麦弗逊前悬架优化设计
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Ｋｅｙ Ｗ ｏｒｄｓ：ＡＤＡＭ Ｓ／Ｃａｒ；Ｍ ａｃｐｈｅｒｓｏｎ；Ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ；ＡＤＡＭ Ｓ／Ｉｎｓｉｇｈｔ；Ｈａｒｄ Ｐｏｉｎｔ；Ｏｐｔｉｍ ａｌ Ｄｅｓｉｇｎ
１ 引言
为研究对象 ，通过 ＡＤＡＭＳ／Ｃａｒ进行仿真建模 ，分析车轮变化和悬
在汽车底盘中，悬架硬点的选取决定了杆件间运动学关系 架定位参数 之间的关系 ，然后在 ＡＤＡＭＳ／Ｉｎｓｉｇｈｔ中对该悬架参数
第 ４期 ２０１６年 ４月
机 械 设 计 与 制Βιβλιοθήκη Baidu造
Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｄｅｓｉｇｎ ＆ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ
麦 弗逊前 悬架优化设计
黄文涛 ｌＩ ，高 群 １，２
（１．中山大学 工学院 ，广东 广州 ５１０００６；２．东莞 中山大学研究院 ，广东 东莞 ５２３８０８）
１６７
摘 要 ：运用 ＡＤＡＭＳ／Ｃａｒ建立 了某轻量化电动汽车的麦弗逊前 悬架运动学模型 ，进行 了平行轮跳仿真试验 ，分析 了其定 位参数外倾角、前束角、主销 内倾 角、主销后倾 角以及轮距的变化范围。对于仿真结果 中出现的前束 角以及外倾角变化 范围过 大的问题 ，采用 ＡＤＡＭＳ／Ｉｎｓｉｇｈｔ分析摆臂的前点 、后 点、外点以及 减振 器上顶点四个硬 点坐标对外倾 角和前柬角 的影响，根 据设计需求来修改硬点 坐标 ，并通过取折 中值得到最优 解。优化后 ，由车轮跳动所引起 的前束 角和外倾角的 变化 范围得 到减小 ，且其他 悬架参数 变化均在 允许 范围内，所做 的优化设计正确、有效 ，悬架的运动 学性能得 到明显改 善 和 提 升 。 关键词 ：ＡＤＡＭＳ／Ｃａｒ；麦弗逊悬架 ；ＡＤＡＭＳ／Ｉｎｓｉｇｈｔ；硬点 ；优化设计 ；运动学性 能 中图分类号 ：ＴＨ１６；Ｕ４６３．３３ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１００１—３９９７（２０１６）０４—０１６７—０４
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｍａｃｐｈｅｒｓｏｎｆｒｏｎｔ ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ ｍｏｄｅｌｆｏｒ ａ ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃａｒ ｗａｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｕｓｉｎｇ ＡＤＡＭＳ／Ｃａｒ． Ｔｈｅ ｓｕ ｓｐｅｎｓｉｏｎ ｐａｒａｌｌｅｌ ｔｒａｖｅｌ Ｗａｓ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｔｏ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｒａｎｇｅ ｏｆ加 ｍ ｗｈｅｅｌ ｃａｍｂｅｒ ，ｔｏｅ－ｉｎ ａ，Ｉｇｃｅ，ｋｉｎｇｐｉｎ ｉｎｃｌｉｎａ ｔｉｏｎ，ｃａｓｔｅｒ ａｎｇｌｅ ａｎｄ ｔｒｅａｄ．Ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｅｘｃｅｓｓｉｖｅ ｃｈａｎｇｅ ｏｆ ｃａｍｂｅｒ ａｎｄ ｔｏｅ 础 ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ａ ｎａ ｌｙｓｉｓ．ＡＤＡＭＳ／Ｉｎｓｉｇｈｔ Ｗａｓ ａｐｐｌｉｅｄ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅ ｅｆｅｃｔｓ ｏｆｆｏｕｒ ｈａｒｄｐｏｉｎｔ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ（ｓｗｉｎｇ删 ｆｏ删 ｒｐｏｉｎｔ， ｒｅａ ｒｐｏｉｎｔ，ｏｕｔｅｒｐｏｉｎｔ ａｎｄ ｄａｍｐｅｒ ｖｅｒｔｅｘ）ｏｎ ｃａｍｂｅｒ ａｎｇｌｅ ａｎｄ ｔｏｅ－ｉｎ ａｎ＃ｅ，ｉｔ ｍｏｄｉｆｅｄ ｈａｒｄ ｐｏｉｎｔ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ ｔｏｆｉｔ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｎｅｅｄｓ，ａｎｄ ｇｏｔ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｂｙ ｔａｋｉｎｇ ｃｏｍｐｒｏｍｉｓｅ ｖａｌｕｅｓ．Ａｆｔｅｒ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｒａｎｇｅ ｏｆ ｃａｍｂｅｒ？ａｎｇｌｅ ａｎｄ ｔｏｅ－ｉｎ ａ ｎｇｅ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｗｈｅｅｌ ｈｏｐ ｗｅｒｅ ｅｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｒｅｄｕｃｅｄ，ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｗｅｒｅ ａｌｓｏ ｗｉｔｈｉｎ ｔｈｅ ｐｅｒｍｉｓｓｉｂｌｅ ｒａｎｇ ｅ ａｎｄ ｅｆｅｃｔｉｖｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ Ｗａｓ ｄｏｎｅ．Ｔｈｅ ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ ｐｅ￣ｏｒｍｏｎｃｅ ｈａｓ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｓｉｇｎｉｆｃａｎｔｌｙ．
