摘 要：為了研究前期懸架硬點的布置是否具有較好的運動學性能，以某車型為例，運用adams/car軟件建立該車型麥弗遜前懸架的精確動力學模型，并進行平行輪跳仿真分析，得出懸架的定位參數及輪距隨輪跳的變化關系。選擇分析中變化較大的前束角、外傾角和輪距為優(yōu)化目標，運用adams/isight進行硬點坐標對定位參數的敏感度分析，確定優(yōu)化變量。設定優(yōu)化變量的合理范圍，通過多次迭代計算，得到優(yōu)化結果。發(fā)現(xiàn)優(yōu)化目標的變化范圍都明顯減小，提高了懸架的運動特性，達到硬點優(yōu)化效果。

關鍵詞：麥弗遜懸架 定位參數 輪距 優(yōu)化 adams/car adams/isight

懸架系統(tǒng)是組成汽車關鍵部件之一，由導向元件、彈性元件和減振器和穩(wěn)定桿組成，主要功能是把輪胎受到地面的沖擊力和力矩能可靠地傳遞到車身[1]；緩和地面?zhèn)鹘o車身的沖擊；減小振動；控制車輪定位參數在合理范圍內變化。其性能的好壞直接影響整車操作穩(wěn)定性和平順性。

在汽車懸架開發(fā)前期，懸架硬點的布置是底盤開發(fā)的關鍵，與懸架的運動學性能和底盤耐久有直接的關系，直接影響整車的操作穩(wěn)定性、平順性和安全性。本文以某車型前麥弗遜懸架為例，采用動力學軟件adams/car建立前懸架的精確動力學模型，并分析出懸架定位參數與輪跳的關系，并通過adams/insight分析各硬點坐標對懸架定位參數的敏感度分析，為定位參數的優(yōu)化選擇合理設計變量提供理論依據，最后通過adams/insight對懸架的硬點參數進行優(yōu)化設計。

1 麥弗遜前懸架動力學模型的建立

根據底盤布置的硬點，利用adams/car建立構建麥弗遜前懸架裝配總成的3個子系統(tǒng)：麥弗遜獨立懸架、齒輪齒條式轉向傳動系統(tǒng)和穩(wěn)定桿組件系統(tǒng)。

1.1 麥弗遜懸架子系統(tǒng)

麥弗遜懸架是[2]由彈簧、減振器、緩沖塊、轉向節(jié)、輪胎、下控制臂、轉向拉桿、球銷和橡膠襯套構成，下控制臂的外端通過球銷與轉向節(jié)連接，下控制臂的內端通過轉動副和前后襯套與車身（副車架）連接，減振器上部通過胡克副和襯套與車身連接，減振器下部與轉向節(jié)固連，減振器上部與減振器下部通過柱面副連接，轉向拉桿外端與轉向節(jié)通過球銷連接，轉向拉桿內端與轉向連接軸通過胡克副連接，前彈簧連接在減振器上部與轉向節(jié)部件之間，減振器、彈簧、襯套的屬性文件都來源于實測數據。

1.2 齒輪齒條式轉向子系統(tǒng)

齒輪齒條式轉向子系統(tǒng)是由方向盤、轉向管柱、中間軸、轉向軸和轉向齒條組成，方向盤與轉向管柱通過固定副連接，并與車身通過轉動副連接，轉向管柱與車身通過柱面副連接，中間軸與轉向管柱和轉向軸通過胡克副連接，轉向軸與轉向齒條通過齒輪副連接。

1.3 穩(wěn)定桿組件系統(tǒng)

穩(wěn)定桿組件系統(tǒng)是由穩(wěn)定桿、穩(wěn)定桿襯套、穩(wěn)定桿拉桿和球銷組成，穩(wěn)定桿通過穩(wěn)定桿襯套連接車身（副車架），穩(wěn)定桿拉桿兩端通過球銷分別與穩(wěn)定桿和減振器支柱總成（下控制臂）連接，本文采用的穩(wěn)定桿是柔性件[3]，柔性體與外界連接需要通過啞物體連接。

