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论文：麦弗逊式悬架运动分析

摘要：掌握悬架系统的运动规律，从而校核车轮定位参数的变化情况是汽车悬架系统设计中的重要步骤。根据麦弗逊式悬架各结构件之间的几何约束关系和空间运动关系，提出了一种能够得到各悬架硬点在轮跳过程中位置的解析方法，并由此得到车轮定位参数的变化规律。基于此解析方法搭建的运动学模型仿真结果与多体动力学模型仿真结果完全相同，且与台架试验结果一致，验证了该解析方法的有效性。关键词：麦弗逊悬架；空间坐标解析；车轮定位参数；仿真；K&C试验Abstract：Checkingthewheelalignmentparametersaccordingtosuspensionmovementisanimportantprocedureinautomobilesuspensiondesign.AnanalyticalmethodforMacphersonsuspensionswasputforwardonthebasisofthegeometricconstraintsandspatialmotionrelations.Thehard-pointcoordinatesandthewheelalignmentparametersduringthewheeljumpprocesswerecalculatedbyusingthismethod.Theagreementofsimulationandbenchtestresultsverifiedtheaccuracyoftheproposedanalyticalmethod.Keywords：mcphersonsuspension；spatialcoordinatesanalysis；wheelalignmentparameters；simulation；k&cbenchtest悬架是车架（或承载式车身）与车桥（或车轮）之间所有传力连接装置的总称，是汽车上一个非常重要的系统。悬架系统的结构设计不但影响汽车的乘坐舒适性、行驶平顺性，还对其它诸如通过性、稳定性以及附着性能等都有重大影响[1]。所以，掌握悬架系统的运动规律在底盘系统零部件动静态间隙校核、悬架系统硬点位置优化等方面具有重要意义。麦弗逊式独立悬架由于结构简单、布置方便，广泛应用在前置前驱轿车和轻型客车上。对于麦弗逊式悬架运动特性的分析方法一般有基于公式和方程的运动学建模法[2]和基于Adams软件的多体动力学建模法[3-4]。由于Adams软件的Car模块及PostProcessor模块操作简单、使用方便，易于快速准确地得到各性能曲线，多体动力学建模法已较为成熟。而运动学建模法由于分析推演的构架不同，建模的难易程度和结果的准确性也不尽相同。李晏等的解析方法较复杂，基于Matlab和Adams仿真得到的结果相差较大[5]；秦伟等人的解析方法在求得硬点坐标后采用空间坐标转换法求解车轮定位参数，不易理解[6-7]。本文根据麦弗逊式悬架各结构件之间的几何约束关系和空间运动关系，提出了一种解析麦弗逊式悬架运动规律的方法并搭建了运动学模型。运动学模型仿真结果与多体动力学模型仿真结果完全相同，且台架试验结果验证了仿真结果，表明了该麦弗逊式悬架运动规律解析方法的准确性。1运动学分析麦弗逊式独立悬架包含以下硬点：滑柱上安装点A，减振器下点B，下摆臂外点C，下摆臂前点D，下摆臂后点E，转向拉杆外点F，转向拉杆内点G，轮心点H，轮心参考点I[8]。其结构简图如图1所示。过C点向直线DE做垂线得到O点，在下摆臂运动过程中，C点可以认为是在围绕O点进行旋转，O点位置可由初始硬点位置求得：在轮跳过程中，A、D、E、G、O点的`位置不变，B、C、F、H、I点的位置会实时变化。对Hz进行赋值，其与初始值之间的差值即为轮跳值。此时关于B、C、F、H点空间坐标的未知量共有11个，可对它们进行联立求解。O点、C点为下摆臂上固定点，之间距离不变：通过对式（3）～（13）这11个方程的联立求解，可以得到B、C、F、H点随轮跳变化的实时空间坐标，式中的lOC、lFG、lBC、lBF、lCF、lHB、lHC、lHF、、均可由初始硬点位置求得。通过对式（14）～（16）的联立求解，可以得到I点随轮跳变化的实时空间坐标，式中的lib、lIC、lIF均可由初始硬点位置求得。2车轮定位参数求解轮心点H与轮心参考点I的连线为车轮轴线，滑柱上安装点A与下摆臂外点C的连线为主销轴线，通过对这两个空间向量的坐标运算即可得到车轮定位参数的数值。车轮前束角指的是车轮平面和车辆纵向对称面与过轮心水平面的交线之间的夹角，可通过这两个面的垂线在水平面上投影的夹角计算，即在水平面上的投影（，，0）与（0，1，0）之间的夹角。车轮外倾角指的是车轮平面相对于铅垂状态时所倾斜的角度，可通过