某车型麦弗逊转向悬架分析与优化设计

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1、2014年10月农业机械学报第45卷第10期doi:10．6041/j．issn．1000-1298．2014．10．003*某车型麦弗逊转向悬架分析与优化设计112，32，31秦伟耿庆松黄勇刚杜力张伟(1．重庆大学机械工程学院，重庆400044;2．重庆工商大学机械工程学院，重庆400067;3．制造装备机构设计与控制重庆市重点实验室，重庆400067)摘要:针对某轿车改款为SUV，抬高车身后悬架系统重新布局，出现前麦弗逊转向悬架在车轮上跳行程朝正前束变化，整车趋于过度转向，且阿克曼偏差较大，转向过程中轮胎磨损较大的

2、不良情况，根据悬架结构特点，利用其几何约束条件，分别对有无转向拉杆时的悬架运动学进行了分析，揭示了转向拉杆对车轮前束角与外倾角的影响量。通过转向梯形断开点位置对阿克曼特性和前束角的影响分析以及整车实际空间布局限制，建立了优化设计模型，在Matlab中进行了优化计算。优化结果避免了前束恶化现象，并减小了阿克曼偏差，从而提高了整车操纵稳定性，并减少了汽车转向过程中的轮胎磨损。关键词:麦弗逊悬架转向梯形定位参数优化设计中图分类号:TH122;U463.4文献标识码:A文章编号:1000-1298(2014)10-0015-0

3、7涉量最小为目标函数的优化设计模型，并在Matlab引言中进行优化计算，以期改善悬架的前束和阿克曼特某轿车通过更换大轮胎(由185/60Ｒ15换用性。195/65Ｒ15)改款为SUV，抬高车身后悬架系统重新1有转向拉杆时的悬架运动分析布局，根据ADAMS/Car仿真发现其前麦弗逊转向悬架车轮上跳行程朝正前束变化，且阿克曼偏差较1.1悬架模型大。为了改善此不良情形，对该车型前麦弗逊转向某车型前麦弗逊悬架单边实体模型如图1所悬架进行运动学分析，并对转向梯形进行优化设示，整体悬架机构简图如图2所示。其中，E点为转［1－3］计

4、。向梯形外球铰点，H点转向梯形断开点;K点为悬架对独立悬架而言，合理设计转向梯形，可有效减下摆臂球铰点，C1C2为下摆臂转动轴线;A点为减震少汽车在行驶过程中的前轮摆振，提高操纵稳定性，柱上球铰点，B点为减震柱螺旋弹簧下支点;I点为并减少轮胎磨损。转向梯形优化设计的主要方法轮心点。有:考虑转向车轮跳动对转向误差的影响，建立非线［4－7］性的机构运动学模型进行优化分析;应用空间机构学原理，针对转向拉杆与悬架机构的干涉问题［8－9］优化断开点位置;在ADAMS/Car中建立悬架转向系统模型，并利用ADAMS/Insight

5、对断开点进行［10－14］优化计算等。本文根据该车前麦弗逊转向悬架的几何布局特点，利用其几何约束条件，分别建立有、无转向拉杆时的悬架运动学分析模型，分析转向拉杆对车轮前图1左前轮悬架三维模型束角与外倾角的影响。从而利用转向梯形断开点位Fig．13Dmodelofleftfrontwheelsuspension置对阿克曼特性和前束角的影响机理以及整车实际空间布局，建立以车轮跳动行程中转向拉杆长度干在车体坐标系下(X轴指向车尾，Z轴指向车体收稿日期:2014-04-14修回日期:2014-05-18*国家自然科学基金资助项

6、目(51075417、51105397)、重庆市自然科学基金资助项目(CSTC2010BB4255)、重庆市教委科技资助项目(KJ100728)和重庆市博士后基金特别资助项目(xm201103018)作者简介:秦伟，教授，主要从事机械设计及理论相关研究，E-mail:qinweixp@163．com16农业机械学报2014年上方，Y轴指向车体右侧)，左悬架各硬点参数(右悬到K、E和B3点之间的定长约束，可得轮心点坐架硬点参数与左悬架对称)如表1所示。标。为了计算车轮定位参数，以轮心点I为坐标原点，在转向节上建立初始位置

7、时与车体坐标系姿态相同的连体坐标系，根据空间坐标转换原理，则有éＲ11Ｒ12Ｒ13Xiùêú－1êＲ21Ｒ22Ｒ23YiúT=DnD0T0=(3)êＲ31Ｒ32Ｒ33Ziúêúë0001û式中T———车轮跳动后转向节连体坐标系在车体图2悬架结构简图坐标系下的位姿矩阵Fig．2StructuresketchofsuspensionDn———K、I、E和B4点在车体坐标系中的位表1左悬架硬点参数置矩阵Tab．1HardpointsofleftsuspensionmmD0———K、I、E和B4点初始位置时在车体坐硬点XYZ标

8、系中的位置矩阵K－4.6－691.3－111.7C18.7－348.5－7.4T0———初始位置时转向节连体坐标系在车体1C2280.6－383.5－29.0坐标系下的位姿矩阵(可由轮心点初H175.5－339.575.4始坐标表示)E129.4－670.3－15.5式(3)中，(Ｒ12，Ｒ22，Ｒ32)表示连体坐标系中的yA52