一种多连杆式独立悬架导向机构的设计

摘 要悬架系统是汽车底盘的重要组成部件，是直接决定汽车乘坐舒适性和操纵稳定性的关键总成。现代轿车多数采用独立悬架系统，而导向机构是独立悬架系统的关键部件。其在各种工况下的导向功能和传力功能会直接影响到汽车的乘坐舒适性和行驶平顺性。因此导向机构的研究与创新设计受到了产业界和学术界的广泛关注。本论文应用机构结构学基本原理，对一种多连杆式独立悬架导向机构的拓扑结构进行了创新设计研究，并在此基础上， 对其开展了一系列的结构参数设计、尺寸优化和几何结构设计与运动学性能分析方面等的研究。论文主要完成了以下工作：系统分析和总结了常用独立悬架导向机构的拓扑结构特点，在其拓扑结构设计要求和限制条件的基础上，应用机构数综合和拓扑胚图插点法，对一种回路数为 3，导向自由度为 1 的非转向悬架拓扑结构进行了创新设计研究，并以此为基础，对其进行了运动副轴线配置和功能结构化设计。以悬架导向机构各构件几何关系为基础，对其结构参数进行了计算，并利用均匀试验设计法模拟设计和优化了导向机构各构件的尺寸。根据优化尺寸、导向 机 构 各 运 动 副 轴 线 配 置 情 况 和 性 能 要 求 ，对 导 向 机 构 各 构 件 的 结 构 进 行 了 设 计 ，将 各 构 件 建 模 装 配 后 ，利 用 Adams 对 其 运 动 学 性 能 进 行 了 仿 真 分 析 ，并 将 仿 真结果与理想参数下的双横臂悬架进行了对比研究。本 文 通 过 上 述 工 作 ，最 终 获 得 了 综 合 性 能 较 好 的 导 向 机 构 ，从 而 为 新 机 构 的创新设计提供了一个切实可行的方法。关键词：独立悬架导向机构，拓扑结构，尺度 综合，结构设计，仿真分析ISTRACTSuspension system is an important component of vehicle chassis which directlydetermines the ride comfort and handling stability of vehicles. Independent suspensionsystems are widely used in the modern cars. Guiding mechanism is one of the mostimportant parts of the independent suspension system, which guiding and forcetransferring function in a variety of conditions has a direct impact on the riding comfort.Therefore the suspension mechanism has been paid widespread attention from industryand academia.This thesis takes steering mechanism as studying objects. A new topologicalstructure of suspension has carried on the design by applying basic principle of thestructure topology theory. Then a series of design and analysis research are given, suchas structural parameters optimization, size and geometric structural design and analysisresearch. Mainly works are as following:B ased on the development trend of guiding mechanism, the topologicalcharacteristics and kinematic performance of the common guiding mechanisms aresystematically analyzed and summarized. According to the design requirements