基于操縱穩(wěn)定性的麥弗遜懸架特性探析

謝樂敏

廈門金龍聯(lián)合汽車工業(yè)有限公司 福建省廈門市 361021

在整車運(yùn)動(dòng)中，由于路面出現(xiàn)凹凸不平的情況，就可能讓輪胎與車身的相對(duì)位置出現(xiàn)變化，進(jìn)而改變車輪定位參數(shù)，影響整車的操縱穩(wěn)定性，所以，在懸架設(shè)計(jì)中，如何做好參數(shù)的合理設(shè)計(jì)與選擇，就成為汽車設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

1 方法與材料

硬點(diǎn)直接將構(gòu)件的空間位置關(guān)系定義，這是進(jìn)行建模的關(guān)鍵，針對(duì)某車的三維模型，對(duì)前懸架硬點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試[1]，具體見表1。

值得注意的是：為了提升仿真效率，在建模之中，還需要簡化模型。

表1 懸架左側(cè)硬點(diǎn)

2 仿真與優(yōu)化

將懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)的特性直接在車輪定位參數(shù)變化趨勢(shì)上呈現(xiàn)。基于多體動(dòng)力學(xué)軟件，通過上下輪的同步跳動(dòng)，就可以對(duì)懸架跳動(dòng)過程進(jìn)行模擬，其跳動(dòng)量為±50cm，仿真結(jié)果見下圖2-5所示。

圖2 外傾角變化規(guī)律

圖3 后傾角變化規(guī)律

圖4 內(nèi)傾角變化規(guī)律

由圖2可知：外傾角出現(xiàn)的變化，基本都屬于負(fù)向斜率，并且在-0.7°-1.6°之間變化。外傾角主要是為了將車輛穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的影響減少。其輪胎外傾對(duì)于輪胎扶著以及偏磨影響偏大，在跳動(dòng)的時(shí)候，變化量需要進(jìn)行控制。為了避免出現(xiàn)過度的磨損，還需要優(yōu)化外傾角，這樣才可以提升其穩(wěn)定性[2]。

由圖3可知：在主銷之后，傾角變化量為2.45°-3.4°。其后傾角主要是為了防范荷載變化導(dǎo)致回正力矩變化不合理的情況。在設(shè)計(jì)手冊(cè)之中5] 一般推薦的范圍為2°-4°，在允許變化范圍內(nèi)，其穩(wěn)定性良好，并且也不用進(jìn)行優(yōu)化。

圖4可知：在對(duì)懸架進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，為了減少對(duì)車輛的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的影響，在一定程度上減小輪胎磨損，提高車輛穩(wěn)定性，主銷內(nèi)傾角變化量不宜過大。車輪進(jìn)行50mm的跳動(dòng)時(shí)，主銷內(nèi)傾角變化范圍為7.25°-9.28°，設(shè)計(jì)推薦范圍7°-3°，變化范圍在允許之內(nèi)，不需要優(yōu)化；

為彌補(bǔ)外傾角帶來的不利影響，確保行駛時(shí)由于路面引起前束變化的直線行駛穩(wěn)定性，前束在輪跳試驗(yàn)時(shí)應(yīng)在0值附近。圖5可知，前束變化基本為負(fù)向斜率比較合理，但變化范圍為-1.06°-1.1°，變化范圍過大，需要進(jìn)一步優(yōu)化。

在優(yōu)化懸架定位參數(shù)的時(shí)候，首先需要確保主銷的后傾角以及內(nèi)傾角都不會(huì)出現(xiàn)太大的變化。通過構(gòu)件與結(jié)構(gòu)分析，就可以選擇下擺臂的前點(diǎn)、后點(diǎn)、外點(diǎn)燈，從而針對(duì)性的進(jìn)行靈敏度分析，最終將優(yōu)化的目標(biāo)確定，其分析結(jié)果見圖6-7所示[3]。

