麥弗遜懸架鉸接參數(shù)變化對整車平順性影響分析①

高 巖

(宿州職業(yè)技術學院機電工程系，安徽 宿州 234000)

0 引 言

麥弗遜懸架是汽車前懸架所通常采用的懸架結構形式之一，其作用是吸收和衰減不平路面對前輪造成的震動沖擊，保證車輛行駛穩(wěn)定性，提高行駛平順性和駕乘舒適性[1]。目前對麥弗遜懸架提高車輛行駛平順性的研究多是對懸架的彈性元件的剛度的研究和減震器阻尼值的研究。例如白園在《麥弗遜懸掛系統(tǒng)的汽車平順性研究》中采用仿真分析得到懸架剛度在為22000-30000N/m時,減震器阻尼比在0.2-0.38 是有利于提高車輛行駛平順性[2]。陳永耀在《麥弗遜懸架參數(shù)對整車平順性影響仿真研究》中通過在ADAMS中建立虛擬樣機，分析了懸架的剛度和阻尼，輪胎的剛度和阻尼這些參數(shù)的變化對車輛振動的影響，得到改善車輛行駛平順性的措施[3]。薛少科在《基于側向力控制的麥弗遜懸架減振器優(yōu)化研究》中提出C形彈簧比普通彈簧具有良好的減震性能，其麥弗遜懸架減震器所受側向力減少30%，在不改變懸架結構的前提下C形彈簧有利于提高懸架性能[4]。韓輝在《汽車平順性仿真分析與實驗研究》中利用ADAMS/Car建立整車多體動力學模型。通過仿真分析得到適當增加懸架阻尼可以提高車輛行駛平順性[5]。本項目研究則選擇麥弗遜懸架的鉸接點作為研究對象，通過改變鉸接點的鉸接形式和鉸接位置研究對車輛行駛平順性的影響，進而提出提高車輛行駛平順性的方法。對研究優(yōu)化車輛振動性能，提高車輛行駛平順性和操縱穩(wěn)定性的研究方法具有一定的現(xiàn)實指導意義。

1 本課題研究的主要內(nèi)容

1.給定某車型設計參數(shù)，應用CATIA建立前麥弗遜懸架三維模型，并利用ADAMS/Car軟件進行仿真試驗，得到車輛行駛振動加速度變化曲線和加速度功率譜密度曲線。

2.根據(jù)車輛行駛振動加速度變化曲線和加速度功率譜密度曲線，通過MATLAB中應用編程求出三個軸向振動總加權加速度均方根值，得到車輛行駛平順性評價。

3.改變麥弗遜懸架下擺臂與車架，下擺臂與轉(zhuǎn)向節(jié)鉸接形式，采用偏心螺栓式鉸接，通過逐步改變偏心螺栓鉸接位置研究車輛以不同車速通過隨機路面的振動加速度變化曲線，加速度功率譜密度PSD曲線，求出三軸向振動總加權均方根值，對比原車型數(shù)據(jù)找到鉸接位置變化對車輛行駛平順性的影響規(guī)律，得到提高車輛行駛平順性方法。

4.改變縱向穩(wěn)定桿與減震器，縱向穩(wěn)定桿與橫向穩(wěn)定桿的鉸接形式，采用偏心螺栓式鉸接，通過逐步改變偏心螺栓的鉸接位置研究車輛以不同車速通過隨機路面的振動加速度變化曲線，加速度功率譜密度PSD曲線，求出三軸向振動總加權均方根值，對比原車型數(shù)據(jù)找到鉸接位置變化對車輛行駛平順性的影響規(guī)律，得到提高車輛行駛平順性方法。

5.改變減震器頂部與車架鉸接形式，采用球面軸承鉸接，增大減震器頂端鉸接點運動自由度，減弱振動，研究車輛以不同車速通過隨機路面的振動加速度變化曲線，加速度功率譜密度PSD曲線，求出三軸向振動總加權均方根值，對比原鉸接形式，得到提高車輛行駛平順性方法。

2 車輛行駛平順性評價

2.1 懸架主要技術參數(shù)

