汽车麦弗逊悬架性能仿真和优化研究
基于ADAMS的悬架系统动力学仿真分析与优化设计
基于ADAMS的悬架系统动力学仿真分析与优化设计一、概述本文以悬架系统为研究对象，运用多体动力学理论和软件，从新车型开发中悬架系统优化选型的角度，对悬架系统进行了运动学动力学仿真，旨在研究悬架系统对整车操纵稳定性和平顺性的影响。
文章提出了建立悬架快速开发系统平台的构想，并以新车型开发中的悬架系统优化选型作为实例进行阐述。
简要介绍了汽车悬架系统的基本组成和设计要求。
概述了多体动力学理论，并介绍了利用ADAMS软件进行运动学、静力学、动力学分析的理论基础。
基于ADAMSCar模块，分别建立了麦弗逊式和双横臂式两种前悬架子系统，多连杆式和拖曳式两种后悬架子系统，以及建立整车模型所需要的转向系、轮胎、横向稳定杆等子系统，根据仿真要求装配不同方案的整车仿真模型。
通过仿真分析，研究了悬架系统在左右车轮上下跳动时的车轮定位参数和制动点头量、加速抬头量的变化规律，以及汽车侧倾运动时悬架刚度、侧倾刚度、侧倾中心高度等侧倾参数的变化规律，从而对前后悬架系统进行初步评估。
1. 悬架系统的重要性及其在车辆动力学中的作用悬架系统是车辆的重要组成部分，对车辆的整体性能有着至关重要的作用。
它负责连接车轮与车身，不仅支撑着车身的重量，还承受着来自路面的各种冲击和振动。
悬架系统的主要功能包括：提供稳定的乘坐舒适性，保持车轮与路面的良好接触，以确保轮胎的附着力，以及控制车辆的姿态和行驶稳定性。
在车辆动力学中，悬架系统扮演着调节和缓冲的角色。
当车辆行驶在不平坦的路面上时，悬架系统通过其内部的弹性元件和阻尼元件，吸收并减少来自路面的冲击和振动，从而保持车身的平稳，提高乘坐的舒适性。
同时，悬架系统还能够根据车辆的行驶状态和路面的变化，自动调节车轮与车身的相对位置，确保车轮始终与路面保持最佳的接触状态，以提供足够的附着力。
悬架系统还对车辆的操控性和稳定性有着直接的影响。
通过合理的悬架设计，可以有效地改善车辆的操控性能，使驾驶员能够更加准确地感受到车辆的行驶状态，从而做出更为精确的操控动作。
麦弗逊悬架运动仿真分析
麦弗逊悬架运动仿真分析摘要一种三维模型提出了一个麦克弗森型转向悬架的运动行为。
通常的方法提出了主要参数的确定（主销后倾角，车轮外倾角，转向角等），在系统的操作因素的作用中，（这些参数）影响车辆的操纵。
输入数据一方面是悬架和转向几何，另一方面是支柱的移动和转向轮转向的转向，这是通过监测车辆而获得的。
该模型已被施加到一个标准的车辆，其结果的有效性已被证实。
关键词：计算机模拟；汽车悬架；麦弗森；三维运动模型。
1.导言麦弗逊悬架是目前被大量应用在大多数中小型轿车上的系统。
在麦弗逊悬架通常的结构中，其组成是一个支柱刚性地连接到车轮或者转向节。
支柱上部通过柔性联结连接在车身上，（柔性联结）由一个弹性元件和一个允许支柱转动的推力球轴承组成。
图1.右前轮的特性部位的前后部视角在悬架的下部有一个横臂，连接转向节和车身。
在转向节和横臂之间的联结由一个球叉式万向节构成，横臂通过两个允许相对转动的衬套连接到车身。
为了将转向轮的转动传递到车轮，转向横拉杆也通过球叉式万向节（图1）被连接在转向节或减振器上。
由于系统的复杂性，必须使用允许车辆全面设计的最优化的分析模型。
在本文中，我们提出了一个运动的发展，对系统的特点的基础上，允许我们确定其性能，提出可行的改进。
2.真实系统解析在麦弗逊转向悬架的运动学研究中，下列最初的考虑已经被记述：•假设组成悬架的所有连接都是刚性的•忽略衬套的变形•车轮的有效半径由轮胎的动态特性决定对与路面车轮相对应的系统的运动学分析揭示了总共7个元素：车身，横臂，转向节，减振器活塞杆，横拉杆，转向齿条，车轮。
这些元素的运动学连接在表1中被给出。
机构中的自由度（dof）通过Kutzbach准则计算，表达式为：dof=6×﹙7×车身－1﹚－4×﹙球叉式万向节﹚×3﹣2﹙﹚×5﹣1×﹙平动﹚×5－1×﹙圆柱﹚×4=5 (1) 在五个自由度中，仅有两个反映了车轮的运动：转向齿条的位置和支柱的平动。
麦弗逊式独立悬架的仿真分析和优化设计
某微型轿车麦弗逊悬架转向系统建模与性能仿真分析(中期报告)
河北工业大学本科毕业设计中期报告毕业设计（论文）题目：某微型轿车麦弗逊悬架转向系统建模与性能仿真分析专业：车辆工程学生信息：学号:110249 姓名:高立通班级：车辆111指导教师信息：姓名:卞学良职称：教授报告提交日期：2015年4月23日一.毕业设计总体设计要求运用UG软件建立麦弗逊悬架装置的零件模型，用虚拟装配技术进行装配建模，然后导入ADAMS，利用ADAMS软件建立麦弗逊悬架装置虚拟样机模型，对其工作性能进行仿真分析，得出仿真结果。
通过本次毕业设计，使学生掌握麦弗逊悬架装置建模和动态仿真的一般方法。
二•毕业设计进展情况经过这几周的建模、装配等工作，毕业设计取得了阶段性成果。
在建模之前查阅了与麦弗逊悬架相关的文献资料，初步了解了麦弗逊悬架的基本组成和工作过程，之后进行了建模装配和仿真。
为了防止麦弗逊悬架关键点的位置发生变动，在UG 里面直接画出各个零件装配在一起的图，图如下：1•零件图：2.装配图:车轮.毕业设计过程中的问题及其解决方法由于以前已经学习过UG所以在建模的过程中没有遇到什么问题四.下一步工作内容下一步的工作内容就是对麦弗逊悬架进行运动仿真，做出需要的性能曲线，其中主要用到所以下一步的首要任务就是先熟悉一下ADAM软件，然后把用UG建立的麦弗逊悬架模型导入其进行运动仿真。
ADAM运动仿真软件，ADAMS/VIEW软件，对汽车转向系统的建模（尽量简化） 转向时所需施加的力（移动副位移驱动）车轮跳动时左右两侧运动是否一致（ ？） 内转向轮和外转向轮（理论值与实际值的对比） 横摆臂的建模外轮实际转向角函数 （外转角- --时间或位移） :曲线 1 外轮理论转向角函数 （内转角- --时间或位移） :曲线2内轮实际转向角函数 （内转角- --时间或位移） :曲线3【即理论】外轮实际转角与理论转角之差函数（外转角差 ---实际内转角）：曲线4 内外车轮实际转角之差函数（实际转角差---实际外转角或实际内转角）：曲线 5内外转向轮转角理论关系曲线：曲线 6 内外转向轮转角实际关系曲线：曲线 7（曲线6和曲线7合成在一张图上显示 如何做?）1方案X 2方案4沁方案2M 方案3图3不同方案内外转向轮转角的关系曲线【•r哽墀卑世壊转向拉杆位移驱动：线性位移驱动(大小？) 地面的驱动：正弦关系(-50mm---50mm )rsnsfeo —---一二阶拟合曲馥I11 | | ~ |0 50 104 W 2M转向图4. 9转向橫拉杆位移与醴胎转向角的二阶拟含曲线图1.驱动的函数表达式：60*sin (360d*time )车轮跳动量为(-60mm---60mm列 1 ・ ・-41rS040302O1O2.函数：DZ(MARKER_86, MARKER_89) (-60mm----60mm )mcK»e_lFU M C71ON_UL<1 VAR LAB-E_ C LA£&~------- -- U NCTIOH V< EA 1.QMeal 车轮跳动测量曲线3. 函数：ATAN(DY(MARKER_36, MARKER_59)/DZ(MARKER_59, MARKER_36))Mea2主销内倾角变化曲线〔Elli) LI &Li 『一O 3- 0.4 0.5 0.7 Timt 〔.we]09 1.0mDd«l_1FUMCTl^N Z VARIAB-E4. 