基于ADAMS_CAR的麦弗逊悬架优化设计
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ＡＤＡＭＳ （Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｄｙｎａｍｉｃ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ， 机械系统动力学仿真分析软件） 中 的 Ｃａｒ 模 块 是 ＭＳＣ 与 Ａｕｄｉ、ＢＭＷ， Ｒｅｎａｕｌｔ 和 Ｖｏｌｖｏ 等公司合作开发的整车设计软件包， 能快速 建造高精度的参数化虚 拟 汽 车 模 型 。ＣＡＲ 模 块 是 ＡＤＡＭＳ 软件包中的一个专业化模块， 主要用于对 轿 车 （包 括 整 车 及 各 个 总 成 ）的 动 态 仿 真 与 分 析 。 对 于悬架系统来说， ＡＤＡＭＳ／ＣＡＲ 在仿真结束后， 可自 动计算出 ３８ 种悬架特性， 根据这些常规的悬架特 性， 用户又可定义出更多的悬架特性， 产品设计人员
（ １． 武汉理工大学汽车工程学院， 湖北 武汉 ４３００７０； ２． 中国汽车技术研究中心， 天津 ３００１６２）
摘要： 汽车悬架系统为一多体系统， 部件之间的运动关系十分复杂， 传统的人工计算很难将悬架的各种特性表述清
楚。以国产某轿车为例， 应用多体运动学与动力学仿真软件 ＡＤＡＭＳ 中的 ＣＡＲ 专业模块建立该车的前后悬架多刚
Ｋｅｙ Ｗｏｒ ｄｓ： ｍｕｌｔｉ－ ｂｏｄｙ ｓｙｓｔｅｍ； ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ； ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ； ＡＤＡＭＳ／ＣＡＲ
０ 引言
麦弗逊式悬架是铰接式滑柱与下横臂组成的悬 架形式。减振器兼做转向主销， 转向节可以绕着减 振器转动， 构造简单， 布置紧凑， 前轮定位变化小， 具 有良好的行驶稳定性． 是轿车最常采用的悬架形式 之一。在实践中， 为了分析某国产车前悬架的性能， 借助 ＡＤＡＭＳ ／Ｃａｒ 模块， 构建该悬架的运动学模型， 使用 ＡＤＡＭＳ ／Ｉｎｓｉｇｈｔ 模块进行虚拟试验， 最终达到 优化的目的。
２００６ 年第 ９ 期 （２总００第６ 年１８第２ 期９ ）期
农业装备与车辆工程 ＡＧＲＩＣＵＬＴＵＲＡＬ ＥＱ农Ｕ业ＩＰ装ＭＥ备Ｎ与Ｔ 车＆ 辆ＶＥ工Ｈ程ＩＣＬＥ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ
Ｎｏ．９ ２００６ （ Ｔｏｔａｌｌｙ １８２）
基于 ＡＤＡＭＳ ／ ＣＡＲ 的麦弗逊悬架优化设计
１
２
１
刘进伟 ， 吴志新 ， 徐达
前束角： 设计时希望在车轮跳动时前束角不变或 变化幅度较小。前束变化的较理想特性值为： 前轮上 跳时， 为零至负前束（－ ０．５°／５０ｍｍ） ， 图 ３ 中前轮上跳 时， 前束变化值为 ０～－ １．９°／５０ｍｍ， 不满足设计要求。
主销后倾角： 主销后倾角对转向时的车轮外倾 角变化影响较大。若主销后倾角设计较大， 则外侧转 向轮的外倾角会向负方向变化。当前轮主销后倾角 较大时， 需增加前轮转向所必须的横向力， 以抵消外 倾推力， 这样不仅转向弱， 而且最大横向加速度也会
２． Ｃｈｉｎａ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＆ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ， Ｔｉａｎｊｉｎ ３００１６２， Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｔｈｅ ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ ａｓｓｅｍｂｌｙ ｏｆ ｃａｒ ｉｓ ａ ｍｕｌｔｉ－ ｂｏｄｙ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｏｔｉｏｎ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ａｍｏｎｇ ｔｈｅ ｐａｒｔｓ ｉｓ ｖｅｒｙ ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ， ｓｏ ｉｔ