of thetopological characteristics and a new structural design method, a new type ofnon-steering suspension, which contains a three loops kinematic chains and one DOF,are designed. Based on this new suspension, the design of pairs and elimination ofover-constraints are carried out.B ased on the geometric relations of the components, the structural parametersand dimension parameters of guiding mechanism are calculated. According to theseresults and a new method of Uniform Design, the optimal sizes of each component areobtained. The geometric structure of the guiding mechanism was designed on the basisof the axis configuration of kinematic pairs. And with UG and Adams as the softwareplatform, the paper established the simplified geometric model and kinematicssimulation model of this suspension, and studied the effects of the suspensionparameters when wheel vibrating. The simulation shows that this design has met therequirements of kinematics design.Basing on the above work, a guiding mechanism with good comprehensiveperformances was obtained. The studies in this paper provide a feasible method todesign new guiding mechanisms.III重 庆 大 学 硕 士 学 位 论 文Key Words: Steering mechanism，Topological structure，Dimensional synthesis，Structural Design，SimulationIV目 录目 录中 文 摘 要 .I英 文 摘 要 .III1 绪 论 .11.1 论 文 研 究 背 景 .11.2 国 内 外 研 究 现 状 .31.3 本 文 研 究 的 主 要 内 容 .51.4 研 究 目 的 及 意 义 .52 常用 导向机构拓扑构造特性及性能特点 .72.1 导 向 机 构 发 展 趋 势 .72.2 常 用 导 向 机 构 拓 扑 构 造 特 性 .72.2.1 机 构 拓 扑 图 在 导 向 机 构 中 的 应 用 .72.2.2 开 链 式 独 立 悬 架 导 向 机 构 拓 扑 结 构 分 析 .82.2.3 闭 链 四 杆 式 独 立 悬 架 导 向 机 构 拓 扑 结 构 分 析 .92.2.4 并 联 多 连 杆 式 独 立 悬 架 导 向 机 构 拓 扑 结 构 分 析 .102.3 常 用 导 向 机 构 的 性 能 特 点 .122.3.1 导 向 机 构 运 动 学 性 能 .122.3.2 开 链 式 独 立 悬 架 导 向 机 构 性 能 特 点 .172.3.3 闭 链 四 杆 式 独 立 悬 架 导 向 机 构 性 能 特 点 .182.3.4 并 联 多 连 杆 式 独 立 悬 架 导 向 机 构 性 能 特 点 .192.4 小 结 .203 多 连 杆 式 导 向 机 构 