某全地形車雙橫臂獨立懸架轉向梯形斷開點優化研究

趙萍，姜永晴，肖冰

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

前言

懸架是現代汽車上的重要組成部分，它把車架與車輪彈性連接起來，用于傳遞車架和車輪之間所有的力和力矩，緩和由路面不平傳遞給車身的沖擊載荷，保證車輛平順行駛。懸架一般由彈性元件、導向機構和減震器組成。獨立懸架由于能較好地保持車輪與路面的接觸，提高離地間隙、改善通過性，被越來越多的應用于轎車、輕型客車和越野車上。不等長雙橫臂式獨立懸架通過合理的設計擺臂參數能獲得良好的綜合性能。獨立懸架采用斷開式轉向梯形，為了使懸架與轉向梯形相匹配，主要工作就是確定斷開點位置。對斷開點位置進行合理的優化。作者以某全地形越野車不等長雙橫臂式獨立懸架為研究對象，在ADAMS中建立轉向及懸架系統虛擬樣機，研究在該懸架系統下斷開點位置與車輪跳動時前束角變化趨勢，使車輪上下跳動時，由轉向桿系與懸架運動干涉所引起的前束角變化盡可能小。

1 簡化模型的建立

雙橫臂獨立懸架的簡化模型如下圖1所示，以前懸架一半結構為研究對象，懸架結構由上橫臂EC、下橫臂GD、主銷EG構成，C、D點為銷軸連接（假定銷軸與車輛縱向平行），E、G點為球頭連接，OU為轉向梯形臂、UT為轉向梯形橫拉桿、兩端球頭鉸接連接、T點為斷開點。當車輪上下跳動時，懸架上下擺臂分別繞C、D點轉動，橫拉桿UT同時繞T點轉動，UT同時拉動OU，使車輪繞主銷轉動，產生車輪前束角α?，F在懸架系統建立前提下，建立懸架系統和轉向梯形的平面理論模型，利用平面作圖法，初步確定斷開點T位置坐標。此方法由于忽略了主銷后傾角和上下擺臂擺動軸線空間角度的影響，用此方法確定的斷開點位置具有一定參考性，但無法達到最優，仍有優化空間。結合ADAMS仿真軟件，建立空間仿真樣機，對斷開點位置做進一步仿真優化。

圖1 雙橫臂懸架理論簡化模型

2 虛擬仿真樣機的建立

以雙橫臂懸架理論簡化模型為基礎，在ADAMS/View中建立懸架及轉向系統的仿真模型，如下圖2所示。將車輪、輪軸、主銷和轉向梯形臂GF以固定副連接，上橫臂與主銷連接點B、下橫臂與主銷連接點C、橫拉桿與轉向梯形臂連接點F、斷開點與搖臂連接點E均為球形副連接，上、下橫臂與車身連接點A、D分別繞地面做旋轉運動，輪胎支撐于試驗平臺上，與平臺之間為點面接觸，在平臺上施加上下運動的移動副，模擬車輪跳動。

圖2 虛擬樣機簡化模型

以某全驅車懸架及轉向系統為研究對象，以平面作圖法初步確定斷開點坐標為（X、Y、Z），當車輪上下跳動時，得到目標函數與車輪跳動量曲線圖，如下圖3所示，設定向上為正。由圖3目標函數仿真曲線得出，在車輪上下跳動時，優化前的車輪前束角分別為0.14°和0.42°，仍可進行進一步優化。

圖3 目標函數變化曲線

3 優化仿真

在ADAMS/Insight中進行參數化優化分析，設置斷開點坐標為變量（DV_1、DV_2、DV_3），前束角α為目標函數，優化的目標函數求最小值，考慮斷開點空間位置約束，設置相應約束條件，進行仿真分析。設置斷開點坐標變量變化范圍，考慮到斷開點基礎坐標為平面作圖法得到坐標，設置坐標變量變化范圍為百分比相對偏差±10%，對三個設計變量設置2個水平，共進行9次矩陣模擬試驗。選擇目標函數的最小值為研究對象，通過不斷調整變量，得到最優仿真結果。優化后的仿真結果曲線如下圖4所示，由圖4優化后的目標函數仿真曲線得出，當車輪上下跳動時，優化后的車輪前束角分別減小為0.09°和0.1°。

圖4 優化后目標函數變化曲線

4 結果分析

通過對斷開點坐標進行參數化設置，優化仿真，使車輪上跳時前輪前束角由最大值0.14°減小為0.09°，車輪下跳時前束角最大值由0.41°減小為0.1°。優化后的車輪前束角變化值控制在0.1°內，滿足前束角設計要求。

5 結語

本文在以某全地形車雙橫臂獨立懸架設計完成基礎上，通過匹配設計斷開式轉向梯形，確定斷開點位置坐標。得出了斷開式梯形設計步驟，首先進行梯形設計理論分析，結合平面作圖法初步確定斷開點位置坐標，最后在ADAMS中建立虛擬樣機，優化仿真分析。該設計方法具有一定的通用性，能很好的指導獨立懸架轉向梯形斷開點的設計，通過該方法優化后能得到較小的理想前束角，從而能減輕輪胎的磨損及提高轉向操縱的穩定性。