摘 要 麥弗遜懸架是一種經(jīng)典的，被廣泛使用的懸架形式，決定其使用性能的是懸架的關鍵硬點位置，硬點位置會直接影響到表征整車性能的四輪定位參數(shù)，包括前束角，外傾角，主銷內(nèi)傾角，主銷后傾角等。本文主要以麥弗遜懸架為對象，詳細介紹了使用機械系統(tǒng)動力學分析軟件Adams，建立底盤前懸的機構運動學模型的過程，以及在模型中引入懸架硬點偏差，建立四輪定位參數(shù)測量的方法，探究麥弗遜前懸關鍵硬點制造偏差，對表征其性能的參數(shù)指標的影響。同時，給出了硬點偏差對整車性能參數(shù)的定量化分析結(jié)果，為在實際的生產(chǎn)制造中，嚴格控制懸架硬點制造精度，提供了理論依據(jù)和參考。

關鍵詞 麥弗遜懸架整車性能四輪定位參數(shù) 硬點偏差

一、引言

麥弗遜懸架作為一種經(jīng)典的懸架形式，其構造簡單，占用空間小，而且操縱性很好，被廣泛應用于國內(nèi)外商乘用車中。在實際制造時，由于該懸架零部件外形較為復雜，且由多個部件組裝而成，一般由減震器總成、下擺臂、副車架、轉(zhuǎn)向橫拉桿、橫向穩(wěn)定桿等裝配而成。零部件的制造偏差以及裝配過程的偏差的積累難以避免，這些制造偏差會對懸架的硬點位置產(chǎn)生較大的影響，使懸架硬點偏離理論設計位置，并且偏差過大，將會導致裝配后的四輪定位參數(shù)波動較大。而四輪定位參數(shù)對汽車行駛性能有著非常大的影響，一般用來作為評價整車性能的參數(shù)指標。因此，參數(shù)的不穩(wěn)定必將造成整車性能下降，從而嚴重影響到產(chǎn)品質(zhì)量。有關麥弗遜懸架的仿真分析以及四輪定位參數(shù)的檢測分析，一直以來都有相關學者在進行研究。例如，李英濤[1]等對汽車四輪定位檢測及調(diào)整技術，進行了比較全面系統(tǒng)的研究；李臣[2]等介紹了基于Adams/Car模塊的麥弗遜懸架建模與仿真的分析方法；李海艷[3]等通過對麥弗遜懸架進行Adams建模，并且結(jié)合經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論，對麥弗遜主動懸架性能參數(shù)的優(yōu)化和控制，進行了較為深入的研究。然而，已有的相關研究，大多集中在汽車車輪定位參數(shù)的檢測調(diào)整，以及懸架硬點的優(yōu)化等方面，較少涉及到懸架制造偏差對整車性能的影響分析。

本文通過使用機構動力學分析軟件Adams/View，建立了懸架機構運動模型，通過在模型中引入懸架關鍵安裝硬點的偏差，進行機構運動仿真，使用軟件自帶的函數(shù)庫創(chuàng)建前輪定位參數(shù)的測量函數(shù)，對硬點偏差導致的前輪定位參數(shù)變化進行了詳細分析。

二、四輪定位參數(shù)對性能的影響

四輪定位參數(shù)是表征整車性能的重要參數(shù)指標，包括前束角，外傾角，主銷內(nèi)傾角，主銷后傾角等，對汽車行駛性能有很大的影響，并且其參數(shù)的穩(wěn)定對保證汽車整車性能具有非常關鍵的作用。前束角參數(shù)超差將導致車輪輪胎磨損加劇，并導致輪胎失效。而過大的正外傾或負外傾，會導致車輛行駛過程中輪胎與路面產(chǎn)生滑動磨損，輪胎內(nèi)外磨損不均，降低輪胎壽命。過大的主銷后傾角會加劇前輪擺振，導致行駛得不平順，主銷內(nèi)傾角參數(shù)超差，則會引起嚴重的操縱問題，包括在急加速時的力矩致生偏向，急剎車時的轉(zhuǎn)向拉力以及沖擊轉(zhuǎn)向等。[4]本文針對麥弗遜前懸對應的轉(zhuǎn)向輪定位參數(shù)進行具體分析，轉(zhuǎn)向前輪的定位參數(shù)，包括前輪前束角，前輪外傾角，以及主銷內(nèi)傾角和主銷后傾角。

