1 懸架是什么？
懸架實(shí)際上就是由導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、彈性元件（彈簧）、減震器以及防傾桿（橫向穩(wěn)定桿）組成的可以約束車(chē)輪不讓其隨意轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。



圖1 多連桿式獨(dú)立懸架

2 懸架開(kāi)發(fā)的一般過(guò)程？
在懸架開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，分為正向開(kāi)發(fā)和逆向開(kāi)發(fā)。

正向開(kāi)發(fā)：即我們一般開(kāi)發(fā)一件產(chǎn)品的過(guò)程，從設(shè)計(jì)到產(chǎn)品測(cè)試。

逆向開(kāi)發(fā)：根據(jù)別人開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品掃描懸架的硬點(diǎn)和結(jié)構(gòu)以及齒輪，根據(jù)這些已知因素開(kāi)發(fā)出產(chǎn)品。

(硬點(diǎn)：簡(jiǎn)單理解為導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和減震器的連接點(diǎn)，硬點(diǎn)的位置設(shè)計(jì)非常重要，因?yàn)樗苯記Q定了懸架系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)軌跡，決定車(chē)輪跳動(dòng)的方向。如圖所示，這是利用德國(guó)專(zhuān)業(yè)懸架設(shè)計(jì)軟件VI-grade確定硬點(diǎn)的一系列參數(shù)。）



3 懸架的一般組成
機(jī)械懸架的組成形式主要有四部分：

（1）彈簧
彈簧是懸架系統(tǒng)中較為重要的一部分，主要作用是存儲(chǔ)車(chē)輪傳來(lái)的振動(dòng)和沖擊能量。

（2）減震器
減震器與彈簧是直接的機(jī)械連接，可以將彈簧存儲(chǔ)的能量消化吸收掉。

（3）防側(cè)傾桿
抑制車(chē)輛的過(guò)分側(cè)傾，使系統(tǒng)趨于穩(wěn)定。

（4）導(dǎo)向機(jī)構(gòu)
主要作用為傳遞加速、制動(dòng)、轉(zhuǎn)向時(shí)的力和力矩。

4 懸架的工作原理
在講解懸架的工作時(shí)，我們以極限轉(zhuǎn)彎為例。

當(dāng)車(chē)輛入彎剎車(chē)時(shí)，后懸架的彈簧需要合理的將載荷從后向前轉(zhuǎn)移，后懸架的彈簧通常較為柔軟，柔性較大，增強(qiáng)后輪的抓地力。

隨著車(chē)輛逐漸駛向彎心，車(chē)輛的重量會(huì)逐漸向靠近彎道外側(cè)的輪胎轉(zhuǎn)移，減震器中的阻尼開(kāi)始吸收彈簧因側(cè)向力而變形所產(chǎn)生的能量。在彎心時(shí)，防側(cè)傾桿會(huì)把一部分載荷轉(zhuǎn)移到內(nèi)側(cè)輪胎，進(jìn)而抑制車(chē)身整體向外部?jī)A斜，可以更好地控制姿態(tài)。

過(guò)了彎心之后，防側(cè)傾桿開(kāi)始釋放所吸收的能量，彈簧開(kāi)始吸收能量。

出彎加速時(shí)，重量向車(chē)尾轉(zhuǎn)移，后懸掛的軟彈簧可以吸收因重量轉(zhuǎn)移而產(chǎn)生的能量，穩(wěn)定車(chē)輛的后輪，增大最大牽引力。

常見(jiàn)的懸掛類(lèi)型

(1) 麥弗遜式獨(dú)立懸架



麥弗遜式獨(dú)立懸架最大的優(yōu)點(diǎn)就是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、垂直方向穩(wěn)定性較好。但是缺點(diǎn)也很明顯，因?yàn)樗谴瓜虿贾?，且在?cè)向支撐結(jié)構(gòu)不足，所以在輪胎跳動(dòng)的過(guò)程中，車(chē)輪的外傾角變化較大。這一點(diǎn)在車(chē)輪過(guò)彎跳動(dòng)時(shí)尤為明顯。