本課題選取某車型前麥弗遜懸架作為研究對象，應用CATIA建立三維模型如圖1所示。

2.2 車輛平順性仿真

在ADAMS/Car中設置車輛以70km/h的速度通過隨機路面，執(zhí)行仿真得到車輛座椅面處三軸向加速度變化曲線，如圖2所示。在ADAMS/Car中通過轉(zhuǎn)換得到功率譜密度PSD曲線[9]，如圖3所示。

在MATLAB中，將PSD曲線應用編程求出原車型三軸向總加權加速度均方根值，得到車輛行駛平順性評價[10]。如表1所示。

表1 原車型平順性評價

3 下擺臂鉸接位置改變對車輛行駛平順性影響分析

設計下擺臂與車架，下擺臂與轉(zhuǎn)向節(jié)的鉸接機構，采用偏心螺栓鉸接，如圖4，圖5,圖6所示。研究車輛以70km/h的行駛車速下鉸接位置的改變對車輛行駛平順性的影響規(guī)律。

3.1 偏心螺栓將下擺臂控制到橫向最寬位置時車輛行駛平順性分析

在ADAMS/Car中設置車輛以70km/h的速度通過隨機路面，執(zhí)行仿真得到車輛座椅面處三軸向加速度變化曲線，藍色曲線為下擺臂控制到橫向最寬位置時的振動加速度變化曲線，紅色曲線為原下擺臂鉸接位置振動加速度變化曲線，如圖7所示。在ADAMS/Car中通過轉(zhuǎn)換得到功率譜密度PSD曲線，如圖8所示。

在MATLAB中，將PSD曲線應用編程求出三軸向振動總加權加速度均方根值，得到下擺臂控制到橫向最寬時，振動總加權加速度均方根值為0.2510m/s2，依照ISO2631-1：1997(E)評價車輛行駛平順性為舒適。

3.2 偏心螺栓將下擺臂控制到橫向最窄位置時車輛行駛平順性分析

在ADAMS中執(zhí)行運動仿真，得到座椅處三軸線加速度變化曲線，藍色曲線為原下擺臂鉸接位置振動加速度變化曲線，紅色曲線為下擺臂控制到橫向最窄位置時的振動加速度變化曲線，如圖9所示。在ADAMS/Car中通過轉(zhuǎn)換得到功率譜密度PSD曲線，如圖10所示。

在MATLAB中，將PSD曲線應用編程求出三軸向振動總加權加速度均方根值，以此評價車輛行駛平順性，如表2。

表2 平順性評價

結論：(1)當下擺臂鉸接位置使下擺臂橫向變寬時，車輛振動減弱，總加權加速度均方根值變小，駕駛位乘客乘坐舒適性變好，懸架的平順性提高。

(2)當下擺臂鉸接位置使下擺臂橫向變窄時，車輛振動加大，總加權加速度均方根值變大，車輛乘坐舒適性變差。由此可知增大下擺臂橫向長度有利于提高車輛行駛平順性。

4 縱向穩(wěn)定桿鉸接位置的改變對車輛行駛平順性影響分析

設計縱向穩(wěn)定桿與減震器，縱向穩(wěn)定桿與橫向穩(wěn)定桿鉸接機構，采用偏心螺栓鉸接，如圖11，圖12所示。在保證前輪定位角正常的前提下，改變偏心螺栓的鉸接位置研究車輛振動情況。本設計研究車輛以70km/h的行駛車速下鉸接位置的改變對車輛行駛平順性的影響規(guī)律。

4.1 偏心螺栓將縱向穩(wěn)定桿控制到最高鉸接位置時車輛行駛平順性分析

在ADAMS中執(zhí)行運動仿真，得到座椅處三軸線加速度變化曲線。藍色曲線為縱向穩(wěn)定桿控制到最高鉸接位置時的振動加速度變化曲線，紅色曲線為原縱向穩(wěn)定桿鉸接位置振動加速度變化曲線，如圖13所示。在ADAMS/Car中通過轉(zhuǎn)換得到功率譜密度PSD曲線，如圖14所示。

在MATLAB中，將PSD曲線應用編程求出三軸向振動總加權加速度均方根值，得到縱向穩(wěn)定桿控制到最高鉸接位置時，振動總加權加速度均方根值為0.2533m/s2，依照ISO2631-1：1997(E)評價車輛行駛平順性為舒適。