函数：ATAN(DX(MARKER_59, MARKER_36)/DZ(MARKER_36, MARKER_59))Mea3主销外倾角变化曲线5. 函数：ATAN(DY(MARKER_85, MARKER_30)/DZ(MARKER_85, MARKER_30))AnayiifsMea4车轮外倾角变化曲线0.0Z ： -■ :■FLNCTI'.-ARI^LE_CLAE 缶号合总J1FU M-CTI ON U EA 4: VAR IAQ LE€ LA55.'1 D4.401OJ 05 oe0.9 1.06.函数：DY(MARKER_91, MARKER_93)-DY(MARKER_90, MARKER_92)medal」FUNCTION UEA 5- VARIABLE CLASSTIIMea5车轮前束变化曲线从汽车的正上方向下看，由轮胎的中心线与汽车的纵向轴线之间的夹角称为前束角函数：ATAN(DY(MARKER_90, MARKER_91)/DX(MARKER_90, MARKER_91))IMea6车轮前束角变化曲线7.函数：DY(MARKER_85, MARKER_86)Mea7车轮接地点侧向滑移量定制函数图形（共5个）：1>主销内倾角随车轮跳动量的变化曲线2>A"iys ■ _iSt_Rur[FUI4C Tl O N_ME>1_' - UN CTI ON^WEA_?]r/mccfvl 12.02.»3.0Antft Gfr ；>主销外倾角随车轮跳动量的变化曲线L:E ：y”：・4藍 2； X Q23>Hndel 1[^—F 』hC!T 二丄’ 'f.j.FUNtT 心](EE )O DWO-M0-0.51 □Angh {<W J车轮外倾角随车轮跳动量的变化曲线河北工业大学本科毕业设计中期报告5>rn«tl 11QQ.0五 b N CTI Jh 」事 1: R U NCTICN H EA 叮0.0车轮前束值随车轮跳动量的变化曲线车轮前束角随车轮跳动量的变化曲线4>-：：:Ar 且fysH La ：L&n^EFi |.mE』100.0201&-«-0621;1$48』0Arjiysit: La&t_Rbr-15Q.O Lergth {mm)3.0 <5雄EX 站 ZZ Q2:T河北工业大学本科毕业设计中期报告车轮接地点侧向滑移量随车轮跳动量的变化曲线17213ifikER 3E閒磚甩匹■旳^Tl4.MARkE R_7 7 P?A RT14.cm,^T7：MARKER_79RART7.tnl7w^cm___ —亠「饌&施加约束后的悬架模型汽车悬架模型零件模型:[1].轮毂[2].轮胎[3].弹簧[4].转向器1＞部件数量14:+ gs&aad.Pact 亍上tundj+ PAST1P=rt+ PART2+ PMT3Part.+ EAST4Faizt+ PARTS+ FARTf F"匸+ FART7F&rt+ PASTS P E"+E三二匕+ FART1Q fsEV+ FART11Earn+ PART 12F^Et+ FART13F=rt+ FART14Fact2＞约束类型及其数量:JDIWT_1 J51WI_2 JOINT」Fixe且F raced J&int Spherical Joint ■SpheJaint Sphere cal Jcint-JOT NT, JDINT_SJ&nrr_^F Laced Jo intjionrr_7F ixed JointJOTKTS■SpheEisa 1 Jo£n^JDINT_3Spherxeal Jc±nt-JOINT 10Sptierica 1 ■T-cin,&JOINT_13Transla^lnnai JtrinTJ&INT_L4Translatiunal Joint；J10IKT_lo Translatioiial JoinxJOINT_L6IrA^slationftlJOINT_17R evolute Jdint2 evo il口匸e Jci ntJPRIM_1Inplane P：Eiinitive_J口丄口匸JPRIM_2Inplana P E imitive_J Q intGrAvicy_Fi^ldiirLalys±s_^lag5{L2>AMS_A2ia 1 y a i 3_^1 宜gm el Ha 七ezrxal+SPR IKG_L apzxng+SPRING 2spring转向系统分析：1> 函数：DY (MARKER_90, MARKER_91)Mea8:转向器位移曲线2>函数：ATAN(DX(MARKER_30, MARKER_93)/DY(MARKER_30, MARKER_93))Mea9外转向轮实际转角:壬:-5.0rnoOel 1FLSNCTIDH VEA 8: '.-AR IML= GLASS/7D05 1 0.3Anjlys^ L ；百 Run□斜 0.5 0.6 G7 0.E 09 IS2515^^ 13：M ：0T_FU HCT lOh<MEA_S. VARI AE-E_二 LA SS £o o3＞函数：ATAN(DX(MARKER_92, MARKER_45)/DY(MARKER_92, MARKER_45))Mea10内转向轮实际转角4＞函数:ATAN(1/(D Y(MARKER_92, MARKER_45)/DX(MARKER_92,MARKER_45)+1200/2395))FUNGHON yEA GLASS 12Mea11 :外转向轮理论转角5＞函数:ATAN(DX(MARKER_30,MARKER_93)/D Y(MARKER_30,MARKER_93))-ATAN(1/(D Y(MARKEF 2, MARKER_45)/DX(MARKER_92, MARKER_45)+1200/2395))FUNCTION UEA VARIABLE CLASS itMea12 :外转向轮实际转角与理论转角之差6＞函数:ATAN(DX(MARKER_92, MARKER_45)/D Y(MARKER_92, MARKER_45))-ATAN(DX(MARKER_MARKER_93)/D Y(MARKER_30, MARKER_93))nn&c*_'FUNCTION WEA '3: '-■A^IAaLE CLASS 12Mea13内转向轮实际转角与外转向轮实际转角之差外转向轮实际转角与理论转角之差 随外转向轮实际转角 的变化内转向轮实际转角与外转向轮实际转角之差 随外转向轮实际转角 的变化7> model l Auty> s Lsi-t_R-u nW.0 (c#3)8> Aiurys«島冈唾｛翊） 201^04-Zt 13:09:07纵坐标为车轮外转角红线为实际内外轮转角曲线蓝线为理论内外轮转角曲线。
麦弗逊式前悬架的优化及仿真
创 建 的模 型中（ 图 １， 见 ）包括主销 、 上摆臂 、 下摆臂 、 拉臂 、
转 向拉杆 、 向节 、 转 车轮 以及测试平 台。 并且将前悬架 的主销长 度、 主销 内倾 角 、 主销后倾角 、 摆臂长度、 上 上摆臂在 汽车横 向
图 ２ 悬 架下 摆 臂 有 限 元 模 态 分析 模 型
２ 悬 架运 动特性 分析
前悬架模型仿真分析 的基本方法 。
基于建立 的前悬架 系统分 析模型 ， 利用 Ａ ＡＭＳＣ ｒ Ｄ ／ａ 软件
自带的试验台进行仿真 ， 获得前 悬架平行跳 动过程 中前悬架参
的运动特性进行全面分析。
