基于ADAMS的麦弗逊悬架的仿真分析与优化

第６期　Ｉｓｓｕｅ　６　江西科技师范大学学报　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｊｉａｎｇｘｉ　Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｎｏｒｍａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ＺＵｌＯ年１Ｚ月　Ｄｅｃ．２０１６　

基于ＡＤＡＭＳ的麦弗逊悬架的仿真分析与优化　

李　凯　，袁望方　，，马相飞　

（１．长安大学汽车学院，陕西西安７１００６４）　

摘　要：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。　关键词：ＡＤＡＭＳ；麦弗逊；悬架；仿真；优化　中图分类号：Ｕ２６０．３３　文献标识码：Ａ　文章编号：１００７—３５５８（２０１６）０６—０１０１—０５　

Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＭａｃＰｈｅｒｓｏｎ　

Ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ　Ｓ￣；ｔｅｍ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＡＵＳ　ｅｎｓｉｏｎ　ｙｓｔｅｍ　ａｓｅＩ１　ｏｎ　ＤＡＭＳ　ＪＶｌ　

Ｌｉ　Ｋａｉ　，Ｙｕａｎ　Ｗａｎｇｆａｎｇ　’，Ｍａ　Ｘｉａｎｇｆｅｉ　（１．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ，Ｃｈａｎｇ　ａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ＂ａｎ　７１００６４，Ｓｈａａｎｘｉ，Ｃｈｉｎａ）　

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／　Ｐｏｓｔｐｒｏｅｅｓｓｏｒ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｇｅｔ　ｔｈｅ　ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｃｕｒｖｅ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ　ｔｈｅ　ｆｏｕｒ－ｗｈｅｅｌ　ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ　ｐａｒａｍｅｔｅｒ　ＣＨＩＶｅ．　Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ　ｐｒｏｖｅ　ｏｂｖｉｏｕｓｌｙ　ｏｎ　ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ　ｔｈｅ　ｃｏｍｆｏｒｔ　ａｎｄ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｖｅｈｉｃｌｅ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ａｎａｌｙｚｉｎｇ　ｔｈｅ　ｕｎｒｅａｓｏｎａｂｌｅ　ｗｈｅｅｌ　ｔｏｅ　Ａｎ　ｅ　ｂｙ　ＡＤＡＭＳ／Ｉｎｓｉｇｈｔ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒ￣：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。而　

悬架的可靠性对汽车的操稳性和乘坐舒适性有着　

决定性的影响，因而对悬架系统进行分析及优化来　提高其可靠性至关重要。　目前在汽车性能检测方面，主要有仿真分析和　

实车检测这两种检测方式．实车检测所花费的成本　

大，且需要较长的工期，一旦出现检测不合格，还需　

要复杂的过程去改进和制造。现目前大部分汽车公　

司均是采用计算机动力学仿真来进行汽车性能检　

测，不但大大节约时间，而且节约成本。　

本文用ＡＤＭＡＳ动力学仿真软件来对广泛使用　

的麦弗逊式独立悬架进行运动学仿真与优化［１－２１。　

收稿日期：２０１６—０９～２６　修回日期：２０１６—１０—１０　接受日期：２０１６—１０—１０　基金项目：公安部道路交通安全研究中心项目（２２００２２１３０３５５）、中央高校基本科研业务费专项资金项目（ＣＨＤ２０１２ＪＣ００６）。　作者简介：李凯，男，在读硕士研究生，研究方向：人车路安全，车辆主动安全等；’袁望方（通讯作者），女，副教授，博士，研究　方向：人车路安全，车辆主动安全等，Ｅｍａｉｌ：ａｕｔｏｙｕａｎｚｉ＠１６３．ｃｏｍ；马相飞，男，在读硕士研究生，研究方向：车辆工程。

