【R&D】现代伊兰特悬架系统设计开发

本文介绍了现代汽车公司新款伊兰特车型的新开发悬架系统，该车型于2019年上市。新伊兰特的底盘经过改进，旨在为驾驶员提供更多驾驶乐趣和信心。为了实现这些驾驶目标，悬架系统已经进行了优化设计，以实现与上一代相比更好的乘坐舒适性和操控性能。特别是，开发了一种具有两个上控制臂的新型多连杆悬架系统。动力学和弹性特性已与上一代车型进行了对比。此外，在考虑悬架性能的前提下，还考虑了碰撞安全性和布置效率。根据市场上顾客的需求，新伊兰特的悬架系统试图满足各种顾客的需求。01 引言
悬架系统是车辆中最重要的部件之一。它应能够有效隔离道路不规律振动，为驾驶员提供乘坐舒适性，并确保可操纵性。它还需要紧凑轻便，以提供足够的内部空间，以适应乘客的乘坐特性和良好的燃油效率。此外，为了满足最近加强的碰撞法规，应考虑悬架系统的碰撞性能。本文介绍了应用于紧凑型乘用车的悬架系统开发过程，以实现上述条件。前悬架采用了与上一代相同的麦弗逊式悬架。然而，悬架布局在下控制臂布局和机械转向器位置上发生了显著变化，旨在实现更好的NVH和碰撞性能，同时实现良好的乘坐舒适性和操控性。后悬架采用了新开发的多连杆系统，显著改善了后部道路噪音水平、 布置效率以及乘坐舒适性和操控性能。因此，本文介绍了前后悬架布局和乘坐舒适性、操控性能的特点如下：
※悬架布局描述，包括前后悬架组件特点※悬架的几何特性和乘坐舒适性、操控性能在内的性能改进02 悬架布局的进展新的悬架系统在前后部分考虑了车身结构和布置效率，以提高碰撞性能和行李空间，这些因素对顾客的选择至关重要，同样重要的是驾驶性能。
2.1 前悬架
前悬架的基本概念延续了以前的麦弗逊式悬架，采用L形下控制臂，如图1所示


与之前的机械转向器相比，机械转向器的位置显著下降了130毫米，如图2所示。这使得车身侧梁的截面变大，以提高前方碰撞性能并增加车身结构的刚度。

下控制臂的形状已经从传统的“L”形状变为“倒置的L”形状，如图3所示，这也有助于提高碰撞性能。在以前的车型中，下控制臂两个次悬架安装位置之间的距离需要具有很高的刚度，以确保机械转向器的坚固安装，而该机械转向器位于这两个位置之间。在正面碰撞期间，距离d1不会发生变形，并且会侵入到仪表板下部，危及乘客的脚部区域。在新款伊兰特中，采用了“倒置的L”形状下控制臂布局，两个次悬架安装点之间的距离d2变大，通过宽跨度实现更好的力分布，同时，在这个位置，随着次悬架的变形，控制臂也会在正面碰撞期间发生变形，从而提高碰撞性能。

此外，新前悬架的一个特殊特点是制动卡钳安装位置的设置。将制动卡钳安装在前轮中心的后部，可以增加制动盘的冷却效率。这种布局提供了更多的空气流动，以冷却制动盘，并在减少转向反弹方面具有优势。


图4显示了前悬架滑柱上安装点的结构。前悬架滑柱上安装点的高刚度对于操控性能和NVH性能至关重要。新款伊兰特的前悬架滑柱上安装点连接到前部发动机盖面板，并由加固件加固。这种结构提供了高刚度的连接。此外，滑柱上安装点采用了双通橡胶隔振器。通过刚性的安装结构和双通橡胶隔振器，新款伊兰特的前悬架可以同时实现良好的乘坐舒适性和操控性能。

前副车架拥有许多悬架成员和动力传动系统的安装点。它还是车身结构的一部分，用于抵抗碰撞。因此，前副车架必须具有足够的强度，不可避免地会增加重量。新款伊兰特的前副车架采用液压成形制造，以减轻重量。与上一代车型相比，重量减轻了6.5公斤。尽管大幅减轻了重量，但通过形状优化，新的副车架可以达到相同的性能水平。
2.2 新的后多连杆悬架
新款伊兰特的后悬架系统从双连杆悬架全面改变为多连杆悬架，以实现更高的性能。图5和图6显示了旧款和新款后悬架的对比。这种新的四连杆悬架包括两个上控制臂、一个下控制臂和一个拖曳臂。前上控制臂通过调整螺栓起到了控制轮胎前束角的作用。主要上控制臂的硬点尽可能高地位于直线上控制臂形状的约束位置。下控制臂和两个上控制臂支撑车辆的侧向力，而拖曳臂纵向定位用于控制车辆的纵向制动和冲击力。



新款后悬架中的弹簧和减振器隔离安装，以获得更好的乘坐性能。弹簧安装在下控制臂上，并安装在车身侧梁上，而减振器则安装在转向节和轮舱侧部之间。通过这种分离安装，减振器顶部安装点的硬点可以降低，如图7所示的布局与上一代车型相比提供了更宽敞的行李空间。

后悬架中弹簧偏离后轮中心会影响车轮在行驶时的绕后轴的旋转运动。这种旋转运动会导致车轮不可预测地移动，进而影响操控性能。在这个系统中，下控制臂链接到车轮中心以下，围绕着弹簧下座，几乎没有偏移。因此，它可以最小化车轮绕后轴的旋转运动。一个拖曳臂的一端通过软橡胶衬套连接到车身，以减少冲击。另一端通过螺栓连接到后转向节。假设拖曳臂非常坚固，其运动自由度为零。但是，可扭曲和可弯曲的拖曳臂允许悬架系统进行弹跳和回弹。拖曳臂的刚度将是决定跳动前束特性的一个设计因素。这种类型的一个优点是成本降低，因为它不需要在拖曳臂和后轴之间使用连接件或衬套元件。

03 悬架性能改进3.1 悬架几何学前后悬架的动力学跳动前束变化经过最小调整，以实现直线行驶稳定性，并线性设计以获得如图9所示的线性车辆响应。为了改善冲击性，前轮中心在垂直跳动时的轨迹向后移动，可以满足抗加速后仰率要求。

3.2 制动稳定性为了保持直线制动稳定性，前悬架设置了较高的抗制动点头率和后悬架的防加速后仰率；特别是后悬抗加速后仰率从25%增加到85%，以实现后轮稳定的接地力。

与旧悬架对比，采用正悬臂偏通过在地面上负10毫米的主销偏置距来增强“转弯制动”的稳定性。制动力变化导致前束连杆的控制的前束角发生变化，产生toe in变化，如图11所示。制动转向如图12所示。



3.3 转弯稳定性由于侧向力引起的前束角变化在车辆稳定性中起着重要作用。外侧车轮必须toe in变化趋势，而内侧车轮则必须toe out变化趋势，以实现不足转向特性。外侧车轮受到侧向力作用时，使下控制臂和上控制臂向toe in方向移动。



04 结论新款伊兰特的悬架系统经过全新开发，旨在为顾客提供驾驶乐趣和信心。不仅提高了驾驶性能，还实现了比上一代更好的碰撞安全性和布置效率。现代汽车能够自信地推出新款伊兰特，并期待市场的成功反响。-----