在汽车曲线行驶时悬架上的车身将发生侧倾引起汽车侧倾转向和变形转向因此悬架系统的运动学和动力学特性分析是研究整车操纵稳定性的基础由于麦弗逊式前悬架是比较复杂的空间机构过去常用简化条件下的图解法和多刚体动力学方法进行分析计算所得的结果误差较大近年来柔性多体动力学的发展及多体动力学分析软件的出现为复杂机械系统动力学分析提供了可靠的手段美国mdi公司开发的adams软件是世界上具有权威性的使用范围最广的机械系统动力学分析软件使用adams软件可以建立包括机电液一体化在内的任意复杂系统的多体动力学数字化虚拟样机模型本文将在应用adams软件基础上建立麦弗逊式独立悬架动力学仿真分析模型并对悬架的运动特性进行全面分析仿真分析模型的建立对模型的建立做如下假设前悬架中所有零部件都认为是刚体减振器简化为线性弹簧和阻尼各运动副内的摩擦力忽略不计轮胎简化为刚性体创建的模型中见图转向拉杆转向节车轮以及测试平台并且将前悬架的主销长度主销内倾角主销后倾角上摆臂长度上摆臂在汽车横向平面的倾角上摆臂水平斜置角下摆臂长度下摆臂在汽车横向平面的倾角和下摆臂轴水平斜置角等参数设置为设计变量通过优化这些设计变量以达到优化前悬架的目的1前悬架模型由于作用于车轮上各方向力和力矩都是经过下摆臂以及弹性元件传递到车架或承载式车身在这些力和力矩的作用下下摆臂将会发生变形引起车轮定位参数和汽车行驶方向的变化因此在模型中下摆臂应作为柔性体处理将柔性体的变形视为模态的线性叠加下摆臂的模态振型可通过有限元分析或试验模态分析得到对于图1中的下摆臂其主要构件包括衬套控制臂下盖板和球节等根据该车摆臂各构件图纸应用unigraphics软件建立其三维实体数模将数模输出到ansys有限元分析软件中进行几何模型的离散化材料特性定义等有限元模型处理和计算分析2为该车悬架下摆臂有限元模态分析模型悬架运动特性分析前悬架模型仿真分析的基本方法基于建立的前悬架系统分析模型利用adamscar软件自带的试验台进行仿真获得前悬架平行跳动过程中前悬架参数包括前轮外倾角前轮前束角主销外倾角轮距侧倾中心高度侧倾转向主销偏置偏置距悬架刚度等性能参数的变化曲线根据前人经验对这些曲线进行分析从整车操纵稳定性方面判定前悬架的优劣本文设定的平行跳动仿真的参数为跳15步上跳极限为40mm下跳极限为40mm如图3所示由于汽车曲线行驶时车身的侧倾使得车身外侧车轮相对地面向正的外倾角方向变化从而降低了承载较高的外侧车轮的
基于ADAMS／CAR环境下的麦弗逊悬架建模与仿真
点。 以地面为 Ｘ Ｙ平面， 汽车中心对称面为 Ｘ 平面 ， Ｚ 通过前轮轮心连线 ， 垂直 Ｘ 、 Ｚ两平面的面为 Ｙ ＹＸ Ｚ 平面 ， 取垂直 向上为 ｚ轴正 向， 车身右侧 为 Ｙ轴正
向， 以车 前进 方 向的反 方 向为 ｘ轴正 向 。 ２３ 模型 关键 点 的获 取 ． 硬 点 是各 零 件 之 间连 接 处 的 关键 几 何 定 位 点 ，
Ｉ ｌ — 砷
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） １ ＼ ’
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． ｏ８
确定硬点就是在子系统坐标系中给出零件之间连接 点的几何位置 。模型关键硬点的空间位置坐标和相
关系数是建立运动学模型的关键 ，从零部件装配图 上 可 以得 到 硬点 的坐标 值 。
２４ 仿真 模 型的 建立 ．
沃尔沃等公司合作开发的整车设计软件包 ，集成了 他们在汽车设计 、 开发方面的专家经验 ， 能够帮助工 程师快速建造高精度的整车虚拟样机 ， 采用的用户 化 界面 是 根据 汽 车 工程 师 的 习惯 而 专 门设 计 的 ， 包
括 整 车动 力 学模 块 （ ｅｉｅ ｙａ ｃ ） Ｖ ｈｃ ｎｍｉ 和悬 架 设计 ｌＤ ｓ
Ａ Ａ ／Ａ Ｄ ＭＳＣ Ｒ是 ＭＤ 公 司与奥 迪 、 马 、 Ｉ 宝 雷诺 和
些 曲线来对悬架进行综合性能 的评价和分析圆 。 为分析国产 Ｍ Ｖ帅客前悬架 的性能 ，本文借 Ｐ 助Ａ Ａ Ｓ Ａ Ｄ Ｍ ／ Ｒ模块 ，构建该悬架的运动学模型 ， Ｃ
并对影 响车辆操稳性 的特性参数在汽车行驶 中的 变化进行了仿真分析。
模块 （ ｕｐｎｉ ｅ ｇ ） ＳｓｅｓｎＤ ｓ ｎ 。对 于悬架 系统 来说 ， ｏ ｉ ＡＡ Ｓ Ａ Ｄ Ｍ ／ Ｒ在仿真结束后 ， 自动计算出 ３ 多种 ｃ 可 ０ 悬架特性 ， 根据这些常规 的悬架特性 ， 用户又可定义
麦弗逊前悬架的运动学仿真与结构优化
定 性 。主销后倾 角 过大 ， 定力 矩变 大 ， 样使 转 稳 这 向显得 沉重 ； 销后 倾 角过 小 ， 定 力矩 减 少 ， 主 稳 将 使行 驶不稳 ， 高速 行驶时 车轮还会 摆振 。 后倾 角应 具有 随 车轮上 跳而增 加 的趋势 ，以抵 消制 动 点头 时后 倾角 减小 的趋 势 ，同时后倾 角在 车 轮跳 动过
程 中不 应 出现过大 的变 化 ，以免在 载荷 变化 时 出
２ 悬架系统运动学仿真
悬架 运 动学分 析 的主要 内容 是研 究 车轮定 位 参 数与 车轮 跳动量 的关 系 ，从 中可 以得 到基本 的 车轮定 位及 变化 特性 信息 。本 文选取 左 右车 轮 同 步上下跳 动 ±５ｒｍ的常见 工况进 行仿 真 ， ０ ａ 以左 侧 车轮参 数作 为研究 对象 ， 果如 图 ２所 示 。 结
（ 图 １ 示 ） 其中， 如 所 。 将所有 零部 件 （ 轮胎 除外 ）
都简化为刚性体 ；零部件之间的连接都简化为铰 链， 内部 间隙忽 略不 计 ； 个零 部件 间 的运 动副 内 各
的摩 擦 力忽 略 不计 ； 型 车轮 外 倾 角 （ ） 前束 模 ０ 和 。 角 （．。） 过测 量得 到 ； 动学分析 不考 虑减震器 ０１ 通 运 的阻尼 和 弹簧 的 刚度 ；轮 胎 的规格 为 １５６ Ｒ１， ８／０ ５
３ ５
－ ２ ３６ －５ ６０
— — — —
３５ ２ ３５ １
８５ ５
－ ０ ５７
侧关 键 硬 点 的坐 标
（见 表 １ ， 然 后 修 改 ）
车轮中心点 稳定杆与摆臂连接点 稳定杆与车身连接点
Ｏ １ ９ － １ ４０
－ ４ ７３ － ７ ５３ — Ｏ ３９
麦弗逊悬架的虚拟设计及试验平台的研究开发【精编】
武汉理工大学硕士学位论文麦弗逊悬架的虚拟设计及试验平台的研究开发姓名：***申请学位级别：硕士专业：车辆工程指导教师：***20070501（６）缩短产品开发周期，提高产品质量及竞争力。
图３－１为ＡＤＡＭＳ／ｖＪｅｗ的设计主窗口，包括菜单、主工具箱、工作屏幕区和状态栏。
图３－１ＡＤＡＭＳ／Ｖｉｅｗ的界面３．１．１虚拟样机几何建模１、几何体类型ＡＤＡＭＳ／Ｖｉｅｗ可以产生４种类型的几何体：刚性形体、柔性形体、点质量和地基形体。
刚体形体的几何形状在任何时候都不会发生变化，在机械系统中将刚体形体称为刚性构体。
刚住形体有质量和惯性矩。
在力的作用下，柔住形体会发生变形，同刚性形体类似，柔性形体也有质量和惯性矩。
点质量的体积为零，它仅有质量而没有惯性矩。
地基形体没有质量和速度，其自由度为零，在任何时候都保持静止。
地基形体定义了地面坐标系的位置，在默认状态下，地基形体还是所有构件的速度和加速度的惯性参考坐标。
２、几何体坐标系每一个新产生的几何体都设有一个参考坐标系，即：构件机架坐标系。
在仿真分析过程中，几何体的尺寸和形状相对于该几何体参考系坐标静止不变，的单位（Ｕｎｉｔｓ）命令，将模型的长度单位、质量单位、力的单位、时间单位、角度单位和频率单位分别设置为毫米、千克、牛顿、秒、度和赫兹；在ＡＤＡＭｓ菜单栏中，选择设置（Ｓｅｔｔｉｎｇｓ）菜单中的工作网格设置（ＷｏｒｋｉｎｇＧｒｉｄ）命令，将网格ｘ方向和Ｙ方向的大小分别设置为５００和５００，将网格的间距设置为２５；坐标系与２．５．２节的图２－３所示坐标系一样。