4.2 偏心螺栓將縱向穩(wěn)定桿控制到最低鉸接時車輛行駛平順性分析

在ADAMS中執(zhí)行運動仿真，得到座椅處三軸線加速度變化曲線。藍色曲線為原縱向穩(wěn)定桿鉸接位置振動加速度變化曲線，紅色曲線為縱向穩(wěn)定桿控制到最低鉸接位置時的振動加速度變化曲線，如圖15所示。在ADAMS/Car中通過轉(zhuǎn)換得到功率譜密度PSD曲線，如圖16所示。

在MATLAB中，將PSD曲線應用編程求出三軸向振動總加權加速度均方根值，以此評價車輛行駛平順性，如表3。

表3 平順性評價

結論：(1)當縱向穩(wěn)定桿鉸接位置變高時，車輛振動減弱，駕駛位總加權加速度均方根值減小，駕駛位乘客乘坐舒適性變好，懸架的平順性提高。

(2)當縱向穩(wěn)定桿鉸接位置變低時，車輛振動加大，總加權加速度均方根值變大，車輛乘坐舒適性變差。由此可知增大縱向穩(wěn)定桿鉸接位置高度有利于提高車輛行駛平順性。

5 減震器頂部與車架鉸接點鉸接形式的改變對車輛行駛平順性影響分析

改變麥弗遜懸架減震器頂部與車架平面軸承式鉸接形式，采用球頭軸承鉸接，研究車輛振動情況。如圖17所示。

本設計研究車輛以70km/h的行駛車速下鉸接形式的改變對車輛行駛平順性的影響規(guī)律。在ADAMS中執(zhí)行運動仿真，得到座椅處三軸線加速度變化曲線，如圖18所示，紅色曲線為原車采用平面軸承式鉸接的振動變化曲線，藍色曲線為采用球頭軸承鉸接的振動變化曲線。在ADAMS/Car中通過轉(zhuǎn)換得到功率譜密度PSD曲線，如圖19所示。

在MATLAB中，將PSD曲線應用編程求出三軸向振動總加權加速度均方根值，以此評價車輛行駛平順性，如表4。

表4 平順性評價

結論：當前減震器頂部采用球頭軸承式鉸接后，增大了減震器頂端鉸接點運動自由度，車輛振動減弱，總加權加速度均方根值減小，提高了車輛行駛平順性。

6 結 語

本設計研究通過給定某車型參數(shù)，應用CATIA建立麥弗遜前懸掛模型，并將建立的模型導入到Aadams四柱仿真實驗臺架上，設置粗糙路面參數(shù)，執(zhí)行仿真得到車輛行駛振動加速度變化曲線和加速度功率譜密度曲線，通過MATLAB中應用編程求出三個軸向振動總加權加速度均方根值，以此評價車輛行駛平順性。通過設計偏心螺栓，改變下擺臂與車架，下擺臂與轉(zhuǎn)向節(jié)的鉸接位置研究車輛行駛平順性，得到當下擺臂鉸接位置使下擺臂橫向變寬時，車輛振動減弱，總加權加速度均方根值變小，駕駛位乘客乘坐舒適性變好，懸架的平順性提高。在縱向穩(wěn)定桿鉸接點處設計偏心螺栓，改變縱向穩(wěn)定桿與減震器，縱向穩(wěn)定桿與橫向穩(wěn)定桿的鉸接位置，研究對車輛行駛平順性影響，得到適當?shù)脑龃罂v向穩(wěn)定桿鉸接位置高度可以提高車輛行駛平順性，駕駛位乘客乘坐舒適性變好。通過設計球頭軸承，改變麥弗遜懸架減震器頂部與車架的鉸接形式，研究車輛振動情況。得出當前減震器頂部采用球頭軸承式鉸接后，駕駛位總加權加速度均方根值減小，車輛的行駛平順性得到提高。本項目研究選擇的是麥弗遜懸架的鉸接點作為研究對象，通過改變鉸接點的位置和鉸接形式研究車輛行駛平順性影響，也為研究車輛行駛平順性提供了一種研究方法。