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机 械 工 程 学 报JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING 第48卷第8期2012年4月Vol.48 No.8 Apr. 2012DOI ：10.3901/JME.2012.08.098电动汽车麦弗逊前悬架设计及参数优化*陆建辉1 周孔亢1 郭立娜1 侯永涛2(1. 江苏大学汽车与交通工程学院 镇江 212013；2. 江苏大学机械工程学院 镇江 212013)摘要：根据整车设计参数及悬架设计理论，设计某款电动汽车的麦弗逊前悬架。
基于UG/Motion 利用UG 的开放接口开发相应的软件系统，实现麦弗逊前悬架运动学仿真模型的参数化设计、前轮外倾角与前束角的匹配设计和前悬架系统的运动学仿真分析；通过与ADAMS 的仿真结果相对比，验证系统的正确性；将遗传优化算法与多体运动学分析方法相结合，以前轮定位参数的变化量最小和车轮侧向滑移量最小为优化目标对麦弗逊前悬架的设计参数进行优化，通过对比初始设计与优化设计的仿真结果，验证优化方法的有效性。
优化分析显示，麦弗逊前悬架摆臂前后点坐标的变化，对前轮定位参数及车轮接地点滑移量随车轮跳动量的变化曲线都有影响。
关键词：电动汽车 麦弗逊悬架 运动学分析 遗传优化算法 中图分类号：U463Design and Parametric Optimization of McPherson FrontSuspension of Electric VehicleLU Jianhui 1 ZHOU Kongkang 1 GUO Lina 1 HOU Yongtao 2(1. School of Automotive and Traffic Engineering, Jiangsu University, Zhenjiang 202013;2. School of Mechanical Engineering, Jiangsu University, Zhenjiang 212013)Abstract ：Based on the whole vehicle’s design parameters and suspension design theories, the McPherson front suspension of an electric vehicle is designed. Based on UG/Motion and using the open interface of UG , a software system is developed to realize the parametric design of the McPherson suspension’s kinematics simulation models, matching design of vehicle toe-in and camber and simulation analysis of the simulation models. The software system’s correctness is verified by comparing the simulation results with ADAMS. By means of combining genetic algorithm with kinematics of multi-body system and taking the minimum variation of the front wheel alignment parameters as well as minimum lateral displacement of the tires as the optimal object, the McPherson suspension’s design parameters are optimized. The validity of the optimum method is verified by comparing the simulation results of initial design and optimum design. The optimization results show that the coordinates of the McPherson suspension