车轮跳动产生的转向角： 图 ６ 为转角变化曲线， 左、右车轮变化相反。在车轮跳动过程中， 方向盘固 定， 由于转向拉杆的作用， 左右车轮会产生绕主销的 转动， 从而使左右车轮产生转向角。一般要求将该
２．５
１．２５
角度（ ）°
０．０
－ １．２５
５．０
角度（ ）°
０．０
－ ５．０
－ １０．０
－ ５０．０ － ２５．０
收稿日期： ２００６－ ０５－ ３０ 作 者 简 介：刘 进 伟 （ １９８０－ ） ， 男 ， 湖 北 天 门 人 ， 武 汉 理 工 大 学 汽 车 工 程 学院车辆工程系在校研究生， 研究方向： 汽车设计方法。
·３４·
完全可以通过这些特性曲线来对悬架进行综合性能 的评价和分析。ＡＤＡＭＳ ／Ｉｎｓｉｇｈｔ 模块能很方便地进 行虚拟试验， 精确地预测所设计的复杂机械系统在 各种工作条件下的性能， 并对试验结果提供专业化 的统计结果。本文将运用 ＣＡＲ 模块就国产某车的前 悬架进行仿真分析。
ａｎａｌｙｓｅｓ ａｎｄ ｐａｒａｍｅｔｒｉｚｅｓ ｓｏｍｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ． Ｔｈｅ ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ ｗａｓ ｕｎｃｏｖｅｒｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｇｅｎｅｒａｌ
ｔｈｅｏｒｙ． Ｉｎ ｔｈｅ ｍｅａｎ ｔｉｍｅ， ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｎ ｈａｎｄｌｉｎｇ ａｎｄ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ．
·３５·
２００６ 年第 ９ 期
农业装备与车辆工程
４５０．０
１０．０
悬 架 刚 度 （Ｎ／ｍｍ）
３３７．５
２２５．０
１１２．５
０．０
－ ５０．０ － ２５．０
０．０
２５．０
５０．０
长 度 （ｍｍ）
图 ４ 悬架刚度变化曲线
２．０Ｅ＋００６
侧 倾 角 刚 度 （Ｎ／ｍｍ）
１．５Ｅ＋００６
１．０Ｅ＋００６
角 度 （°） ４．０
２．５
主销后倾角变化曲线
１．０
前轮外倾角变化曲线
ห้องสมุดไป่ตู้
－ ０．５ 前轮前束角变化曲线
－ ２．０
－ ５０．０
－ ２５．０
２５．０
５０．０
长 度 （ｍｍ）
图 ３ 前轮定位角曲线图
增大。一般认为合理的主销后倾角为 ２°～３°。图 ３ 所 示主销后倾角变化曲线， 变化范围在 ３°附近， 偏大。 １．２ 悬架刚度与侧倾角刚度
Ｔｈｅ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍａｃｐｈｅｒ ｓｏｎ Ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＡＤＡＭＳ ／ＣＡＲ
１
２
１
Ｌｉｕ Ｊｉｎｗｅｉ ， Ｗｕ Ｚｈｉｘｉｎ ， Ｘｕ Ｄａ
（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ ｖｅｈｉｃｌｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｗｕｈａｎ ４３００７０， Ｃｈｉｎａ；
ｂｒｉｎｇｓ ｍａｎｙ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔｉｅｓ ｔｏ ｃｏｍｐｕｔｅ ｔｈｅ ｖａｒｉｏｕｓ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｗｉｔｈ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ． Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｓ ｔｈｅ
ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｏｆ ａ ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ ｗｉｔｈ ＡＤＡＭＳ／ＣＡＲ ａｎｄ ｖｅｒｉｆｉｅｓ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ｄｏｍｅｓｔｉｃ ｃａｒ，
点／抬头变化量： 点／抬头性能影响乘坐舒适性， 是悬架设计中的一项重要指标。从图 ８ 和图 ９ 中可
长 度 （ｍｍ）
０．７０
０．６５
０．６０
０．５５
０．５０
０．４－５５０．０ － ２５．０
０．０
２５．０
５０．０
长 度 （ｍｍ）
图 ８ 点头量变化曲线
２．０
长 度 （ｍｍ）
１．５
１．０
－ ．２５
－ ５０．０ － ２５．０
图 ２ 虚拟样机模型
１．１ 前轮定位角 外倾角： 外倾角变化曲线， 变 化 范 围 为－ ０．１５°～
１．９°／５０ ｍｍ。车轮跳动时的外倾角变化对车辆的稳 态响应特性等有很大影响， 所以应尽量减少车轮相 对车身跳动时的外倾角变化。为防止车轮出现过大 的不足转向或过度转向趋势， 一般希望车轮从满载 位置起上下跳动 ４０ｍｍ 的范围内， 车轮外倾角变化 在 １ 度左右。
０．０
２５．０
５０．０
长 度 （ｍｍ）
图 ６ 转向角变化曲线
·３６·
体模型， 对其悬架的各种性能进行了仿真分析， 研究了悬架几何参数对汽车操纵稳定性的影响， 在理论验证的基础
上揭示了该悬架的运动规律， 在进行优化分析的同时还提出了改进的意见。 关键词： 多刚体体动力学； 悬架； 仿真； ＡＤＡＭＳ／ ＣＡＲ
中图分类号： Ｕ４６３．３
文献标识码： Ａ
文章编号： １６７３－ ３１４２（ ２００６） ０９－ ００３４－ ０５
０．０
２５．０
５０．０
长 度 （ｍｍ）
图 ７ 轮距变化曲线
转角控制在一定的范围内， 否则不仅影响汽车的操 纵稳定性， 而且会加剧轮胎的磨损。图上可以看出转 向角过大。
轮距变化量： 图 ７ 为左右车轮轮距变化量。跳动 时， 车轮绕瞬时中心摆动， 左右轮之间的距离必然产 生变化。轮距的变化一方面影响汽车的操纵稳定性。 另一方面， 由于轮胎的横向滑移， 导致轮胎的磨损， 降低了轮胎的使用寿命。设计时应尽量控制轮距变 化 量 ， 一 般 轿 车 的 轮 距 变 化 应 在 － ５ｍｍ ／５０ｍｍ～５ ｍｍ ／５０ｍｍ 之间， 图中轮距变化量为－ ８ｍｍ ／５０ｍｍ～ ８ｍｍ ／５０ｍｍ， 偏大。
５．０Ｅ＋００５
０．０ － ５０．０ － ２５．０ ０．０ ２５．０ ５０．０ 长 度 （ｍｍ）
图 ５ 侧倾角刚度变化曲线
悬架刚度： 图 ４ 为悬架刚度变化曲线。随着车 轮的由下往上跳动， 悬架刚度不断减小。设计时应 尽量避免， 需要改进。
侧倾角刚度： 图 ５ 为侧倾角刚度变化曲线。从 图中可以看出， 压缩时侧倾刚度减小， 意味着在侧向 加速度增大时悬架的抗侧倾能力反而减弱， 设计时 不希望出现。 １．３ 车轮跳动产生的转向角、轮距变化量
１ 模型分析
悬架的结构特点对操纵稳定性和平顺性的影响 至关重要。麦弗逊悬架左右对称于汽车纵向平面， 由 车身 １、减震器上体 ３、转向节总成 ４（包括减震器下
１
Ａ
２
３
４
５６
Ｈ
Ｂ
Ｃ
７
８
Ｇ
ＥＤ
Ｆ
图 １ 前悬架二维示意图
刘进伟 等： 基于 ＡＤＡＭＳ／ＣＡＲ 的麦弗逊悬架优化设计
２００６ 年 ９ 月
体、轮 毂 轴 、制 动 底 板 等）、转 向 横 拉 杆 ５、转 向 器 齿 条 ６、下摆臂 ７ 及车轮总成 ８ 组成， 具体结构见图 １ 与表 １。各刚体之问的连接关系如下： 减震器上端 ３ 与车身 １ 的连接点用球铰约束； 转向节总成 ４ 与减 震器上体 ３ 用圆柱铰约束， 只能沿轴线移动和转动； 下摆臂一端通过转动铰 Ｆ 和 Ｇ 与车身相连 （其中一 个为虚约束）， 另一端通过球铰 Ｅ 与转向节总成相 连； 转向横拉杆一端通过球铰 Ｂ 与转向节总成相 连， 另一端通过球铰 Ｈ 与转向齿条相连。在进行运 动分析时， 转向齿条通过固定副与车身相连， 车轮总 成和转向节总成也通过固定副相连， 车身相对地面 不动。
