随着汽车科技的发展与生活水平的提高，人们对汽车的乘坐舒适性和操稳性的要求也在提高，特别对于商业客车，乘坐舒适性关系到乘客的身心健康，而操纵稳定性又直接影响到整车乘员的生命安全。由于悬架是影响汽车平性和操纵稳定性的主要底盘系统，所以如何使车辆在各种行驶工况下都保持较好的平顺性和操稳性，一直是悬架设计者们不断追求的目标。对承载质量变化较大的商用车辆，为使其在不同载荷下都有较好的平顺性和操纵稳定性，往往采用变刚度悬架。又由于钢板弹簧悬架具有结构简单、技术成熟及成本低廉等优点，所以它仍是该类车辆的主流悬架。同时伴随着汽车轻量化技术的发展和材料制造工艺技术水平的提高，变刚度钢板弹簧最终要发展成两片式抛物线板簧型式。由于本文所研究变刚度悬架采用的就是这样的最终型式的变刚度板簧，所以对该类板簧的力学特性进行了深入的理论研究。对于悬架系统优化，除了需要对前后悬架系统进行基本性能的匹配计算和K&C特性分析以及整车仿真优化外，还需要进行实车的主观调校，进一步优化车辆的底盘性能，并得到最终的悬架匹配优化参数。目前国内厂家在底盘调校上刚起步，经验不足、主观评价人员少、调校方法缺失等问题严重制约厂家的底盘开发能力，所以本文结合变刚度悬架优化项目，提出了一套符合国内厂家实际的底盘调校方法和流程。同时随着汽车行业日益激烈的竞争，汽车厂商为缩短开发周期、减少开发成本，已在整个开发过程逐渐采用虚拟技术。本文最后对悬架的道路可靠性进行了虚拟模拟研究，以减少试验时间及费用。文中建立了虚拟道路，由虚拟道路试验来获取悬架的载荷谱，并用来对悬架进行疲劳仿真分析，以实现整个汽车悬架的全虚拟化开发，缩短新车的上市周期，使开发成本降到最低。论文的主要研究工作和内容包括以下几部分：1、由于悬架的理论匹配是汽车开发的前期的重要工作，是悬架K&C特性分析、整车虚拟仿真优化及底盘调校的基础。论文首先对传统悬架匹配理论进行系统的梳理归纳，按悬架结构组成细分5个方面的匹配，即悬架刚度的匹配、悬架阻尼的匹配、悬架侧倾角刚度的匹配、悬架橡胶衬套刚度的匹配及悬架缓冲块刚度的匹配。分别提出了相应的匹配流程和方法，并对所研究的变刚度悬架系统进行了匹配分析。2、对变刚度抛物线板簧的复合刚度和接触载荷进行了理论分析。由于本文研究的悬架用弹簧是一种新的板簧，也是变刚度板簧的最终型式，关于其力学特性的研究很少。论文根据该板簧的特性，建立了两级变刚度抛物线板簧的简化模型。根据材料力学理论分别推导了单片簧端部和中部受载下抛物线板簧的挠度(刚度)计算公式，由挠度相等变形理论推导出了两片不等长的抛物线板簧的复合刚度计算公式，进而根据叠加原理得到了三片及多片簧的复合刚度计算公式，同时给出了相应的前后不等臂的板簧的总刚度计算公式。为这类最终板簧的设计计算提供了必要的理论指导。同时对两级变刚度弹簧的另外一个重要特性--接触载荷也进行了理论研究。从非簧载质量动载荷的角度出发，利用概率理论，并结合实际的工程经验，得到了符合实际的接触载荷计算方法。本章所得的公式和计算方法对变刚度悬架的设计及应用具有理论指导意义。3、对前后悬架系统的K&C特性进行了详细的分析，并对变刚度参数对K&C特性的影响进行了研究。悬架的K&C特性是悬架的主要性能，关系到车轮的定位参数的准确，进而影响车辆的操纵稳定性和舒适性。