（2）雙叉臂式獨(dú)立懸架

雙叉臂式獨(dú)立懸架最大的優(yōu)勢(shì)在于使用了多連桿結(jié)構(gòu)，但其也無(wú)法避免外傾輪跳動(dòng)的現(xiàn)象。但是由于其側(cè)向連桿數(shù)量較多，因此可以進(jìn)行側(cè)向優(yōu)化，在優(yōu)化懸架結(jié)構(gòu)的過(guò)程中，硬點(diǎn)位置的優(yōu)化最為重要，硬點(diǎn)優(yōu)化可以使側(cè)傾角在懸架允許跳動(dòng)的范圍內(nèi)變化。

5 前束角和外傾角的重要作用





前輪束角分為正前束和負(fù)前束，正前束有利于提高直線行駛的穩(wěn)定性，負(fù)前束則可以改善車(chē)輛的轉(zhuǎn)向能力。外傾角則表示車(chē)輪偏離法線方向的夾角，主要作用是改善車(chē)輪的抓地力。

家用車(chē)一般選用：負(fù)的外傾角搭配負(fù)的前束角，這樣做的目的是在提高車(chē)輪轉(zhuǎn)向能力的基礎(chǔ)上最大程度上減小束角帶來(lái)的輪胎磨損問(wèn)題。

包括我們見(jiàn)到的F1賽車(chē)、跑車(chē)，大部分也是使用負(fù)的外傾角搭配負(fù)的前束角。在車(chē)輪高速過(guò)彎時(shí)，輪胎側(cè)向力較大，重量大部分集中在外輪胎，為了提高外輪胎的抓地力，較小的負(fù)外傾角可以補(bǔ)償輪胎轉(zhuǎn)彎過(guò)程中的側(cè)偏角，使輪胎最大程度上垂直于地面，進(jìn)而保持輪胎的最大抓地力。

以上我們討論的工況大部分為轉(zhuǎn)彎，轉(zhuǎn)彎最怕的就是過(guò)大的側(cè)傾力。那么，如何提高車(chē)輛的防側(cè)傾能力呢，在優(yōu)化懸架的過(guò)程中，我總結(jié)了以下幾點(diǎn)：

1.適當(dāng)加大防側(cè)傾桿的扭轉(zhuǎn)剛度。

2.適當(dāng)增大螺旋彈簧的剛度，對(duì)減震器阻尼進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以提高吸振能力和支撐能力。

3.選用稍微軟一點(diǎn)的彈簧，適當(dāng)?shù)目刂苽?cè)傾角。
當(dāng)然，以上僅僅是理想狀態(tài)下的調(diào)節(jié)方法，調(diào)節(jié)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)很多矛盾問(wèn)題，只能犧牲一部分性能來(lái)提高另一部分性能。

6 使用VI-grade優(yōu)化設(shè)計(jì)懸架
在本次優(yōu)化案例中，我使用了VI-grade軟件對(duì)一款賽車(chē)的雙叉臂懸架進(jìn)行了設(shè)計(jì)和優(yōu)化。





第一張圖是選擇該懸架系統(tǒng)的硬點(diǎn)位置，包括前后上懸臂，下懸臂和車(chē)輪中心等硬點(diǎn)的絕對(duì)坐標(biāo)，來(lái)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

第二張圖是確定車(chē)輪的輪徑等必要參數(shù)，以及fx，fy等坐標(biāo)參數(shù)，對(duì)于這些參數(shù)的確定，是一個(gè)較為復(fù)雜的過(guò)程，進(jìn)行計(jì)算求取之后要不斷優(yōu)化數(shù)值。

懸架設(shè)計(jì)結(jié)束后需要進(jìn)行百公里加速測(cè)試(acceleration測(cè)試工況)，8字轉(zhuǎn)彎平順性測(cè)試(skipped工況)，整體跑道測(cè)試工況。進(jìn)而來(lái)測(cè)試懸掛優(yōu)化之后的性能。