（２）创建关键点坐标，关键点是创建构件和各个构件运动副相连接的位置。
在ＡＤ删ｓ菜单栏中，选择工具（Ｔｏｏｌｓ）菜单中的列表编辑器（ＴａｂｌｅＥｄｉｔｏｒ），在其中的关键点（Ｐｏｉｎｔｓ）界面中依据２．５．３章节所计算得到的数据添加关键点坐标，创建８个关键点，如图４－２所示，取名规则对照图２－３。
图４—２创建关键点（３）创建悬架的运动构件。
麦弗逊悬架仿真分析
麦弗逊悬架仿真分析一、本文概述随着汽车工业的飞速发展和消费者对车辆性能要求的不断提高，悬架系统作为车辆的重要组成部分，其设计优化和性能分析显得尤为关键。
麦弗逊悬架作为一种常见的独立前悬架类型，以其结构简单、紧凑且性能稳定的特点，被广泛应用于各类乘用车中。
本文旨在通过仿真分析的方法，对麦弗逊悬架的动态特性进行深入探讨，以期为悬架设计优化和车辆性能提升提供理论支持和实践指导。
本文首先将对麦弗逊悬架的基本原理和结构特点进行简要介绍，为后续分析奠定理论基础。
随后，将详细介绍仿真分析的方法论，包括模型的建立、边界条件的设定、仿真工况的选择等，以确保分析结果的准确性和可靠性。
在此基础上，本文将重点分析麦弗逊悬架在不同工况下的动态响应特性，如位移、速度、加速度等关键参数的变化规律，并探讨其对车辆操纵稳定性和乘坐舒适性的影响。
本文将对仿真结果进行总结，并提出针对性的优化建议，以期为麦弗逊悬架的设计改进和车辆性能的提升提供有益的参考。
通过本文的研究，不仅可以加深对麦弗逊悬架动态特性的理解，还可以为车辆悬架系统的优化设计和性能评估提供科学的方法和依据。
本文的研究方法和成果也可为其他类型悬架系统的仿真分析提供参考和借鉴。
二、麦弗逊悬架结构与工作原理麦弗逊悬架（McPherson Strut Suspension）是汽车工业中应用最为广泛的一种独立悬架形式。
其名称来源于其发明者，英国工程师约翰·麦弗逊（John Alexander McPherson）。
麦弗逊悬架以其结构紧凑、成本低廉、性能稳定等优点，在乘用车市场中占据了主导地位。
麦弗逊悬架主要由减震器、螺旋弹簧、下摆臂、转向节、轴承等部件组成。
减震器与螺旋弹簧组合在一起，构成了悬架的支柱，既起到了支撑车身的作用，又能够吸收路面冲击产生的振动。
下摆臂则连接车轮与车身，通过轴承与转向节相连，使得车轮可以相对于车身进行转向运动。
当车辆行驶在不平坦的路面上时，路面的起伏会引起车轮的上下跳动。
基于ADAMS的麦弗逊悬架的仿真分析与优化
基于ADAMS的麦弗逊悬架的仿真分析与优化基于悬架系统对汽车舒适性和操稳性的重要影响，本文利用ADAMS仿真软件对麦弗逊式独立悬架进行动力学仿真与优化。
根据麦弗逊式独立悬架的CATIA模型及硬点，首先在ADAMS/Car模块中搭建悬架的物理模型，然后进行仿真分析，再利用后处理模块ADAMS/PostProcessor模块查看仿真结果，得到有关悬架性能的曲线，包括四轮定位参数曲线，并对分析不合理的车轮前束角通过ADAMS/Insight模块进行了进一步的优化，最终明显提高了汽车的舒适性和操稳性。
标签：ADAMS；麦弗逊；悬架；仿真；优化Abstract：In view of the important influence of suspension system on the comfort and stability of vehicle，simulation analysis and optimization of MacPherson suspension system are carried out by ADAMS. Firstly，based on the CATIA model and the hard points of MacPherson independent suspension，the model of MacPherson independent suspension is built by the ADAMS/Car. Then the simulation analysis is carried out and the simulation results are gained by the ADAMS/Postprocessor. The results get the suspension performance curve，including the four-wheel positioning parameter curve. Finally，the experiments prove obviously on improving the comfort and stability of vehicle through analyzing the unreasonable wheel toe Angle by ADAMS/ Insight.Key words：ADAMS；MacPherson；suspension；simulation；optimization一、引言近些年来，汽车行业的迅速发展推动了汽车技术的不断完善，促使汽车的舒适性和操稳性能也在不断提高，不断满足人们对于汽车性能的要求。
基于ADAMS的麦弗逊前悬架优化研究
基于ADAMS的麦弗逊前悬架优化研究作者：江苏大学汤靖高翔陆丹提要：针对厂家反映的汽车前轮磨损严重的问题，以多体系统动力学理论为基础，应用机械系统动力学仿真分析软件ADAMS的Car 专业模块建立该皮卡车麦弗逊式前悬架多体系统模型，并采用ADAMS/Insight 模块进行性能分析，找出磨损严重的原因，同时进一步进行悬架布置优化设计，最终得出优化的悬架布置方案，较好地解决了轮胎磨损的问题。
关键词：汽车CAD；ADAMS；麦弗逊悬架；多体动力学0 引言麦弗逊独立悬架具有结构简单、非簧载质量小、发动机及转向系易于布置、适合于同多种形式的弹簧相匹配以及能实现车身高度的自动调节等优点。
但是，由于主销轴线位置在减振器与车身连接铰链中心和横摆臂与转向节连接铰链中心的连线上，因此当悬架在变形时，主销轴线也随之改变，前轮定位参数和轮距也都会相应改变，且变化量可能很大。
因此，如果悬架结构设计不当，就会大大影响汽车产品的使用性能(如转向沉重、摆振、轮胎偏磨、影响轮胎使用寿命等)[1]。
某客货两用皮卡车的前悬采用的是麦弗逊悬架，厂家反映存在该悬架轮胎磨损非常严重，为解决此问题，我们借助ADAMS/Car 专业模块，构建该悬架的电子样机模型，使用ADAMS/Insight 试验设计与分析模块进行虚拟试验，并进行了优化设计。
机械系统动力学仿真分析软件ADAMS（Automatic Dynamic Analysis of MechanicalSystem）中的Car 专业模块是MSC 与Audi、BMW、Renault、和Volvo等公司合作开发的整车设计软件包，整合了他们在汽车设计、开发方面的经验，能够帮助工程师快速建造高精度的包括车身、悬架系统、传动系统、引擎、转向机构、制动系统等子系统在内的参数化虚拟汽车模型。
ADAMS/Insight 功能扩展模块是ADAMS 基于网页的试验设计与分析模块，能对仿真进行实验设计，使用户可以更精确地对设计进行量化研究，应用ADAMS/Insight，我们可以很方便地进行一系列的仿真试验，从而精确地预测所设计的复杂的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[2]。
