卓書亮

摘 要：本文主要通過對E型多連桿后懸架的結(jié)構(gòu)分析，基于ADAMS/Car模塊，建立E型多連桿后懸架參數(shù)化模型，通過仿真研究E型多連桿后懸架結(jié)構(gòu)參數(shù)與車輪定位參數(shù)、輪距等影響關(guān)系，利用 ADAMS/Insight建立E型多連桿后懸架優(yōu)化模型，并進行懸架參數(shù)優(yōu)化設計。

關(guān)鍵詞：E型多連桿;后懸架;結(jié)構(gòu)分析;幾何定義;ADAMS

0 前言

E型多連桿后懸架是近幾年來迅速發(fā)展起來的一種懸架結(jié)構(gòu)，與非獨立懸架相比，能同時兼顧更好的乘坐舒適性和操縱穩(wěn)定性。

1 結(jié)構(gòu)特征

如圖1所見，后縱臂、后橫向拉桿、后上控制臂和后下控制臂形成“E”布置，故命名為E型多連桿后懸架。

2 功能分析

2.1 前束角控制

前束控制臂和下控制臂等長的情況，當車輪上下跳動時，運動軌跡是半徑相同的圓弧，所以車輪在正常的平衡位置下設定的前束不會改變。前束控制臂和下控制臂不等長，當車輪上下跳動，運動軌跡是半徑不同的圓弧，假設前束控制連桿較短，則無論車輪如何跳動，前束都會比平衡位置時增加。

2.2 外傾角控制

對于獨立懸架而言，合理的車輪外傾變化是必要的，對于該E型多連桿懸架因后縱臂襯套的扭轉(zhuǎn)剛度較大，外傾自由度無法全部通過襯套的扭轉(zhuǎn)變形來提供，為此該臂設計成片狀沖壓結(jié)構(gòu)，中間部位設計成狀，并設有開口和角線，從而給車輪提供適當?shù)耐鈨A自由度。

2.3 側(cè)傾穩(wěn)定性

2.3.1 后縱臂對側(cè)傾轉(zhuǎn)向的影響

后縱臂是影響側(cè)傾轉(zhuǎn)向的重要因素，若鉸鏈點在前，且該點的位置比車輪中心高，則側(cè)傾后外輪后移，內(nèi)輪前移。若鉸鏈點比前輪中心低，則相反。

2.3.2 各橫向控制臂對側(cè)傾轉(zhuǎn)向的影響

（1）幾何特性轉(zhuǎn)向。因后橫向拉桿和后下控制臂非等長，非平行配置，通過運動分析發(fā)現(xiàn)，車輪上下跳時在后縱臂的影響下均趨于前束變化。

（2）側(cè)向力轉(zhuǎn)向（隨動轉(zhuǎn)向）。當后下控制臂的布置位置距離車輪中心較近，當車輛曲線運動時地面對輪胎產(chǎn)生側(cè)向反作用力F，傳遞到后橫向拉桿和后下控制臂上的力記作F1、F2，通過力矩平衡原理可得F1和F2。

當車輛轉(zhuǎn)彎時，在地面?zhèn)认蛄Φ淖饔孟拢鈧?cè)車輪趨于前張，內(nèi)側(cè)車輪趨于前束。

2.4 縱向順從性（退化性）

2.4.1 縱向緩沖

車輛在道路上行駛時，會遇到凸起和凹坑而受到縱向沖擊力，設計時積極利用襯套撓曲變形的前后運動，即“縱向順從性”，從而可以起到降低懸架的前后剛性的目的。E型多連桿懸架縱向柔性的設計要點：

（1）襯套X方向在滿足縱向柔性要求的同時，不可過于柔軟，否則，當汽車加速或制動時，車輪在縱向力的作用下因位移過大而發(fā)生擺動，從而影響操縱穩(wěn)定性。（2）襯套X方向通過合理的腰型孔設計用來保證所需要的斜率呈遞增變化的靜彈性特性。（3）拖臂襯套在Z方向上會承受一定的垂直載荷。同時為了能夠有效地傳遞橫向穩(wěn)定桿產(chǎn)生的力，在Fz方向上的彈性特性幾乎是線性的。

2.4.2 縱向力柔性轉(zhuǎn)向和幾何特性轉(zhuǎn)向

采用前束角變化來提高操縱穩(wěn)定性的方法，稱之為懸架的“車輪前束控制機能”，引起前束角變化的現(xiàn)象稱之為“柔性轉(zhuǎn)向效應”，可分為縱向力柔性轉(zhuǎn)向和橫向力柔性轉(zhuǎn)向。

