基于ADAMS/CAR的麥弗遜懸架動力學的研究

圖3 優化前后主銷后傾角對比(紅色為未優化，藍色優化后)

(3)主銷內傾角(kingpin inclination angle)

主銷內傾角可以使汽車轉向自動回正和轉向操作輕便，在車輪跳動時，主銷內傾角變化較大，將會使轉向沉重，加速輪胎磨損。實際設計時，大致的范圍在7～13，希望取較小數值。因此設計要求主銷內傾角不能太大，從圖4中可以看出，麥弗遜懸架優化后的主銷內傾角和主銷后傾角一樣，雖然變化趨勢變化不大，但是幅值減小，提高了汽車的轉向能力，轉向操作更為輕便，減小了輪胎的磨損。

圖4 優化前后主銷內傾角的對比(紅色為未優化，藍色優化后)

(4)主銷偏距(scrub radius)

汽車轉向時，轉向輪繞主銷轉動，地面對轉向的阻力力矩與主銷偏距的大小成正比，主銷偏距越小，轉向力矩也越小，所以設計要求一般希望主銷偏距小一些，以減小轉向操縱力以及地面對轉向系統的沖擊。主銷偏距與主銷內傾角是密切相關的，通過調整主銷內傾角可以得到不同的主銷偏距。從圖5看出，優化前的主銷偏距在13～23.5之間，然而優化后主銷偏距2.9～19之間，幅值大為減少，對懸架性能和整車的操穩性有了顯著改善。

圖5 優化前后主銷偏距對比(紅色為未優化，藍色優化后)

(5)前輪前束角(toeangle)

車輪前束角的作用主要是減少汽車前進中因前輪外傾和縱向阻礙力致使前輪前端向外滾開所造成的不良后果。對于汽車前輪，車輪上跳動的前束角值大多設計在零附近變化。設計值取在零附近是為了控制直行時由路面的凹凸引起的前束變化，確保良好的直行穩定性。另外，此弱負前束的變化是為了使整車獲得弱的不足轉向特性。當車輪行駛時，前束的變化過大，將會影響車輛的直線行駛穩定性，同時增大與地面間的滾動阻力，加劇輪胎的磨損，因此前束角的設計原則是車輪跳動時，變化量越小越好。如圖6所示，麥弗遜式懸架優化后變化幅度大幅變小，增強直線穩定性，懸架性能和整車操縱穩定性得到提高。

從上述的五個參數的對比可以得出看出，優化后的麥弗遜懸架在各個參數上都有顯著的改善，整個系統性能和整車的操縱穩定性要要提高很多，從而為麥弗遜懸架的設計和制造提供改進的理論依據，對實際的懸架設計過程具有指導作用。但是受到車身布置的限制，對硬點坐標值的優化只能局限在一定的小范圍內，所得到的最優值也是一個相對值，而非絕對的最優值。

圖6 優化前后前輪前束角的對比(紅色為未優化，藍色優化后)

四、結論

應用多體動力學軟件ADAMS/CAR，基于多系統動力學理論，在ADAMS/CAR中構建麥弗遜懸架模型，對影響車輛操穩性的特性參數進行動力學仿真分析，并對硬點參數做了優化，通過優化可以得到關鍵硬點的坐標最優值。結果表明，在ADAMS/CAR中，通過懸架硬點坐標參數的優化可以提高懸架的操縱穩定性，從而為麥弗遜懸架的設計和制造提供改進的理論依據，對實際的懸架設計過程具有指導作用。