１ ／２ 前麦弗逊悬架约束方程数目为： ｍ＝６×１＋５× ３＋４×３＋３×２＝３９
１ ／２ 悬架自由度 ＤＯＦ＝６×７－ ｍ＝３ 也就是说， １ ／２ 前悬架有 ３ 个自由度， 它们分别 是： 车轮绕着车轴的转动、车轮绕主销的转动和车轮 的上下跳动。 应用 ＡＤＡＭＳ／ＣＡＲ 对悬架系统进行建模原理相 对比较简单， 模型原理与实际的系统相一致。考虑 到汽车基本上为一纵向对称系统， 软件模块已预先 对建模过程进行了处理， 产品设计人员只需建立左 边或右边的 １／２ 悬架模型， 另一半将会根据对称性 自动生成。 在建立这个模型前， 必须先对悬架系统进行合 理简化。从汽车动力学的角度出发， 有人提出如下假 设。假设一： 前悬架系统各个刚体（车轮除外）相对于 整车而言， 其质量是微不足道的， 在建模过程中可以 忽略不计。这样前悬架系统每个刚体在各个方向的 惯性力均为零。由于每个刚体具有位移和速度， 因而 称其为悬架准动力学模型。假设二： 由于某些铰链在 一些方向的力的约束真值比较小， 对整车动力学的 影响可以忽略不计， 也假设其为零。例如球铰在三个 方面的力矩约束均为零。由于将悬架系统视为无质 量的传力杆系机构， 因而计算出的各刚体的内力和 内力矩更接近实际状况， 并可以将仿真工况扩大到 极限运动和危险运动等大运动范围的仿真。 先用 ＡＴＯＳ 扫描仪测出前悬架各个关键点的坐 标， 然后修改 ＣＡＲ 模块自带的麦弗逊前悬架硬点参 数， 所建立的虚拟样机模型如图 ２ 所示。在本次仿 真分析中， 将建立一个虚拟激振台， 设置上下激振位 移为 ５０ｍｍ， 以左右车轮同步上下跳动来计算悬架 跳动过程中主要性能参数的变化规律。
（ １． 武汉理工大学汽车工程学院， 湖北 武汉 ４３００７０； ２． 中国汽车技术研究中心， 天津 ３００１６２）
摘要： 汽车悬架系统为一多体系统， 部件之间的运动关系十分复杂， 传统的人工计算很难将悬架的各种特性表述清
楚。以国产某轿车为例， 应用多体运动学与动力学仿真软件 ＡＤＡＭＳ 中的 ＣＡＲ 专业模块建立该车的前后悬架多刚
Ｋｅｙ Ｗｏｒ ｄｓ： ｍｕｌｔｉ－ ｂｏｄｙ ｓｙｓｔｅｍ； ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ； ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ； ＡＤＡＭＳ／ＣＡＲ
０ 引言
麦弗逊式悬架是铰接式滑柱与下横臂组成的悬 架形式。减振器兼做转向主销， 转向节可以绕着减 振器转动， 构造简单， 布置紧凑， 前轮定位变化小， 具 有良好的行驶稳定性． 是轿车最常采用的悬架形式 之一。在实践中， 为了分析某国产车前悬架的性能， 借助 ＡＤＡＭＳ ／Ｃａｒ 模块， 构建该悬架的运动学模型， 使用 ＡＤＡＭＳ ／Ｉｎｓｉｇｈｔ 模块进行虚拟试验， 最终达到 优化的目的。
２００６ 年第 ９ 期 （２总００第６ 年１８第２ 期９ ）期
农业装备与车辆工程 ＡＧＲＩＣＵＬＴＵＲＡＬ ＥＱ农Ｕ业ＩＰ装ＭＥ备Ｎ与Ｔ 车＆ 辆ＶＥ工Ｈ程ＩＣＬＥ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ
Ｎｏ．９ ２００６ （ Ｔｏｔａｌｌｙ １８２）
基于 ＡＤＡＭＳ ／ ＣＡＲ 的麦弗逊悬架优化设计
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刘进伟 ， 吴志新 ， 徐达
前束角： 设计时希望在车轮跳动时前束角不变或 变化幅度较小。前束变化的较理想特性值为： 前轮上 跳时， 为零至负前束（－ ０．５°／５０ｍｍ） ， 图 ３ 中前轮上跳 时， 前束变化值为 ０～－ １．９°／５０ｍｍ， 不满足设计要求。
主销后倾角： 主销后倾角对转向时的车轮外倾 角变化影响较大。若主销后倾角设计较大， 则外侧转 向轮的外倾角会向负方向变化。当前轮主销后倾角 较大时， 需增加前轮转向所必须的横向力， 以抵消外 倾推力， 这样不仅转向弱， 而且最大横向加速度也会
