浅谈汽车悬架设计与分析

孙晓刚 武云江

摘 要：人们把汽车比作移动的家，那么悬架就是移动家里面的床。汽车的平顺性和稳定性直接取决于悬架质量的好坏。本文主要讲述常见汽车前悬架类别、设计原则、工艺关联性及材料选型等方面知识和总结。

关键词：汽车;悬架;设计;材料

0 概述

悬架是汽车的重要部件，它把车架与车轮弹性地联系起来，既要满足汽车的舒适性的要求，又要满足其操纵稳定性的要求。悬架设计质量至关重要，需要悬架设计工程师在日常实践工作过程中不断积累和总结经验。

1 悬架构成及分类

（1）汽车悬架一般是由弹性元件、减振器、导向机构、缓冲块和横向稳定器等部分组成。它把车架和车轴弹性地连接起来，是车架（或承载式车身）和车桥（或车轮）之间的一切传力连接装置的总称。

（2）汽车悬架系统一般采用非独立、全部独立、抑或是将二者相结合的形式构成，通常可分为两大类：非独立悬架和独立悬架。

1）非独立悬架是两侧的车轮由一根整体式车桥相连，车轮连同车桥一起通过弹性悬架与车架连接，当一侧车轮因道路不平而发生跳动时，必然引起另一侧车轮在汽车横向平面内发生摆动，如图1所示。2）独立悬架是车桥做成断开的，每一侧的车轮都可以单独地通过弹性悬架与车架连接，两侧车轮可以单独跳动，互不影响，如图2所示。

2 悬架设计原则

（1）悬架系统设计首先要满足整车性能和设计的要求，其次是悬架本身的结构设计。

（2）零部件设计时首先考虑功能要求，其次是强度要求，再次是部件少的原则，最后才考虑经济性。

（3）选用零部件的服役条件和材料特点确定其技术要求，特别是焊接、热处理等工艺性技术要求。

（4）以平台化设计为理念，选用科学、合理的设计方案，不断优化并改进设计，提高零件的可靠性和寿命。

（5）参考以往的悬架产品失效模式，运用标杆对比等方法，借鉴设计思路和方法，规避设计失误。

（6）建立并完善材料基础数据库，运用仿真等工具，合理选用原材料是控制和降低成本的有效手段。

（7）新材料的开发以及新工艺技术的应用，是提高产品性能和市场竞争力的有效途径，如：轻量化材料的应用可降低油耗。

（8）有效实施设计验证工作，运用理论分析与实践验证相结合的方式，如：CAE分析、试制、型式试验、路试等，充分且有效的做好验证工作。

3 工艺关联性

（1）悬架产品的结构和精度设计、材料选型往往已经决定了其工艺设计，进而影响了产品的制造成本。美国福特公司增经做过研究，产品结构和精度设计影响产品成本的70%;材料选型占比20%，其它影响占比仅为10%。

（2）悬架产品设计方案确定后，工艺开始进行工艺设计和装备规划，需要综合考虑工艺布局、节拍、产能、人员、经济投入收益核算等因素，拟定几种方案进行对比验证，从而确定最佳工艺方案。

（3）悬架工艺开发过程是一个比较复杂的开发过程，涉及人机工程学、设备选型、物流规划、信息化技术等多种学科，也是成本管控的重要一环。一个小的产品设计缺陷，往往会以数倍精力的工艺设计去弥补，所以不管是产品设计还是工艺设计，均需经有经验或专家参与，在确保设计质量的同时，提升产品、工艺人员的设计水平。

4 悬架材料选型

材料选型与生产成本息息相关，悬架材料选型工作贯穿于生产全过程，涉及供应商开发、零部件價格商务谈判、来料质量控制、制程管控以及过程问题的分析与改进等。材料性能数据是铸造、焊接、加工等工艺过程模拟的基础，也是模具设计的基础，下面介绍几种悬架零部件的常用材料的选型规格。

（1）车架材料选型。根据整车的定位，高端及豪华汽车强调舒适性和操控性，一般采用空气悬架，但成本相对高些;一般汽车普遍使用钢材，车架的材料主要为高强度钢材，通过冲压成型、冲压片焊接而成，一般在中低级别汽车中应用广泛，由于乘用车的高级化和舒适化倾向，以铝合金为主的有色金属应用增加较快，另外使用其它金属材料的应用也越来越多。

（2）摆臂材料选型。高端及豪华汽车强调轻量化和操控性，可采用铸铝合金或煅铝合金，但成本相对高些;一般汽车普遍使用高扩孔钢，如：BR440/600/780等具有很高的扩孔性能，同时不会明显降低延伸率焊接性、抗疲劳性良好。

（3）减震器材料选型。汽车减振器需首先满足升高要求，其次减振器中心伸缩杆直径应满足强度要求，第三减振器上下连接套是否为高强度聚胺脂套，这也是能否保证长时间高强度使用的一个重要依据，因为普通橡胶很难在高强度下长时间使用。减震器主要分为连杆、外缸筒、内缸筒，连杆国内一般都用45钢，外缸筒为ST37-2，内缸筒为ST37-2G。

（4）横向稳定器材料选型。横向稳定器由一根呈U形结构的，由弹簧钢制成的横向稳定杆与橡胶衬套及支承臂组成。横向稳定杆的两端分别铰接在支撑臂上，而支撑臂的下端与悬架的摆臂相连，横向稳定杆的中部经橡胶衬套固定在车架上，橡胶衬套的外部包有套筒，套筒材料为无缝钢管。

5 结束语

不管是传统汽车还是新能源汽车，悬架的作用都是非常重要的，直接影响乘员的感受，随着新技术、新材料的开发，悬架设计和分析将不断深入。

参考文献：

[1]王望予.汽车设计[M].机械工业出版社，2004.

[2]余志生.汽车理论[M].机械工业出版社，2009.