　ｌ０２　

二、麦弗逊式独立悬架模型的建立　

（一）ＡＤＡＭＳ／Ｃａｒ建模　ＡＤＡＭＳ／ｔ：川．十Ｉ！块　ｌｔ进　悬架模　的搭业，通　

常采ｊ｝】¨１下列Ｉ　的玖　ｉ韭仃模型搭　．　就址　

ＡＩ）ＡＭＳ／Ｃａ１．模从一Ｉ　州仃怂　使饭，然后中｝｛枷　

有数抛资料进仃Ｉ　Ｉ　义帙饭的搭建，　生成怂架子　

系统的一般模｝Ｉ　，　Ｉ嗵过　系统模　的绀装　脱悬　

系统一ｌ，ｔｌ　－－的　｛＝ｃ！　『』１ｌｌ矧ｌ所爪　ｆｌ｛定义的复弗逊　

式独　悬架子系统十Ｉ！｝Ｊ亚，ｆ』ｌ１ｌｋ１　２昕，　为搭也　成的　

应弗逊式独立怂　系统仍　坝７　总成　

图ｌ　麦弗逊式独立悬架模板　

图２　麦弗逊式独立悬架仿真模型总成　（二）麦弗逊式独立悬架模型参数的修改　

小史所川Ｊ参数均…　）ｊ：州　杰公司提供，ｃＨ１　１所　，Ｊ；为仿真分析所　州门部分技术参数，如表２所，Ｊ　为　

悬架仿奠分忻所　ｉｉ　碘点的　ＩＪ　标参数ｆ｝Ｉ【。　

表１　部分技术参数　６垮　

麦弗逊前　架　

２３４０　

ｌ７５／６（）Ｒｌ４　７０５　

ｌ３７５　（）　

ｌ２　７　

根据本文所给的主要硬点参数，对受弗逊式前　

悬架的硬点坐标进行修改，如表３昕示．　表３前悬架修改后的硬点参数　

重新修改主要硬点坐标值后，将原有模’　进行　

新．即得到仿真分析需要的悬架系统模　，如下　

图３所示　

图３前悬架运动学模型　一　憾　㈣　：。　一Ｎ　．ｆ　弥　一～　～　～　～　～　一　一　豫一悬　式　栅　嗍　称一形　ｍ　简　划一稆～

　２Ｏ１６年　１ｏ３　

三、麦弗逊式前悬架的仿真分析　

ＡＤＡＭＳ／Ｃａｒ模块对悬架的仿真分析通常都是　

通过悬架测试台将激励输送到悬架总成进行测试　

分析［５１。但要较为全面的反映悬架的动力特性，可以　

对悬架性能参数进行平轮上下跳动试验进行分析。　

其中悬架性能的好坏很大程度上取决于车轮定位　

参数的变化，包括车轮前束角、主销内倾、主销外倾　

及车轮后倾角的变化．当车轮定位参数在合理的范　

围内变化的幅值最小的时候，就认为悬架的运动特　

性处于最佳状态。　

在进行平轮上下跳动试验前，首先要对搭建好　

的麦弗逊式悬架模型进行仿真参数的设定，本文仿　

真试验中将车轮上下跳动的位移范围设定为一５０　

ｍｍ～５０　Ｉｎｎ．仿真循环的步数设定为１０ｏ嘲。　

（一）车轮前束角　

在ＡＤＡＭＳ／Ｃａｒ模块中完成悬架系统模型的搭　

建并设定好各项参数后，开始进行悬架各个主要硬　

点的仿真分析，在试验中车轮在５０　ｍｍ的范围内进　

行上下跳动时．得到如图４所示的车轮前束角特性　

仿真分析图。该图中试验车轮上下跳动的位移由横　

坐标来表示，车轮前束角的大小变化由纵坐标表示。　＼　一－．　～　、、　＼　＼　。＼　＼　’　．　’＼．　

．ｔｕｑｔｔ￣　图４车轮前束角仿真曲线　由图４分析可见车轮在０　ｍｍ一５０　ｍｍ范围内　

下落过程中。前轮前束角在Ｏｏ～０．４９ｏ的范围内波动．　

总体来说满足前束角的变化趋势；而车轮在０　ｍｍ　

５０　ｍｍ的上跳过程中。前轮前束角在一０．７９ｏ～０。的范　

围内波动，满足车轮前束角的理想变化趋势。总体　

分析来说，在车轮上下跳动试验中，前轮前束在一　０．７９￣　０．４９。的范围内波动，波动量为１．２８。，与车轮　