拓 扑 结 构 创 新 设 计 .213.1 导 向 机 构 拓 扑 设 计 要 求 和 拓 扑 结 构 设 计 基 础 .213.1.1 导 向 机 构 拓 扑 设 计 要 求 .213.1.2 导 向 机 构 拓 扑 结 构 设 计 基 础 .223.2 多 连 杆 式 导 向 机 构 拓 扑 结 构 设 计 方 法 .223.2.1 拓 扑 结 构 数 综 合 模 型 的 建 立 .223.2.2 基 于 胚 图 插 点 法 的 机 构 结 构 类 型 综 合 .253.3 三 回 路 多 连 杆 式 导 向 机 构 拓 扑 结 构 设 计 及 功 能 结 构 化 .263.3.1 三 回 路 多 连 杆 式 导 向 机 构 拓 扑 结 构 设 计 .263.3.2 三 回 路 多 连 杆 式 导 向 机 构 功 能 结 构 化 设 计 .283.4 多 连 杆 式 导 向 机 构 的 过 约 束 设 计 与 分 析 .29V重 庆 大 学 硕 士 学 位 论 文3.4.1 基 于 拓 扑 胚 图 插 点 法 和 螺 旋 理 论 的 过 约 束 设 计 . 293.4.2 多 连 杆 式 导 向 机 构 过 约 束 分 析 . 313.5 小 结 . 364 多 连 杆 式 导 向 机 构 尺 度 综 合 . 374.1 结 构 参 数 设 计 计 算 . 374.1.1 YZ 平面设计计 算. 374.1.2 XY 平 面 设 计 计 算 . 394.1.3 关 键 点 的 坐 标 参 数 设 计 . 404.2 尺 寸 参 数 设 计 计 算 . 414.2.1 均 匀 试 验 设 计 法 . 414.2.2 导 向 机 构 各 连 杆 的 尺 寸 范 围 . 414.2.3 基 于 数 学 模 拟 的 导 向 机 构 各 连 杆 尺 寸 设 计 . 434.3 小 结 . 475 多 连 杆 式 导 向 机 构 结 构 设 计 与 运 动 学 仿 真 . 495.1 多 连 杆 式 导 向 机 构 结 构 设 计 . 495.1.1 多 连 杆 式 导 向 机 构 总 体 结 构 设 计 . 495.1.2 悬 架 各 连 杆 结 构 设 计 . 505.1.3 转 向 节 和 副 车 架 结 构 设 计 . 535.2 导 向 机 构 的 运 动 学 特 性 仿 真 分 析 . 545.2.1 导 向 机 构 的 运 动 学 性 能 要 求 . 545.2.2 导 向 机 构 运 动 学 仿 真 分 析 . 555.3 小 结 . 586 总 结 与 展 望 . 596.1 总 结 . 596.2 后 续 工 作 及 展 望 . 59致 谢 . 61参 考 文 献 . 63附 录 . 67A. 作 者 在 攻 读 硕 士 学 位 期 间 发 表 的 论 文 目 录 . 67VI1 绪 论1 绪 论1.1 论 文研究背景随着汽车行业的发展，汽车渐渐成为改变世界的机器，它不仅扩大了人民的生活半径，而且还渗透到生产和生活的各个方面，成为国民经济和社会生活中不可 或 缺 的 一 部 分 。 最 近 国 际 汽 车 制 造 协 会 (Organisation Internationale desConstructeurs dAutomobiles, 简 称 OICA ； 英 文 全 称 标 识 The InternationalOrganization of Motor Vehicle Manufacturers)发布了一组关于 2014 年世界各国汽车产量的数据，2014 年全世界的汽车产量约为 8975 万辆，比 2013 年增长 2.6%1。中 国 作 为 汽 车 生 产 大 国 ，2014 年汽车产量除了比 2013 年增长 7.3% 外 ，而 且 还 连续 6 年居于汽 车产量排行榜第一名。中国近 6 年的汽车产量见表 1.1。表 1.1 中 国 汽 车 产 量Tab.1.1 Production statistics of Chinese auto年份 汽 车 产 量 （万 辆 ） 增 长 率 （%）2014 2372.289 7.32013 2211.683 14.82012 1927.181 4.62011 1841.888 0.82010 1826.476 32.42009 1379.099 48.3由 OICA 发布的数据和表 1.1 可以看出，全球的汽车行业都在迅猛的发展，中国作为汽车生产大国，在汽车行业的发展势头也很不错。