三、懸架硬點位置偏差分析

（一）懸架關鍵安裝硬點

該車型使用的前懸為麥弗遜式懸架，車輪定位參數(shù)主要與懸架上的關鍵安裝硬點位置有關，由懸架結(jié)構的對稱性，取單側(cè)懸架進行硬點位置分析，如圖1所示。懸架安裝硬點，包括前懸減震器總成與車身地板匹配安裝點A，前懸減震器總成與下擺臂連接處的球頭銷球心B，前懸減震器總成與轉(zhuǎn)向橫拉桿連接處的球頭銷球心C，以及下擺臂與前懸副車架總成安裝連接處的轉(zhuǎn)軸前后端點D、E，其中的硬點C的位置是可調(diào)整的。因此，偏差分析時主要分析硬點A、B，以及轉(zhuǎn)軸DE的位置，以及姿態(tài)偏差對參數(shù)的影響。本文圍繞這四個硬點的位置偏差展開進行分析，建模時硬點C處于模型理論位置。

（二）懸架關鍵硬點偏差值

硬點A為麥弗遜懸架與白車身的安裝點，其位置偏差，即為車身對應安裝孔的位置偏差，硬點B的位置偏差以及轉(zhuǎn)軸DE的姿態(tài)偏差，受到副車架、搖臂的制造偏差，以及車身與副車架匹配安裝點位置偏差等因素的綜合影響。白車身整體由一個個復雜薄板件焊接而成，由于焊接變形，對應于懸架的匹配安裝孔位置將偏離理論位置。副車架和搖臂等在裝配成總成件時，由于副車架、搖臂自身制造偏差，以及裝配過程中的偏差累積，將使得搖臂轉(zhuǎn)軸DE，以及與減震器的連接點B的實際位置偏離理論位置。根據(jù)當前的制造精度水平，可將硬點位置的設計公差定為±2.0mm。[5]

取各硬點位置的正向最大公差值，作為其極限位置偏差，并結(jié)合硬點在整車坐標系下的理論坐標，可得出考慮硬點位置偏差后的坐標值，如表1所示。

四、硬點偏差對整車性能的影響分析

（一）麥弗遜懸架建模

麥弗遜懸架是一種經(jīng)典的獨立懸掛形式。由于其結(jié)構的對稱性，一般在Adams建模時，只需建立1/2懸架模型即可進行。在Adams/View模塊中，進行麥弗遜懸架的機構建模時，首先使用UG軟件，將懸架的CAD數(shù)模由stp格式轉(zhuǎn)為Adams軟件支持的Parasolid格式，再將模型導入到Adams/View模塊，此時硬點的位置坐標均為理論值，根據(jù)機構運動關系添加相應的機構運動約束，并在輪胎的中心點處設置位移加載，用于實現(xiàn)懸架從空載到滿載的變工況運動仿真，這樣便完成了基于Adams/View模塊的1/2麥弗遜懸架的建模。建好的模型和機構約束情況如圖1所示。

（二）前輪定位參數(shù)偏差分析

完成Adams麥弗遜懸架的建模后，在軟件中建立車輪定位參數(shù)的測量函數(shù)，根據(jù)四輪定位參數(shù)的定義，在Adams中通過監(jiān)測輪胎安裝面法線上的點，以及主銷軸線上下端點，即硬點A、B的位置坐標在懸架運動過程中的變化，即可實現(xiàn)對前輪前束角、外傾角、主銷內(nèi)傾角和主銷后傾角的檢測。根據(jù)點的位置坐標可得參數(shù)的計算表達式為：

根據(jù)上述公式，在Adams中使用其函數(shù)庫自帶的ATAN2函數(shù)，即可輕松實現(xiàn)參數(shù)測量函數(shù)的創(chuàng)建。

創(chuàng)建好測量函數(shù)后，在Adams中通過改變懸架硬點的位置坐標，引入懸架的硬點偏差值，便可通過仿真分析得到硬點偏差對四輪定位參數(shù)的定量關系。在給定工況下，前輪定位參數(shù)為靜態(tài)參數(shù)，從圖5可知，給定工況下，車輪靜態(tài)定位參數(shù)主要取決于硬點A、B的位置，只考慮硬點A、B位置偏差即可。而在變工況的情況下，輪胎跳動，搖臂會繞軸線DE轉(zhuǎn)動一定角度，轉(zhuǎn)軸DE的姿態(tài)偏差，將直接影響前輪定位參數(shù)的波動規(guī)律，所以動態(tài)分析時需要考慮轉(zhuǎn)軸DE的姿態(tài)偏差對參數(shù)波動的影響。