（1）縱向柔性轉(zhuǎn)向和幾何特性轉(zhuǎn)向。對該研究對象，在縱向力的作用下，由于后下控制臂的退讓性，車輪將向后方移動。這時因后橫向拉桿比后下控制臂設計的較短，從幾何學上講，在縱向力作用下車輪將向前束方向回轉(zhuǎn)。

（2）橫向連桿和后下控制臂的柔性轉(zhuǎn)向。當縱向力進入后，前后力作用于縱拖臂，根據(jù)力矩的平衡，橫向連桿承受拉力，后下控制臂承受壓縮力，在各襯套的撓曲變形下，車輪將向負前束方向回轉(zhuǎn)。

3 運動特性分析

3.1 運動學模型建立

建立相應的ADAMS仿真分析模型，如圖2。各零件連接關(guān)系如圖3，硬點坐標如表1。

3.2 運動學特性分析

ADAMS中輸入Vertical（Parallel）Mode，對于本文研究的車輛，取其跳動范圍為常用的 -50～+50 mm，計算該E型多連桿式懸架的車輪外傾角、車輪前束、車輪輪距等的輪跳特性。

3.2.1 后輪前束角仿真

圖4為車輪前束角隨車輪跳動的變化曲線。在車輪跳動過程中，希望在車輪上跳時產(chǎn)生正的前束，下跳時產(chǎn)生負前束，這樣可以使得后軸具有側(cè)傾不足轉(zhuǎn)向特性，有利于改善汽車操縱穩(wěn)定性能。從圖4中可以看出，在車輪跳動±50 mm的行程內(nèi)，后輪前束角的變化范圍為-0.26～0.76，變化趨勢基本符合設計要求，但變化范圍有些過大。

3.2.2 后輪外傾角仿真

通常設計中車輪都具有一定的外傾角，當車輪向上跳動時，外傾角一般向負值方向變化，而下跳時向正值方向變化，這樣可以減小輪胎的磨損，提高汽車的操縱穩(wěn)定性。一般車輪的后外傾角的變化不宜太大，其范圍為-3°～3°，在車輪跳動±50 mm的行程內(nèi)，外傾角變化量應盡量小于±1°。從圖5中可以看出，后輪外傾角的變化范圍為-2.33°～0.22°，基本符合設計要求，但變化量有些過大。

3.2.3 后輪輪距仿真

輪距變化從側(cè)面反應了輪胎的磨損情況，輪距變化越大，輪胎磨損越嚴重，反之，則越小。從圖6中看到在車輪上跳行程中，輪距變化從0增加到大約8 mm。而在下跳行程中，0減少到大約-13 mm，大于上跳行程。

3.3 參數(shù)優(yōu)化

本文主要針對后輪前束角→后輪外傾角進行優(yōu)化分析，此次優(yōu)化以各后拉桿坐標和車身連接點坐標為設計變量，每個坐標值的變動范圍為 - 10～10 mm之間，以車輪跳動過程中車輪外傾角、前束和車輪輪距變化量平均值最小為優(yōu)化目標。

車輪前束角優(yōu)化前后對比，如圖7，優(yōu)化后，前束角的變化量比之前大大的減小，這將對車輛直線行駛的穩(wěn)定性有顯著提高。

車輪外傾角優(yōu)化前后對比，如圖8，優(yōu)化后，外傾角的變化量為-1.25°～-0.1°，更接近于-1.0°～1.0°設計范圍。

車輪輪距優(yōu)化前后對比，如圖9，優(yōu)化后的輪距變化量比優(yōu)化前有所改善，輪距的變化范圍從-13～8 mm變?yōu)?9～5 mm，在一定程度上減小了輪胎的磨損，延長了輪胎的使用壽命。

4 結(jié)論

通過建立E型多連桿懸架的運動學模型，分析了E型多連桿懸架的車輪定位參數(shù)、輪距隨車輪跳動量的變化規(guī)律及其對車輛性能的影響，為今后的進一步分析提供了依據(jù)。同時對懸架結(jié)構(gòu)參數(shù)進行優(yōu)化并取得了明顯的效果，符合獨立懸架的設計要求，為提高懸架的性能提供了有力的幫助。但是，由于建模時沒有考慮彈性元件的影響，會使結(jié)果精度略有降低。

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