某车型的纵向柔度优化分析

王 海，刘 通，刘艳华

（华晨汽车工程研究院，辽宁 沈阳 110141）

引言

随着汽车技术的不断发展和进步，乘坐人员对舒适性的要求变得越来越高[1]，故整车设计过程中，设计部门对平顺性性能的要求也变得越来越高[2]。

本文主要依据现有车型，在加速、制动以及减速等前后冲击工况下，整车的前后冲击较为明显，驾驶员及乘客的乘坐舒适性较差[3]。对该车型进行平顺性分析，找出影响该车的平顺性影响较大的因子，并对该车型平顺性的影响因子进行评估和优化，确定最终的平顺性优化方案，并进行验证分析。

1 平顺性性能优化

本论文的车型的控制臂后衬套为橡胶衬套，但其径向方向包含空心方向和实心方向。空心方向为控制臂前后点连线的切线在xy 面投影方向，本衬套一般称之为平顺性衬套[4]。

本文应用Adams/insight 软件进行平顺性的优化分析[5]。本车型出现问题的工况为纵向冲击工况，故本文应用典型的冲击路面作为仿真工况[6]。

影响整车纵向冲击的因素如表1。

表1 平顺性影响因子

由于本车型的结构零部件已经确定，且减振器阻尼以及弹簧刚度主要影响垂向的平顺性性能，故对硬点坐标、弹簧以及减振器阻尼不再进行优化。本车型主要通过优化衬套的刚度对平顺性进行分析。

优化的目标为质心纵向加速度。分析各影响因子对目标的影响大小，确定优化的方案。通过Adams/insight 优化分析可知，具体的各个因子对优化目标影响的大小如图1。

图1 各影响因子权重

通过灵敏度分析，对整车纵向舒适性影响较大的主要是控制臂前衬套的x 方向（整车坐标系的y 向）刚度以及控制臂后衬套的y 向（整车坐标系的y 向）的刚度。其他衬套的刚度对整车的纵向舒适性影响较小。

2 影响因子的评估及优化分析

控制臂后衬套的各向刚度主要取决于衬套本身的刚度以及衬套布置在控制臂的角度。

本文应用本车型组合坏路的六分力测试数据，对前悬架进行了动态载荷分解。控制臂的合力方向以及合力的大小如图2。左右两侧的控制臂后衬套的合力与整车坐标系的y 轴夹角为32°附近。

图2 控制臂后衬套合力方向统计

通过分析，对控制臂后衬套的空心方向刚度以及衬套的布置角度进行了优化。即衬套的空心方向为与y 轴夹角为32°，刚度适当减小，具体的刚度前后对比如下图所示。

图3 控制臂后衬套空心方向前后对比

3 验证分析

3.1 悬架K&C 性能前后对比

控制臂后控制臂的空心方向及刚度进行优化分析后，由于衬套的变化，悬架的C 特性有一定的差异及变化，本文对其进行优化分析。具体分析结果如图4 所示。

图4 轮心纵向位移随制动力的变化关系

表2 两种方案前后对比

通过分析发现，悬架的纵向柔度分别提升了46%及28%。

3.2 整车的频率响应前后对比

根据上述的方案，基于优化前后的衬套的刚度和布置角度，进行整车的脉冲仿真分析。得到的车身纵向加速度的傅里叶变换后的频域曲线图5。

图5 傅里叶变换后的功率谱密度曲线

通过曲线可以分析，纵向加速度的谐振频率从优化前的19.5 Hz 提升至9.8 Hz，整车的纵向舒适性能变好。

4 结论

通过Adams/insight 软件，对整车的纵向加速制动等工况进行了优化分析，确定了优化的影响因子。同时，基于实车的路谱六分力测试数据，对前悬架进行动态载荷分解，确定了更利于纵向舒适性的衬套布置角度。从而通过优化控制臂后衬套的刚度曲线及衬套的布置角度，纵向冲击频率变低，提升了整车的纵向舒适性性能。