中级轿车多连杆后悬架设计-王昱昕-20070306

中级轿车多连杆后悬架设计--------几何学定义（GEOMETRY）二零零七年三月六日序言本文档主要从整车总布置角度出发，在总体概念设计阶段进行悬架的选型、硬点、几何定义设计，从而确定悬架各相关部件的详细结构设计边界和输入信息。

拖曳臂（TRAILING ARM）后悬架优点：•沿Y和Z方向的尺寸较小，因此对于后部车厢布置非常有利，能有较好的空间利用率（尤其是轮罩之间的宽度较大）和容易布置备胎和油箱。

•悬架和车身容易装配•悬架结构简单: 零部件少、容易分装•由于没有衬套，滞后性较小•容易保护后驱Compatibility with traction缺点：•在沿着车身与拖曳臂的旋转轴，拖曳臂的长度和宽度有比较大的杠杆比，因此当存在侧向载荷时，有不利的前束。

•在车身的横向翻转时有不利的车轮外倾角(如果有一个比较合适的悬转轴，有可能纠正外倾角，但这样会影响轮罩之间的宽度。

)•不好的调整潜能: 所有的几何特征和相应变形参数都是相关联的。

•由于缺少衬套，不能进行有效的衰减震动。

扭曲梁（TWIST AXLE）后悬架优点：•悬架和车身容易装配•悬架结构简单: 零部件少、容易分装•垂直尺寸较小•水平方向尺寸较小，有利于布置备胎和油箱•在车轮上下跳动不同时，可以进行自动调整车轮外倾角•当车身有横向倾斜时，可以进行前束自动调整•有好的操纵性能，尤其是在光滑路面•当存在障碍物时，有增大轮距的能力•如果设计要求拉焊，有比较大的抗误操作强度缺点：•对横向和纵向的梁的拉焊工艺有比较严格的质量要求•不利于进行驱动•对车辆动态最小化比较敏感–轴上的满载变化Skoda Fabia多连杆悬架具有下列优点：具有良好的操纵稳定性和平顺性，这一良好的潜在性能是由下列主要的几何特性所决定：当存在横向载荷时将自动纠正（Toe-in recovery ）当存在纵向载荷时将自动纠正（Toe-in recovery ）•在车轮跳动行程中外倾角自动纠正（Camber recovery ）当障碍物时，轮当•与后轮驱动有很好的兼容性当后轮驱动时，有好的转向矩控制多连杆通常有下列缺点•有较多的零部件，加工制造复杂•调教实验比较复杂，而且与其他车型共用平台适应性研究比较复杂•对悬架几何参数和弹性元件特性有较高的敏感性•承载能力和悬架重量比值不合理（需要副车架）•误操纵容易损坏•悬架整体尺寸较大，降低后部车厢的空间利用率，影响后底板布置•在欧美市场工业制造有较高的成本Only one archetype is adopted by all makers: a longitudinal arm guided by transverse links.多连杆（MULTILINK ）后悬架THREE-LINK: AUDI A3–NEW GOLF前束将自动纠正（Toe-in recovery ）大多数多连杆独立后悬架都只是某种传统悬架的变体，最大的改进应该就在于toe control arm。

不管具体形式再千奇百怪，用到的toe control原理大多都是图中所示的平行连杆原理（实际的toe control arm不一定非要和某横摆臂平行，它也可能平行于某半拖曳臂，甚至悬架总成中也可能根本没有标准的横摆臂，但是因为半拖曳臂实际上可以分解为一条横摆臂和一条拖曳臂的组合，这里面的控制原理都没有改变。

有的实际甚至不一定出现单独的toe control arm，比如Audi的梯形连杆后悬架，其梯形连杆实际上就相当于两条不等长半拖曳臂合二为一，原理还是万变不离其宗）。

等长平行连杆（前束控制连杆和下控制臂）前束将自动纠正（Toe-in recovery ）上图所示的是前束控制臂和下控制臂等长的情况情况。

当车轮上下跳动时，下控制臂和前束控制臂末端的运动轨迹是半径相同的圆弧，所以车轮在正常的平衡位置下设定的前束不会改变。

过弯时也一样，尽管侧倾导致悬架动作，但两侧后轮的前束都能保持稳定前束控制臂下控制臂如果平行连杆不等长，实际上就组成了所谓梯形连杆，如上图所示，如果正常的平衡位置是图中画的那样，当车轮上下跳动，由于两条连杆末端运动轨迹是半径不同的圆弧，假设前束控制连杆较短，则无论车轮如何跳动，前束都会比平衡位置时增加。

前束将自动纠正（Toe-in recovery ）前束控制臂下控制臂前束将自动纠正（Toe-in recovery ）如果改变平衡位置的设定，比如象上图所示，平衡位置时两条连杆的组合就不再是严格的平行连杆了。

从图中可见，车轮上跳时就会倾向于前展，向下跳则会倾向于前束。

考虑转弯时的状况，重心向外侧移动，车身出现侧倾，外侧后轮就相当于向上摆，内侧后轮则相当于下摆，于是外侧前展，内侧前束，减弱了转向不足倾向。

弯道越急，入弯速度越快，侧倾也就越大，后轮的前束变化也会越明显，或者说后悬架对转向不足的自动补偿也越强，从而改善了弯道性能（其实，两条连杆如果不在同一平面内，如上图那样，倒也不非得是不等长的不可）。