麦弗逊悬架仿真试验与优化研究
麦弗逊悬架仿真试验与优化研究周晓明;甄龙信【摘要】建立某电动汽车麦弗逊悬架系统的虚拟模型，对轮胎横向滑移量进行仿真。
对该悬架系统进行试验研究，测量轮胎的实际横向滑移量。
仿真结果和试验结果之间的误差小于7％，说明该虚拟模型是精确的。
以轮胎横向滑移量为目标函数，利用虚拟模型对该悬架系统的结构参数进行优化研究，结果表明在设计变量的取值范围内和约束条件下，目标函数存在着多个极值点，需要选择多个初始点进行优化，才能得到更好的结果。
【期刊名称】《汽车零部件》【年(卷),期】2011(000)006【总页数】4页(P43-45,54)【关键词】麦弗逊悬架；横向滑移量；仿真；试验；优化【作者】周晓明;甄龙信【作者单位】中信戴卡轮毂制造股份有限公司，河北秦皇岛066000;燕山大学车辆与能源学院，河北秦皇岛066004【正文语种】中文悬架系统是影响车辆平顺性和轮胎使用状况的重要因素。
在车辆行驶过程中，悬架的弹性元件不停地伸缩，轮胎和轮胎除了相对于车架上下运动外，还存在横向滑移，如果横向滑移量过大，将加剧轮胎的磨损，缩短轮胎的寿命，增加车辆的运行成本和爆胎危险，严重影响车辆的行驶平顺性和安全性。
因而一些文献对悬架的结构参数进行仿真与优化［1－4］，对悬架的设计具有一定的参考价值。
但要保证仿真和优化结果的准确性，还需要试验来验证，之前的文献都没有对仿真和优化的结果进行试验验证，因而距离实际应用还有一定的差距。
基于以上原因，笔者利用ADAMS软件建立某电动汽车麦弗逊悬架系统的虚拟模型，对此悬架系统的轮胎横向滑移量进行仿真和试验研究。
以轮胎横向滑移量为目标函数，利用虚拟模型对此悬架系统的结构参数进行优化研究。
1 麦弗逊悬架虚拟模型的建立以燕山大学车辆与能源学院电动汽车课题组开发的四轮驱动电动汽车的悬架为原型，利用ADAMS/View模块创建麦弗逊独立悬架的虚拟模型。
建立虚拟模型前，对实际悬架系统进行如下简化和假设:(1)除了弹簧外，前悬架中其他零部件都认为是刚体。
麦弗逊悬架运动学仿真分析及其优化
麦弗逊悬架运动学仿真分析及其优化骆钰祺;陈剑【摘要】In this paper, a front Macpherson suspension model of AO vehicle is created and analyzed in the parallel wheel travel situation by using LMS Virtual. Lab Motion module. The important influencing factors of the front wheel alignment parameters and wheel track are found out through the sensitivity analysis of the bushing non-linear stiffness and hardpoints. The multi-objective optimization is carried out by using Optimization module, and the kinematic characteristic of this suspension system is improved. A complete procedure for kinematic analysis and optimization of the suspension is established, and the optimization of the bushing non-linear stiffness is realized. The results of the study have important theoretical significance and engineering value.%文章运用LMS b Motion模块,建立某A0车的麦弗逊前悬架模型并进行平行轮跳仿真分析；对硬点坐标和衬套非线性刚度进行灵敏度分析,确定对前轮定位参数和轮距影响大的因素；运用Optimization模块进行多目标优化,改善了该悬架系统的运动特性,建立了一套较完整的悬架运动学分析优化流程,实现了对衬套非线性刚度的优化,其结果具有重要的理论意义和工程应用价值.【期刊名称】《合肥工业大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2011(034)009【总页数】5页(P1290-1294)【关键词】麦弗逊;前轮定位参数;非线性;灵敏度分析;多目标优化【作者】骆钰祺;陈剑【作者单位】合肥工业大学机械与汽车工程学院,安徽合肥 230009;合肥工业大学机械与汽车工程学院,安徽合肥 230009【正文语种】中文【中图分类】U461.40 引言悬架是现代汽车上的重要总成之一,它把车架(或车身)与车轴(或车轮)弹性地连接在一起。
麦弗逊前悬架的虚拟设计及优化
麦弗逊前悬架的虚拟设计及优化作者：武汉理工大学汽车工程学院张俊何天明麦弗逊式独立悬架具有结构简单、维修方便等众多优点，但是由于主销轴线位于减震器上支点和下摆臂外支点的连线上，当悬架变形时，主销轴线也随之改变，车轮定位参数和轮距也都会相应发生改变，变化量可能会很大，直接影响到整车的操纵稳定性和对轮胎的磨损。
在与一家公司合作开发一款电动高尔夫球车的项目中，前悬架采用麦弗逊式独立悬架，并且厂家准备自制零部件。
为了节约成本和缩短开发周期，在具体零件设计前首先做好悬架的虚拟设计及运动学分析。
一、建立模型（一）总体建模方案前悬架准备设计成转向器为齿轮齿条传动式的麦弗逊式独立悬架。
该高尔夫球车的一些设计要求:该车采用18″轮胎，宽210mm，直径是457.2mm，轮毂直径220mm，相比一般的轿车宽径比偏大；前轮距850mm；负载较小，乘坐2成年人预计总质量为550kg；车速较低，最高车速25km/h。
应用多体运动学分析方法，首先抽象出如图1所示的运动学仿真系统模型。
麦弗逊悬架左右对称于汽车纵向平面，由下摆臂、转向节总成（包括减震器下体、轮毂轴）、转向横拉杆、减震器上体、转向器齿条、车轮总成及车身组成。
各刚体之间的连接关系如下:减震器上端与车身的球铰链A接，下摆臂一端（简化为一点）通过转动副C与车身相连，另一端通过球铰B与转向节总成相连，AB的连线构成主销轴线。
转向节总成与减震器上体用圆柱副约束，只能沿轴线移动和转动。
转向横拉杆一端通过球铰D与转向节总成相连，另一端通过球铰E与转向齿条相连。
运动分析时，转向齿条与车身固定，车轮总成和转向节总成也通过固定副F相连，车身相对地面不动。
由于运动学无需考虑受力问题，因此不考虑减震器的阻尼和弹簧的刚度，假设车轮不转动，车轮为刚性体。
（二）模型关键点的预定先确定设计的目标参数:主销内倾角8.5°，主销后倾角2.5°，车轮外倾角1.5°。
由前轮前束角和车轮外倾角的理想关系式ε≈C/2D和C=2DΦL/Φr+4αLα[1]，根据设计参数计算出前轮前束角约为0.5°。
麦弗逊前悬架的运动学仿真与结构优化
麦弗逊前悬架的运动学仿真与结构优化麦弗逊前悬架在汽车悬挂系统中被广泛应用，其结构简单，成本低廉，具有良好的稳定性和可靠性。
本文针对麦弗逊前悬架进行运动学仿真与结构优化，旨在提高汽车的行驶稳定性和舒适性。
运动学仿真部分，首先进行了前悬架建模，以及各关节的位置、旋转角度等参数的确定。
