基于多目标约束的多连杆悬架优化设计

第27卷第2期2019年6月

山东交通学院学报JOURNALOFSHANDONGJTAOTONGUNTVERSTTY

Vol.27No.2

Jun.2019

DOT10.3969/j.issn.1672-0032.2019.02.002

基于多目标约束的多连杆悬架优化设计

张鹏，王洪新，曹昌勇

(皖西学院机械与车辆工程学院，安徽六安237012)

摘要:多连杆悬架的运动学特性与柔性特性(kinematic&compliance,K&C)是整车操控平顺性的重要组成部分，以正在对标开发的多连杆悬架为例，分析悬架硬点坐标与衬套刚度对车辆K&C主要特性参数的影响程度，并以车轮前束角、车轮外倾角、车辆纵向位移和侧向位移等K&C的主要特性参数满足设计要求为约束条件，通过调整悬架硬点坐标和衬套刚度，实现多连杆悬架的优化#研究表明:优化后的悬架双轮平行跳动时车轮前束角变化、车辆侧倾时前束角变化、悬架侧倾中心高度和纵向力与侧向力作用下的轮心位移变化都能够满足设计要求#

关键词:多连杆悬架;多目标约束;悬架硬点;衬套刚度;K&C特性参数;优化

中图分类号:U463.33文献标志码:A文章编号：1672-0032(2019)02-0009-08

引用格式：张鹏，王洪新，曹昌5.基于多目标约束的多连杆悬架优化设计[J].山东交通学院学报,2019,27(2)：9-16.

ZHANG Peng,WANG Honyxin,CAO Changyong.Optimized design of multi-link suspension based on multi-

objective restrictions[J].Journal of Shandong Jiaotong University,2019,27(2)：9-16.

0引言

随着汽车操纵稳定性和舒适性要求的不断提高,多连杆悬架作为车辆的后悬架被广泛采用。多连杆悬架不但能提高设计自由度，还能增加对每个方向的约束控制，在满足乘员舒适性的情况下,能更有效地提高车辆的操纵稳定性,有效减少轮胎磨损#

悬架的运动学特性与柔性(kinematic&compliance,K&C)是保证车辆舒适性和操纵稳定性的基础[1'8]，其中悬架硬点坐标(悬架中决定悬架运动学特性的点)和部分关键衬套的刚度对K&C影响较大,需要在设计阶段充分考虑。在悬架优化设计时，一般先分析悬架的硬点坐标对K&C主要特性参数的影响，确定悬架的硬点坐标后，再对悬架衬套的刚度进行匹配，确保悬架满足设计要求#本文结合在研车辆开发过程中悬架的K&C,根据多目标约束条件和悬架布置的具体要求，分析多连杆悬架的硬点坐标和衬套刚度对K&C主要特性参数变化灵敏度的影响，并对悬架的结构进行优化设计。

1多连杆悬架模型

1.1多连杆悬架的组成

多连杆悬架模型由悬架、稳定杆、副车架等组成。

收稿日期：2019-03-10；网络首发时间：2019-07-09T18：19：24

网络首发地址：ki.ne/kcms/detail/37.1398.U.20190709.1819.022.htmi

基金项目：安徽省高校自然科学研究重点项目(KJ2018A0419)；皖西学院校级自然科学研究重点项目(WXZR201919)；皖西学院校级自然科学研究重点项目(WXZR201704)

第一作者简介：张鹏(1991—),女，安徽祁门人，助教，工学硕士，主要研究方向为汽车悬架设计与动力学，E-mail：502145956@.

10山东交通学院学报2019年6月第27卷

1） 悬架。悬架主要由连杆、减振器、 、稳定杆等组成，多连 架单 1 、1 上控制

臂、2 下控制臂、 、减振器等。 一端 向 接在一起，另一端通过弹性衬 车身相连;

上、下控制臂一端通过衬

向 连,另一端通过衬 车架相连;减振器上端与车身相连，下端

连接下控制臂； 上端通过

车身相连，下端

下控制臂上。

2） 横向稳定杆子系统。该系统由稳定杆及

成。

3） 车架子系统。该系统通过 车身刚性相连。

1.2悬架模型及验证1.

2.1建模

已 车参数、各零部件硬点坐标、弹性元件参数等，其中悬架主要硬点坐标参数和衬套刚度如表

1、2所示,坐标轴&、#、z 方向如图1所示。

表1多连杆悬架硬点坐标

mm

关键点&

点

&

上控制臂外端点2 801.0-710.0

49.7减振器上端点2 906.9-594.5358.2上控制臂内端点2 591.6-194.140.2

减振器下端点

2 813.6-675.2

-179.9下控制 外端点

2 758.2-722.0

-183.1

上端点2 607.2-582.4

140.8

下控制 端点

2 580.2-198.3-55.3下端点

2 634.4

-607.3-77.9

端点

2 242.9

-625.5

22.4

表2多连杆后悬架衬套刚度

衬套名称

沿&方向/$ kN • mm -1 )

沿#方向/$ kN • mm -1 )

沿H 方向/$ k • mm -1 )

绕％轴方向/（N ・m ・（ °） -1 ）

#方向/(N ・m ・( °) -1 )

H 方向/

(N ・m ・(° -)

衬

0.6 1.70.4

4.2

1.8

2.4上、下控制 衬

6.1 6.1 1.218.6

18.6

1.1

稳定杆衬套 1.0

1.0

0.3

3.0 3.00.4车架衬 2.6 2.6 2.1

4.1

4.1

3.2

汽车运行中,前后轴的抗侧性依靠多连杆悬架中副车架和纵臂的形变来保证，为了精确模拟副车

架

复杂运动情况下的变形情况，将其建为

柔性体。采用有限元前处理软件Hypermesh 通过壳 单元 车架

模型进行网 分，各划

分为80 372 单元和10 118个单元,其中网格单元

的 4 mm # 用RBE2单元进行模拟，

根据模态综合法计算副车架

200 Hz 内的自由

模态

模态，导出 车架 的MNF 中性柔

性 件,再将其

Adams/car 建立柔性体模型，

Adams/car 中其他刚性体部件模型一

成

连 架刚柔耦

动力学模型，如图1所示亠

1.2.2 仿真及试验验证

图1多连杆悬架刚柔耦合多体动力学模型

模拟车辆双轮同向平行跳动和纵向力加载实车试验，双轮同向平行轮跳垂直位移为-50 ~50 mm ,纵向力为3000 N ,利用Adams/car 软件对图1的模型进行仿真分析；同时利用汽车悬架K&C 试验台对在

开发车辆悬架进行试验#仿真与试验2种情况下的车轮前束角和外倾角及轮心纵向位移的变化曲线如

图2所示

。