麦弗逊悬架铰接参数变化对整车平顺性影响分析①

高 岩

(宿州职业技术学院机电工程系，安徽 宿州 234000)

0 引 言

麦弗逊悬架是汽车前悬架所通常采用的悬架结构形式之一，其作用是吸收和衰减不平路面对前轮造成的震动冲击，保证车辆行驶稳定性，提高行驶平顺性和驾乘舒适性[1]。目前对麦弗逊悬架提高车辆行驶平顺性的研究多是对悬架的弹性元件的刚度的研究和减震器阻尼值的研究。例如白园在《麦弗逊悬挂系统的汽车平顺性研究》中采用仿真分析得到悬架刚度在为22000-30000N/m时,减震器阻尼比在0.2-0.38 是有利于提高车辆行驶平顺性[2]。陈永耀在《麦弗逊悬架参数对整车平顺性影响仿真研究》中通过在ADAMS中建立虚拟样机，分析了悬架的刚度和阻尼，轮胎的刚度和阻尼这些参数的变化对车辆振动的影响，得到改善车辆行驶平顺性的措施[3]。薛少科在《基于侧向力控制的麦弗逊悬架减振器优化研究》中提出C形弹簧比普通弹簧具有良好的减震性能，其麦弗逊悬架减震器所受侧向力减少30%，在不改变悬架结构的前提下C形弹簧有利于提高悬架性能[4]。韩辉在《汽车平顺性仿真分析与实验研究》中利用ADAMS/Car建立整车多体动力学模型。通过仿真分析得到适当增加悬架阻尼可以提高车辆行驶平顺性[5]。本项目研究则选择麦弗逊悬架的铰接点作为研究对象，通过改变铰接点的铰接形式和铰接位置研究对车辆行驶平顺性的影响，进而提出提高车辆行驶平顺性的方法。对研究优化车辆振动性能，提高车辆行驶平顺性和操纵稳定性的研究方法具有一定的现实指导意义。

1 本课题研究的主要内容

1.给定某车型设计参数，应用CATIA建立前麦弗逊悬架三维模型，并利用ADAMS/Car软件进行仿真试验，得到车辆行驶振动加速度变化曲线和加速度功率谱密度曲线。

2.根据车辆行驶振动加速度变化曲线和加速度功率谱密度曲线，通过MATLAB中应用编程求出三个轴向振动总加权加速度均方根值，得到车辆行驶平顺性评价。

3.改变麦弗逊悬架下摆臂与车架，下摆臂与转向节铰接形式，采用偏心螺栓式铰接，通过逐步改变偏心螺栓铰接位置研究车辆以不同车速通过随机路面的振动加速度变化曲线，加速度功率谱密度PSD曲线，求出三轴向振动总加权均方根值，对比原车型数据找到铰接位置变化对车辆行驶平顺性的影响规律，得到提高车辆行驶平顺性方法。

4.改变纵向稳定杆与减震器，纵向稳定杆与横向稳定杆的铰接形式，采用偏心螺栓式铰接，通过逐步改变偏心螺栓的铰接位置研究车辆以不同车速通过随机路面的振动加速度变化曲线，加速度功率谱密度PSD曲线，求出三轴向振动总加权均方根值，对比原车型数据找到铰接位置变化对车辆行驶平顺性的影响规律，得到提高车辆行驶平顺性方法。

5.改变减震器顶部与车架铰接形式，采用球面轴承铰接，增大减震器顶端铰接点运动自由度，减弱振动，研究车辆以不同车速通过随机路面的振动加速度变化曲线，加速度功率谱密度PSD曲线，求出三轴向振动总加权均方根值，对比原铰接形式，得到提高车辆行驶平顺性方法。

2 车辆行驶平顺性评价

2.1 悬架主要技术参数

本课题选取某车型前麦弗逊悬架作为研究对象，应用CATIA建立三维模型如图1所示。

2.2 车辆平顺性仿真

在ADAMS/Car中设置车辆以70km/h的速度通过随机路面，执行仿真得到车辆座椅面处三轴向加速度变化曲线，如图2所示。在ADAMS/Car中通过转换得到功率谱密度PSD曲线[9]，如图3所示。

在MATLAB中，将PSD曲线应用编程求出原车型三轴向总加权加速度均方根值，得到车辆行驶平顺性评价[10]。如表1所示。

表1 原车型平顺性评价

3 下摆臂铰接位置改变对车辆行驶平顺性影响分析

设计下摆臂与车架，下摆臂与转向节的铰接机构，采用偏心螺栓铰接，如图4，图5,图6所示。研究车辆以70km/h的行驶车速下铰接位置的改变对车辆行驶平顺性的影响规律。

3.1 偏心螺栓将下摆臂控制到横向最宽位置时车辆行驶平顺性分析

在ADAMS/Car中设置车辆以70km/h的速度通过随机路面，执行仿真得到车辆座椅面处三轴向加速度变化曲线，蓝色曲线为下摆臂控制到横向最宽位置时的振动加速度变化曲线，红色曲线为原下摆臂铰接位置振动加速度变化曲线，如图7所示。在ADAMS/Car中通过转换得到功率谱密度PSD曲线，如图8所示。

在MATLAB中，将PSD曲线应用编程求出三轴向振动总加权加速度均方根值，得到下摆臂控制到横向最宽时，振动总加权加速度均方根值为0.2510m/s2，依照ISO2631-1：1997(E)评价车辆行驶平顺性为舒适。

3.2 偏心螺栓将下摆臂控制到横向最窄位置时车辆行驶平顺性分析

在ADAMS中执行运动仿真，得到座椅处三轴线加速度变化曲线，蓝色曲线为原下摆臂铰接位置振动加速度变化曲线，红色曲线为下摆臂控制到横向最窄位置时的振动加速度变化曲线，如图9所示。在ADAMS/Car中通过转换得到功率谱密度PSD曲线，如图10所示。

