Z6悬架系统计算报告.3.30解读

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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10

2、00、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后轴何（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

3、重要性能指标。图2-1前悬架刚度计算示意图18401225图2-2后悬架系统刚度计算示意图2.2.1前悬架刚度计算前悬架刚度按式（2-1）计算:K = Csf(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:Kf492 4S2= 56.1N / mm取摆臂衬套的刚度为悬架刚度的15%,所以前悬架总刚度为:Kr =62.41 15%i=71.8N / mm222前悬架偏频计算前悬架偏频按式（2-2）计算:1000 Kfmf(2-2)Kr

4、 =62.41 15%i=71.8N / mmKr =62.41 15%i=71.8N / mm式中:nf前悬架偏频Kf前悬架刚度，N / mmmf 前悬架簧载质量，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 mf1 = 3100-400 /2 =1350Kgmf2 二 2000-400 /2 =800Kg并把Kf = 64.5N / mm代入式（2-2）得出:前悬架偏频：工打鶯；5“102.2.3后悬架刚度计算（2-3）-=0。见图式中：弹簧中心线与后轴垂线垂线间的夹角,Kr 二 CsrCOS：2-2。Kr =Csrcos 0 =62.4 N/m

5、m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224后悬架偏频计算后悬架偏频按式（2-4）计算:(2-4)1|1000的式中：nr后悬架偏频Kr后悬架刚度，N/mmmr后悬架簧载质量，Kgmr1后悬架满载簧载质量，Kgmr2-一后悬架空载簧载质量，Kg根据表(1-1)得 mr广 3300-400 /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 =丄J1008 =1.122 八 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:(2-

6、5)f mg / K式中：fc 静挠度，mm;前悬架满载静挠度，mm ；前悬架空载静挠度,mm;ri 后悬架满载静挠度，mm;fr 2 后悬架空载静挠度，mm; m簧载质量，Kg2g重力加速度，m/sK悬架刚度，N/mm所以按照（2-5）计算得出:前悬架满载静挠度：上1350 汉 9.8f f 4 = mf1g / K f205.1mmf1f64.5前悬架空载静挠度：800 9.8f f 2 - mf2g / K f121.6mmf264.5后悬架满载静挠度：z14509.8fr1 = mr1g / Kr197.9mmr1r71.8后悬架空载静挠度：z825父9.8fr2 = mr2g / K

7、r112.6mmr29 r71.8满载后前静挠度比：197.9f r1 / f f 10.96r1205.1满载后前静挠度比：fr2/ ff2 二112 =0.93r2 f2 121.6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 =1.12/1.1 =1.02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1.1L1.2之间,后悬架偏频在L1.4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

8、车。2.4侧倾角刚度计算 241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）空气弹簧引起的侧倾角刚度按式（2-6）计算:(2-6)C 1 :bB I2 CC厂2忖一 Cxf式中：C f前空气弹簧引起的侧倾角刚度，Nmm/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21

9、4334 江 1840Cxf的侧倾角刚度为:2_462949_7.3 107NLmm/rad参考KC试验数据衬套扭转时的刚度约有15%的影响，则前悬 架由螺旋弹簧引起的侧倾角刚度为C f = 7.3 107 1.15 =8.4 107NLkm/rad2）横向稳定杆引起的角钢度按式（7）计算:3EIL2(2-7)2 L： a3LJ3 a3 q a b 4L2 b 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:C b_横向稳定杆引起的角刚度，Nlmm/radd稳定杆直径，mmI 稳定杆的截面惯性矩，mm2E材料的弹性模量，(N/mm)前稳定杆直径d =30mm，因此|八30 = 39

10、760.8mm46464前悬架稳定杆材料为：60si2MnA，所以E = 206000( N/mm )= 5.87 1 07NLmm/rad小3y 206000江 39760. 1120C b而厂 03 03 +-(350 + 210) +4972(350 + 210)考虑固定方式，新的稳定杆在车轮处的等效侧倾角刚度与稳定 杆所提供的侧倾角刚度比为i =0.5，稳定杆在车轮处的等效刚 度为：0.5 C b =2.935 107 Nmm/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 107N_mm/rad

11、 所以前悬架总的侧倾角刚度：Kf =C b Cf =8.40 107 2.49 107 =1.089 INLmm/rad2.4.2后悬架侧倾角刚度1 2K r SF Csr cos-：(2-8)式中：:弹簧中心线与后轴垂线间的夹角，： =0：Csr 弹簧刚度，Csr =62.4N/mmSf 弹簧安装间距， Sf = 1225mm以上数据代入公式(2-8),得：Kr# 12252 62.4 cos0 =4.68 汉 107NLmm/rad考虑到衬套扭转时的刚度有约 20.%的影响：C r =1.2 4.68 107 =5.62 107 Nim/rad一般要求前悬架侧倾角刚度要大于后悬架侧倾角刚度

