麥弗遜懸架主銷軸線對半軸滑移的影響

李海亮，馮 畢，陳 濤Li Hailiang，Feng Bi，Chen Tao

麥弗遜懸架主銷軸線對半軸滑移的影響

李海亮，馮 畢，陳 濤
Li Hailiang，Feng Bi，Chen Tao

（北京汽車研究總院有限公司，北京 101300）

麥弗遜懸架由于結構緊湊、占據空間小，以及易于安裝橫置發動機，所以在轎車和輕型客車上應用廣泛。利用MATLAB建立和求解某款車型的麥弗遜懸架運動學模型，通過調整擺臂外點位置改變主銷軸線內傾角和后傾角，分析不同狀態下懸架的跳動和轉向對半軸移動節位移和擺角的影響，為后續懸架調整提供理論依據。

麥弗遜懸架；主銷軸線；半軸滑移；MATLAB

0 引 言

麥弗遜懸架具有結構緊湊、占據空間小、成本低廉及維護方便等優點，在轎車和輕型客車上得到廣泛應用。麥弗遜式獨立懸架的運動學特性不僅影響汽車操縱穩定性、乘坐舒適性、行駛平順性和輪胎使用壽命等方面，而且對半軸的滑移和擺角也有較大影響。

整車設計布置中，理論上半軸固定節的中心與主銷軸線重合[1]，但實際中由于各種原因，半軸固定節的中心與主銷軸線有一定距離，本文在麥弗遜懸架模型上，引入半軸的運動模型，通過調整下擺臂外點的、坐標改變主銷軸線，并分析對半軸位移和擺角的影響，為后續調整提供理論依據。

1 麥弗遜懸架模型

麥弗遜懸架結構如圖1所示，提取硬點進行簡化后如圖2[2]所示。

為研究主銷軸線對半軸滑移的影響，調整懸架點的、坐標，使半軸固定節節心點過懸架的主銷軸線，調整后整備狀態下各懸架硬點坐標如圖3所示。

在軟件CATIA中根據圖3建立左懸架模型（左右懸架對稱），并給出相應約束，完成DMU（Dynamic Model Update，動態模型更新），直線為主銷軸線，設置跳動控制點為輪心點的坐標值，轉向控制點為拉桿內點的坐標值。

圖1 麥弗遜懸架結構

注：A為滑柱上點；B為滑柱下點；C為控制臂外點；D為控制臂前點；E為控制臂后點；F為轉向拉桿外點；G為轉向拉桿內點；H為輪心點；I為半軸固定節節心；J為半軸移動節節心；CK與DE垂直。

圖3 懸架各硬點坐標值

通過懸架運動學結構特性[3-5]，分析各個空間點的相對關系，利用MATLAB建立數學模型[2]，計算出各硬點的空間坐標。

2 主銷軸線變化對位移和擺角的影響

2.1 半軸固定節節心I在主銷軸線上

圖3中點在主銷軸線上，根據MATLAB硬點坐標模型，進行轉向和跳動模擬，得到半軸位移擺角曲線如圖4所示。

圖4 半軸位移擺角曲線（半軸節心通過主銷軸線）

該狀態的主銷軸線內傾角為13.799°，主銷后傾角為7.001°。圖4中不轉向跳動、左極限跳動、右極限跳動曲線基本重合，由此可知：當固定節節心與主銷軸線重合時，轉向對半軸的位移擺角曲線無明顯影響。

2.2 控制臂外點C的X坐標前移

將圖3中控制臂外點的坐標值正向移動5 mm和10 mm，得到半軸位移擺角曲線如圖5所示。

當點的坐標值增加5 mm，主銷后傾角減小0.404°；當點的坐標值增加10 mm，主銷后傾角減小0.808°；二者的主銷內傾角均沒有變化。兩種情況下，半軸固定節中心到主銷軸線的距離分別為4.046 mm和8.098 mm。由圖5可知：不轉向跳動、左極限跳動和右極限跳動曲線隨坐標值變化較明顯，對于左懸架，車輛左轉時半軸軸桿拉伸，車輛右轉時半軸軸桿壓縮；當坐標值變化5 mm時，左轉極限和右轉極限的半軸軸桿相比圖4分別移動2.6、2.1 mm（圖5（a）中坐標值增加5 mm后的左轉極限滑移曲線距離左側滑脫限制線16.33 mm，圖4中原始左轉極限滑移曲線距離左側滑脫限制線18.94 mm，則坐標值變化后左轉極限的半軸軸桿移動距離為18.94 mm－16.33 mm=2.61 mm；圖5（a）中坐標值增加5 mm后的右轉極限滑移曲線距離右側滑脫限制線12.22 mm，圖4中原始右轉極限滑移曲線距離右側滑脫限制線14.34 mm，則坐標值變化后右轉極限的半軸軸桿移動距離為14.34 mm－12.22 mm=2.12 mm；以下各圖計算方法相同，不再逐一列出），當坐標值變化10 mm時，左轉極限和右轉極限時的半軸軸桿相比圖4分別移動5.4、4.3 mm，坐標值變化越大，則半軸軸桿位移越大，考慮整車發動機運動以及懸架襯套的影響，此時半軸出現滑脫或者與節殼頂死的風險較大。