进行优化设计 ，以摆臂 的前点、后点、外点以及减振器上顶点的坐 的好坏 。悬架运动学性能 的提高有利于增加车辆的操纵稳定性和
标 为设计变量 ，分析 车轮外倾角和前束角的影 响因子 ，进行悬架 平顺 陛，同时也能减少轮胎的磨损速度。车轮跳动与车轮定位的关 系是悬架分析研究的主要内容。文 亟用 ＮＳＧＡ—ＩＩ算法 ，考虑车 硬点优化设计 ，减小 车轮跳动过程 中各悬架参数 的变化量 ，最后
Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｍａｃｐｈｅｒｓｏｎ Ｒｅａｒ Ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ ＨＵＡＮＧ Ｗｅｎ－ｔａｏ ．ＧＡＯ Ｑｕｎ ，
（１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｕｎ Ｙａｔ－ｓｅｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５１０００６，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｄｏｎｇｇｕａｎ－Ｓｕｎ Ｙａｔ－ｓｅｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ Ｄｏｎｇｇｕａｎ ５２３８０８，Ｃｈｉｎａ）
轮前倾角和前束角对麦弗逊悬架进行硬点的多 目标优化 。文献响 将优化前后 的近似模型参数进行对比，分析优化前后悬架定位参
建参数化与仿真优化 系统对麦弗逊悬架进行优化设计 。文献哮 数 的变化 。
虑到布什达标的不确定性对麦弗逊悬架进行优化设计。但是这些 ２多体系统动力学模型的建立
方法均需要建立复杂的数学模型 ，设计 、计算过程 比较复杂。
２．１ 麦弗逊独 立后悬 架的结构分 析
汽车轻量化是汽车节能减排的的重要措施 ，也是推动 电动
麦弗逊悬架运动机构 ，如图 １所示 。由上到下分别为减振器
汽车前进的重要手段 。文章以某轻量化电动汽车麦弗逊前悬架作 筒 、弹簧 、上立柱转向横拉杆 、下立柱 、控制臂以及副车架 。减振器
来稿 日期 ：２０１５—０８—２４
１ 引言
为研究对象 ，通过 ＡＤＡＭＳ／Ｃａｒ进行仿真建模 ，分析车轮变化和悬
在汽车底盘中，悬架硬点的选取决定了杆件间运动学关系 架定位参数 之间的关系 ，然后在 ＡＤＡＭＳ／Ｉｎｓｉｇｈｔ中对该悬架参数
第 ４期 ２０１６年 ４月
机 械 设 计 与 制Βιβλιοθήκη Baidu造
Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｄｅｓｉｇｎ ＆ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ
麦 弗逊前 悬架优化设计
黄文涛 ｌＩ ，高 群 １，２
（１．中山大学 工学院 ，广东 广州 ５１０００６；２．东莞 中山大学研究院 ，广东 东莞 ５２３８０８）
１６７
摘 要 ：运用 ＡＤＡＭＳ／Ｃａｒ建立 了某轻量化电动汽车的麦弗逊前 悬架运动学模型 ，进行 了平行轮跳仿真试验 ，分析 了其定 位参数外倾角、前束角、主销 内倾 角、主销后倾 角以及轮距的变化范围。对于仿真结果 中出现的前束 角以及外倾角变化 范围过 大的问题 ，采用 ＡＤＡＭＳ／Ｉｎｓｉｇｈｔ分析摆臂的前点 、后 点、外点以及 减振 器上顶点四个硬 点坐标对外倾 角和前柬角 的影响，根 据设计需求来修改硬点 坐标 ，并通过取折 中值得到最优 解。优化后 ，由车轮跳动所引起 的前束 角和外倾角的 变化 范围得 到减小 ，且其他 悬架参数 变化均在 允许 范围内，所做 的优化设计正确、有效 ，悬架的运动 学性能得 到明显改 善 和 提 升 。 关键词 ：ＡＤＡＭＳ／Ｃａｒ；麦弗逊悬架 ；ＡＤＡＭＳ／Ｉｎｓｉｇｈｔ；硬点 ；优化设计 ；运动学性 能 中图分类号 ：ＴＨ１６；Ｕ４６３．３３ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１００１—３９９７（２０１６）０４—０１６７—０４