然后，利用ANSYS软件对前悬架进行了仿真分析，并得出了各个部位的应力、变形等数据，以及前悬架在不同路面条件下的反应情况。
通过仿真结果的分析，可以了解前悬架在实际行驶条件下的工作状态，为进一步优化结构提供可靠的理论依据。
结构优化部分，首先通过对前悬架的材料和参数进行调整，得到了新的结构方案。
接着，对新结构进行了全面的仿真分析，重点考虑了行驶稳定性、悬挂支持能力、舒适性等关键指标。
最终，通过结构优化，得到了一种更为完美的前悬架方案，其可靠性和稳定性很大程度上超过了传统结构，并可以有效地提高行驶舒适性。
值得注意的是，在进行运动学仿真与结构优化时，还需要考虑多种因素的影响。
例如，汽车外部环境对前悬架的影响、负载、路面条件等，这些因素都会对前悬架的稳定性和舒适性产生影响。
因此，在进行仿真模拟时，需要对多种因素进行统一的协调，实现相对完美的模拟结果。
总之，麦弗逊前悬架的运动学仿真和结构优化是一项复杂而重要的研究，其结果直接关系到汽车的行驶性能、舒适性和安全性。
通过本文的研究，可以为汽车制造企业提供可靠的理论基础，进一步提高麦弗逊前悬架的应用效果。
在汽车制造业中，悬挂系统对于车辆的稳定性和行驶舒适性起着决定性作用。
而麦弗逊前悬架由于其简单、可靠的结构，以及低成本的制造成本，受到了广泛的应用。
因此，对麦弗逊前悬架的运动学仿真和结构优化进行研究，不仅可以提高汽车制造技术水平，还可以有效地降低制造成本，提高汽车的性能。
首先，针对前悬架的运动学仿真部分，需要对整个悬架系统进行建模，并确定各关节的位置、旋转角度等参数。
然后，利用ANSYS等相关软件对前悬架进行仿真分析，得出各个部位的应力、变形等数据，以及前悬架在不同路面条件下的反应情况。
桑塔纳2000G型麦弗逊前悬架的仿真分析
（２）运用 ＨｙｐｅｒＭｅｓｈ 软件建立后桥板簧支架 的有限元模型，并对板簧支架系统进行的强度计 算，发现钢板弹簧座最大应力为 ９４７．３ＭＰａ，强度 不满足设计要求；
图 １ 二自由度振动模型
ｍ１— ——非悬挂质量，ｋｇ ｋ２—— —悬架刚度，Ｎ·ｍ－１ ｋ１—— —轮胎刚度，Ｎ·ｍ－１ ·ｚ·２— ——车身振动加速度，ｍ·ｓ－２ ·ｚ·１— ——车轮振动加速度，ｍ·ｓ－２ ·ｚ１— ——车身振动速度，ｍ·ｓ－１ ·ｚ１— ——车轮振动速度，ｍ·ｓ－１ ｚ２— ——车身振幅，ｍ ｚ１— ——车轮振幅，ｍ
名称 满载后轴轴载质量 前桥左右悬架总质量
前轮质量 轮胎刚度 ｋ１ 弹簧刚度 ｋ３
参数值 ８１０ ｋｇ ８４ ｋｇ １８．５ ｋｇ １９４ ｋＮ·ｍ－１ ２２．６８ ｋＮ·ｍ－１
面等级与车速进行仿真研究பைடு நூலகம் ３．１ Ｂ 级路面不同车速的振动情况比较 Ｂ 级路面（不平度系数 Ｇｘｙ＝６４×１０－６ｍ２／ｍ－１），
相同车速下，车辆在 Ｃ 级路面行驶与在 Ｂ 级 路面行驶相比，车轮与车身的最大振幅平均增加 了 约 ９６％ ； 车 身 垂 直 位 移 的 方 差 平 均 增 加 了 ２９０％。
４ 仿真结果分析
以 Ｃ 级 路 面 （ 不 平 度 系 数 Ｇｘｙ＝２５６ × １０－６ｍ２／ｍ－１）为例，将悬架刚度减小 ２０％，减震器阻 尼系数增加 ２０％（其余参数不变）：ｋ２＝ １８０００ Ｎ· ｍ－１，ｃ＝１８９０，车速 ８０ ｋｍ·ｈ－１ 车身垂直方向变化量 在 －１５～５０ｍｍ 之间，较变化前的 －１７～５３ｍｍ（图 ９）有一定改善。
基于ADAMS的汽车麦弗逊悬架计算机仿真分析
第9卷第4期2011年 12 月Vo1.9 No.4December. 2011工业技术与职业教育Industrial Technology & Vocational Education基于ADAMS 的汽车麦弗逊悬架计算机仿真分析刘 博，范永海（河北联合大学轻工学院，河北 唐山 063000）摘 要：汽车麦弗逊悬架动力学性能计算机仿真分析是分析麦弗逊悬架动力学性能的有效方法。
从某电动汽车麦弗逊悬架的实际结构抽象出虚拟模型的设计点和悬架数据，并对模型进行仿真，得出了仿真模型各个定位参数随时间变化的曲线。
关键词：汽车麦弗逊悬架；计算机仿真；ADAMS中图分类号：TP302 文献标志码：B 文章编号：1674-943X(2011)04-0013-02The Computer Simulation Analysis Based on AutomobileMcPherson Suspension of ADAMSLIU Bo，FAN Yonghai(Light Industry College of Hebei United University，Tangshan 063000，China)Abstract：Dynamics computer simulation analysis of automobile McPherson suspension is an effective way to analyze the dynamic functions of McPherson suspension. We abstracted the design points and suspension data of the virtual model from the actual structure of an electric automobile McPherson suspension. By simulating the virtual model, the computer worked out each positioning parameter curve which changed with time.Key Words：automobile McPherson suspension；computer simulation；ADAMS采用多刚体动力学仿真软件ADAMS 建立四分之一麦弗逊悬架和双横臂悬架车辆的动力学模型的虚拟样机，在建模过程中对悬架进行了必要的假设。
麦弗逊悬架的布置及现有零部件的校核和优化
悬架的布置及现有零部件的校核和优化2.1 悬架设计应满足的要求：1、具有良好的行驶平顺性（1）悬架结构应具有较低的固有频率(0.9~2.2Hz)；（2）具有合适的减振性能(具有良好的阻尼特性)，与悬架弹性特性匹配，减小车身和车轮在共振区域的振幅，快速衰减振动；（3）当转向时，车身应具有较小的侧倾角。
2、具有良好的操纵稳定性（1）当汽车转向时，具有一定的不足转向特性；（2）当车轮跳动时，避免车轮定位参数变化过大；（3）协调转向杆系与悬架导向机构的运动，避免车轮摆振；（4）当汽车制动和加速时，保证车身稳定(减小俯仰角位移)。
3、具有良好的传递力特性（1）能有效地传递车身与车轮之间的力和力矩；（2）悬架的零部件质量尽可能的小，并且有足够的强度和寿命。
2.2、原悬架基本情况：原悬架采用了夏利轿车(TJ7100型)前悬架即麦弗逊悬架。
麦弗逊悬挂通常由两个基本部分组成：支柱式减震器和A（或L型）字型托臂。
之所以叫减震器支柱是因为它除了减震还有支撑整个车身的作用，他的结构很紧凑，把减震器和减震弹簧集成在一起，组成一个可以上下运动的滑柱；下托臂通常是A字型的设计，用于给车轮提供部分横向支撑力，以及承受全部的前后方向应力。
整个车体的重量和汽车在运动时车轮承受的所有冲击就靠这两个部件承担。
所以麦弗逊的一个最大的设计特点就是结构简单，结构简单能带来两个直接好处那就是：悬挂重量轻和占用空间小。