２． Ｃｈｉｎａ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＆ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ， Ｔｉａｎｊｉｎ ３００１６２， Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｔｈｅ ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ ａｓｓｅｍｂｌｙ ｏｆ ｃａｒ ｉｓ ａ ｍｕｌｔｉ－ ｂｏｄｙ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｏｔｉｏｎ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ａｍｏｎｇ ｔｈｅ ｐａｒｔｓ ｉｓ ｖｅｒｙ ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ， ｓｏ ｉｔ
车轮跳动产生的转向角： 图 ６ 为转角变化曲线， 左、右车轮变化相反。在车轮跳动过程中， 方向盘固 定， 由于转向拉杆的作用， 左右车轮会产生绕主销的 转动， 从而使左右车轮产生转向角。一般要求将该
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收稿日期： ２００６－ ０５－ ３０ 作 者 简 介：刘 进 伟 （ １９８０－ ） ， 男 ， 湖 北 天 门 人 ， 武 汉 理 工 大 学 汽 车 工 程 学院车辆工程系在校研究生， 研究方向： 汽车设计方法。
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完全可以通过这些特性曲线来对悬架进行综合性能 的评价和分析。ＡＤＡＭＳ ／Ｉｎｓｉｇｈｔ 模块能很方便地进 行虚拟试验， 精确地预测所设计的复杂机械系统在 各种工作条件下的性能， 并对试验结果提供专业化 的统计结果。本文将运用 ＣＡＲ 模块就国产某车的前 悬架进行仿真分析。
ａｎａｌｙｓｅｓ ａｎｄ ｐａｒａｍｅｔｒｉｚｅｓ ｓｏｍｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ． Ｔｈｅ ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ ｗａｓ ｕｎｃｏｖｅｒｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｇｅｎｅｒａｌ
ｔｈｅｏｒｙ． Ｉｎ ｔｈｅ ｍｅａｎ ｔｉｍｅ， ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｎ ｈａｎｄｌｉｎｇ ａｎｄ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ．
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２００６ 年第 ９ 期
农业装备与车辆工程
４５０．０
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悬 架 刚 度 （Ｎ／ｍｍ）
３３７．５
２２５．０
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－ ５０．０ － ２５．０
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图 ４ 悬架刚度变化曲线
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侧 倾 角 刚 度 （Ｎ／ｍｍ）
１．５Ｅ＋００６
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主销后倾角变化曲线
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前轮外倾角变化曲线