12、，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。Dm林上鶴躺中阳22SDIBDOL=WO-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0.4gm/s2进行计算。2.5.1悬架质

13、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 卄 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 :M ri = ayMh = 0.4 9.8 3250 812 =1.034 10 N_mm2.5.2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矩为：M r2 二Gs*e = Gs*h* r（2-10）式中：Gs 为簧载质量重力为 31850Nh整车质心

14、到侧倾轴线的距离为：h = 812mmr整车侧倾角M r2 二 Gs*e 二 Gs*h* r =31850 812 r =2.586 107 rN_mm2.5.3总的侧倾力矩M r = M r1 M r2 = 2.586 r 1.034107NLmm2.5.4悬架总的侧倾角刚度C =C f Cr =1.089 108 5.62 107 =1.651 108N_mm/rad2.5.5整车的侧倾角得出厂4.25*2.586 r 1.034 1071.65M108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

15、倾时，前后悬架受力的变化 量相当于轴荷转移量GG =ZgMshg/L（ 2-11）式中：Z 制动强度：Z=0.5 ；M s 满载簧载质量 M s 二 6400 400 一 400 二 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7889 N前后悬架变形由公式S-IG/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Sf后悬架Sr54.9mm2汇71.8整车纵倾角V -180 Sf Sr / L/蔥=180 61.2 54.9 /4000/蔥=1.66：整车纵倾角刚

16、度为 K = G L / 二二 7889 4000 =1.9 107NLmm/deg1.662.7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 61.2mm2 汉 64.5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t来评定振动衰减， 相对阻尼比的物理意义是指减振器的阻尼作用在不同刚度和

17、不同质 量的悬架匹配时，会产生不同的阻尼效果。2.7.1减振器平均阻力系数的确定减振器阻力系数的确定：(2-12)4二mn i2cos：式中：丫一一减振器阻尼力系数-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二旦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m800Kg825Kgn1.10Hz1.12Hzi1.301.06a300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- = 0.25L 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=0.

18、2。取前、后悬架相对阻尼系数均 为即/=0.2。前减振器平均阻力系数为:f f f 呼2 斗 02 110 800 13叭4984N/ m/s2COS： f2cos30后悬架减振器平均阻力系数为:2cos0 r f r 迥r2 / 二。2 行2 825 * = 2322N / m/s (COSGf )2.7.2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t c二0.25L 0.5 t 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: 6:4的比例关系分配。根据常规类

19、车型，选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工4984 10 =3834N/(m/s)13前减振器拉伸阻尼系数二4984 3 =1150N/(m/s)13后减振器压缩阻尼系数、f二2322 10 = 1786N / (m/s)13后减振器拉伸阻尼系数:.f = 2322 3 = 536N / (m / s)133悬架系统的计算结果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

20、刚度64.5N/mm后悬架空载刚度71.8N/mm整车侧倾角刚度1.651 汉 108NLmm/rad前后侧倾角刚度比1.94纵倾角/0.51.66纵倾角刚度1.107N_mm/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

21、前轴荷3100Kg后轴荷3300Kg前悬架满载簧载质量2700Kg后悬架满载簧载质量2900Kg前悬架非黄载质里400Kg后悬架非簧载质量400Kg项目数值项目数值前悬架结构双横臂后悬架结构双横臂前悬架偏频1.1Hz后悬架偏频1.12Hz前悬静挠度205mm后悬静挠度198mm前悬弹簧行程 55mm后悬弹簧行程 55mm主销后倾角5主销内倾角13前轮外倾角0-0.5 前轮前束0-2mm车身侧倾角4.25 轮距极限变化量 15mm前悬上下摆臂长度比0.67后悬上下摆臂长度比0.65前悬架刚度64.5N/mm后悬架刚度71.8N/mm前悬架弹簧刚度49.2N/mm后悬架弹簧刚度62.4N/mm前悬架侧倾角刚度84000000Kg*mm/rad后悬架侧倾角刚度56200000Kg*mm/rad前悬架稳定杆侧倾角刚度24900000Kg*mm/rad后悬架稳定杆侧倾角刚度无稳定杆整车侧倾角刚度165100000Kg*mm/rad前后悬架侧倾角刚度比1.94前减压缩阻尼系数1150N/（ m/s）前减拉伸阻尼系数3834N/（ m/s）后减压缩阻尼系数536N/（ m/s）后减拉伸阻尼系数1786N/（ m/s）