文献综述

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题目：汽车车身悬挂系统振动模态分析

摘要：悬架作为汽车的重要部件，对汽车的行驶平顺性和操纵稳定性有着直接

的影响。本课题主要讨论汽车车身悬挂系统的振动参数，利用ANSYS有限元数值模型计算以及校正。通过研究分析，得到正确的振动参数和外部形状，为设计车身悬挂系统提供理论基础。

关键词：汽车悬挂系统振动参数振动模态分析

引言：悬架系统是汽车底盘中的主要总成件，在汽车的行驶过程中传递车架（或

车身）与车轮之间的所有的力与力矩同时降低路面对的车架（或车身）的冲击载荷，衰减路面冲击给车架（或车身）带来的振动，保证了汽车行驶的平顺性与安全性。麦弗逊悬架作为一种独立悬架由于其结构简单，占用空问小，增大了两前轮内侧的空间，便于发动机和其他一些部件的布置，在现在乘用车上得到广泛应用。悬架振动特性分析可以用MATLAB数值计算，ADMAS、CarSim仿真，也可以用ANSYS有限元方法计算。本课题旨在建立车身悬架多自由度动力学模型。利用CATIA软件或者ANSYS软件建立简单车身三维模型，利用ANSYS软件分析车身悬架系统，计算车辆的振动模态。此研究能够揭示悬架性能、车辆平顺性和悬架参数之间的相互关系，对车辆悬架系统的设计和研究具有一定参考意义。

一.国内外研究现状

1.1国内研究概况

厦门金龙，丹东黄海等客车厂家生产的大型铰接BRT城市客车均采用了一种新配置——电子控制空气悬架（ECAS系统）。

近年来，国内外学者对悬架控制方法进行了大量的研究，控制方法几乎涉及到所有的控制理论的所有分支，许多控制方法如天棚阻尼控制、PID控制、最优控制、自适应控制、神经网络控制、滑模变结构控制、模糊控制等在悬架系统上得到了应用。

1.2国外研究概况

主动悬架的概念是由Erspiel-labrosse于1954年提出来的，首先使主动悬

架的基本思想和控制律得到完善总结的是Thompson，他证明了全主动悬架系统对提高车辆性能的作用。20世纪80年代初，车辆主动悬架统的研究和开发成果得到了实现，日产和丰田公司的液力主动控制系统，证明主动悬架系统可使车辆的整体性能得到很大提高。但因主动悬架结构复杂、能耗高，其发展受到一定限制。

70年代初，D.A.Cosby和D.C.Karnopp首先提出了半主动悬架的概念。半主动悬架比主动悬架出现的晚一些，从20世纪80年代中期以来，有关汽车半主动悬架系统的文献和研究成果每年都有报道，比较有影响的学者有Karnopp、Margolis、Thompson和El.Madany等，他们的研究，极大地丰富了汽车半主动悬架的控制理论，有力地推进了半主动悬架系统在车辆工程中的应用，其结构简单、造价低廉，性能接近于主动悬架而受到车辆工程界的广泛重视。日本丰田汽车公司早在1983年就将半主动悬架应用于轿车上，并在概念车和部分豪华商用轿车上装备了各种电控主动和半主动悬架系统。

20世纪90年代以后，研究的显著特点是新型智能材料在半主动悬架上的应用。美国和德国研制的以电流变和磁流变体作为工作介质的新型半主动悬架系统，是一种能自动识别道路状况的半主动悬架系统——自动连续调节阻尼控制系统。

二.汽车车身悬挂系统结构及工作原理分析

2.1汽车车身悬挂系统基本结构组成

一般悬架由弹性元件、导向机构、减振器和横向稳定杆组成。弹性元件用来承受并传递垂直载荷，缓和由于路面不平引起的对车身的冲击。弹性元件种类包括钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧、油气弹簧、空气弹簧和橡胶弹簧。减振器用来衰减由于弹性系统引起的振，减振器的类型有筒式减振器，阻力可调式新式减振器，充气式减振器。导向机构用来传递车轮与车身间的力和力矩，同时保持车轮按一定运动轨迹相对车身跳动，通常导向机构由控制摆臂式杆件组成。种类有单杆式或多连杆式的。钢板弹簧作为弹性元件时，可不另设导向机构，它本身兼起导向作用。有些轿车和客车上，为防止车身在转向等情况下发生过大的横向倾斜，在悬架系统中加设横向稳定杆，目的是提高横向刚度，使汽车具有不足转向特性，改善汽车的操纵稳定性和行驶平顺性。