但在当今越来越快的生活节奏下，人们对汽车的行驶速度、安全性和舒适性（即高速、安全、舒适）提出了更高的要求，希望汽车具有更好的操纵稳定性和行驶平顺性。汽车悬架系统作为车架（或承载式车身）与车桥（或车轮）之间的传力和连接装置，主要起减震、缓冲、 传递车轮和车架之间的力和力矩等作用。因此汽 车悬架系统性能的好坏直接影响了汽车的行驶稳定性和乘坐舒适性。目前根据汽车两侧车轮运动相互关联性的不同，将汽车悬架系统分为非独立悬架和独立悬架两种类型。分别如图 1.1 和 1.2 所示。非独立悬架的结构特点是，左右车轮由整体式车桥连接在一起，车桥通过悬架与车架（车身）相连。如果路面不平坦，一侧车轮被抬高，则另一侧车轮也将被迫产生相应的运动。独立 悬架1重 庆 大 学 硕 士 学 位 论 文的结构特点是，车桥是断开的，左右车轮分别通过各自的悬架与车架（车身）相连，左右两侧的车轮可以独立跳动，互不影响。图 1.1 非 独 立 悬 架 图 1.2 独 立 悬 架Fig.1.1 Non-independent suspension mechanism Fig.1.2 Independent suspension mechanism非独立悬架具有结构简单、成本低等优点，但由于其非簧载质量大、受到的冲击载荷比大、平顺性差等特点，目前该悬架主要用在货车、大客 车和某些轿车的后悬架上。非独立悬架主要有钢板弹簧式、螺旋 弹簧式、空气 弹簧式、油气弹簧式等几种类型。它们分别如图 1.3 所示。(a)钢 板 弹 簧 式 (b)螺旋弹簧式(c)空 气 弹 簧 式 (d)油气弹簧式图 1.3 非 独 立 悬 架Fig.1.3 Non-independent suspension mechanism与非独立悬架相比，独立悬架则具有簧下质量轻，可将汽车的重心降低，可预防车辆前轮摆振，汽车行驶平顺性好等优点。因此独立悬架系统较其它悬架系统 在 轿 车 中 的 应 用 更 为 广 泛 ，成 为 汽 车 领 域 发 展 的 必 然 趋 势 2。根 据 导 向 机 构 的不同独立悬架系统可分为：单横臂式、单纵臂式、 单斜臂式、双横臂式、双 纵臂21 绪 论式 、多 连 杆 式 、烛 式 、麦 弗 逊 式 等 几 种 不 同 的 类 型 3。部 分 独 立 悬 架 的 结 构 形 式如图 1.4 所示。(a)单 横 臂 式 (b)单 斜 臂 式 (c)双 横 臂 式(d)多 连 杆 式 (e)麦 弗 逊 式图 1.4 独 立 悬 架 结 构 图Fig.1.4 The structure of independent suspension mechanism独 立 悬 架 在 轿 车 中 应 用 的 广 泛 性 ，使 其 成 为 学 术 界 和 汽 车 工 程 界 研 究 的 重 点 。导向机构作为独立悬架系统中必不可少的一部分，除了能传递车架和车轮之间的力和力矩外，还能使汽车在不平路面行驶时，仍然具有良好的定位参数及符合要求的运动轨迹。除此之外，导向机构还能决定车辆的操纵稳定性、乘坐舒适性，影响轮胎的磨损性能。因此，深入研究汽车悬架导向机构是提高汽车质量的重要举措。悬架导向机构虽然类型繁多，但由我国自主研发的导向机构还很少。就我国汽车工业的现状来看，目前对独立悬架导向机构的研究还主要集中在对现有导向机构的运动学、动力学及建模仿真和优化设计等方面，而对新导向机构的创新设计方面研究甚少。就汽车底盘的发展状况来看， 对导向机构的创新设计，是汽 车底盘研发过程中的难题和制约底盘自主开发的重要因素 45。因 此 ，研 究 导 向 机 构的创新设计方法，并设计出新的导向机构，便成 为目前亟须解决的问题。1.2 国内外研究现状汽车悬架系统的研究起源于 18 世纪，并于 1934 年研制出了第一个由螺旋弹簧 组 成 的 被 动 悬 架 6，此 后 被 动 悬 架 的 研 究 经 历 了 漫 长 的 发 展 时 期 。我 国 在 对 被动悬架上的研究取得了一定的成绩，然而与西方发达国家相比，在悬架导向机构3重 庆 大 学 硕 士 学 位 论 文新结构的创新和设计方面的研究还远远不够。