麦弗逊独立悬架基于 ADAMS的优化分析

摘 要：针对目前公司新研发的新型场地车，前悬架系统对于其车辆操纵稳定性有较大影响，故利用 ADAMS的虚拟样机技术，对麦弗逊独立前悬架系统进行优化仿真分析。通过 ADAMS/Insight对其定位参数进行优化，研究前悬架对车辆操纵稳定性的影响，为车辆优化提供一定的理论依据。

关键词：ADAMS/Car；悬架 K&C分析；定位参数

1 引言

汽车操纵稳定性受前悬架系统影响比较大，车轮上下跳动过程中，反映前悬架的性能，车轮的定位参数量保持在许可范围内，以保证汽车在行驶过程中的平顺性，因此前悬架的优化仿真分析至关重要。

随着人们生活质量的不断提高，非独立悬架系统已不能满足人们驾驶车辆的舒适性和操纵稳定性方面的要求，而独立悬架却增加了车辆的舒适性和行驶平稳性，由此独立悬架系统得到快速发展。麦弗逊独立悬架是其中一种，该悬架的突出优势为增大了两前轮内侧的空间，利于发动机和其他一些部件的安装，多被用在轿车等小型车辆上面。

本文通过分析实际生产中出现的问题，利于 ADAMS对麦弗逊悬架系统进行建模并进行优化仿真分析，最终得出较理想的结果。

2 麦弗逊悬架模型

麦弗逊独立悬架主要由减震器加减震弹簧组成，其简化模型如下图 1。麦弗逊独立悬架是闭式空间结构，没有原动件，机架即车身，车轮上下跳动带动转向节和横摆臂运动。

该文应用ADAMS/Car模块对麦弗逊悬架系统进行建模。在ADAMS/Car中所采用的坐标为ISO坐标制，以车轮中心连线，与地面平行的面为XY平面，以车架纵面中心对称面为XZ平面，通过车轮中心，与其他两个平面垂直的平面为YZ平面。X方向为车轮前进方向，Y方向为车轮左侧，Z方向为竖直向上。图2为由悬架子系统和转向子系统组成的前悬架系统。

3 麦弗逊悬架仿真分析和优化设计

悬架运动特性分析的基本方法为左右轮平行上下跳动引起的悬架的运动分析。悬架性能参数的变化范围是分析悬架运动稳定性的重要根据，此分析可以较为全面的反映悬架运动特性，这也是业界最常用的分析方法。由于路面有一定的不平度，车身和轮胎之间的相对位置会发生改变，因而使得车轮外倾角、内倾角、后倾角、前轮前束发生变化，从而影响整车操纵稳定性和其他的相关性能，故这些定位参数的变化范围越小越好。

在ADAMS/Car中，对悬架参数进行设置，包括无载情况下车轮半径、车轮刚度、簧载质量、质心高度及轴距等等。设置路面对车轮的激励函数，选择地面和测试平台间的移动副来创建直线驱动。最后来设置仿真参数，来研究车轮上下跳动50mm对悬架性能参数的影响。

本文是通过对悬架中部分关键硬点坐标进行更改后来达到优化性能參数的目的，在 ADAMS/Insight模块中，共选取了6个硬点坐标来做优化设计，有控制臂前点、控制臂后点、控制臂球销、转向拉杆外点、转向拉杆内点、弹簧上支点的18个坐标值，进行128次迭代计算。设置每个值的变化范围为-5～5mm，指定 4项性能参数为优化目标，优化前后的坐标值如下表1所示。

4 结果的评价指标

汽车在车轮正常跳动范围内拥有较好的行驶平稳性的评价指标为前轮定位参数，这些参数主要有前轮前束、主销内倾角、主销外倾角、车轮外倾角。

主销内倾能够使得车轮自动回正，另外还使得操纵更加轻便，故可减小前轮传递到方向盘的冲击力。若主销内倾角较小，导致转向沉重，且不能保证汽车稳定直线行驶，使得驾驶员时刻注意方向盘，造成驾驶疲劳；若主销内倾角过于大，同样会造成转向沉重，同时也加速轮胎的磨损。

车轮外倾角可以避免前轴承载变形使得车轮变为内倾从而加速轮胎磨损。如若外倾角较小或者负外倾角，将使得转向沉重，导致轮胎内侧偏磨；如若外倾角较大，会造成轮胎外侧偏磨。

前轮前束是用来补偿由于车轮外倾角造成的不良影响，从而使得车轮滚动过程中向着正前方行驶，可大大减小并抵消车轮外倾造成的不良后果。

5.4 车轮前束角

车轮外倾角前后优化结果对比如下图6。

对于前轮，前束的值大都设计范围为负前束到零，在车轮跳动过程中，前束的变化范围越小越好。从图 6可知，优化前的前束角为-1.35°到0.2824°，优化后的前束角为-0.4°到0°，可以看出，优化效果明显，变化范围明显变小，优化后符合设计要求。

6 结论

文章对某场地车前悬架系统在ADAMS/ Car中的建立模型，并进行双轮平行跳动仿真分析，再利用ADAMS/Insight模块，以前轮的定位参数为优化目标，部分悬架系统硬点为

优化因子，对车轮的定位参数进行了优化。