高 巖

(宿州職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，安徽 宿州 234000)

0 引 言

麥弗遜懸架是汽車前懸架所通常采用的懸架結(jié)構(gòu)形式之一，其作用是吸收和衰減不平路面對(duì)前輪造成的震動(dòng)沖擊，保證車輛行駛穩(wěn)定性，提高行駛平順性和駕乘舒適性[1]。目前對(duì)麥弗遜懸架提高車輛行駛平順性的研究多是對(duì)懸架的彈性元件的剛度的研究和減震器阻尼值的研究。例如白園在《麥弗遜懸掛系統(tǒng)的汽車平順性研究》中采用仿真分析得到懸架剛度在為22000-30000N/m時(shí),減震器阻尼比在0.2-0.38 是有利于提高車輛行駛平順性[2]。陳永耀在《麥弗遜懸架參數(shù)對(duì)整車平順性影響仿真研究》中通過(guò)在ADAMS中建立虛擬樣機(jī)，分析了懸架的剛度和阻尼，輪胎的剛度和阻尼這些參數(shù)的變化對(duì)車輛振動(dòng)的影響，得到改善車輛行駛平順性的措施[3]。薛少科在《基于側(cè)向力控制的麥弗遜懸架減振器優(yōu)化研究》中提出C形彈簧比普通彈簧具有良好的減震性能，其麥弗遜懸架減震器所受側(cè)向力減少30%，在不改變懸架結(jié)構(gòu)的前提下C形彈簧有利于提高懸架性能[4]。韓輝在《汽車平順性仿真分析與實(shí)驗(yàn)研究》中利用ADAMS/Car建立整車多體動(dòng)力學(xué)模型。通過(guò)仿真分析得到適當(dāng)增加懸架阻尼可以提高車輛行駛平順性[5]。本項(xiàng)目研究則選擇麥弗遜懸架的鉸接點(diǎn)作為研究對(duì)象，通過(guò)改變鉸接點(diǎn)的鉸接形式和鉸接位置研究對(duì)車輛行駛平順性的影響，進(jìn)而提出提高車輛行駛平順性的方法。對(duì)研究?jī)?yōu)化車輛振動(dòng)性能，提高車輛行駛平順性和操縱穩(wěn)定性的研究方法具有一定的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

1 本課題研究的主要內(nèi)容

1.給定某車型設(shè)計(jì)參數(shù)，應(yīng)用CATIA建立前麥弗遜懸架三維模型，并利用ADAMS/Car軟件進(jìn)行仿真試驗(yàn)，得到車輛行駛振動(dòng)加速度變化曲線和加速度功率譜密度曲線。

2.根據(jù)車輛行駛振動(dòng)加速度變化曲線和加速度功率譜密度曲線，通過(guò)MATLAB中應(yīng)用編程求出三個(gè)軸向振動(dòng)總加權(quán)加速度均方根值，得到車輛行駛平順性評(píng)價(jià)。

3.改變麥弗遜懸架下擺臂與車架，下擺臂與轉(zhuǎn)向節(jié)鉸接形式，采用偏心螺栓式鉸接，通過(guò)逐步改變偏心螺栓鉸接位置研究車輛以不同車速通過(guò)隨機(jī)路面的振動(dòng)加速度變化曲線，加速度功率譜密度PSD曲線，求出三軸向振動(dòng)總加權(quán)均方根值，對(duì)比原車型數(shù)據(jù)找到鉸接位置變化對(duì)車輛行駛平順性的影響規(guī)律，得到提高車輛行駛平順性方法。

4.改變縱向穩(wěn)定桿與減震器，縱向穩(wěn)定桿與橫向穩(wěn)定桿的鉸接形式，采用偏心螺栓式鉸接，通過(guò)逐步改變偏心螺栓的鉸接位置研究車輛以不同車速通過(guò)隨機(jī)路面的振動(dòng)加速度變化曲線，加速度功率譜密度PSD曲線，求出三軸向振動(dòng)總加權(quán)均方根值，對(duì)比原車型數(shù)據(jù)找到鉸接位置變化對(duì)車輛行駛平順性的影響規(guī)律，得到提高車輛行駛平順性方法。

5.改變減震器頂部與車架鉸接形式，采用球面軸承鉸接，增大減震器頂端鉸接點(diǎn)運(yùn)動(dòng)自由度，減弱振動(dòng)，研究車輛以不同車速通過(guò)隨機(jī)路面的振動(dòng)加速度變化曲線，加速度功率譜密度PSD曲線，求出三軸向振動(dòng)總加權(quán)均方根值，對(duì)比原鉸接形式，得到提高車輛行駛平順性方法。

2 車輛行駛平順性評(píng)價(jià)

2.1 懸架主要技術(shù)參數(shù)

本課題選取某車型前麥弗遜懸架作為研究對(duì)象，應(yīng)用CATIA建立三維模型如圖1所示。

2.2 車輛平順性仿真

在ADAMS/Car中設(shè)置車輛以70km/h的速度通過(guò)隨機(jī)路面，執(zhí)行仿真得到車輛座椅面處三軸向加速度變化曲線，如圖2所示。在ADAMS/Car中通過(guò)轉(zhuǎn)換得到功率譜密度PSD曲線[9]，如圖3所示。