swing arm’s front and rear points have effects on the changes curve of front wheel alignment parameters as well as lateral displacement of the tires to the run out of automotive wheels.Key words ：Electric vehicle McPherson suspension Kinematics analysis Genetic algorithm optimization0 前言电动汽车作为一种以清洁能源为动力的交通工具，在一定程度上克服了传统内燃机汽车的环境污染和能源短缺问题，受到了国家的重视并被列为汽车工业的发展重点。
麦弗逊悬架侧载螺旋弹簧优化设计麦弗逊悬架侧载螺旋弹簧优化设计J. LIU, D. J. ZHUANG1, F. YU and L. M. LOU International Journal of Automotive Technology, V ol. 9, No. 1, pp. 2935 2008 Copyright © 2008 KSAE 译[ 摘要] 采用某乘用车作为例，建立详细的麦弗逊悬架多体动力学模型，将减振器侧向力仿真结果作为侧载弹簧设计目标, 并结合有限元分析中的多体动力学优化它的设计,有限元分析结果传回的悬挂系统导入后，可以进行动力学仿真，进行试验验证。
实验表明，采用经过化设计的侧载螺旋弹簧后可显著降低悬架侧载，该系统可增加阻尼杆的偏磨擦和促进阻尼器的内部摩擦，降低悬挂系统的行驶性能，代以一个新的与常规的螺旋弹簧弯曲中心线侧载弹簧已经被证明能够解决这些问题。
关键词多体系统动力学优化设计麦弗逊式悬挂侧载螺旋弹簧一.前言由于结构简单和较低的制造/服务成本，麦弗逊式悬架一直是最流行的悬架系统之一。
对于麦弗逊悬架而言, 作用于减振器上座处的力F 与作用于控制臂处的力FL 地面垂直反力FA 平衡, 如图1所示。
从图中可以看出, 由于麦弗逊悬架系统本身结构的原因, 力 F 与减振器轴线偏离一定角度A, 不可避免地存在侧向分力FQ, 使得减振器零件间的摩擦增大, 造成减振器活塞杆球头及其它零件快速磨损, 导致减振器早期失效。
而且麦弗逊悬架的侧向力会导致减振器摩擦功无法消除，从而恶化了车辆的行驶平顺性。
此外，悬挂麦弗逊悬架的汽车行驶在一个平坦的道路时，垂直振动可能会被转移到身体直接部位，因为轻微的路面激励，不能克服的内摩擦正确操作暂停。
因此，它是非常重要的，以减少侧负载FQ，使得优化的悬挂系统可以保护阻尼器部分，并提高行驶性能的悬架系统。
传统解决方案是将弹簧倾斜，但悬架中安装空间的限制，制约了弹簧倾斜角度，以使侧负载不能完全消除。
前麦弗逊悬架和后多连杆悬架设计This manuscript was revised on November 28, 2020存档编号华北水利水电大学North China University of Water Resources and Electric Power毕业设计题目乘用车悬架系统设计学院机械学院专业机械设计制造及其自动化姓名学号指导教师完成时间教务处制独立完成与诚信声明本人郑重声明：所提交的毕业设计（论文）是本人在指导教师的指导下，独立工作所取得的成果并撰写完成的，郑重确认没有剽窃、抄袭等违反学术道德、学术规范的侵权行为。
文中除已经标注引用的内容外，不包含其他人或集体已经发表或撰写过的研究成果。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
毕业设计（论文）作者签名：指导导师签名：签字日期：签字日期：毕业设计（论文）版权使用授权书本人完全了解华北水利水电大学有关保管、使用毕业设计（论文）的规定。
特授权华北水利水电大学可以将毕业设计（论文）的全部或部分内容公开和编入有关数据库提供检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段复制、保存、汇编以供查阅和借阅。
同意学校向国家有关部门或机构送交毕业设计（论文）原件或复印件和电子文档（涉密的成果在解密后应遵守此规定）。
毕业设计（论文）作者签名：导师签名：签字日期：签字日期：摘要悬架的主要功能是传递作用在车轮和车身之间的一切力和力矩，缓冲传给车身的冲击载荷，通过减震器衰减由车轮引起的簧上震动，保证汽车行驶的平顺性，保证车轮在路面不平和载荷变化时有理想的运动特征，增强汽车的操纵稳定性，轻便性。