根據上述三個子系統(tǒng)中零部件的運動關系和約束類型，分別創(chuàng)建3個子系統(tǒng)，各系統(tǒng)間通過通訊器建立連接關系，最后和一個懸架實驗臺裝配在一起，得到麥弗遜前懸架動力學模型，如圖1。

2 麥弗遜前懸架運動特性仿真分析

為了得到精確懸架模型，使分析的結果更能反映實際情況，在進行運動特性仿真分析之前，首選要對懸架進行靜載調平衡，具體如下：根據預估的簧下質量調整懸架的簧下質量，然后通過空載載荷調整彈簧的預載和襯套的預載，使懸架處在平衡狀態(tài)[4]，即空載狀態(tài)。然后通過平行輪跳仿真，設置上下輪跳的位移為50mm，仿真結束后，通過后處理獲得前束角、外傾角、主銷后傾角、主銷內傾角和輪距隨輪跳的變化曲線。

2.1 前束角

前束角的變化對車輛直線行駛穩(wěn)定性有很大影響，前束角的設計是為了匹配外傾角的變化，減少直線行駛輪胎所受的側向力，減少輪胎的過度磨損，對于前驅車的前輪[5]，取一定的負前束，以使汽車在行駛時保持車輪直線運動，減少輪胎磨損和滾動阻力。為了滿足車輛在轉彎行駛時不足轉向特性的需要，前束常設計成車輪上跳成零至弱負前束變化，一般來說變化量越小越好，圖2為前束角隨輪跳的變化曲線，前束變化范圍為0.39°～-0.47°，變化較大，需要進一步優(yōu)化。

車輪外傾角多車輛彎道行駛特性有很大影響，當車輛轉彎時，車輪隨車身發(fā)生側傾，外側車輪相對于地面向正的外傾角變化，從而減少外側輪胎與路面的接觸面積，不利于提供轉彎時所需的側向力，為了消除這一影響，一般希望車輪上跳時，外側車輪有一定的負外傾變化，以保證車輪與地面充分接觸。在上下跳動±50mm范圍內[6]，外傾角的變化在2°以內，圖3為外傾角隨輪跳的變化曲線，外傾角變化范圍為1.87°～-0.31°，變化略高，需要優(yōu)化。

主銷后傾角和后傾拖距的設計是保證汽車具有合適的回正力矩，當車輛直線行駛時，車輪受到外界沖擊力的作用而使其發(fā)生偏轉，車輪接地點的力與到主銷的力臂形成與車輪偏轉的相反力矩，使車輪自動的回正，保證汽車直線行駛的穩(wěn)定性，同時為了保證制動時后傾角不過小，希望后傾角隨輪跳上跳而增加，但是也不能出現(xiàn)車輪在上下跳動過程中后傾角變化過大，這樣會造成回正力矩過大或是過小，使操作穩(wěn)定性變差，對于無助力轉向懸架[7]，主銷后傾角一般為3°～10°，圖4后傾角隨輪跳的變化曲線，后傾角變化范圍為4.34°～5.07°，滿足設計要求。

主銷內傾角與主銷偏移距所產生的回正力矩與側偏力成正比，側偏力與車速有關，車速越大，側偏力也大，產生的回正力矩也大，相反車速低幾乎不產生回正作用，為了保證低速的回正力矩，就要設置主銷內傾角，主銷內傾角的增大使回正力矩也成倍增大，為了減少縱向力對回正的影響，一般將主銷偏移距設計比較小或是負值，同時主銷內傾角有一個較大的值，在實際設計中，主銷內傾角變化范圍為7°～15°，圖5內傾角隨輪跳的變化曲線，后傾角變化范圍為11.4°～14°，滿足設計要求。