在MATLAB中，将PSD曲线应用编程求出三轴向振动总加权加速度均方根值，以此评价车辆行驶平顺性，如表2。

表2 平顺性评价

结论：(1)当下摆臂铰接位置使下摆臂横向变宽时，车辆振动减弱，总加权加速度均方根值变小，驾驶位乘客乘坐舒适性变好，悬架的平顺性提高。

(2)当下摆臂铰接位置使下摆臂横向变窄时，车辆振动加大，总加权加速度均方根值变大，车辆乘坐舒适性变差。由此可知增大下摆臂横向长度有利于提高车辆行驶平顺性。

4 纵向稳定杆铰接位置的改变对车辆行驶平顺性影响分析

设计纵向稳定杆与减震器，纵向稳定杆与横向稳定杆铰接机构，采用偏心螺栓铰接，如图11，图12所示。在保证前轮定位角正常的前提下，改变偏心螺栓的铰接位置研究车辆振动情况。本设计研究车辆以70km/h的行驶车速下铰接位置的改变对车辆行驶平顺性的影响规律。

4.1 偏心螺栓将纵向稳定杆控制到最高铰接位置时车辆行驶平顺性分析

在ADAMS中执行运动仿真，得到座椅处三轴线加速度变化曲线。蓝色曲线为纵向稳定杆控制到最高铰接位置时的振动加速度变化曲线，红色曲线为原纵向稳定杆铰接位置振动加速度变化曲线，如图13所示。在ADAMS/Car中通过转换得到功率谱密度PSD曲线，如图14所示。

在MATLAB中，将PSD曲线应用编程求出三轴向振动总加权加速度均方根值，得到纵向稳定杆控制到最高铰接位置时，振动总加权加速度均方根值为0.2533m/s2，依照ISO2631-1：1997(E)评价车辆行驶平顺性为舒适。

4.2 偏心螺栓将纵向稳定杆控制到最低铰接时车辆行驶平顺性分析

在ADAMS中执行运动仿真，得到座椅处三轴线加速度变化曲线。蓝色曲线为原纵向稳定杆铰接位置振动加速度变化曲线，红色曲线为纵向稳定杆控制到最低铰接位置时的振动加速度变化曲线，如图15所示。在ADAMS/Car中通过转换得到功率谱密度PSD曲线，如图16所示。

在MATLAB中，将PSD曲线应用编程求出三轴向振动总加权加速度均方根值，以此评价车辆行驶平顺性，如表3。

表3 平顺性评价

结论：(1)当纵向稳定杆铰接位置变高时，车辆振动减弱，驾驶位总加权加速度均方根值减小，驾驶位乘客乘坐舒适性变好，悬架的平顺性提高。

(2)当纵向稳定杆铰接位置变低时，车辆振动加大，总加权加速度均方根值变大，车辆乘坐舒适性变差。由此可知增大纵向稳定杆铰接位置高度有利于提高车辆行驶平顺性。

5 减震器顶部与车架铰接点铰接形式的改变对车辆行驶平顺性影响分析

改变麦弗逊悬架减震器顶部与车架平面轴承式铰接形式，采用球头轴承铰接，研究车辆振动情况。如图17所示。

本设计研究车辆以70km/h的行驶车速下铰接形式的改变对车辆行驶平顺性的影响规律。在ADAMS中执行运动仿真，得到座椅处三轴线加速度变化曲线，如图18所示，红色曲线为原车采用平面轴承式铰接的振动变化曲线，蓝色曲线为采用球头轴承铰接的振动变化曲线。在ADAMS/Car中通过转换得到功率谱密度PSD曲线，如图19所示。

在MATLAB中，将PSD曲线应用编程求出三轴向振动总加权加速度均方根值，以此评价车辆行驶平顺性，如表4。

表4 平顺性评价

结论：当前减震器顶部采用球头轴承式铰接后，增大了减震器顶端铰接点运动自由度，车辆振动减弱，总加权加速度均方根值减小，提高了车辆行驶平顺性。

6 结 语

本设计研究通过给定某车型参数，应用CATIA建立麦弗逊前悬挂模型，并将建立的模型导入到Aadams四柱仿真实验台架上，设置粗糙路面参数，执行仿真得到车辆行驶振动加速度变化曲线和加速度功率谱密度曲线，通过MATLAB中应用编程求出三个轴向振动总加权加速度均方根值，以此评价车辆行驶平顺性。通过设计偏心螺栓，改变下摆臂与车架，下摆臂与转向节的铰接位置研究车辆行驶平顺性，得到当下摆臂铰接位置使下摆臂横向变宽时，车辆振动减弱，总加权加速度均方根值变小，驾驶位乘客乘坐舒适性变好，悬架的平顺性提高。在纵向稳定杆铰接点处设计偏心螺栓，改变纵向稳定杆与减震器，纵向稳定杆与横向稳定杆的铰接位置，研究对车辆行驶平顺性影响，得到适当的增大纵向稳定杆铰接位置高度可以提高车辆行驶平顺性，驾驶位乘客乘坐舒适性变好。通过设计球头轴承，改变麦弗逊悬架减震器顶部与车架的铰接形式，研究车辆振动情况。得出当前减震器顶部采用球头轴承式铰接后，驾驶位总加权加速度均方根值减小，车辆的行驶平顺性得到提高。本项目研究选择的是麦弗逊悬架的铰接点作为研究对象，通过改变铰接点的位置和铰接形式研究车辆行驶平顺性影响，也为研究车辆行驶平顺性提供了一种研究方法。