本文首先论述了悬架的分类、优缺点及国内外的研究现状，然后以日产天籁为设计参照，使用传统设计方法（非优化设计）设计计算前麦弗逊悬架和后多连杆悬架，涵盖了选定悬架质量分配系数，选定车震频率、偏频比，计算悬架静挠度和动挠度，减震器行程及工作缸内径的选择及螺旋弹簧的直径、工作圈数设计等。
存档编号华北水利水电大学North China University of Water Resources and Electric Power 毕业设计题目乘用车悬架系统设计学院机械学院专业机械设计制造及其自动化姓名学号指导教师完成时间 2014.05教务处制独立完成与诚信声明本人郑重声明：所提交的毕业设计（论文）是本人在指导教师的指导下，独立工作所取得的成果并撰写完成的，郑重确认没有剽窃、抄袭等违反学术道德、学术规范的侵权行为。
文中除已经标注引用的内容外，不包含其他人或集体已经发表或撰写过的研究成果。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
毕业设计（论文）作者签名：指导导师签名：签字日期：签字日期：毕业设计（论文）版权使用授权书本人完全了解华北水利水电大学有关保管、使用毕业设计（论文）的规定。
特授权华北水利水电大学可以将毕业设计（论文）的全部或部分内容公开和编入有关数据库提供检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段复制、保存、汇编以供查阅和借阅。
同意学校向国家有关部门或机构送交毕业设计（论文）原件或复印件和电子文档（涉密的成果在解密后应遵守此规定）。
毕业设计（论文）作者签名：导师签名：签字日期：签字日期：摘要悬架的主要功能是传递作用在车轮和车身之间的一切力和力矩，缓冲传给车身的冲击载荷，通过减震器衰减由车轮引起的簧上震动，保证汽车行驶的平顺性，保证车轮在路面不平和载荷变化时有理想的运动特征，增强汽车的操纵稳定性，轻便性。
本文首先论述了悬架的分类、优缺点及国内外的研究现状，然后以日产天籁为设计参照，使用传统设计方法（非优化设计）设计计算前麦弗逊悬架和后多连杆悬架，涵盖了选定悬架质量分配系数，选定车震频率、偏频比，计算悬架静挠度和动挠度，减震器行程及工作缸内径的选择及螺旋弹簧的直径、工作圈数设计等。
本次设计中使用UG软件做出三维模型，再进行装配，装配完成后，将其分别导入ADAMS/car和adams/view中进行仿真分析和动画仿真，得出汽车行驶时的仿真动画、整车车轮前束角、整车车轮外倾角、前轮主销内倾角、前轮主销后倾角、摩擦半径、后轮侧倾中心坐标的相关数据变化。
基于ADAMS的汽车前独立悬架优化设计王琳;业红玲;韦鹏;王鹏飞;梁玉瑶【摘要】为了进一步改善汽车悬架的运动学性能,对汽车前独立悬架进行优化设计.首先,利用ADAMS/Car模块分别建立汽车麦弗逊前独立悬架和双横臂前独立悬架模型,并针对两类悬架设计双轮平行跳动和异向跳动仿真试验;然后,在ADAMS/Insight模块中选取部分硬点坐标作为试验变量,进行灵敏度分析;最后,调整硬点坐标,对前轮定位参数进行优化设计.在两类悬架的双轮平行跳动和异向跳动试验中,悬架定位参数变动范围及变化量基本一致,前轮前束角、前轮外倾角、主销后倾角和主销内倾角均达到理想变化范围,其中双横臂独立悬架优化效果最为明显.【期刊名称】《重庆科技学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(020)006【总页数】5页(P85-89)【关键词】汽车;ADAMS;悬架;优化设计【作者】王琳;业红玲;韦鹏;王鹏飞;梁玉瑶【作者单位】蚌埠学院机械与车辆工程学院,安徽蚌埠 233030;蚌埠学院机械与车辆工程学院,安徽蚌埠 233030;蚌埠学院机械与车辆工程学院,安徽蚌埠 233030;蚌埠学院机械与车辆工程学院,安徽蚌埠 233030;蚌埠学院机械与车辆工程学院,安徽蚌埠 233030【正文语种】中文【中图分类】U463.4悬架是车架与车桥之间的传力装置，其运动学性能对汽车的操纵稳定性和平顺性起着决定性作用[1-2]。
悬架质量对汽车性能的影响多为复杂的非线性关系[3]，在关于悬架系统对汽车性能影响的理论研究中，以动力学建模和仿真的方法为主。
Zhang等人基于ADAMSCar针对麦弗逊前悬架主销外倾角和前轮前束角进行仿真优化，较好地改善了汽车行驶中操纵的稳定性[4]。