目前国内外关于悬架导向机构新结构的创新设计理论和新机构的研究开发方面 的 研 究 文 献 主 要 有 ，颜 鸿 森 7在 1985 年发表了一篇关于摩托车后轮悬架研究的论文，他提出了一种从具体悬架结构中抽象出母运动链，然后通过重新选择车体杆和车轮杆，或者重新排列运动副的连接关系，来派生衍化出其它适用的运动链的 方 法 ；并 根 据 该 方 法 综 合 出 了 98 种 新 的 导 向 机 构 。江 志 伟 8应用类似的方法综合 出 了 一 类 适 用 于 主 动 悬 架 的 新 机 构 。Kasahara9等 讨论了将多连杆机构用于后悬架 系 统 的 设 计 及 其 在 上 世 纪 八 十 年 代 末 的 发 展 情 况 。李 思 贤 10研究了雪地车后悬架 结 构 的 创 新 设 计 方 法 。Liu11应用图论原理和专家系统对平面悬架机构进行了构型 的 设 计 和 优 选 。Kim12在 既 没 有 消 极 自 由 度 又 没 有 冗 余 约 束 （过 约 束 ）的 基 本运 动 链 基 础 上 ，通 过 添 加 含 消 极 自 由 度 的 并 联 支 链 ，将 平 面 机 构 转 化 为 空 间 机 构 ，设 计 出 了 一 类 可 应 用 于 前 悬 架 的 新 构 型 。刘 葆 旗 和 黄 荣 1314综合采用数学理论研究与图谱研究两种方法，探讨了四连杆及多连杆直线导向机构的设计问题，在设计理论和设计方法上也取得了一定的进展。陈辛波和万钢等 15，研 究 了 一 种 适 用于四轮独立驱动电动汽车的双横臂悬架- 扭杆弹簧结 构。Zhao 等 16设计出了一种可 实 现 直 线 导 向 运 动 的 空 间 机 构 。钱 德 猛 17设计了一种适用于非承载式大客车的空 气 悬 架 系 统 。占 善 毅 18设 计 了 一 种 用 于 矿 用 防 爆 越 野 车 的 悬 架 系 统 。罗 鑫 源 19以 旋 翼 式 飞 行 器 起 落 架 的 结 构 为 参 考 ，设 计 并 优 化 了 某 轻 型 两 栖 车 辆 的 悬 架 系 统 。Kim&Lee20设计开发了一种 应用于 Genesis 轿车的五连杆导向机构。通用汽车公司的 Raghavan 2122利 用 机 构 学 的 自 由 度 计 算 公 式 和 拓 扑 图 方 法 ，提 出 了 一 种 可 用于汽车导向机构的拓扑结构设计原理，但遗憾的是，没有对机构进行功能结构化设计，无从知晓各运动副之间的配置方式。以上 悬架导向机构的结构型式设计大多基于经验，或者是在原有结构的基础上衍化派生出来，缺乏理论的指导，即使有人提出了可用的方法，但由于考虑不周全， 还只能用于特定场合。从机构学的观点来看，实际上悬架导向机构可以看作是自由度为 1 或 2，分别以车架和车轮为动、静平台的少自由度并联机构，但目前仍未 见到利用并联机构的相关理论来分析和研究导向机构的相关文献和系统报道。在导向机构的尺寸设计方面，金洵浩 23于 2002 年发表了一篇按车轮轨迹角不变的原理对五连杆后悬架 5-SS 机构进行了尺度综合的文献。窦万峰等 24基于图 象 识 别 中 的 Hough 变 换 ，提 出 了 四 杆 直 线 导 向 机 构 尺 度 综 合 的 Hough 变换方法，建 立 了 连 杆 曲 线 特 征 参 数 数 据 库 ，并 用 一 个 实 例 对 该 方 法 进 行 了 验 证 。Liao25用七个参考位置的尺度综合方程对 5-SS 机 构 进 行 了 求 解 ，但 由 于 多 连 杆 结 构 的 复 杂性，目前的研究只能在计算机模拟上进行。因此，找到可用的 导向机构尺寸设计的新的数学方法，是自主创新的一个重要课题。41 绪 论汽车独立悬架导向机构在机构创新设计及型综合方面、新机构的研究开发方面以及机构的尺寸设计方面均取得了一定的成果，但在新结构创新设计和分析方面的研究还不够完善。因此，需要一种系统的机构创新设计、功能 结构化设计、尺寸和结构设计的新方法，以期达到导向机构在运动空间内导向、非运动空间内传力的要求。1.3 本文研究的主要内容本文研究的主要内容概括如下：第一章，绪论。介绍了论文研究的背景， 综述了汽车 独立悬架导向机构在国内外的研究现状，阐述了目前独立悬架导向机构在创新设计方面存在的问题，归纳了本文的主要工作内容，并对本文研究的目的和意义做了简要说明。第 二 章 ，对 常 用 悬 架 导 向 机 构 的 拓 扑 结 构 和 性 能 特 点 进 行 了 系 统 分 析 和 总 结 。