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｍａｃｐｈｅｒｓｏｎｆｒｏｎｔ ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ ｍｏｄｅｌｆｏｒ ａ ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃａｒ ｗａｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｕｓｉｎｇ ＡＤＡＭＳ／Ｃａｒ． Ｔｈｅ ｓｕ ｓｐｅｎｓｉｏｎ ｐａｒａｌｌｅｌ ｔｒａｖｅｌ Ｗａｓ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｔｏ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｒａｎｇｅ ｏｆ加 ｍ ｗｈｅｅｌ ｃａｍｂｅｒ ，ｔｏｅ－ｉｎ ａ，Ｉｇｃｅ，ｋｉｎｇｐｉｎ ｉｎｃｌｉｎａ ｔｉｏｎ，ｃａｓｔｅｒ ａｎｇｌｅ ａｎｄ ｔｒｅａｄ．Ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｅｘｃｅｓｓｉｖｅ ｃｈａｎｇｅ ｏｆ ｃａｍｂｅｒ ａｎｄ ｔｏｅ 础 ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ａ ｎａ ｌｙｓｉｓ．ＡＤＡＭＳ／Ｉｎｓｉｇｈｔ Ｗａｓ ａｐｐｌｉｅｄ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅ ｅｆｅｃｔｓ ｏｆｆｏｕｒ ｈａｒｄｐｏｉｎｔ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ（ｓｗｉｎｇ删 ｆｏ删 ｒｐｏｉｎｔ， ｒｅａ ｒｐｏｉｎｔ，ｏｕｔｅｒｐｏｉｎｔ ａｎｄ ｄａｍｐｅｒ ｖｅｒｔｅｘ）ｏｎ ｃａｍｂｅｒ ａｎｇｌｅ ａｎｄ ｔｏｅ－ｉｎ ａｎ＃ｅ，ｉｔ ｍｏｄｉｆｅｄ ｈａｒｄ ｐｏｉｎｔ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ ｔｏｆｉｔ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｎｅｅｄｓ，ａｎｄ ｇｏｔ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｂｙ ｔａｋｉｎｇ ｃｏｍｐｒｏｍｉｓｅ ｖａｌｕｅｓ．Ａｆｔｅｒ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｒａｎｇｅ ｏｆ ｃａｍｂｅｒ？ａｎｇｌｅ ａｎｄ ｔｏｅ－ｉｎ ａ ｎｇｅ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｗｈｅｅｌ ｈｏｐ ｗｅｒｅ ｅｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｒｅｄｕｃｅｄ，ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｗｅｒｅ ａｌｓｏ ｗｉｔｈｉｎ ｔｈｅ ｐｅｒｍｉｓｓｉｂｌｅ ｒａｎｇ ｅ ａｎｄ ｅｆｅｃｔｉｖｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ Ｗａｓ ｄｏｎｅ．Ｔｈｅ ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ ｐｅ￣ｏｒｍｏｎｃｅ ｈａｓ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｓｉｇｎｉｆｃａｎｔｌｙ．
进行优化设计 ，以摆臂 的前点、后点、外点以及减振器上顶点的坐 的好坏 。悬架运动学性能 的提高有利于增加车辆的操纵稳定性和
标 为设计变量 ，分析 车轮外倾角和前束角的影 响因子 ，进行悬架 平顺 陛，同时也能减少轮胎的磨损速度。车轮跳动与车轮定位的关 系是悬架分析研究的主要内容。文 亟用 ＮＳＧＡ—ＩＩ算法 ，考虑车 硬点优化设计 ，减小 车轮跳动过程 中各悬架参数 的变化量 ，最后
Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｍａｃｐｈｅｒｓｏｎ Ｒｅａｒ Ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ ＨＵＡＮＧ Ｗｅｎ－ｔａｏ ．ＧＡＯ Ｑｕｎ ，
（１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｕｎ Ｙａｔ－ｓｅｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５１０００６，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｄｏｎｇｇｕａｎ－Ｓｕｎ Ｙａｔ－ｓｅｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ Ｄｏｎｇｇｕａｎ ５２３８０８，Ｃｈｉｎａ）
轮前倾角和前束角对麦弗逊悬架进行硬点的多 目标优化 。文献响 将优化前后 的近似模型参数进行对比，分析优化前后悬架定位参
建参数化与仿真优化 系统对麦弗逊悬架进行优化设计 。文献哮 数 的变化 。
虑到布什达标的不确定性对麦弗逊悬架进行优化设计。但是这些 ２多体系统动力学模型的建立
方法均需要建立复杂的数学模型 ，设计 、计算过程 比较复杂。
２．１ 麦弗逊独 立后悬 架的结构分 析
汽车轻量化是汽车节能减排的的重要措施 ，也是推动 电动
麦弗逊悬架运动机构 ，如图 １所示 。由上到下分别为减振器
汽车前进的重要手段 。文章以某轻量化电动汽车麦弗逊前悬架作 筒 、弹簧 、上立柱转向横拉杆 、下立柱 、控制臂以及副车架 。减振器
来稿 日期 ：２０１５—０８—２４