论文对所研究车辆的前后悬架系统的K&C特性都进行了分析，分析了同向轮跳、反向轮跳、纵向加载、侧向加载和回正力矩加载下悬架的K&C特性变化趋势，并分析了每种变化特性对车辆操稳性能或平顺性的影响。同时深入地研究了变刚度非对称板簧非独立悬架的K&C特性，并分别分析了主簧刚度、副簧刚度、接触载荷和前后臂长度差等参数对悬架K&C特性的影响，为后续整车悬架参数的优化及板簧样件设计提供了正确的指导。4、基于整车动力学模型对悬架参数进行了仿真优化。为了进一步优化前后悬架的参数，需要进行整车模型的平顺性和操稳性仿真。建立准确的整车多体模型是仿真优化的前提。首先对车辆的轮胎力学性能进行了测试，通过参数辨识，得到了基于魔术公式的轮胎模型参数和相应的属性文件（PAC2002）。然后对该车的整车质量惯性参数进行了测试。利用获得的参数分别建立了该轻型客车各个子系统的动力学模型和整车动力学模型。随后对整车模型进行了平顺性和操纵稳定性的试验验证，结果显示所建立的整车模型能够用于前后悬架系统的仿真优化。最后根据该模型采用遗传优化算法对前后悬架系统参数进行了仿真优化，得到了前后悬架参数的优化结果，优化对比结果表明车辆的平顺性和操稳性能得到了提升。5、对某轻型客车进行了底盘调校研究。由于在虚拟优化的过程中建模的简化及一些车辆元件的非线性，仿真优化的结果并不一定最理想，还需要进行实车底盘调校，以进一步优化前后悬架参数并使车辆性能达到最优。底盘调校主要依靠评价员的主观感受及工程经验，主要是评价前后悬架部分参数之间的协调性。本文根据所研究的变刚度悬架特点，主要从四个方面对底盘悬架参数进行调校。一是根据前后悬架侧倾角刚度关系来调校操稳性能，并以此确定多组不同规格的前后稳定杆。二是考虑变刚度板簧的接触载荷，给出几组不同接触载荷的板簧。三是考虑不同的板簧卷耳衬套刚度，以优化车辆的高频激励下平顺性。四是调校减振器的阻尼力曲线，针对该悬架变刚度的特点，根据主簧刚度和复合刚度分别赋予不同的权重系数，从而匹配出多组不同的阻尼曲线。最后根据正交试验原理，对提出的多套方案进行DOE试验。这里要求每组试验分空载和满载两种状态。本文中采用了3名底盘评价师分别进行21项操稳性能和9项平顺性的评价打分，最后通过统计评价，得到了最优的调校方案。本文根据该车的实际情况，结合国外的底盘调校经验，总结出了一套符合国内厂家实际的底盘调校流程和调校方法，为后期其它车辆的底盘调校积累经验并提供参考，也为国内汽车底盘的调校提供一定的指导。6、对悬架板簧的可靠性道路试验进行了模拟研究，仿真分析了悬架板簧的疲劳寿命。按照厂家板簧的可靠性道路试验规程，使用Adams自带的路面建模器，并结合路面的分布规律和概率理论，采用Matlab编程处理的方法分别建立了对应的虚拟试验路面，并对所建立的路面模型进行了实车测试验证。然后使用建立的整车多体模型进行与实际可靠性试验的同样条件下的虚拟可靠性试验，获得了板簧根部的六向虚拟载荷谱。再对板簧进行有限元建模及验证。然后把有限元仿真结果输入到Patran软件的Fatigue模块中进行板簧的疲劳寿命仿真分析，分析结果与实车可靠性道路试验结果进行了比较，对比发现板簧疲劳破坏处基本吻合，这说明本章所采用的可靠性仿真分析方法及流程是正确有效的，该分析方法和流程会对今后车辆的虚拟可靠性研究具有一定的参考价值。