首先，提出了独立悬架导向机构的拓扑结构分析方法，并按导向机构从简单到复杂的顺序，分别对开链、闭链和并联多连杆式独立悬架导向机构的拓扑结构进行了分析；其次，对开链、闭链和并联多连杆式独立悬架导向机构的性能特点进行了系统的分析。第三章，对一种新型多连杆式独立悬架导向机构的拓扑结构进行了设计。首先在导向机构拓扑结构设计要求和限制的基础上，利用拓扑结构设计方法对一种回路数为 3，导向自由度为 1 的非转向悬架拓扑结构进行了设计研究，并在拓扑结构设计分析的基础上对其进行了功能结构化设计，然后针对工程实际化的需要为 该 机 构 消 除 了 相 应 的 过 约 束 ，最 后 利 用 螺 旋 理 论 26的 相 关 知 识 ，对 多 连 杆 式 独立悬架导向机构各回路的过约束配置情况进行了进一步的分析。第 四 章 ，对 多 连 杆 式 独 立 悬 架 导 向 机 构 的 尺 度 进 行 了 综 合 。在 悬 架 导 向 机 构的 结 构 参 数 和 尺 寸 参 数 计 算 的 基 础 上 ，提 出 了 一 种 利 用 均 匀 试 验 设 计 法 来 设 计 和优化导向机构各构件尺寸的新方法，利用该方法在 Matlab 下完成了对导向机构各构件的尺寸计算。第 五 章 ，对 多 连 杆 式 独 立 悬 架 导 向 机 构 进 行 了 结 构 设 计 和 运 动 学 仿 真 分 析 。以 本 文 设 计 的 导 向 机 构 拓 扑 结 构 和 优 化 尺 寸 为 基 础 ，建 立 了 导 向 机 构 三 维 实 体 模型 ，并 进 一 步 构 建 了 其 多 体 动 力 学 仿 真 模 型 ，对 其 进 行 了 运 动 学 仿 真 分 析 和 评 价 。1.4 研究目的及意义本文的目的和意义如下：本文根据拓扑结构设计新方法，以回路数为 3、自由度为 1 的非转向悬架为 研 究 对 象 ，综 合 出 了 一 种 新 型 的 独 立 悬 架 拓 扑 结 构 ，不 仅 丰 富 了 机 构 学 的 理 论 ，5重 庆 大 学 硕 士 学 位 论 文还在导向机构的设计及型综合、新机构的研究开发方面有一定的创新作用和指导意义。 利 用 均 匀 试 验 设 计 法 ，在 Matlab 下 对 导 向 机 构 的 尺 度 进 行 了 优 化 设 计 ，避免了传统计算方式的复杂性，为导向机构各构件的尺寸设计和结构参数优化提供了一种可用的方法。根据导向机构的性能要求，对新机构的结构进行了设计，并应用仿真分析方法，分析了导向机构的运动学特性，丰富了 悬架导向机构的结构候选库，并 为其前期开发阶段的仿真分析奠定了良好的基础。62 常 用 独 立 悬 架 导 向 机 构 运 动 学 特 性 和 拓 扑 构 造 特 性 分 析2 常 用 导 向 机 构 拓 扑 构 造 特 性 及 其 性 能 分 析2.1 导 向机构发展趋势基于轿车对稳定性、乘坐舒适性等性能的追求，悬架导向机构先后经历了从开 链 机 构 到 闭 链 机 构 ，由 单 回 路 机 构 到 多 回 路 机 构 ，由 简 单 结 构 （臂 式 独 立 悬 架 ）到复杂结构（并联多连杆式独立悬架）的转变。在转变过程中，一些性能一般的悬架导向机构逐渐被淘汰，如烛式悬架。性能好的 悬架越来越得到广泛的应用，如并联多连杆式独立悬架。并联多连杆式独立悬架通过对连杆的优化配置，不仅能使车辆获得合适的运动学性能指标、减少汽车轮距的变化，还能使行驶中的车辆拥有良好的操纵稳定性和可控性。所以并联多连杆式独立悬架导向机构是导向机构的发展方向。2.2 常用 导向机构拓扑构造特性分析2.2.1 机 构 拓 扑 图 在 导 向 机 构 中 的 应 用用 拓 扑 图 表 示 机 构 ，不 涉 及 构 件 的 结 构 形 状 和 尺 寸 ，只 反 映 运 动 链 的 构 件 数 、运动副数、运动副类型、独立回路数以及构件和运 动副的连接关系，容易建立数学运算。因此，可以利用拓扑图表示法来表示导向机构。机 构 的 拓 扑 图 实 际 上 是 将 构 件 抽 象 成 点 （），而 将 运 动 副 抽 象 成 曲 线 或 边 （。如果两构件之间通过某个运动副相连接，那么将这两个构件所抽象出的点用一条边 连 接 起 来 ，再 在 这 条 边 上 注 明 运 动 副 的 类 型 即 可 。