麥弗遜獨(dú)立懸架基于 ADAMS的優(yōu)化分析

摘 要：針對(duì)目前公司新研發(fā)的新型場地車，前懸架系統(tǒng)對(duì)于其車輛操縱穩(wěn)定性有較大影響，故利用 ADAMS的虛擬樣機(jī)技術(shù)，對(duì)麥弗遜獨(dú)立前懸架系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化仿真分析。通過 ADAMS/Insight對(duì)其定位參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，研究前懸架對(duì)車輛操縱穩(wěn)定性的影響，為車輛優(yōu)化提供一定的理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：ADAMS/Car；懸架 K&C分析；定位參數(shù)

1 引言

汽車操縱穩(wěn)定性受前懸架系統(tǒng)影響比較大，車輪上下跳動(dòng)過程中，反映前懸架的性能，車輪的定位參數(shù)量保持在許可范圍內(nèi)，以保證汽車在行駛過程中的平順性，因此前懸架的優(yōu)化仿真分析至關(guān)重要。

隨著人們生活質(zhì)量的不斷提高，非獨(dú)立懸架系統(tǒng)已不能滿足人們駕駛車輛的舒適性和操縱穩(wěn)定性方面的要求，而獨(dú)立懸架卻增加了車輛的舒適性和行駛平穩(wěn)性，由此獨(dú)立懸架系統(tǒng)得到快速發(fā)展。麥弗遜獨(dú)立懸架是其中一種，該懸架的突出優(yōu)勢為增大了兩前輪內(nèi)側(cè)的空間，利于發(fā)動(dòng)機(jī)和其他一些部件的安裝，多被用在轎車等小型車輛上面。

本文通過分析實(shí)際生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題，利于 ADAMS對(duì)麥弗遜懸架系統(tǒng)進(jìn)行建模并進(jìn)行優(yōu)化仿真分析，最終得出較理想的結(jié)果。

2 麥弗遜懸架模型

麥弗遜獨(dú)立懸架主要由減震器加減震彈簧組成，其簡化模型如下圖 1。麥弗遜獨(dú)立懸架是閉式空間結(jié)構(gòu)，沒有原動(dòng)件，機(jī)架即車身，車輪上下跳動(dòng)帶動(dòng)轉(zhuǎn)向節(jié)和橫擺臂運(yùn)動(dòng)。

該文應(yīng)用ADAMS/Car模塊對(duì)麥弗遜懸架系統(tǒng)進(jìn)行建模。在ADAMS/Car中所采用的坐標(biāo)為ISO坐標(biāo)制，以車輪中心連線，與地面平行的面為XY平面，以車架縱面中心對(duì)稱面為XZ平面，通過車輪中心，與其他兩個(gè)平面垂直的平面為YZ平面。X方向?yàn)檐囕喦斑M(jìn)方向，Y方向?yàn)檐囕喿髠?cè)，Z方向?yàn)樨Q直向上。圖2為由懸架子系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向子系統(tǒng)組成的前懸架系統(tǒng)。

3 麥弗遜懸架仿真分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)

懸架運(yùn)動(dòng)特性分析的基本方法為左右輪平行上下跳動(dòng)引起的懸架的運(yùn)動(dòng)分析。懸架性能參數(shù)的變化范圍是分析懸架運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性的重要根據(jù)，此分析可以較為全面的反映懸架運(yùn)動(dòng)特性，這也是業(yè)界最常用的分析方法。由于路面有一定的不平度，車身和輪胎之間的相對(duì)位置會(huì)發(fā)生改變，因而使得車輪外傾角、內(nèi)傾角、后傾角、前輪前束發(fā)生變化，從而影響整車操縱穩(wěn)定性和其他的相關(guān)性能，故這些定位參數(shù)的變化范圍越小越好。

在ADAMS/Car中，對(duì)懸架參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，包括無載情況下車輪半徑、車輪剛度、簧載質(zhì)量、質(zhì)心高度及軸距等等。設(shè)置路面對(duì)車輪的激勵(lì)函數(shù)，選擇地面和測試平臺(tái)間的移動(dòng)副來創(chuàng)建直線驅(qū)動(dòng)。最后來設(shè)置仿真參數(shù)，來研究車輪上下跳動(dòng)50mm對(duì)懸架性能參數(shù)的影響。

本文是通過對(duì)懸架中部分關(guān)鍵硬點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行更改后來達(dá)到優(yōu)化性能參數(shù)的目的，在 ADAMS/Insight模塊中，共選取了6個(gè)硬點(diǎn)坐標(biāo)來做優(yōu)化設(shè)計(jì)，有控制臂前點(diǎn)、控制臂后點(diǎn)、控制臂球銷、轉(zhuǎn)向拉桿外點(diǎn)、轉(zhuǎn)向拉桿內(nèi)點(diǎn)、彈簧上支點(diǎn)的18個(gè)坐標(biāo)值，進(jìn)行128次迭代計(jì)算。設(shè)置每個(gè)值的變化范圍為-5～5mm，指定 4項(xiàng)性能參數(shù)為優(yōu)化目標(biāo)，優(yōu)化前后的坐標(biāo)值如下表1所示。

4 結(jié)果的評(píng)價(jià)指標(biāo)

汽車在車輪正常跳動(dòng)范圍內(nèi)擁有較好的行駛平穩(wěn)性的評(píng)價(jià)指標(biāo)為前輪定位參數(shù)，這些參數(shù)主要有前輪前束、主銷內(nèi)傾角、主銷外傾角、車輪外傾角。

主銷內(nèi)傾能夠使得車輪自動(dòng)回正，另外還使得操縱更加輕便，故可減小前輪傳遞到方向盤的沖擊力。若主銷內(nèi)傾角較小，導(dǎo)致轉(zhuǎn)向沉重，且不能保證汽車穩(wěn)定直線行駛，使得駕駛員時(shí)刻注意方向盤，造成駕駛疲勞；若主銷內(nèi)傾角過于大，同樣會(huì)造成轉(zhuǎn)向沉重，同時(shí)也加速輪胎的磨損。

車輪外傾角可以避免前軸承載變形使得車輪變?yōu)閮?nèi)傾從而加速輪胎磨損。如若外傾角較小或者負(fù)外傾角，將使得轉(zhuǎn)向沉重，導(dǎo)致輪胎內(nèi)側(cè)偏磨；如若外傾角較大，會(huì)造成輪胎外側(cè)偏磨。

前輪前束是用來補(bǔ)償由于車輪外傾角造成的不良影響，從而使得車輪滾動(dòng)過程中向著正前方行駛，可大大減小并抵消車輪外傾造成的不良后果。

5.4 車輪前束角

車輪外傾角前后優(yōu)化結(jié)果對(duì)比如下圖6。

對(duì)于前輪，前束的值大都設(shè)計(jì)范圍為負(fù)前束到零，在車輪跳動(dòng)過程中，前束的變化范圍越小越好。從圖 6可知，優(yōu)化前的前束角為-1.35°到0.2824°，優(yōu)化后的前束角為-0.4°到0°，可以看出，優(yōu)化效果明顯，變化范圍明顯變小，優(yōu)化后符合設(shè)計(jì)要求。

6 結(jié)論

文章對(duì)某場地車前懸架系統(tǒng)在ADAMS/ Car中的建立模型，并進(jìn)行雙輪平行跳動(dòng)仿真分析，再利用ADAMS/Insight模塊，以前輪的定位參數(shù)為優(yōu)化目標(biāo)，部分懸架系統(tǒng)硬點(diǎn)為

優(yōu)化因子，對(duì)車輪的定位參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。