圖5 半軸位移擺角曲線（C點X坐標值正向移動）

2.3 控制臂外點C的X坐標后移

將圖3中控制臂外點的坐標值負向移動5 mm和10 mm，得到的半軸位移擺角曲線如圖6所示。

圖6 半軸位移擺角曲線（C點X坐標值負向移動）

當點的坐標值減小5 mm，主銷后傾角增加0.403°；當點的坐標值減小10 mm，主銷后傾角增加0.805°；二者的主銷內傾角均沒有變化。兩種情況下，半軸固定節中心到主銷軸線的距離分別為4.039 mm和8.072 mm，與圖5類似，不轉向跳動、左極限跳動和右極限跳動曲線隨坐標值變化較明顯，但與圖5變化方向相反，對于左懸架，車輛左轉時半軸軸桿壓縮，車輛右轉時半軸軸桿拉伸；當坐標值變化5 mm時，左轉極限和右轉極限的半軸軸桿相比圖4分別移動2.4、2.0 mm，當坐標值變化10 mm時，左轉極限和右轉極限的半軸軸桿相比圖4分別移動4.7、3.9 mm，坐標值變化越大，則半軸軸桿位移越大，考慮整車發動機運動以及懸架襯套的影響，此時半軸出現滑脫或者與節殼頂死的風險較大。

2.4 控制臂外點C的Y坐標內移

將圖3中控制臂外點的坐標值正向移動5 mm和10 mm，得到半軸位移擺角曲線如圖7所示。

圖7 半軸位移擺角曲線（C點Y坐標值正向移動）

當點坐標增加5 mm，主銷內傾角減小0.387°；當點坐標增加10 mm，主銷內傾角減小0.774°；二者的主銷后傾角均沒有變化。兩種情況下，半軸固定節中心到主銷軸線的距離分別為3.963 mm和7.937 mm。由圖7可知：不轉向跳動、左極限跳動和右極限跳動曲線隨坐標值變化的幅度小于隨坐標值變化的幅度；對于左懸架，車輛左轉或右轉半軸軸桿均壓縮；當坐標值變化5 mm時，左轉極限和右轉極限的半軸軸桿相比圖4分別移動0.5、1.1 mm，當坐標值變化10 mm時，左轉極限和右轉極限的半軸軸桿相比圖4分別移動1.1、2.2 mm，坐標值變化越大，則半軸軸桿位移越大。

2.5 控制臂外點C的Y坐標外移

將圖3中控制臂外點的坐標值負向移動5 mm和10 mm，得到半軸位移擺角曲線如圖8所示。

當點坐標值減小5 mm，主銷內傾角增大0.385°；當點坐標值減小10 mm，主銷內傾角增大0.769°；二者的主銷后傾角均沒有變化。兩種情況下，半軸固定節中心到主銷軸線的距離分別為3.948 mm和7.884 mm，與圖7類似，但變化方向相反，對于左懸架，車輛左轉或右轉半軸軸桿均拉伸；坐標值變化越大，則半軸軸桿位移越大，與圖7中坐標值正向移動時的變化范圍基本相同。

綜上，得到主銷軸線變化對半軸位移和擺角的影響，結果見表1。

由表1可知：（1）控制臂外點坐標值變化只影響主銷后傾角變化，坐標值變化只影響主銷內傾角變化，但前者對轉向極限的半軸軸桿的位移影響更大，且前者的左右轉向極限曲線位于不轉向曲線兩側，而后者位于不轉向曲線同側；（2）隨著控制臂外點坐標值變化幅度增大，主銷后傾角變化幅度也增大，轉向極限的半軸軸桿位移變化也增大，半軸軸桿與移動節殼間干涉或滑脫的風險也增加；隨著控制臂外點坐標值變化幅度增大，主銷內傾角變化幅度也增大，轉向極限的半軸軸桿位移變化也增大，半軸軸桿與移動節殼間干涉或滑脫的風險也增加；（3）隨著控制臂外點、坐標值由正向向負向變化，左右轉向極限曲線在不轉向曲線兩側的分布也發生了方向對換。

表1 主銷軸線對半軸位移和擺角的影響

3 結束語

本文分析了麥弗遜懸架主銷軸線的變化對半軸位移和擺角的影響，為后續車型開發中滑移曲線的優化方向提供參考，提高了開發效率。

[1]王霄鋒. 汽車底盤設計[M]. 北京：清華大學出版社，2010.

[2]李海亮.麥弗遜懸架車輛半軸位移擺角圖的Matlab實現[J].北京汽車，2022(2) ：32-35.

[3]凌晨，韓權武，劉春梅，等.麥弗遜式懸架運動分析[J].汽車工程學報，2015，5(6)：448-453.

[4]耿慶松，秦偉，黃勇剛，等.麥弗遜獨立懸架空間運動學分析[J].機械設計與制造，2015(1)：20-23.

[5]李晏，張姍，王威，等.麥弗遜懸架運動分析的空間解析法及MATLAB實現[J].中國工程機械學報，2015，13(1)：16-21.

2022-10-11

1002-4581（2023）01-0001-05

U463.330.2

A

10.14175/j.issn.1002-4581.2023.01.001