圖6-7可知，外傾角影響偏大的硬點(diǎn)坐標(biāo)，再按照試驗(yàn)的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，基于響應(yīng)值和因素的變量關(guān)系分析，就可以直接利用Matlab的計(jì)算，從而獲取多組滿足優(yōu)化設(shè)計(jì)條件下的硬點(diǎn)坐標(biāo)值，這樣才可以實(shí)現(xiàn)對(duì)懸架的優(yōu)化與設(shè)計(jì)，也可以合理的選擇理想曲線[4]。

在進(jìn)行優(yōu)化之后，針對(duì)上下50mm的輪跳進(jìn)行仿真。在經(jīng)過優(yōu)化之后，通過輪跳試驗(yàn)仿真的結(jié)果來看，前束及外傾角在一定程度上得到減小，但是其余部分的定位參數(shù)變化不大，所以，能夠滿足設(shè)計(jì)的要求。

3 整車操穩(wěn)性仿真

在汽車操縱穩(wěn)定性試驗(yàn)中，穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)最具代表性。基于某公司的汽車模型，在ADAMS之中建立整車模型，并且按照穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)來試驗(yàn)國標(biāo)：基于6323.6-03固定專項(xiàng)盤轉(zhuǎn)角穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)的實(shí)際規(guī)定，在仿真之中，汽車?yán)米畹偷能囁匍_始按照初始半徑15m的圓周行駛，其轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角為150°，其加速并且固定轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角，經(jīng)過后處理，獲取的曲線見圖8-9所示。

通過圖8可以看出，側(cè)向加速度的增加，前后軸的側(cè)傾角差屬于正值，其側(cè)偏角差以及側(cè)向的加速度曲線斜率大于零，其汽車轉(zhuǎn)向不足。從圖9可以看出，隨著側(cè)向加速度的增加，其轉(zhuǎn)彎半徑也會(huì)進(jìn)一步增大，并且比值大于1，所以車的轉(zhuǎn)向不足，并且轉(zhuǎn)向半徑大于R0。再加上不足轉(zhuǎn)向度U=0.41735（°），其評(píng)價(jià)計(jì)分值Nu=87.823。所以，本車的穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)主要是不足轉(zhuǎn)向，并且評(píng)價(jià)計(jì)分相對(duì)較高，也就表示其本身的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向是非常理想的[5]。

圖6 關(guān)鍵坐標(biāo)對(duì)外傾角影響率

圖7 關(guān)鍵坐標(biāo)對(duì)前束影響率

圖8 軸側(cè)偏角之差—側(cè)向加速度

圖9 轉(zhuǎn)彎半徑比—側(cè)向加速度

4 結(jié)語

第一，基于實(shí)車三維模型，建立麥弗遜懸架模型，通過實(shí)際的影響分析，就可以找到不合理的硬點(diǎn)設(shè)計(jì)，進(jìn)而對(duì)對(duì)象實(shí)現(xiàn)優(yōu)化。

第二，在進(jìn)行懸架硬點(diǎn)優(yōu)化設(shè)計(jì)的時(shí)候，還需要對(duì)響應(yīng)面分析方法加以引用，這樣才可以明確優(yōu)化因素和響應(yīng)值之間的相互關(guān)系。通過Matlab編寫程序，就可以對(duì)硬點(diǎn)坐標(biāo)加以優(yōu)化，最終將優(yōu)化完成，讓前輪的定位更加的合理。

第三，在進(jìn)行后懸架、車身以及優(yōu)化之后，就可以建立相對(duì)應(yīng)的整車模型，然后按照穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)國家試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn)，利用軸側(cè)偏角——側(cè)向加速度、轉(zhuǎn)彎半徑比——側(cè)向加速度曲線，就能夠直接獲取整車的操穩(wěn)性評(píng)價(jià)計(jì)分值，也就表明其本身的操穩(wěn)性能是理想的。