下控制臂前束控制臂Toe in (+)Front wardToe in (+)Frontward FY (+)前束将自动纠正（Toe-in recovery —横向载荷转弯上跳正横向力前束将自动纠正（Toe-in recovery ）—纵向载荷Front wardFX(+)Toe in (+)Front ward外倾角自动纠正（Camber recovery ）—车轮跳动/侧向力Fy(+)Camber (+)dZ (+)Camber (+)当碰到障碍物时，轮距适当增大Golf V M 11这一段位移能吸收来自碰到障碍物的冲击。

Front ward FX(+)dX(+)后部车厢的空间利用率W202 后轮辋之间的最小距离。

W22后部车厢的空间利用率预备信息A –汽车轮廓图及相关尺寸信息B –车轮上、下跳行程（compression& rebound）C –需要布置传动轴、或不需要传动轴、或需要传动轴保护定义D –轮辋轮胎尺寸型号E –Loading capability承载能力定义F –基于整车布置的硬点G –一些关于沿用件的约束H –操稳、平顺性目标设定I –Features of the front suspension前悬架的特征L –连杆制造工艺的可行性几何学定义程序步骤1 -选择多连杆类型：两连杆、三连杆和梯形结构2 -选择哪些点固定在副车架上，哪些不是3 -定义纵向拖臂的长度和倾度4 -定义主销轴5 -定义下控制臂长度和方向6 -定义上控制臂长度和方向7 –定义减震器和弹簧的布置型式8 -定义前束控制臂（Toe control arm)的长度和方向9 –定义衬套刚度（stiffness curves）Step 1 -选择多连杆类型：两连杆、三连杆和梯形结构A-具有两根横向臂叫“两连杆”——Two-link B-具有三根横向臂叫“三连杆”——Three-linkC杆的体就梯形结构多连杆”——Trapezoidal连上当于不拖曳臂二，日系广泛使用）注**** 杆可以用衬套来控制悬架但如果用式就有由于公差问题引起的。

两Two-link三连杆Three-link梯形结构TrapezoidalTWO-LINK: LOTUS CONCEPT ULSASTwo-link只有外倾角通控制行调节前束有时可以前衬套的弹性实现，这公差引起变三连杆的大衬套TWO-LINK: BMW MINI200 mmWe loose roughly 200mm because the movement ofthe upper & lower transversal links combined withthe presence of the spare wheel determine multiplecurves in the exhaust line to go from the centre toCamber linkToe linkMain transverselinkTrailing arm withknuckleThree-link外倾角和前束控制可以单独进行，分别有一个控制臂（连杆）；因此，在这种基本的结构下，性能的实现要更少依赖于衬套的调教。

前衬套仅仅起纵向弹性和震动过滤的作用。

那么，实际上，一些衬套刚度相互影响的设计是为了能达到一个更高的性能。

Ford Focus and C MaxVW Golf V, Touran,Audi A3Toyota Avensis:一根梯形臂，两根连杆Honda Civic:一根梯形臂，两根连杆Honda CivicHondaCivic梯形结构Trapezoidal梯形臂具有纵向拖臂和横向臂的双重功能；另外，再加两个横向臂（如Avensis, A4），或者一根横向臂（如：Civic ）。

这种结构有比较大的外倾角、前束和舒适性的弹性控制范围；但这一良好的潜在性能决定于有良好的高精度设计和高精度的衬套生产工艺，以及一个非常复杂的梯形纵向拖曳臂，此臂需具备一额外的横向臂（连杆）功能。

很小的设计问题会造成非常艰难的性能调教；很小的公差问题会产生直接的动态品质。

注：**就因为这些由于公差等因素的不可避免的敏感性，很多中级车设计时不考虑这种结构类型。

Toyota Avensis 的梯形结构多连杆后悬架前束控制臂外倾角控制臂转向节接弹簧和减震器通过一个复杂的衬套连接B.I.W副梯形臂Toyota Avensis 的梯形结构多连杆后悬架连接外倾角控制臂连接前束控制臂连接制动连接提醒臂Toyota Avensis 的梯形结构多连杆后悬架将硬点固定在副车架上-能降低重量和成本-增加前束和外倾角的控制精度-增强动态力的过滤（如果它的惯量高于BIW ，如果它是通过衬套固定在BIW 上）对于一个中级车而言，仅仅外倾角控制臂和前束控制臂固定在副车架上。

固定在底板上固定在副车架上固定在底板上固定在副车架上Step 3 -定义纵向拖臂的长度和倾度相关的点是点1和点16：-抗俯仰角（看下边几页），< anti-rise and anti-squat angles >-1点位置要考虑BIW的约束-四驱保护：保持臂的轴线与XZ平面平行，在这一臂（连杆）的牵引载荷要低，而且这一点是非常重要的，因为这一连杆必须要：“瘦”,象个“刀片”。

沿用于四驱的SUV-如果在一般的轿车上增大离地间隙，可以减小下跳行程，增加上跳行程来实现。

-如果点1的Z坐标远大于点16的Z坐标-如果前后轴之间有稳定的牵引力分配，即：后轴有稳定的牵引力整个车身的运动角度需要校核避免在启动时候后部车身的过分抬高同样是这个原因BMW在设计X3的时候没有采用3连杆，因为他的两根连杆不允许抬高车身来增加离地间隙，因此，它沿用了X5的5连杆悬架，这样X3的后悬架成本和X5完全一样大（X5比3X大很多）。