基于操纵稳定性的麦弗逊悬架特性探析

谢乐敏

厦门金龙联合汽车工业有限公司 福建省厦门市 361021

在整车运动中，由于路面出现凹凸不平的情况，就可能让轮胎与车身的相对位置出现变化，进而改变车轮定位参数，影响整车的操纵稳定性，所以，在悬架设计中，如何做好参数的合理设计与选择，就成为汽车设计的关键环节。

1 方法与材料

硬点直接将构件的空间位置关系定义，这是进行建模的关键，针对某车的三维模型，对前悬架硬点进行测试[1]，具体见表1。

值得注意的是：为了提升仿真效率，在建模之中，还需要简化模型。

表1 悬架左侧硬点

2 仿真与优化

将悬架运动学的特性直接在车轮定位参数变化趋势上呈现。基于多体动力学软件，通过上下轮的同步跳动，就可以对悬架跳动过程进行模拟，其跳动量为±50cm，仿真结果见下图2-5所示。

图2 外倾角变化规律

图3 后倾角变化规律

图4 内倾角变化规律

由图2可知：外倾角出现的变化，基本都属于负向斜率，并且在-0.7°-1.6°之间变化。外倾角主要是为了将车辆稳态响应的影响减少。其轮胎外倾对于轮胎扶着以及偏磨影响偏大，在跳动的时候，变化量需要进行控制。为了避免出现过度的磨损，还需要优化外倾角，这样才可以提升其稳定性[2]。

由图3可知：在主销之后，倾角变化量为2.45°-3.4°。其后倾角主要是为了防范荷载变化导致回正力矩变化不合理的情况。在设计手册之中5] 一般推荐的范围为2°-4°，在允许变化范围内，其稳定性良好，并且也不用进行优化。

图4可知：在对悬架进行设计时，为了减少对车辆的稳态响应的影响，在一定程度上减小轮胎磨损，提高车辆稳定性，主销内倾角变化量不宜过大。车轮进行50mm的跳动时，主销内倾角变化范围为7.25°-9.28°，设计推荐范围7°-3°，变化范围在允许之内，不需要优化；

为弥补外倾角带来的不利影响，确保行驶时由于路面引起前束变化的直线行驶稳定性，前束在轮跳试验时应在0值附近。图5可知，前束变化基本为负向斜率比较合理，但变化范围为-1.06°-1.1°，变化范围过大，需要进一步优化。

在优化悬架定位参数的时候，首先需要确保主销的后倾角以及内倾角都不会出现太大的变化。通过构件与结构分析，就可以选择下摆臂的前点、后点、外点灯，从而针对性的进行灵敏度分析，最终将优化的目标确定，其分析结果见图6-7所示[3]。

图6-7可知，外倾角影响偏大的硬点坐标，再按照试验的设计基础，基于响应值和因素的变量关系分析，就可以直接利用Matlab的计算，从而获取多组满足优化设计条件下的硬点坐标值，这样才可以实现对悬架的优化与设计，也可以合理的选择理想曲线[4]。

在进行优化之后，针对上下50mm的轮跳进行仿真。在经过优化之后，通过轮跳试验仿真的结果来看，前束及外倾角在一定程度上得到减小，但是其余部分的定位参数变化不大，所以，能够满足设计的要求。

3 整车操稳性仿真

在汽车操纵稳定性试验中，稳态回转试验最具代表性。基于某公司的汽车模型，在ADAMS之中建立整车模型，并且按照稳态回转来试验国标：基于6323.6-03固定专项盘转角稳态回转试验的实际规定，在仿真之中，汽车利用最低的车速开始按照初始半径15m的圆周行驶，其转向盘转角为150°，其加速并且固定转向盘转角，经过后处理，获取的曲线见图8-9所示。

通过图8可以看出，侧向加速度的增加，前后轴的侧倾角差属于正值，其侧偏角差以及侧向的加速度曲线斜率大于零，其汽车转向不足。从图9可以看出，随着侧向加速度的增加，其转弯半径也会进一步增大，并且比值大于1，所以车的转向不足，并且转向半径大于R0。再加上不足转向度U=0.41735（°），其评价计分值Nu=87.823。所以，本车的稳态回转主要是不足转向，并且评价计分相对较高，也就表示其本身的稳态转向是非常理想的[5]。

图6 关键坐标对外倾角影响率

图7 关键坐标对前束影响率

图8 轴侧偏角之差—侧向加速度

图9 转弯半径比—侧向加速度

4 结语

第一，基于实车三维模型，建立麦弗逊悬架模型，通过实际的影响分析，就可以找到不合理的硬点设计，进而对对象实现优化。

第二，在进行悬架硬点优化设计的时候，还需要对响应面分析方法加以引用，这样才可以明确优化因素和响应值之间的相互关系。通过Matlab编写程序，就可以对硬点坐标加以优化，最终将优化完成，让前轮的定位更加的合理。

第三，在进行后悬架、车身以及优化之后，就可以建立相对应的整车模型，然后按照稳态回转国家试验的标准进行试验，利用轴侧偏角——侧向加速度、转弯半径比——侧向加速度曲线，就能够直接获取整车的操稳性评价计分值，也就表明其本身的操稳性能是理想的。