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）
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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。
TWO-LINK: LOTUS CONCEPT ULSAS TWO-LINK: BMW MINI
Two-link
只有外倾角可以通过横向控制臂进行几何调节。 前束控制有时也可以通过前衬套的弹性实现，但 这使由于公差引起的悬架变形要比三连杆的大。
前衬套
TWO-LINKS VAUXALL OPEL VECTRA
Toe link
Main transverse link
Ford Focus and C Max
VW Golf V, Touran, Audi A3
200 mm
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We loose roughly 200mm because the movement of the upper & lower transversal links combined with the presence of the spare wheel determine multiple curves in the exhaust line to go from the centre to the side
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
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多连杆（ MULTILINK）后悬架
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：
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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）
Camber link
Three-link
Trailing arm with knuckle
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。
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。
THREE-LINK: AUDI A3 – NEW GOLF
Only one archetype is adopted by all makers: a longitudinal arm guided by transverse links.
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常见后悬架类型
1) 拖曳臂 （TRAILING ARM） 2) 扭曲梁 （TWIST AXLE） 3) 多连杆 （ MULTILINK）
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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
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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
附：
前束将自动纠正（ Toe-in recovery ）—纵向载荷
Front ward
FX(+)
Toe in (+)
Front ward
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附：
外倾角自动纠正（ Camber recovery ）—车轮跳动/侧向力 Camber (+)
•当存在横向载荷时，前束将自动纠正（ Toe-in recovery ） •当存在纵向载荷时，前束将自动纠正（ Toe-in recovery ） •在车轮跳动行程中外倾角自动纠正（ Camber recovery ） •当碰到障碍物时，轮距适当增大 •与后轮驱动有很好的兼容性 •当后轮驱动时，有很好的转向力矩控制
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附：
前束将自动纠正（ Toe-in recovery ）
前束控制臂
下Βιβλιοθήκη Baidu制臂
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）。
二为一 ，很多日系车广泛使用）
注：**** 给定连杆数目，可以用衬套刚度来进一步控制悬架变形，但如果采用这一方式就有由于公差问题引起 的风险。
两连杆 Two-link
三连杆 Three-link
梯形结构 Trapezoidal
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附：
前束将自动纠正（ Toe-in recovery ）—横向载荷
Toe in (+)
Front ward
转弯
Toe in (+)
FY (+)
Front ward
上跳
正横向力
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附：
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）。
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
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附：
前束将自动纠正（ Toe-in recovery ）
前束控制臂
下控制臂
等长平行连杆（前束控制连杆和下控制臂） 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
Golf V M 11
附：
后部车厢的空间利用率
W202
W202 后轮辋之间的最小距离。
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附：
后部车厢的空间利用率
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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-link
C-多连杆的变体就是 “ 梯形结构多连杆”——Trapezoidal （梯形连杆实际上就相当于两条不等长半拖曳臂合
dZ (+)
Camber (+) Fy (+)
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附：
当碰到障碍物时，轮距适当增大
Front ward FX(+)
dX(+)
这一段位移能吸收来自碰到障碍物的 冲击。
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目录
• 后悬架常见类型 • 多连杆优缺点详细分析 • 预备信息 • 多连杆后悬架几何详细定义步骤 • 悬架目标设定
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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
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附：
前束将自动纠正（ Toe-in recovery ）
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。