汽車雙橫臂獨立懸架動力學建模與優化設計

何名基

摘 要：隨著汽車行業的發展，對汽車的操控穩定性和整車舒適性要求是越來越高。目前越來越多商用車使用了獨立懸架系統，提高整車的操控穩定性和舒適性。基于此。本文結合工作內容，重點針對汽車雙橫臂獨立懸架系統展開了分析和研究，并且提出了相應的優化設計要點，以供參考。

關鍵詞：汽車 懸架系統 優化設計

Dynamic Modeling and Optimal Design of Automobile Double Wishbone Independent Suspension

He Mingji

Abstract：With the development of the automobile industry， the requirements for the handling stability of the automobile and the comfort of the vehicle are getting higher and higher. At present， more and more commercial vehicles use independent suspension systems to improve the handling stability and comfort of the vehicle. Based on the work content， this article focuses on the analysis and research on the double wishbone independent suspension system of the automobile， and puts forward the corresponding optimization design points for reference.

Key words：automobile， suspension system， optimized design

隨著我國社會經濟的快速發展以及人們對整車的深入認識，人們對整車的操控穩定性和舒適性也越來越高。在選購汽車過程中，都會將整車的操控穩定性和舒適性作為一個購車的對比重點。

懸架系統作為汽車底盤結構當中重點構成環節，懸架系統的性能直接影響到了整車的操控穩定性和舒適性。懸架系統位于車輛和車輪的中間，包含了擺臂轉向系統副車架、轉向器以及輪胎等相關構件，主要功能是通過懸架彈簧，有效減少路面不平所帶來的車輛底盤沖擊，通過穩定桿的作用以及在轉向過程中的側傾角，保證整車的轉彎穩定性。因此對于整車來講，要想有效提高操控穩定性和舒適性，首要任務時對懸架系統進行優化設計。

本文以目前在商用車上日益流行的雙橫臂獨立懸架系統為模型，進行優化分析，并提出了相應的優化設計方法。在雙橫臂獨立懸架系統設計過程中，合理的設計上下擺臂的長度和角度的，可有效提高車輪的定位精度、有效降低側傾中心高度和中心高度，使得整車在彎路當中的表現更加穩定，有效提高整車行駛安全性。

1 雙橫臂獨立懸架系統建模

運用ADAMS/Car軟件來對懸架系統、汽車轉向系統以及車輪系統進行模擬分析，并且建立了整個動力學模型，對其中影響比較小的系統因素進行了有效的簡化處理。

首先，根據設計參數建立出雙橫臂獨立懸架，其中還包含了一些彈性元件以及穩定桿系統。

其次，依照各個構件的設計位置不同，對長度和鉸接的對應關系加以確認。

模型如圖1所示：

在雙臂獨立懸架動力學的建模工作中，大量的結構參數和動力參數的準確度直接關系到后續仿真結果的準確性，因此在雙橫臂懸架仿真模型的建設過程中，需要注意硬點參數以及相關系統彈性元件的屬性參數的準確性。

2 雙臂獨立懸架系統分析

車輪的跳動情況可以有效反映出車輛懸架系統的運動特點。從車輪的跳動數據模型中可以獲取懸架系統的剛性程度、車輪的外傾角以及側向位移等隨著車輪跳動所產生的變化特點，如圖2所示：

通過模擬數據分析之后，依照車輛前后懸架的偏差比例，確定前懸架的線性段剛性程度為33N/mm，具體的取值范圍在±10mm之間。從圖2當中的數據分析可以看出，前側中心的高度在設計負載的狀態下為79mm，保持在合理的設計范圍之內，側傾的中心高度直接影響到了汽車懸架系統的穩定性，側傾中心越高，車輪之間的間距變化也就越大，則對輪胎的磨損越嚴重。同時側傾中心越高，在彎道過程中越容易翻車。因此，在進行懸架設計工作中，必須要對這些問題加以充分考慮。

輪心的縱向位移變化主要表現在車輪在跳動過程當中，輪胎之間的距離所產生的變化。通過上圖分析可以得出，車輪在上跳過程中車輪的中心和車輛的行駛方向會產生一定的偏差，直接影響到了車輛的行駛舒適程度以及穩定性。

3 雙橫臂獨立懸架設計優化設計

通過使用Adams實驗設計優化方法，在同一個研究系統框架下，對各種影響因子和影響關系來加以確認，完成對整個獨立懸架系統的優化和設計。

在本次實驗優化設計工作中采取了單因子設計的方法，所謂單因子設計方法主要指的是在優化實驗工作中對一個單獨的因子的變化水平來進行判斷，其他的變化因子初始狀態保持不變，對其中一個單因子的影響程度來進行研究和分析。單因子優化設計方法具有計算量較小，計算速度較快，可以在一些無交叉性或者是弱交互性的優化實驗當中來進行分析，如圖3所示：

通過對懸架模型的反向輪跳、縱向力工以及側向力工狀況的仿真實驗分析之后得出，造成懸架縱向沖擊舒適性較差的具體原因，為后續的優化工作提供出了必要的工作借鑒。

4 結束語

通過優化設計，由于懸架系統內部的上下擺臂在標準的設計荷載上有向下傾斜的狀況，因此車輪的間距會隨著車輪的跳動先增加后減小，然后隨著車輛的負載狀態表現為先上升后下降，可以有效避免輪胎產生過度磨損問題，提高了車輛的使用安全。

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