在MATLAB中，將PSD曲線應(yīng)用編程求出原車型三軸向總加權(quán)加速度均方根值，得到車輛行駛平順性評(píng)價(jià)[10]。如表1所示。

表1 原車型平順性評(píng)價(jià)

3 下擺臂鉸接位置改變對(duì)車輛行駛平順性影響分析

設(shè)計(jì)下擺臂與車架，下擺臂與轉(zhuǎn)向節(jié)的鉸接機(jī)構(gòu)，采用偏心螺栓鉸接，如圖4，圖5,圖6所示。研究車輛以70km/h的行駛車速下鉸接位置的改變對(duì)車輛行駛平順性的影響規(guī)律。

3.1 偏心螺栓將下擺臂控制到橫向最寬位置時(shí)車輛行駛平順性分析

在ADAMS/Car中設(shè)置車輛以70km/h的速度通過(guò)隨機(jī)路面，執(zhí)行仿真得到車輛座椅面處三軸向加速度變化曲線，藍(lán)色曲線為下擺臂控制到橫向最寬位置時(shí)的振動(dòng)加速度變化曲線，紅色曲線為原下擺臂鉸接位置振動(dòng)加速度變化曲線，如圖7所示。在ADAMS/Car中通過(guò)轉(zhuǎn)換得到功率譜密度PSD曲線，如圖8所示。

在MATLAB中，將PSD曲線應(yīng)用編程求出三軸向振動(dòng)總加權(quán)加速度均方根值，得到下擺臂控制到橫向最寬時(shí)，振動(dòng)總加權(quán)加速度均方根值為0.2510m/s2，依照ISO2631-1：1997(E)評(píng)價(jià)車輛行駛平順性為舒適。

3.2 偏心螺栓將下擺臂控制到橫向最窄位置時(shí)車輛行駛平順性分析

在ADAMS中執(zhí)行運(yùn)動(dòng)仿真，得到座椅處三軸線加速度變化曲線，藍(lán)色曲線為原下擺臂鉸接位置振動(dòng)加速度變化曲線，紅色曲線為下擺臂控制到橫向最窄位置時(shí)的振動(dòng)加速度變化曲線，如圖9所示。在ADAMS/Car中通過(guò)轉(zhuǎn)換得到功率譜密度PSD曲線，如圖10所示。

在MATLAB中，將PSD曲線應(yīng)用編程求出三軸向振動(dòng)總加權(quán)加速度均方根值，以此評(píng)價(jià)車輛行駛平順性，如表2。

表2 平順性評(píng)價(jià)

結(jié)論：(1)當(dāng)下擺臂鉸接位置使下擺臂橫向變寬時(shí)，車輛振動(dòng)減弱，總加權(quán)加速度均方根值變小，駕駛位乘客乘坐舒適性變好，懸架的平順性提高。

(2)當(dāng)下擺臂鉸接位置使下擺臂橫向變窄時(shí)，車輛振動(dòng)加大，總加權(quán)加速度均方根值變大，車輛乘坐舒適性變差。由此可知增大下擺臂橫向長(zhǎng)度有利于提高車輛行駛平順性。

4 縱向穩(wěn)定桿鉸接位置的改變對(duì)車輛行駛平順性影響分析

設(shè)計(jì)縱向穩(wěn)定桿與減震器，縱向穩(wěn)定桿與橫向穩(wěn)定桿鉸接機(jī)構(gòu)，采用偏心螺栓鉸接，如圖11，圖12所示。在保證前輪定位角正常的前提下，改變偏心螺栓的鉸接位置研究車輛振動(dòng)情況。本設(shè)計(jì)研究車輛以70km/h的行駛車速下鉸接位置的改變對(duì)車輛行駛平順性的影響規(guī)律。

4.1 偏心螺栓將縱向穩(wěn)定桿控制到最高鉸接位置時(shí)車輛行駛平順性分析

在ADAMS中執(zhí)行運(yùn)動(dòng)仿真，得到座椅處三軸線加速度變化曲線。藍(lán)色曲線為縱向穩(wěn)定桿控制到最高鉸接位置時(shí)的振動(dòng)加速度變化曲線，紅色曲線為原縱向穩(wěn)定桿鉸接位置振動(dòng)加速度變化曲線，如圖13所示。在ADAMS/Car中通過(guò)轉(zhuǎn)換得到功率譜密度PSD曲線，如圖14所示。

在MATLAB中，將PSD曲線應(yīng)用編程求出三軸向振動(dòng)總加權(quán)加速度均方根值，得到縱向穩(wěn)定桿控制到最高鉸接位置時(shí)，振動(dòng)總加權(quán)加速度均方根值為0.2533m/s2，依照ISO2631-1：1997(E)評(píng)價(jià)車輛行駛平順性為舒適。