我们知道，汽车悬挂属于运动部件，运动部件越轻，那么悬挂响应速度和回弹速度就会越快，所以悬挂的减震能力也就越强；而且悬挂质量减轻也意味着弹簧下质量减轻，那么在车身重量一定的情况下，舒适性也越好。
占用空间小带来的直接好处就是设计师能在发动机仓布置下更大的发动机，而且发动机的放置方式也能随心所欲。
在中型车上能放下大型发动机，在小型车上也能放下中型发动机，让各种发动机的匹配更灵活。
但同时也有很多不足比如稳定性差，抗侧倾和制动点头能力弱，增加稳定杆以后有所缓解但无法从根本上解决问题，耐用性相对较差，减震器容易漏油需要定期更换.。
基于ADAMS的麦弗逊式悬架的优化分析
北京汽车・基于ＡＤＡＭＳ的麦弗逊式悬架的优化分析・文章编号：１００２－４５８１（２００８）０１－００１２－０３基于ＡＤＡＭＳ的麦弗逊式悬架的优化分析李尊远，李海波ＬＩＺｕｎ－ｙｕａｎ，ＬＩＨａｉ－ｂｏ（武汉理工大学，湖北武汉４３００７０）摘要：为了解决前轮磨损的问题，文中以多刚体系统动力学理论为基础，应用机械系统动力学仿真软件ＡＤＡＭＳ／Ｖｉｅｗ建立麦弗逊悬架模型，并应用ＡＤＡＭＳ／Ｉｎｓｉｇｈｔ模块进行运动分析并对悬架的结构进行优化，得出优化的悬架布置方案，从而减小了轮胎的磨损。
关键词：ＡＤＡＭＳ；麦弗逊独立悬架；仿真优化中图分类号：Ｕ４６３．３３文献标识码：Ａ０引言麦弗逊独立悬架具有结构简单、质量轻、发动机及转向系易于布置、适合同多种形式的弹簧相匹配以及能实现车身高度的自动调节等优点。
但是由于其自由度的减少，运动特性的可设计性不如其他独立悬架。
麦弗逊悬架的主销轴线位于减震器上支点和下摆臂外支点的连线上，因此当悬架变形时，主销轴线也随之改变，车轮定位参数和轮距也都会相应改变，若变化量太大，就会影响汽车产品的使用性能（如转向沉重、摆振、轮胎偏磨、影响轮胎使用寿命等）。
针对轮胎偏磨的问题，在设计过程中，应用ＡＤＡＭＳ建立该悬架模型，再通过ＡＤＡＭＳ／Ｉｎｓｉｇｈｔ模块进行仿真分析及优化设计。
１建立悬架模型１．１建立模型由于麦弗逊悬架左右悬架对称，所以只对左悬架进行分析。
１／２麦弗逊悬架由车身、下摆臂总成、转向节总成、转向拉杆、车轮以及减振器和螺旋弹簧组成。
建立麦弗逊悬架模型的关键就是确定硬点，硬点是指各零件间连接处的关键几何定位点，确定硬点就是在子系统坐标系中给出零件之间连点的几何位置。
根据绝对坐标系（取两侧车轮接地印迹中心点连线的中点坐标原点，车辆的行驶方向为ｘ轴负向，ｙ轴由坐标原点指向驾驶员右侧，ｚ轴则符合右手螺旋法则垂直向上），硬点的坐标值通常可由零件图纸得到。
此悬架左半边硬点绝对坐标值如表１所示。
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３．５仿真及优化结果分析 根据实际样车，设置车辆及悬架的相关参数：轮胎半径 为３１７．５ｍｍ，轮胎的垂向刚度为２１９．１６Ｎ／ｍｍ，簧载质量为 ６３５．９５ｋｇ，质心高度为４３３．２６８ｍｍ，轴距为２７００ｍｍ。车辆及 悬架参数的设定如图５所示。
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｚｏｔｙｅ
Ａｕｔｏ Ｈｏｌｏｉｎｇ Ｇｒｏｕｐ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ
Ｚｈｅｊｉａｎｇ ３１００１８，Ｃｈｏｎａ）
ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ ｏｆ ＭｃＰｈｅｒｓｏｎ ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ，ｃｈｏｏｓｅ ＭｃＰｈｅｒｓｏｎ ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ ｆｏｒ ｓｔｕｄｙ ｔａｒｇｅｔ，ｒｅｓｅａｒｃｈ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ａｂｏｕｔ ｔｈｅ ｗｅａｒ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅ ｖｅｈｉｃｌｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ．Ｂａｓｅｄ
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图３麦弗逊前悬架运动仿真结构
索到全局最优解一ｏ，其基本步骤如图４所示。
３．２设置优化目标函数 在汽车行驶过程中，当路面凹凸不平时，轮胎和车身之 间的相对位置会发生变化，同时车轮定位参数就会相应地变 动。如果车轮定位参数变动过大，会加剧轮胎和转向机构零 件的磨损并降低整车操纵稳定性和乘坐舒适性，因此，设计
０．５。，０），即弱负前束变化，同时变化范围越小越好。 前轮外倾角是指前轮中心平面偏离铅垂轴向外倾斜的 角度。采用麦弗逊悬架的轿车一般采用负的前轮外倾角。 其目的是防止汽车转向行驶、车身发生侧倾时外侧车轮具有 正的侧倾角；夕ｈ倾角的另一个重要作用是产生外倾推力，外 倾推力对前轮能增加其不足转向趋势。但外倾角应选择适 当，因为过大的外倾角会使轮胎产生偏磨损。 主销内倾角是指主销轴线与整车纵向中心平面在竖直 平面内投影的夹角，它有使车轮自动回正的作用。主销内倾 有利于主销内倾偏移距的减小，从而减少转向时需要施加给 方向盘的力，使转向操纵轻便灵活，同时也可减少从转向轮 传到方向盘上的冲击力。６１。当前在整车开发过程中，主销内 倾角的范围一般选在７。～１３。之间，并希望取较小值。 主销后倾角是主销的轴线相对于竖直平面向后倾斜的 角度。主销后倾角的作用是在中高速行驶中保持汽车直线 行驶的稳定性，适当的加大主销后倾角可以帮助转向轮自动 回正。但后倾角过大，则在低速转向时会导致转向沉重。主 销后倾角过小，会造成直线行驶不稳定，使车轮晃动，加剧前 轮的磨损旧ｏ。
图２麦弗逊悬架结构图 注：ｌ一车身；２一弹簧；３一减振器上体；４一转向节总成；５一 转向横拉杆；６一转向齿条；７一下控制臂；８一车轮；Ａ—Ｊ为悬架 几何设计的控制点
值。将抗原和抗体分别对应优化问题的目标函数和可行解， 把抗体和抗原的亲和力视为可行解与目标函数的匹配程度； 用抗体之间的亲和力保证可行解的多样性，通过计算抗体期 望生存率来促进较优抗体的遗传和变异，用记忆细胞单元保 存择优后的可行解来抑制相似可行解的继续产生并加上搜
．．．．．——２０２．．．．——
如果能提前选定较为合理的悬架空间几何尺寸，如结构 参数，该汽车便可以得到好的运动学、动力学特性。因此如 何使悬架结构参数最优是本文要解决的关键问题。
３麦弗逊悬架结构参数优化
３．１建模 进行优化设计的原车型为某小型轿车，前悬架采用左右 对称的麦弗逊悬架，主要由下摆臂、转向节、减振器、螺旋弹 簧、横拉杆、轮毂、副车架、车身共８个刚体组成。根据其空 间结构可以抽象出如图２所示的前悬架１／２结构模型。 假设除弹簧、减振器、橡胶衬套外的悬架各部件都是刚 体；各运动副之间的摩擦忽略不计。麦弗逊前悬架的硬点坐 标如表１所示，在ＡＤＡＭＳ中建立麦弗逊模型如图３所示。
Ｃ
一Ｊ
Ｊ
主销偏移距是前视图中主销轴线接地点与轮胎接地平 面中心点之间的距离。转向时，转向轮围绕主销转动，地面 对轮胎的阻力力矩与主销偏距的大小成正比。所以一般希 望得到比较小的主销偏距，从而减少作用于转向盘上的力和 降低地面对转向系统的冲击。但主销偏移距直接受到主销 内倾角的影响，内倾角越大，主销偏距的值越小。较理想的 主销偏距范围为一１０～３０ｍｍ，希望取较小值。７ Ｊ。 ２．２难点分析