ห้องสมุดไป่ตู้
－ ０．５ 前轮前束角变化曲线
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长 度 （ｍｍ）
图 ３ 前轮定位角曲线图
增大。一般认为合理的主销后倾角为 ２°～３°。图 ３ 所 示主销后倾角变化曲线， 变化范围在 ３°附近， 偏大。 １．２ 悬架刚度与侧倾角刚度
Ｔｈｅ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍａｃｐｈｅｒ ｓｏｎ Ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＡＤＡＭＳ ／ＣＡＲ
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Ｌｉｕ Ｊｉｎｗｅｉ ， Ｗｕ Ｚｈｉｘｉｎ ， Ｘｕ Ｄａ
（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ ｖｅｈｉｃｌｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｗｕｈａｎ ４３００７０， Ｃｈｉｎａ；
ｂｒｉｎｇｓ ｍａｎｙ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔｉｅｓ ｔｏ ｃｏｍｐｕｔｅ ｔｈｅ ｖａｒｉｏｕｓ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｗｉｔｈ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ． Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｓ ｔｈｅ
ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｏｆ ａ ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ ｗｉｔｈ ＡＤＡＭＳ／ＣＡＲ ａｎｄ ｖｅｒｉｆｉｅｓ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ｄｏｍｅｓｔｉｃ ｃａｒ，
点／抬头变化量： 点／抬头性能影响乘坐舒适性， 是悬架设计中的一项重要指标。从图 ８ 和图 ９ 中可
长 度 （ｍｍ）
０．７０
０．６５
０．６０
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图 ８ 点头量变化曲线
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长 度 （ｍｍ）
１．５
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－ ．２５
－ ５０．０ － ２５．０
图 ２ 虚拟样机模型
１．１ 前轮定位角 外倾角： 外倾角变化曲线， 变 化 范 围 为－ ０．１５°～
１．９°／５０ ｍｍ。车轮跳动时的外倾角变化对车辆的稳 态响应特性等有很大影响， 所以应尽量减少车轮相 对车身跳动时的外倾角变化。为防止车轮出现过大 的不足转向或过度转向趋势， 一般希望车轮从满载 位置起上下跳动 ４０ｍｍ 的范围内， 车轮外倾角变化 在 １ 度左右。
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长 度 （ｍｍ）
图 ６ 转向角变化曲线
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体模型， 对其悬架的各种性能进行了仿真分析， 研究了悬架几何参数对汽车操纵稳定性的影响， 在理论验证的基础
上揭示了该悬架的运动规律， 在进行优化分析的同时还提出了改进的意见。 关键词： 多刚体体动力学； 悬架； 仿真； ＡＤＡＭＳ／ ＣＡＲ
中图分类号： Ｕ４６３．３
文献标识码： Ａ
文章编号： １６７３－ ３１４２（ ２００６） ０９－ ００３４－ ０５
