麥弗遜獨立懸架基于 ADAMS的優化分析

摘 要：針對目前公司新研發的新型場地車，前懸架系統對于其車輛操縱穩定性有較大影響，故利用 ADAMS的虛擬樣機技術，對麥弗遜獨立前懸架系統進行優化仿真分析。通過 ADAMS/Insight對其定位參數進行優化，研究前懸架對車輛操縱穩定性的影響，為車輛優化提供一定的理論依據。

關鍵詞：ADAMS/Car；懸架 K&C分析；定位參數

1 引言

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

隨著人們生活質量的不斷提高，非獨立懸架系統已不能滿足人們駕駛車輛的舒適性和操縱穩定性方面的要求，而獨立懸架卻增加了車輛的舒適性和行駛平穩性，由此獨立懸架系統得到快速發展。麥弗遜獨立懸架是其中一種，該懸架的突出優勢為增大了兩前輪內側的空間，利于發動機和其他一些部件的安裝，多被用在轎車等小型車輛上面。

本文通過分析實際生產中出現的問題，利于 ADAMS對麥弗遜懸架系統進行建模并進行優化仿真分析，最終得出較理想的結果。

2 麥弗遜懸架模型

麥弗遜獨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。麥弗遜獨立懸架是閉式空間結構，沒有原動件，機架即車身，車輪上下跳動帶動轉向節和橫擺臂運動。

該文應用ADAMS/Car模塊對麥弗遜懸架系統進行建模。在ADAMS/Car中所采用的坐標為ISO坐標制，以車輪中心連線，與地面平行的面為XY平面，以車架縱面中心對稱面為XZ平面，通過車輪中心，與其他兩個平面垂直的平面為YZ平面。X方向為車輪前進方向，Y方向為車輪左側，Z方向為豎直向上。圖2為由懸架子系統和轉向子系統組成的前懸架系統。

3 麥弗遜懸架仿真分析和優化設計

懸架運動特性分析的基本方法為左右輪平行上下跳動引起的懸架的運動分析。懸架性能參數的變化范圍是分析懸架運動穩定性的重要根據，此分析可以較為全面的反映懸架運動特性，這也是業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位置會發生改變，因而使得車輪外傾角、內傾角、后傾角、前輪前束發生變化，從而影響整車操縱穩定性和其他的相關性能，故這些定位參數的變化范圍越小越好。

在ADAMS/Car中，對懸架參數進行設置，包括無載情況下車輪半徑、車輪剛度、簧載質量、質心高度及軸距等等。設置路面對車輪的激勵函數，選擇地面和測試平臺間的移動副來創建直線驅動。最后來設置仿真參數，來研究車輪上下跳動50mm對懸架性能參數的影響。

本文是通過對懸架中部分關鍵硬點坐標進行更改后來達到優化性能參數的目的，在 ADAMS/Insight模塊中，共選取了6個硬點坐標來做優化設計，有控制臂前點、控制臂后點、控制臂球銷、轉向拉桿外點、轉向拉桿內點、彈簧上支點的18個坐標值，進行128次迭代計算。設置每個值的變化范圍為-5～5mm，指定 4項性能參數為優化目標，優化前后的坐標值如下表1所示。

4 結果的評價指標

汽車在車輪正常跳動范圍內擁有較好的行駛平穩性的評價指標為前輪定位參數，這些參數主要有前輪前束、主銷內傾角、主銷外傾角、車輪外傾角。

主銷內傾能夠使得車輪自動回正，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。若主銷內傾角較小，導致轉向沉重，且不能保證汽車穩定直線行駛，使得駕駛員時刻注意方向盤，造成駕駛疲勞；若主銷內傾角過于大，同樣會造成轉向沉重，同時也加速輪胎的磨損。

車輪外傾角可以避免前軸承載變形使得車輪變為內傾從而加速輪胎磨損。如若外傾角較小或者負外傾角，將使得轉向沉重，導致輪胎內側偏磨；如若外傾角較大，會造成輪胎外側偏磨。

前輪前束是用來補償由于車輪外傾角造成的不良影響，從而使得車輪滾動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

車輪外傾角前后優化結果對比如下圖6。

對于前輪，前束的值大都設計范圍為負前束到零，在車輪跳動過程中，前束的變化范圍越小越好。從圖 6可知，優化前的前束角為-1.35°到0.2824°，優化后的前束角為-0.4°到0°，可以看出，優化效果明顯，變化范圍明顯變小，優化后符合設計要求。

6 結論

文章對某場地車前懸架系統在ADAMS/ Car中的建立模型，并進行雙輪平行跳動仿真分析，再利用ADAMS/Insight模塊，以前輪的定位參數為優化目標，部分懸架系統硬點為

優化因子，對車輪的定位參數進行了優化。