏摆带来的不良影响，有利于整车操纵稳定性。

它还可以增加汽车离地间隙，车轮都与路面有良好的接触，从而增大牵引力，大大提高越野车的通过性。由于车轮有较大的上下运动空间，可以将悬架系统的刚度设计的较小，使车身振动频率降低，改善行驶平顺性。

与其他结构形式的独立悬架相比，双横臂式独立悬架只要适当选择、优化上下横臂的长度，并通过合理的布置、就可以使轮距及前轮定位参数变化均在可接受的限定范围内，保证 汽车具有良好的行驶稳定性。此外双横臂式悬架在中型高机动越野车上的设计适应性、性能适用性和生产及使用适用性较为均衡，采用双横臂独立悬架时，设计车轮定位参数的变化及侧倾中心位置的自由度比较大，与转向机构设计合理匹配，可以得到最佳的操纵性和平顺性。

传统的越野汽车多采用整体式焊接车架，同时后桥多采用整体式车桥及非独立悬架，只有少数车辆采用断开式车桥及独立悬架。如果后悬采用双横臂独立悬架，受限于此种悬架系统的安装空间、底盘布置和车架成型工艺限制，此类越野车型的通过性无法达到更好，故该设计采用分段焊接式车架，则能较好的解决以上问题。

多数的越野汽车双横臂悬架的整体式车架，车架断面规则均匀，同时在车架两侧布置安装安装结构，受限于悬架安装空间和车轮跳动行程，通过性无法达到更好。该设计更改安装结构布置和车架局部断面形状，解决以上问题。

1 车架设计

该独立悬架安装结构设计基于一种分段焊接式车架结构，车架纵梁采用前后分段内外搭接焊接方式，内部附加多段加强衬板结构，加强衬板结构形状满足车架工艺要求。横梁与纵梁采用焊接形式，横梁为上下片焊接结构。

新设计纵梁下表面局部内凹弧形结构，内部附加多层衬板，在不抬高纵梁中后端面高差，保持较好成型工艺性的前提下，减小了半轴初始内外节角度，加大了半轴的跳动空间与后悬架的跳动行程。车架结构如图1所示：

2 双横臂独立悬架安装结构设计优化

2.1 上、下三角臂前、后安装支架设计

新设计悬架上三角臂安装固定结构，其中上三角臂通过焊接在纵梁上翼面的2个几字形支架安装，支架为内外板搭接结构，保证较好的固定刚度，同时几字形支架由于固定在纵梁上翼面，一方面加大了纵梁有效宽度，改善了车架成型工艺，扩大了底盘布置空间，另外也加大了三角臂设计跨度，增加了悬架系统的侧倾中心高度；悬架下三角臂通过横梁两端U形支架实现安装。上下三角臂安装结构如图2、图3所示：

2.2 螺旋弹簧及减震器安装支架

新设计螺旋弹簧及减振器安装支架，采用冲压成型，内、外板搭接焊接工艺连接，保证了较好的固定刚度，满足了螺旋弹簧及减震器的安装同时优化了布置空间。螺旋弹簧及减振器安装结构如图4所示：

2.3 前后弹性缓冲块安装支架设计

缓冲块能够限制悬架最大变形量的装置。它减轻轮边对车架（或车身）的直接冲撞，防止弹性元件产生过大的变形。缓冲块由橡胶块、钢板、螺栓组成。新设计悬架弹性缓冲块安装结构，充分考虑与已有支架共用，保证最大通用化，缓冲块支架采用上下板焊接成型，提高了支架强度，从而实现对悬架系统的缓冲功能，同时满足推力杆支架安装需求。前后弹性缓冲块安装结构如图5所示：

2.4 设计方案说明

图6、图7双横臂独立悬架纵梁安装结构示意图，双横臂独立悬架纵梁安装结构包括车架纵梁3、前横梁1和后横梁2、悬架系统上三角臂安装支架5和6、下三角臂安装支架7和10、螺旋弹簧及减震器安装支架4、弹性缓冲块安装支架8和11、推力杆安装支架9。前横梁1和后横梁2分别通过两端U型断面支架7和10和纵梁3垂直焊接，同时下三角臂由横梁一端的U形支架7和10安装；上三角臂由焊接在纵梁上翼面上的2个内外板搭接几字形断面的支架5和6安装。螺旋弹簧及减震器由焊接在纵梁上翼面上的固定支座4连接，安装支座4位于上三角臂后安装支架5后方。前弹性缓冲块由纵梁下翼面上焊接的内外板搭接的脚型支架8来固定，此支架上搭接焊接几字形支架9连接推力杆。后弹性缓冲块由焊接在后横梁上的内外板搭接的脚型支架10安装。2个弹性缓冲块支架的纵梁下翼面局部内凹弧形结构，避让半轴跳动。

图8双横臂独立悬架纵梁安装结构分解图，双横臂独立悬架纵梁安装结构包括：纵梁第三内板、纵梁第三内板内侧加强板1、纵梁第三外板、左后簧座外板、后悬架左上摆臂支架外板、后悬架左后限位块上板、后悬架左后限位块下板、后悬架后下摆臂安装支架、后悬架前下摆臂安装支架、后悬架左推力杆支架、后悬架左前限位块上板、后悬架左前限位块下板、纵梁第三外板内侧加强板2、纵梁第三内板内侧加强板2、左纵梁第二内板、后悬架左上摆臂支架内板、左后簧座内板。

3 有限元分析

本次车架模型总重260kg，在建模過程中通过软件把Catia模型导入到Hypermesh中进行网格的划分并建立有限元的模型。网格的尺寸设定为10×10mm四边形壳单元，整个车架模型共有139262个单元和149873个节点。其模型如图9所示：

3.1 动刚度分析

左后下摆臂安装点如图10、图11所示：

左后上摆臂安装点如图12、图13所示：

动刚度分析数据如表1所示：

结论：经过动刚度分析，本轮安装结构设计值优于目标值，满足要求。

3.2 后推力杆支架强度分析

边界条件如下：

后推力杆支架强度有限元分析如图14所示：

强度分析如表2所示：

结论：经过计算某工况最为苛刻，故上述只输出该工况下的计算结构。经过有限元强度分析，推力杆支架和焊缝在位移、强度、应变设计值均优于目标值，满足设计要求。

4 结论

本次设计为适应国家军民融合战略需求，借鉴军用高机动越野车车架的优势，设计一种双横臂独立悬架安装结构，并在该结构的基础上进行优化。该结构采用冲压和拼焊工艺，运用SAPH系列材料，使该结构强度、刚度得到了提升，同时满足底盘各个总成的安装、维修需求，提高整车性能，使整车融入军车血统的高越野性、高安全性和高机动性，具备征服一切极端气候环境及路面的能力。

参考文献：

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