外倾角变化配比不佳，因此需要进行再次优化，以使　

车轮前束角始终处在最理想的变化范围内。　

（二）车轮外倾角　在进行悬架的总体设计时，通常要求车轮在０　

ｍｍ　５０　ｍｍ的范围内上跳时外倾角要相应呈变小的　

趋势，而车轮在下跳时外倾角要相应呈变大的趋势阴。　

在试验中．车轮在进行５０　ｍｍ上、下跳动试验时，得　

到如图５所示车轮外倾角仿真分析图。　

＼．　‘＼．　＼　、　＼　＼　＼　＼　‘　、　１’　．　．．１．＿－＝　

Ｌ●●ｎ　－，　图５车轮外倾角仿真曲线　由图５分析可见车轮在进行０　ｍｍ－５０　ｈｉｍ范　

围内的上跳过程中，外倾角发生和车轮前束角相匹　

配的变化趋势，朝负值波动；而车轮在进行０　ｍｍ一　

５０　ｍｍ范围内的下落过程中，外倾角与前束角的变　

化趋势也相符合，朝着正值波动。从总体分析来看，　

车轮在跳动试验过程中，外倾角总体波动范围为一　

１．４３。１．９４￣．上跳时为一０．０３。一１．４３。，符合悬架设计　

时的基本要求。　

（三）主销后倾角及主销后倾拖距　

一般认为前置前驱布置形式下主销后倾角在　

０。～３。的范围内波动较为理想，而前置后驱布置形式　

下在３ｏ　１０￣的范围内波动较为理想。　主销后倾拖距在理想的范围内能提高汽车行驶　

时对路面的抗干扰能力，并且能够给驾驶员以舒适　

的主观感应。一般认为主销后倾拖距较为理想的波　

动范围为０　ｍｍ～３０　ｍｍｔＳｌ。　通过车轮上下跳动试验得到图６所示的主销后　

倾角仿真分析曲线，由图６分析可知，在车轮跳动试　

验过程中，主销后倾角在３．１５。一４．

０１。的范围内波　１０４　江西科技师范大学学报　第６期　

动，波动幅度为０．８６。，符合前置后驱类型悬架的基　

本设计要求。图７为主销后倾拖距仿真分析曲线。　

由图７分析可知，在车轮上下跳动时，主销后倾拖　

距在１４．８　ｍｍ一２０．２　ｍｍ的范围内波动。变化幅度为　

５．４　ｍｍ，满足悬架设计对主销后倾拖距的基本要求。　

，　

，　。　一　，　．／／　

＿　

＾－■ｌ●　‘．．心　图６主销后倾角仿真曲线　

／。　

．／’　

．，　／。　

一　／　

，　—　ｒ　

￣ｈｆａｍｌ　图７主销后倾拖距仿真曲线　

（四）主销内倾角　

一般认为，主销内倾角在７ｏ一１５ｏ的范围内变化　

比较理想，并且希望尽量取较小值。如图８所示为　

仿真分析得到的主销内倾角的仿真分析曲线，由图　

可见车轮在一５０　ｍｉｌｌ～５０　ｆｉｌｍ范围内上下跳动过程　

中，主销内倾角在１Ｏ．４８。１５．５４￣的范围内变化．波　

动幅度满足基本的设计要求。　

—．　一　—审　一一　

／　／　

。　一一　

．　

图８主销内倾角仿真曲线　四、车轮前束角的优化　

通过对所建的麦弗逊悬架虚拟模型的各硬点进　

行仿真分析后可知。所建模型前束角不在最理想的　

变化范围内波动，需要再次进行优化。本文通过　

ＡＤＡＭＳ／Ｉｎｓｉｇｈｔ参数化分析模块对车轮前束角的坐　

标参数进行了优化分析。　

（一）车轮前束角灵敏度分析与优化　首先找出对车轮前束角参数变化规律影响最大的　

因素。同时确定悬架导向机构相对应的硬点坐标参