ｒｅ—
ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｓ ｌｅｓｓ ｔｈａｎ １０％，ｐｒｏｖｉｎｇ ｔｈｅ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ．Ｔｈｅ
ｓｕｉｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｆｒｏｎｔ ｗｈｅｅｌ ａｌｉｇｎｍｅｎｔ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ａｎｄ ｉｔｓ ｒａｎｇｅ ｏｆ ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｉｄｅａｌ ｒａｎｇｅ ａｆｔｅｒ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ， ｉｍｐｒｏｖｅ ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｒｅｄｕｃｅ ｔｉｒｅ ｗｅａｒ，ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅ ｖｅｈｉｃｌｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ．
表２设计变量原始值及优化范围
／
设计点（ｍｍ）
坐标轴设计变量原始值优化下限优化上限
３．４免疫算法 免疫算法是将人工免疫的概念及理论和遗传算法相结 合，它不仅保留了遗传算法本身的优良特性，还通过增加免 疫算子来抑制其迭代过程中出现的退化现象，并提高免疫算 法的收敛速度‘８ Ｊ。优化的目标是搜索多峰值函数的多个极
第３１卷第６期 文章编号：１００６—９３４８（２０１４）０６—０２０１—０６
计算机仿真
２０１４年６月
汽车麦弗逊悬架性能仿真和优化研究
李翔晟１，陈江英１，高治凌２
（１．中南林业科技大学机电工程学院，湖南长沙４１０００４； ２．众泰汽车控股集团有限公司汽车工程研究院，浙江杭州３１００１８） 摘要：在汽车悬架结构优化设计问题的研究中，为了改善汽车前悬架的运动学特性，以某车型麦弗逊悬架为研究对象，研究 麦弗逊悬架结构参数优化问题，从而减少轮胎磨损，提高汽车稳定性。根据车轮跳动原理和前轮定位参数变化规律，建立麦 弗逊悬架动力学模型，采用免疫算法对麦弗逊悬架的结构参数进行优化，并进行实车验证。仿真结果和试验结果之间的误 差小于１０％，验证了优化方法的可行性。研究结果表明，优化后悬架的前轮定位参数及变化范围满足了理想的范围，改善 了悬架性能，减少了轮胎磨损，同时提高了汽车稳定性。 关键词：麦弗逊悬架；定位参数；免疫算法；仿真；优化 中图分类号：ＴＦ３９１．９ 文献标识码：Ｂ
ＫＥＹＷＯＲＤＳ：ＭｅＰｈｅｒｓｏｎ ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ；Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ
ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ；Ｉｍｍｕｎｅ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ；Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ
析；文献［２—３］使用传统的优化方法对悬架定位参数进行优
１
引言
悬架的几何结构参数直接决定了悬架的运动特性，是影
化。从优化效果来看这些算法并不理想、且优化时间长。因 此本文提出了基于ＡＤＡＭＳ的免疫算法来对悬架定位参数进 行优化。免疫算法（Ｉｍｍｕｎｅ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ＩＡ）是一种新的人工 智能算法，它采用全局优化搜索，在大规模群体搜索能力、并 行性等方面，大大优于传统算法。 本文重点通过对麦弗逊悬架进行运动特性分析，建立悬 架模型，采用ＡＤＡＭＳ和免疫算法相结合的方法对悬架关键 结构点的硬点坐标参数进行定位，并使用多目标优化方法对
参数进行优化，并验证其可行性。
一２０１—
万方数据
在较小的范围内，一般要求在车轮上跳５０ｍｍ时达到（一
２悬架系统设计原理
悬架是汽车的主要系统之一，由弹性元件、导向机构和 减振器及横向稳定装置等部件组成。它将车体与车轮弹性 地连接起来。其主要任务是传递作用在车轮与车体之间的 一切力和力矩，并且缓和由路面传给车身的冲击载荷，衰减 由此引起的承载系统的振动，以保证车辆稳定行驶。 当汽车在通过不平路面时，路上的颠簸会使车轮垂直于 路面上下运动，力的大小取决于车轮颠簸的程度，路面将力 作用在车轮上，车轮都会产生一个垂直加速度。如果没有一 个居间结构，车轮的垂直能量将直接传递给在相同方向上运 动的车架。此时，车轮会完全丧失与路面的接触，然后在向 下的重力作用下再次撞回路面。完全没有操纵稳定性和乘 坐舒适性可言，而且这些都会对汽车车轮造成影响。因此， 就需要这样一个系统：它能够吸收垂直加速车轮的能量，使 车轮顺着路面上下颠簸的同时车架和车身不受干扰Ｈ］。 悬架系统动力学模型如图１所示。
ｏｎ
ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ
ｏｆ ＭｃＰｈｅｒｓｏｎ ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ，ｔｈｅｎ ｒｅｄｕｃｅ ｔｉｒｅ
ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｗｈｅｅｌ ｈｏｐ ａｎｄ ｔｈｅ ｌａｗ ｏｆ ｆｒｏｎｔ ｗｈｅｅｌ ａｌｉｇｎｍｅｎｔ ｖａｒｉａ—
ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ，ｕｓｅ ｉｍｍｕｎｅ
霾型
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图１悬架系统动力学模型
根据牛顿第二定律，系统的运动方程为： ｒｍｌ互ｌ＋ｋ１（石Ｉ一戈ｏ）一ｃ（ｘ２一菇１）一ｋ（ｚ２一戈１）＝０ ｍ２互２＋ｃ（互２一互１）＋ｋ（戈２一戈１）＝０ （１） 式中：ｃ：悬架减振器的阻尼；ｋ。：轮胎的刚度；ｍ。：非簧载质 量；ｍ：：簧载质量；％：悬架弹簧刚度；石。，戈。，ｚ：：分别为路面的 激励、非簧载质量及簧载质量的绝对位移；菇．，菇：：分别为车身 非簧载部分与簧载部分的垂直速度；互。，互：：分别为车身非簧 载部分与簧载部分的垂直加速度¨Ｊ。 ２．１悬架系统运动特性 在车辆行驶中，由于路面不平或车轮垂直载荷变化，悬 架导向杆系的运动及变形，车轮定位参数随之发生变化，从 而导致轮胎侧偏特性改变；在汽车曲线行驶时悬架上的车身 将发生侧倾，引起汽车侧倾转向和变形转向。因此，悬架系 统运动特性的好坏直接会影ｐｌａｎ车辆的操稳性、乘适性以及 轮胎的使用寿命。 前束角是车轮中心线与汽车纵向对称轴线之间的夹角。 它与外倾角共同作用，保持车轮纯滚动和直线行驶，减少轮 胎的异常磨损。为保持行驶的稳定性，应使前束角变化限制
表１前悬架关键硬点坐标（１ｎｎｌ）
万方数据