Yi等人利用ADAMS建立麦弗逊前悬架模型，设定目标函数，利用遗传算法求解目标函数，但未就不同悬架定位参数变化对汽车性能的影响作出分析[5]。
冯金枝等人运用NSGA-Ⅱ算法，考虑前轮前束角和外倾角的关联性，减少了目标函数的数量，对悬架进行多目标优化，提高了最优值的收敛性[6]。
摘要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（或轮胎）弹性地连接起来。
它的主要作用是传递作用在车轮和车身之间的一切力和力矩，比如支撑力、制动力和驱动力等，并且缓和由不平路面传给车身的冲击载荷、衰减由此引起的振动、保证乘员的舒适性、减小货物和车辆本身的动载荷。
本文完成的是东方之子轿车前悬架设计，重点从东方之子轿车前悬架的选型、减振器的计算及选型、弹性元件形式的选择计算及选型和横向稳定杆的设计计算。
首先，我把形式不同的悬架的优缺点进行了比较，然后定下东方之子轿车前悬架的形式—麦弗逊式悬架，最后围绕麦弗逊式悬架的部件进行设计。
先是弹簧的设计计算，再是减振器的计算选型，最后是横向稳定杆的设计。
关键词：悬架；麦弗逊式；设计AbstractSuspension is an important element of one of the modern automobile, it flexibly to link the chassis (orbody) and axle (or tires) . Its main role is the role of transmission in the bodybetween the wheels and all the power and moment, such as support of, system dynamics anddriving force, and easing the road to the whole body impact load, decay resulting vibration,ensure the comfort of the crew, cargo and vehicles reduce their moving load.The main stress is front suspension design，Training emphasis from the former car models,and models Absorber calculations, flexible choice of components and models and forms ofstabilizer bar design data.First of all, I have a different form of a suspension of the advantages and disadvantagescompared to the previous suspension of the car and then set form Eastar on suspension.Then design around Eastar suspension components. First, the spring-loaded design terms,to be absorber calculation models, a horizontal stabilizer bar final calculation. stabilizer bar.Keyword : Suspension, Macpherson ,Design目录摘要 (I)Abstract (II)1绪论 (1)1.1课题背景和意义 (1)1.2 悬架的发展历史和现状 (2)1.3 悬架的发展趋势 (4)1.4课题主要内容和研究目的 (5)2悬架结构方案分析 (6)2.1 悬架总成分析 (6)2.2独立悬架优缺点分析 (7)2.3独立悬架特点与分类 (8)2.3.1双横臂式悬架结构及特性分析 (8)2.3.2单横臂式悬架结构及特性分析 (9)2.3.3单纵臂式悬架结构及特性分析 (10)2.3.4单斜臂式悬架结构及特性分析 (11)2.3.5麦弗逊式悬架结构及特性分析 (12)2.1.6扭转梁式悬架结构及特性分析 (13)3麦弗逊式独立悬架设计 (14)3.1麦弗逊式独立悬架设计概述 (14)3.3麦弗逊悬架的结构分析 (15)3.4悬架的弹性特性设计 (16)3.5 悬架挠度fc 的设计 (17)3.5.1悬架静挠度 fc 的设计 (17)3.5.2悬架动挠度fd设计 (18)3.6悬架弹性元件设计 (18)3.6.1螺旋弹簧分析 (18)3.6.2螺旋弹簧的材料及许用应力选择 (19)3.6.3 弹簧参数的计算选择 (20)3.6.4计算空载刚度 (20)3.6.5计算满载刚度 (20)3.6.6按满载计算弹簧钢丝直径 (21)3.6.7螺旋弹簧校核 (21)3.6.8小结 (22)3.7导向机构设计 (23)3.7.1导向机构的设计要求 (23)3.7.2导向机构的布置参数 (24)3.7.3导向机构的受力分析 (27)3.7.4横臂轴线布置方式的选择 (27)3.7.5横摆臂参数对车轮定位参数的影响 (28)3.7.6 导向机构建模 (29)3.8 减振器的设计 (30)3.8.1减振器的简单分类 (30)3.8.2双向筒式液力减振器工作原理 (30)3.8.3相对阻力系数ψ (31)3.8.4减振器阻尼系数δ的确定 (32)3.8.5减振器工作缸直径D的确定 (33)3.8.6小结 (33)3.9横向稳定器 (34)3.10 悬架结构元件 (35)4 前轮定位参数 (37)4.1主销后倾角 (37)4.2主销内倾角 (39)4.3 前轮外倾角 (40)4.4前轮前束 (41)5 麦弗逊悬架其他零件基于CATIA的建模 (43)5.1车轮的建模 (43)5.2车轮轴承建模 (44)5.3转向节建模 (44)5.4 减振器与转向节连接件建模 (45)5.5 车架和横向稳定器联合建模 (45)5.6 麦弗逊悬架建模装配图 (46)6 基于adams的悬架仿真分析 (47)6.1主销内倾角仿真分析 (47)6.2 主销后倾角分析 (47)6.3前轮外倾角分析 (48)6.4 车轮跳动量分析 (49)6.5 前轮前束分析 (49)6.6定位参数与车轮跳动量联合分析 (50)6.7小结 (51)结束语 (52)致谢.............................................................................................. 错误！未定义书签。
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°。
某车型麦弗逊转向悬架分析与优化设计秦伟;耿庆松;黄勇刚;杜力;张伟【摘要】针对某轿车改款为SUV,抬高车身后悬架系统重新布局,出现前麦弗逊转向悬架在车轮上跳行程朝正前束变化,整车趋于过度转向,且阿克曼偏差较大,转向过程中轮胎磨损较大的不良情况,根据悬架结构特点,利用其几何约束条件,分别对有无转向拉杆时的悬架运动学进行了分析,揭示了转向拉杆对车轮前束角与外倾角的影响量.通过转向梯形断开点位置对阿克曼特性和前束角的影响分析以及整车实际空间布局限制,建立了优化设计模型,在Matlab中进行了优化计算.优化结果避免了前束恶化现象,并减小了阿克曼偏差,从而提高了整车操纵稳定性,并减少了汽车转向过程中的轮胎磨损.【期刊名称】《农业机械学报》【年(卷),期】2014(045)010【总页数】7页(P15-21)【关键词】麦弗逊悬架;转向梯形;定位参数;优化设计【作者】秦伟;耿庆松;黄勇刚;杜力;张伟【作者单位】重庆大学机械工程学院,重庆400044;重庆大学机械工程学院,重庆400044;重庆工商大学机械工程学院,重庆400067;制造装备机构设计与控制重庆市重点实验室,重庆400067;重庆工商大学机械工程学院,重庆400067;制造装备机构设计与控制重庆市重点实验室,重庆400067;重庆大学机械工程学院,重庆400044【正文语种】中文【中图分类】TH122;U463.4引言某轿车通过更换大轮胎（由 185/60R15换用195/65R15）改款为SUV，抬高车身后悬架系统重新布局，根据 ADAMS/Car仿真发现其前麦弗逊转向悬架车轮上跳行程朝正前束变化，且阿克曼偏差较大。
为了改善此不良情形，对该车型前麦弗逊转向悬架进行运动学分析，并对转向梯形进行优化设计［1-3］。
对独立悬架而言，合理设计转向梯形，可有效减少汽车在行驶过程中的前轮摆振，提高操纵稳定性，并减少轮胎磨损。
转向梯形优化设计的主要方法有：考虑转向车轮跳动对转向误差的影响，建立非线性的机构运动学模型进行优化分析［4-7］；应用空间机构学原理，针对转向拉杆与悬架机构的干涉问题优化断开点位置［8-9］；在 ADAMS/Car中建立悬架转向系统模型，并利用 ADAMS/Insight对断开点进行优化计算［10-14］等。