2.2主要性能指标 （1）良好的行驶平顺性 （2）合适的衰减振动的能力 （3）良好的操纵稳定性

（4）汽车制动或加速时，车身稳定，减少车身纵倾，转弯时车身倾斜角合适

（5）有良好的隔声能力 （6）结构紧凑，占用空间小 （7）足够的强度和寿命 2.3工作原理

悬挂是车架（或承载式车身）与车桥（或车轮）之间的一切传力装置的总称。悬挂一般由弹性元件、减振器和导向机构组成，横向稳定杆也属于悬挂系统的范畴。悬挂根据结构可分为非独立悬挂和独立悬挂两基本类型。非独立悬挂与整体式车桥配合使用，主要用在商用车（载货汽车）或越野汽车的后悬挂。这种悬挂的左右车轮不相互独立，当一侧车轮因道路不平，相对车架或车身位置变化的同时，另一侧车轮也有同样的变化。独立悬挂与断开式车桥配合使用，主要用在轿车上。这种悬挂的左右车轮相互独立，当一侧车轮因道路不平，相对车架或车身位置变化的同时，另一侧车轮不受影响。独立悬挂按照结构形式又可分成横臂式、纵臂式和炷式（麦弗逊式），等等很多。因为前、后悬挂的职能和受力状况还是有很大的差别的，所以有必要按照前后轴各自分开来解释。

前悬挂系统：目前轿车的前悬挂主要有双横臂式和麦佛逊式(又称滑柱摆臂式)

两大类。

(1)双横臂式悬挂是最早用于轿车的结构形式，一般采用两个不等长的叉形摆臂上下布置，转向节分别用两个球头销与两个摆臂相连。螺旋弹簧套在筒式减振器外，多安排在下摆臂与车身之间。由于它结构复杂，质量大成本高，故应用较少。双横臂式悬挂由上短下长两根横臂连接车轮与车身，两根横臂都非真正的杆状，而是大体上类似英文字母Y或C，这样的设计既是为了增加强度，提高定位精度，也为减振器和弹簧的安装留出了空间和安装位置。同时，下横臂的长度较长，且与车轮中心大致处于同一水平线上，这样做的目的是为了在车轮跳动导致下横臂摆动时，不致产生太大的摆动角，也就保证了车轮的倾角不会产生太大变化。这种结构比较复杂，但经久耐用，同时减振器的负荷小，寿命长。 (2)麦佛逊式(即滑柱摆臂式)悬挂结构相对比较简单，只有下横臂和减振器-弹簧组两个机构连接车轮与车身，它的优点是结构简单，重量轻，占用空间小，上下行程长等。缺点是由于减振器和弹簧组充当了主销的角色，使它同时也承受了地面作用于车轮上的横向力，因此在上下运动时阻力较大，磨损也就增加了。且当急转弯时，由于车身侧倾，左右两车轮也随之向外侧倾斜，出现不足转向，弹簧越软这种倾向越大。

后悬挂系统：轿车后悬挂系统主要有多连杆式和摆臂式两种等。

(1)多连杆悬挂系统：过去的多连杆悬挂由于是在后车轴左右一体化(与中间的差速器刚性连接)的情况下使用的，会有平顺性差等缺点。现在的多连杆悬挂克服了过去多连杆悬挂的很多的不足，得到越来越多的应用（尤其是在中高级轿车上）。不管是成熟的“5连杆”也好，还是最新的“4连杆”也罢，都是为了更好地使车轮能适应各种不同的路况，让车轮的定位不会因路况和受力变化产生太大扰动，因为只有这样才能保证驾驶员的操控意志在车轮上得以充分的体现。另外5连杆悬挂构造简单、重量轻，可以减少悬挂系统占用的空间。个别的豪华轿车会应用全新的4连杆悬挂系统，会有更精确的转向控制。

(2)摆臂式后悬挂是仅车轴中间的差速器固定，左右半轴在差速器与车轮之间设万向节，并以其为中心摆动，车轮与车架之间用Y型下摆臂连接。“Y”的单独一端与车轮刚性连接，另外两个端点与车架连接并形成转动轴。根据这个转动轴是否与车轴平行，摆臂式悬挂又分为全拖动式摆臂和半拖动式摆臂，平行的