首先取空載整備工況進行定工況下的前輪靜態(tài)定位參數(shù)偏差分析，根據(jù)表1中的硬點位置坐標數(shù)據(jù)，在Adams中改變硬點A的位置坐標，進行仿真分析，輸出車輪定位參數(shù)值，模擬硬點A的位置，存在偏差時對空載整備工況下前輪靜態(tài)定位參數(shù)的影響。參數(shù)變化如表2所示。

從表2可看出，硬點A的位置偏差對外傾角、主銷內(nèi)傾角和主銷后傾角的影響都接近0.2°。因此，該硬點的位置偏差對輪胎壽命和行駛的平順性，有較大影響。

將硬點A的位置調(diào)回理論值，再以相同方法對硬點B進行位置偏差輸入，仿真模擬硬點B的位置存在偏差時，對車輪定位參數(shù)的影響。參數(shù)變化如表3所示。

從表3可看出，硬點B的位置偏差對外傾角、主銷內(nèi)傾角和主銷后傾角的影響均超過了0.15°，同硬點A一樣，B點偏差也會對汽車行駛性能產(chǎn)生較大影響。

以上對空載整備工況下前輪靜態(tài)定位參數(shù)進行了偏差分析，研究了硬點A、B的位置偏差，對前輪定位參數(shù)的影響。接下來，再對由硬點D、E構成的搖臂轉(zhuǎn)軸姿態(tài)偏差導致的變工況下，前輪定位參數(shù)波動性變化進行分析。本文所研究的麥弗遜懸架，從空載到滿載狀態(tài)輪胎上跳位移為24mm，對上跳過程中各前輪定位參數(shù)的波動進行分析，將軸線DE端點的理論坐標和偏差坐標輸入到建好的Adams分析模型中，對懸架進行輪跳運動仿真，可得到考慮轉(zhuǎn)軸DE姿態(tài)偏差前后的前輪定位參數(shù)波動性的變化。如圖2所示，可看出轉(zhuǎn)軸姿態(tài)偏差，會導致前輪跳動過程中參數(shù)的波動性發(fā)生變化，對前輪定位參數(shù)的穩(wěn)定性，將產(chǎn)生不利影響。

五、結(jié)論

綜合上述分析，硬點A、B的位置偏差，對空載整備工況下轉(zhuǎn)向輪靜態(tài)定位參數(shù)的影響較大，2mm左右的位置偏差，將會帶來高于0.15°的參數(shù)變化，對整車性能的影響較為顯著。而搖臂轉(zhuǎn)軸DE的姿態(tài)偏差，將導致各前輪定位參數(shù)在變工況過程中的波動性增加，降低了參數(shù)的穩(wěn)定性，從而也會影響懸架的使用性能。因此，改進制造工藝，提高懸架關鍵硬點的位置精度，可以有效增加轉(zhuǎn)向前輪靜態(tài)定位參數(shù)的穩(wěn)定性，較好地提升整車性能。在實際生產(chǎn)制造中，必須嚴格控制懸架的硬點制造偏差，才能保證整車的合格率以及良好的行駛性能。

（作者單位為上汽通用五菱汽車股份有限公司）

[作者簡介：盧從堅（1988—），男，畢業(yè)于海南大學工程學院，2011年參加工作，目前為上汽通用五菱汽車股份有限公司寶駿基地總裝車間質(zhì)量工程師，主要從事汽車制造質(zhì)量改進工作。]

參考文獻

[1] 李英濤.汽車四輪定位檢測及調(diào)整技術的研究[D].長安大學，2010.

[2] 李臣，司景萍.基于ADAMS/Car的麥弗遜懸架建模與仿真[J].公路與汽運，2007（03）：8-10.

[3] 李海艷.基于ADAMS的麥弗遜主動懸架性能參數(shù)的優(yōu)化及控制研究[D].東北大學，2008.

[4] 樊海林.在用汽車四輪定位參數(shù)變化對操縱穩(wěn)定性影響研究[D].重慶交通大學，2008.

[5] 韋春州，羅錦耀.白車身底盤前懸掛硬點尺寸公差設計與性能關系探析[J].企業(yè)科技與發(fā)展，2014（05）：23-27.