浅谈前悬架设计趋势和分析

郑延磊 张磊

摘 要：汽车前悬架设计是悬架设计的重点，对于保证整个车体结构的稳定性意义重大。本文主要从前悬架设计现状、材料选型、仿真设计、特性进行分析等方面进行归纳和总结。

关键词：前悬架;材料;设计

0 概述

随着汽车技术和科技的发展，传统的前悬架设计已不能满足汽车整体技术发展的要求。结构创新很难有大的创新，但随着新材料、新工艺、运动学以及动力仿真学分析等技术的应用，在整个前悬架设计中发挥着日益突出作用，势必会成为设计的新趋向。

1 前悬架设计现状

（1）设计基本原则。1）零部件设计时选材的原则是：首先满足功能要求，其次是强度要求，最后才考虑经济性。根据许应力、材料强度和经验数据选用合适的材料。2）选用零部件的服役条件和材料特点确定零件的技术要求，特别是热处理技术要求。3）选用先进、合理的强化手段，优化设计、提高零件的可靠性和寿命。4）合理选用材料是控制和降低其成本的有效手段。5）在虚拟设计和计算机模拟中，建立并完善材料数据库是材料设计的基础和必要条件。6）新材料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对降低油耗的作用。

（2）采用多体动力学来研究汽车的运行性能对于汽车前悬架的设计和优化具有重要意义，从80年代中后期开始，逐渐将多刚体系统动力学的分析方式引进到汽车的整体性能分析中，尤其是汽车的运动和动力学研究中，这项新的计算和分析技术对汽车悬架的设计作用显著，极大加快了我国汽车行业的创新和发展。目前国内的多体系统动力学将经典力学理论体系同现代计算机技术进行结合，能够完成复杂的建模和数据计算。在进行前悬架的设计时，利用多体系统力学进行数学建模，输入基本参数，计算机就能够对这些数据进行处理和计算，极大的保证了运算结果的可靠性，减少了数据运算的时间。

2 前悬架新材料应用

（1）前悬架作用是支承、安装汽车发动机及其各部件，并接受发动机的动力，使汽车产生运动，保证正常行驶。在汽车行驶过程中，时间处在潮湿的环境中，很容易受到侵蚀，同时因悬架离地距离较近易被刮伤，不仅影响外观质量，还会使汽车性能受到影响，进而影响正常行驶的安全性。为防止被磨损，可采用三聚磷酸铝材料，其抗腐蚀性强，可对悬架系统起到良好的保护作用。

（2）汽车悬架在未来发展方向之一便是汽车轻量化，对于轻质合金材料和高强度钢的需求量在未来将会大大增加;悬架上对于铝合金的运用也会越来越多;镁合金的需求量也呈增长的态势，同时还要不斷研究一些新型设计来满足汽车轻量化的需求。

3 前悬架新工艺应用

（1）悬架零件的稳定性就是汽车的安全基础，要做到强度、柔韧性、抗疲劳、抗损坏等性能，汽车车架和车桥对于管材液压成形技术的运用也会越来越频繁，压力加工技术向着高效、自动减轻汽车重量、降低成本等方向发展。

（2）悬架铸件正朝着高性能、薄壁、轻质、精尺寸、优良切削性能方向发展;铸造生产过程向清洁、废物再生、高效、节能、节材、环保的绿色铸造方向发展。

（3）悬架零部件的机械切削加工技术已经抛弃了传统模式，而发展为柔性技术为特点的生产线生产的生存模式。高效、精密、柔性化、自动化是切削加工技术变化的主要趋势。高速加工技术、敏捷制造技术、智能化加工技术、绿色加工技术等都将得到快速发展。

（4）汽车零件的防护性电镀由原来单一的镀锌钝化工艺，向耐蚀性能更好且具有耐热、低氢脆性、良好加工性能及环保性能的锌合金镀层及无铬达克罗工艺发展。

4 前悬架系统特性分析

（1）汽车前悬架的稳定性决定了汽车在操作过程中的稳定性和安全性，因此在设计过程中进行仿真模型的建构是十分重要的设计环节。汽车前悬架的仿真设计可以通过两种主要的方式实现，首先可以采用ADAMS/Car等软件中的驾驶模型进行闭环仿真;其次，采用直接输入方向盘转角等操作数据进行控制实验，这种仿真方式叫做开环仿真，采用这种方式进行仿真模拟，操作过程更为灵活。

（2）汽车前悬架的设计是否合理，最重要的表现在于汽车行驶过程中车轮的状况。在汽车行驶过程中，车轮向上跳动时汽车车轮的外倾角会呈现角度的变化，这种外倾角的变化应该控制在±1度的范围以内，以保证汽车的正常直线行驶。主销内倾角在汽车车轮自动回正的过程中发挥作用，主销横向偏距与主销内倾角相关，二者能够协调驾驶员作用在方向盘上的力，使得驾驶员在方向盘上施加较小的力就能够实现方向盘的转向。

（3）汽车车轮轮间距。汽车行驶过程中车轮间距的变化会引起不同侧的轮胎发生反向偏移，影响汽车行驶的稳定性。因此在汽车前支架设计过程中需要对汽车车轮间距进行合理的设计。

（4）前悬架的垂直刚度。在汽车荷载发生上下垂直运动时，汽车前悬架的垂直刚度对于保证汽车的整个悬架的稳定性具有重要作用，前悬架在汽车垂直运动过程中给车身以弹性恢复力。

（5）在设计汽车前悬架的过程中仿真分析能够有效检测汽车前悬架设计的合理性，同时对汽车行驶进行仿真实验，并将前悬架系统的运动特性进行获取，为后续的改进和继续研发提供依据。

5 结束语

人们常常把汽车比喻成“移动的家”，而悬架系统好比人们移动家里的床，既要满足驾驶者提供乘车的舒适性，又要满足整车市场的定位。随着新技术的开发和应用，前悬架设计开发水平将更好地满足整车和人们的需求。

参考文献：

[1]吴志成，陈思忠，杨林，等.几种独立悬架运动学特性对比研究[J].北京理工大学学报，2006.

[2]余志生.汽车理论[M].机械工业出版社，2009.