輪距的變化對輪胎的磨損和整車操作穩(wěn)定性有重要影響，轉彎時由于離心力的作用，外側懸架將壓縮，相當于車輪相對車身上跳，如果此時輪距減小，造成重心偏移，又加劇了懸架的壓縮，使車輪相對車身再次上跳，結果造成車身側傾角加大，嚴重時使汽車失去穩(wěn)定性。所以，車輪上跳時，輪距不宜減小，應適當增加，而下跳時，輪距適當減小起到轉彎時減小車身側傾角的作用，有利于保持汽車的穩(wěn)定性。為了減小輪胎與地面的側向滑移，減小輪胎磨損[8]，希望輪距變化量要小，一般輪距變-5mm/50mm～5mm/50mm的范圍內，圖6輪距隨輪跳的變化曲線，輪距變化范圍為1396mm～1425mm，變化量達到29mm，不滿足設計要求。

3 硬點對定位參數的敏感度分析

由上述仿真結果可以看出，前束角、外傾角、輪距變化較大，需要進一步對這個參數進行優(yōu)化，如果通過人工調整硬點的位置來獲得定位參數的合理范圍，任務量太大，而且得到的結果也不一定很好，adams/insight與adams/car無縫連接，使得任務量大大減少，它可以量化各個硬點坐標對定位參數的影響程度[9]，從而為選擇優(yōu)化變量提供理論指導，通過對麥弗遜式獨立懸架的下控制臂外、前、后點以及轉向的內、外點和減振器上點6個硬點18個坐標值e7SFAz1uuX5Gnzhggl25V8W3zTX7veAXl7R1unV/vUA=進行敏感度分析[10]，假設每個坐標變化范圍為-5～+5，在adams/insight進行128次迭代，得到各變量對前束角、外傾角、輪距的敏感度，表1為主要影響坐標對優(yōu)化目標的靈敏度。

4 定位參數的優(yōu)化

根據靈敏度的分析，確定合適的優(yōu)化變量，在這里選擇下擺臂的前點Z坐標和外點X坐標、轉向拉桿的內點Z坐標和減振器上點Y坐標作為變量[11]，然后根據硬點空間位置的限制，選擇各坐標的變化范圍為±10，設置仿真過程中前束角、外傾角和輪距的絕對值最大值為優(yōu)化目標，采用兩水平實驗方法，采用全因子設計方法經過多次反復迭代，得到優(yōu)化的結果，表為優(yōu)化前后硬點坐標，根據以上的優(yōu)化結果，調整相應的硬點坐標，得到優(yōu)化后的懸架模型，再進行一次平行輪跳仿真，與原硬點方案結果進行對比，優(yōu)化前與優(yōu)化后的K&C特性曲線如圖7～圖9所示。

由圖7～圖9可知，通過硬點的調整，前束角的由優(yōu)化前的0.39°～-0.47°縮小到優(yōu)化后的0.44°～-0.27°，變化量從0.86縮小到0.71，改善了懸架的性能，外傾角的由優(yōu)化前的1.87°～-0.31°縮小到優(yōu)化后的1.64°～-0.11°，變化量從2.18縮小到1.75，而且優(yōu)化的結果滿足外傾角的變化要求，輪距的由優(yōu)化前的1396°～1425°縮小到優(yōu)化后的1410～1420°，變化量從29mm縮小到10mm，優(yōu)化的結果滿足輪距的變化要求，由此證明達到優(yōu)化的目的。

5 結論

本文通過adams/car建立該車的前麥弗遜懸架精確的動力學模型，通過平行輪跳獲得懸架的定位參數和輪距與輪跳的關系，從中得到前束角、外傾角、和輪距變化較大的問題，并通過adams/isight對硬點進行靈敏度分析，確定優(yōu)化變量，以變化較大的前束角、外傾角和輪距作為設計目標，經過多次反復迭代得到最終的硬點優(yōu)化結果，仿真結果證明，優(yōu)化的結果較好解決前束角、外傾角和輪距變化較大的問題，由于硬點布置空間受限的問題，所得到的優(yōu)化結果是相對的，不是絕對的。

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