运 动 副 的 类 型 包 括 转 动 副 R，虎克角 U，移动副 P，圆柱副 C，球副 S 等。以最常见的平面四杆机构为例，其机构示意图和拓扑图如图 2.1 所示。在机构拓扑图中顶点的度表示该杆件上的运动副数，亦即与该顶点相连接的边数。可见图 2.1 所示的平面四杆机构包含 4 个二度点。(a)机 构 示 意 图 (b)机构拓扑图图 2.1 机 构 示 意 图 及 其 拓 扑 图Fig.2.1 Schematic of structure and topological graph7重 庆 大 学 硕 士 学 位 论 文在 用 拓 扑 图 表 示 独 立 悬 架 导 向 机 构 时 ，转 向 节 构 件 通 常 用 字 母 W 表 示 ，而 车体构件通常用字母 B 表 示 。以 麦 弗 逊 悬 架 转 向 悬 架 为 例 ，其 结 构 图 、机 构 示 意 图和拓扑图见图 2.2。 由 图 2.2(c)可以看出，麦弗逊转向悬架的拓扑图里包含了下面几层含义：1）麦弗 逊悬架由四个构件 组成，如 图所标注的 1 、2、3、4 构件；2）该机构含有四个运动副，它们分别为 S、P、S、R；3)该机构属于单回路机构; 4）有一个移动副和球副与转向结构件相连的，有一个转动副和一个球副与车体构件相连。5 ）该拓扑 图有 4 个二度点，而且每一条边均与两个顶点相连，6）该拓扑图与构件尺度无关。（a）转 向 悬 架 结 构 图 （b）转 向 悬 架 机 构 示 意 图 （c）转 向 悬 架 机 构 拓 扑 图图 2.2 麦 弗 逊 转 向 悬 架Fig.2.2 Steering Macpherson suspension需要说明的是：对于 S-P-S 结构的减震器支链，支链提供 6 个自由度，不参与决定转向节的定位参数，在后续拓扑结构设计时，若出现 S-P-S 结构的减震器支链，可在导向机构拓扑图中不予表示。另外，车轮 的自转是由转向节中的轮毂轴承提供的，在导向机构拓扑图中也不予考虑。2.2.2 开 链 式 独 立 悬 架 导 向 机 构 拓 扑 结 构 分 析开链式独立悬架导向机构的转向节与车体仅通过一条支链连接，其拓扑图无闭合回路，这就意味着开链式独立悬架导向机构的拓扑图有悬挂点，即其拓扑图中必存在只与一条边连接的顶点。开链式独立悬架有单臂式独立悬架和烛式独立悬架两种类型。单臂式独立悬架导向机构只有一根控制臂，且通过转动副与转向节相连。由于机构拓扑图与转动副轴线的布置方位无关，因此无论是单横臂式、单纵臂式还是单斜臂式导向机构，其拓扑图的边线连接方式只有一种形式但对于转向悬架和非转向悬架而言，其拓扑图相应边上的符号有所差异。单臂式非转向悬架的拓扑图 ，见 图 2.3(a)。又 由 于 单 横 臂 式 独 立 悬 架 由 车 体 构 件 、车 轮 转 向 节 构 件 、控 制臂 构 件 组 成 ，所 以 其 拓 扑 图 包 含 三 个 顶 点 （构 件 ）和 两 条 边 （运 动 副 ），其 车 体 构82 常 用 独 立 悬 架 导 向 机 构 运 动 学 特 性 和 拓 扑 构 造 特 性 分 析件 和 车 轮 转 向 节 构 件 所 表 示 的 两 个 顶 点 ，只 与 一 条 边 连 接 （悬 挂 点 ）。烛式独立悬架是车体通过一个移动副或圆柱副与车轮转向节刚性连接在一起的悬架。当车体与车轮转向节通过移动副连接时， 为烛式非转向悬架，当 车体与车轮转向节通过圆柱副相连时，即为烛式转向悬架。通过以上分析可知：烛式悬架的拓扑图与单臂式悬架类似，也包含三个顶点和两条边，其车体构件和车轮转向 节 构 件 所 表 示 的 两 个 顶 点 ，只 与 一 条 边 连 接 （悬 挂 点 ）。烛 式 转 向 悬 架 和 非 转 向悬架拓扑图分别如图 2.3(b) 、(c)所示。(a)单 臂 式 非 转 向 悬 架 (b)烛 式 转 向 悬 架 (c)烛 式 非 转 向 悬 架图 2.3 开 链 式 独 立 悬 架 拓 扑 结 构Fig.2.3 Topology of open chain independent suspension mechanisms2.2.3 闭 链 四 杆 式 独 立 悬 架 导 向 机 构 拓 扑 结 构 分 析闭链四杆式独立悬架的拓扑结构由转向节、车体构件和控制臂共四个构件组成，这四个构件与其相互连接的运动副一起组成闭合回路，其拓扑图无悬挂点。闭链四杆式独立悬架根据导向