4.2 偏心螺栓將縱向穩(wěn)定桿控制到最低鉸接時(shí)車輛行駛平順性分析

在ADAMS中執(zhí)行運(yùn)動(dòng)仿真，得到座椅處三軸線加速度變化曲線。藍(lán)色曲線為原縱向穩(wěn)定桿鉸接位置振動(dòng)加速度變化曲線，紅色曲線為縱向穩(wěn)定桿控制到最低鉸接位置時(shí)的振動(dòng)加速度變化曲線，如圖15所示。在ADAMS/Car中通過(guò)轉(zhuǎn)換得到功率譜密度PSD曲線，如圖16所示。

在MATLAB中，將PSD曲線應(yīng)用編程求出三軸向振動(dòng)總加權(quán)加速度均方根值，以此評(píng)價(jià)車輛行駛平順性，如表3。

表3 平順性評(píng)價(jià)

結(jié)論：(1)當(dāng)縱向穩(wěn)定桿鉸接位置變高時(shí)，車輛振動(dòng)減弱，駕駛位總加權(quán)加速度均方根值減小，駕駛位乘客乘坐舒適性變好，懸架的平順性提高。

(2)當(dāng)縱向穩(wěn)定桿鉸接位置變低時(shí)，車輛振動(dòng)加大，總加權(quán)加速度均方根值變大，車輛乘坐舒適性變差。由此可知增大縱向穩(wěn)定桿鉸接位置高度有利于提高車輛行駛平順性。

5 減震器頂部與車架鉸接點(diǎn)鉸接形式的改變對(duì)車輛行駛平順性影響分析

改變麥弗遜懸架減震器頂部與車架平面軸承式鉸接形式，采用球頭軸承鉸接，研究車輛振動(dòng)情況。如圖17所示。

本設(shè)計(jì)研究車輛以70km/h的行駛車速下鉸接形式的改變對(duì)車輛行駛平順性的影響規(guī)律。在ADAMS中執(zhí)行運(yùn)動(dòng)仿真，得到座椅處三軸線加速度變化曲線，如圖18所示，紅色曲線為原車采用平面軸承式鉸接的振動(dòng)變化曲線，藍(lán)色曲線為采用球頭軸承鉸接的振動(dòng)變化曲線。在ADAMS/Car中通過(guò)轉(zhuǎn)換得到功率譜密度PSD曲線，如圖19所示。

在MATLAB中，將PSD曲線應(yīng)用編程求出三軸向振動(dòng)總加權(quán)加速度均方根值，以此評(píng)價(jià)車輛行駛平順性，如表4。

表4 平順性評(píng)價(jià)

結(jié)論：當(dāng)前減震器頂部采用球頭軸承式鉸接后，增大了減震器頂端鉸接點(diǎn)運(yùn)動(dòng)自由度，車輛振動(dòng)減弱，總加權(quán)加速度均方根值減小，提高了車輛行駛平順性。

6 結(jié) 語(yǔ)

本設(shè)計(jì)研究通過(guò)給定某車型參數(shù)，應(yīng)用CATIA建立麥弗遜前懸掛模型，并將建立的模型導(dǎo)入到Aadams四柱仿真實(shí)驗(yàn)臺(tái)架上，設(shè)置粗糙路面參數(shù)，執(zhí)行仿真得到車輛行駛振動(dòng)加速度變化曲線和加速度功率譜密度曲線，通過(guò)MATLAB中應(yīng)用編程求出三個(gè)軸向振動(dòng)總加權(quán)加速度均方根值，以此評(píng)價(jià)車輛行駛平順性。通過(guò)設(shè)計(jì)偏心螺栓，改變下擺臂與車架，下擺臂與轉(zhuǎn)向節(jié)的鉸接位置研究車輛行駛平順性，得到當(dāng)下擺臂鉸接位置使下擺臂橫向變寬時(shí)，車輛振動(dòng)減弱，總加權(quán)加速度均方根值變小，駕駛位乘客乘坐舒適性變好，懸架的平順性提高。在縱向穩(wěn)定桿鉸接點(diǎn)處設(shè)計(jì)偏心螺栓，改變縱向穩(wěn)定桿與減震器，縱向穩(wěn)定桿與橫向穩(wěn)定桿的鉸接位置，研究對(duì)車輛行駛平順性影響，得到適當(dāng)?shù)脑龃罂v向穩(wěn)定桿鉸接位置高度可以提高車輛行駛平順性，駕駛位乘客乘坐舒適性變好。通過(guò)設(shè)計(jì)球頭軸承，改變麥弗遜懸架減震器頂部與車架的鉸接形式，研究車輛振動(dòng)情況。得出當(dāng)前減震器頂部采用球頭軸承式鉸接后，駕駛位總加權(quán)加速度均方根值減小，車輛的行駛平順性得到提高。本項(xiàng)目研究選擇的是麥弗遜懸架的鉸接點(diǎn)作為研究對(duì)象，通過(guò)改變鉸接點(diǎn)的位置和鉸接形式研究車輛行駛平順性影響，也為研究車輛行駛平順性提供了一種研究方法。