1.1研究背景

2017年，我国汽车产量2901.54万辆，同比增长3.19%；销量达2887.89万辆，同比增长3.04%。如今 汽车工业已经成为国民经济的支柱产业之一，其发展水平体现了一个国家工业技术发展的综合实力，而是否拥有独立自主的产品设计研发能力，则直接关系到我国民族汽车工业的生死存亡。整车总体的设计、发动机的设计、车身的设计和汽车底盘的设计是现代汽车设计中最关键的四个方面。其中，汽车底盘的性能主要决定着汽车新产品的市场认可与否，其内部最重要的部件是悬架。悬架是连接车架(或承载式车身)与车桥(或车轮)之间的全部传力装置的总称，它一般由弹性元件、减震器和导向机构等三部分组成，其主要作用是传递作用在车架(或车身)与车轮之间的一切力和力矩，缓和路面不平引起的冲击载荷和衰减由此引起的车身振动。

一般来说, 汽车悬架系统分为非独立悬架和独立悬架两种,如图1所示。非独立悬架结构简单，其成本比较低且易于维修，但装配非独立悬架的车辆在行驶中前轮定位参数变化小，由于空间问题导致车辆重心相对较高，同时装配非独立悬架的车辆舒适性、操作性、稳定性相对较差

图1.非独立悬架和独立悬架示意图

随着人们对轿车乘坐舒适性及操纵安全性的要求愈来愈高, 非独立悬架系统已逐渐被淘汰。独立悬架系统因其车轮触地性良好、乘坐舒适性及操纵安全性大幅提升、左右两轮可自由运动等优点,已被现代轿车普遍采用。顾名思义, 独立悬架的左、右车轮不是用整体车桥相连接, 而是独自通过悬架分别与车架( 或车身) 相连,每侧车轮可独立上下运动。黄安华将常用独立悬架分为以下六种：:

双横臂 ( 双叉 ) 式悬架系统 双横臂式悬架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 , 这样的设计既增加了强度, 提高了定位精度, 也为减震器和弹簧的安装留出了空间和安装位置, 而且这种结构还有利于减少轮胎磨损, 提高汽车行驶平顺性和方向稳定性。这种独立悬架被应用在轿车的前轮上, 如现代索纳塔、本田雅阁、大众奔腾、丰田雷克萨斯等轿车的前悬架就采用这种悬架系统。

麦弗逊式( 滑柱摆臂式) 悬架系统 该悬架系统只有下横臂和减震器—弹簧组两个机构连接车轮与车身, 其优点是结构简单、质量小、占用空间小、上下行程长等,缺点是由于减震器—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, 这种悬架系统在上下运动时阻力较大, 其磨损也相对较大。此外,当车辆急转弯时, 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。但是, 它具有很强的道路适应能力和良好的行驶稳定性, 是一种经济实用、安全可靠的独立悬架。因此, 在现代轿车的前悬架中应用最为广泛, 目前绝大部分国产中低档轿车( 如夏利、奇瑞、捷达、桑塔纳、富康、伊兰特、赛欧、比亚迪等)的前悬架均采用这种悬架系统。

多连杆式悬架系统 这种悬架由 3～5 根杆件组成, 各杆件共同作用以控制车轮的位置变化。多连杆式悬架能使车轮绕着与汽车纵轴线成一定角度的轴线摆动, 是横臂式悬架和纵臂式悬架的折中方案。适当地选择摆臂轴线与汽车纵轴线所成的夹角, 可不同程度地获得横臂式悬架与纵臂式悬架的优点, 能满足不同的使用性能要求。多连杆式悬架的主要优点是: 车轮跳动时轮距和前束的变化很小, 不管汽车是在驱动状态还是在制动状态, 都可以按驾驶员的意图平稳地进行转向; 其不足之处是汽车高速时有轴摆动现象。日产天籁、大众奔腾、现代伊兰特等轿车的后悬架就采用这种系统。最常见的多连杆悬架系统有 5 连杆后悬架和 4 连杆前悬架两种。 5 连杆后悬架的优点是结构简单, 质量小, 悬架系统占用的空间小。它能实现主销后倾角的最佳位置, 大幅度减小来自路面的前后方向的力, 从而改善汽车加速和制动时的平顺性和舒适性,同时也保证了车辆直线行驶的稳定性。在车辆转弯或制动时, 5 连杆后悬架结构可使后轮形成正前束,提高车辆的控制性能, 削弱转向不足带来的弊端。由于这种悬架优点显著, 易于调整, 因而广受欢迎。中华骏捷、现代索纳塔、本田雅阁、丰田特锐等轿车的后悬架就采用这种悬架系统。 4 连杆前悬架系统多用于豪华轿车, 它通过运动学原理巧妙地将牵引力、制动力和转向力分离, 同时赋予车辆精确的转向控制。 4 连杆式前悬架系统在奥迪 A4/A6 、大众 PASSAT 领驭以及中华轿车上都可以看到。

拖曳臂式悬架系统 这是专为后轮设计的悬架系统, 其结构比较复杂, 但其优点是左右两轮的空间较大, 而且车身的外倾角没有变化, 减震器不发生弯曲应力, 所以摩擦小, 乘坐舒适性好( 当车辆制动时, 除了车头较重会往下沉外,拖曳臂悬吊的后轮也会往下沉以平衡车身); 而其缺点是无法提供精准的几何控制。比亚迪 F3 、新赛欧、丰田花冠、威驰、别克君越、吉利远景等轿车的后悬架均采用了这种悬架系统。

纵臂式悬架系统 是指车轮在汽车纵向平面内摆动的悬架结构, 它又分为单纵臂式和双纵臂式两种形式。单纵臂式悬架不用在转向轮上，双纵臂式悬架多应用在转向轮上。捷达轿车的后悬架就采用单纵臂式悬架系统。