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长 度 （ｍｍ）
图 ７ 轮距变化曲线
转角控制在一定的范围内， 否则不仅影响汽车的操 纵稳定性， 而且会加剧轮胎的磨损。图上可以看出转 向角过大。
轮距变化量： 图 ７ 为左右车轮轮距变化量。跳动 时， 车轮绕瞬时中心摆动， 左右轮之间的距离必然产 生变化。轮距的变化一方面影响汽车的操纵稳定性。 另一方面， 由于轮胎的横向滑移， 导致轮胎的磨损， 降低了轮胎的使用寿命。设计时应尽量控制轮距变 化 量 ， 一 般 轿 车 的 轮 距 变 化 应 在 － ５ｍｍ ／５０ｍｍ～５ ｍｍ ／５０ｍｍ 之间， 图中轮距变化量为－ ８ｍｍ ／５０ｍｍ～ ８ｍｍ ／５０ｍｍ， 偏大。
５．０Ｅ＋００５
０．０ － ５０．０ － ２５．０ ０．０ ２５．０ ５０．０ 长 度 （ｍｍ）
图 ５ 侧倾角刚度变化曲线
悬架刚度： 图 ４ 为悬架刚度变化曲线。随着车 轮的由下往上跳动， 悬架刚度不断减小。设计时应 尽量避免， 需要改进。
侧倾角刚度： 图 ５ 为侧倾角刚度变化曲线。从 图中可以看出， 压缩时侧倾刚度减小， 意味着在侧向 加速度增大时悬架的抗侧倾能力反而减弱， 设计时 不希望出现。 １．３ 车轮跳动产生的转向角、轮距变化量
１ 模型分析
悬架的结构特点对操纵稳定性和平顺性的影响 至关重要。麦弗逊悬架左右对称于汽车纵向平面， 由 车身 １、减震器上体 ３、转向节总成 ４（包括减震器下
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图 １ 前悬架二维示意图
刘进伟 等： 基于 ＡＤＡＭＳ／ＣＡＲ 的麦弗逊悬架优化设计
２００６ 年 ９ 月
体、轮 毂 轴 、制 动 底 板 等）、转 向 横 拉 杆 ５、转 向 器 齿 条 ６、下摆臂 ７ 及车轮总成 ８ 组成， 具体结构见图 １ 与表 １。各刚体之问的连接关系如下： 减震器上端 ３ 与车身 １ 的连接点用球铰约束； 转向节总成 ４ 与减 震器上体 ３ 用圆柱铰约束， 只能沿轴线移动和转动； 下摆臂一端通过转动铰 Ｆ 和 Ｇ 与车身相连 （其中一 个为虚约束）， 另一端通过球铰 Ｅ 与转向节总成相 连； 转向横拉杆一端通过球铰 Ｂ 与转向节总成相 连， 另一端通过球铰 Ｈ 与转向齿条相连。在进行运 动分析时， 转向齿条通过固定副与车身相连， 车轮总 成和转向节总成也通过固定副相连， 车身相对地面 不动。
１ ／２ 前麦弗逊悬架约束方程数目为： ｍ＝６×１＋５× ３＋４×３＋３×２＝３９
１ ／２ 悬架自由度 ＤＯＦ＝６×７－ ｍ＝３ 也就是说， １ ／２ 前悬架有 ３ 个自由度， 它们分别 是： 车轮绕着车轴的转动、车轮绕主销的转动和车轮 的上下跳动。 应用 ＡＤＡＭＳ／ＣＡＲ 对悬架系统进行建模原理相 对比较简单， 模型原理与实际的系统相一致。考虑 到汽车基本上为一纵向对称系统， 软件模块已预先 对建模过程进行了处理， 产品设计人员只需建立左 边或右边的 １／２ 悬架模型， 另一半将会根据对称性 自动生成。 在建立这个模型前， 必须先对悬架系统进行合 理简化。从汽车动力学的角度出发， 有人提出如下假 设。假设一： 前悬架系统各个刚体（车轮除外）相对于 整车而言， 其质量是微不足道的， 在建模过程中可以 忽略不计。这样前悬架系统每个刚体在各个方向的 惯性力均为零。由于每个刚体具有位移和速度， 因而 称其为悬架准动力学模型。假设二： 由于某些铰链在 一些方向的力的约束真值比较小， 对整车动力学的 影响可以忽略不计， 也假设其为零。例如球铰在三个 方面的力矩约束均为零。由于将悬架系统视为无质 量的传力杆系机构， 因而计算出的各刚体的内力和 内力矩更接近实际状况， 并可以将仿真工况扩大到 极限运动和危险运动等大运动范围的仿真。 先用 ＡＴＯＳ 扫描仪测出前悬架各个关键点的坐 标， 然后修改 ＣＡＲ 模块自带的麦弗逊前悬架硬点参 数， 所建立的虚拟样机模型如图 ２ 所示。在本次仿 真分析中， 将建立一个虚拟激振台， 设置上下激振位 移为 ５０ｍｍ， 以左右车轮同步上下跳动来计算悬架 跳动过程中主要性能参数的变化规律。