基于ADAMS/CAR的麦弗逊悬架动力学的研究

图3 优化前后主销后倾角对比(红色为未优化，蓝色优化后)

(3)主销内倾角(kingpin inclination angle)

主销内倾角可以使汽车转向自动回正和转向操作轻便，在车轮跳动时，主销内倾角变化较大，将会使转向沉重，加速轮胎磨损。实际设计时，大致的范围在7～13，希望取较小数值。因此设计要求主销内倾角不能太大，从图4中可以看出，麦弗逊悬架优化后的主销内倾角和主销后倾角一样，虽然变化趋势变化不大，但是幅值减小，提高了汽车的转向能力，转向操作更为轻便，减小了轮胎的磨损。

图4 优化前后主销内倾角的对比(红色为未优化，蓝色优化后)

(4)主销偏距(scrub radius)

汽车转向时，转向轮绕主销转动，地面对转向的阻力力矩与主销偏距的大小成正比，主销偏距越小，转向力矩也越小，所以设计要求一般希望主销偏距小一些，以减小转向操纵力以及地面对转向系统的冲击。主销偏距与主销内倾角是密切相关的，通过调整主销内倾角可以得到不同的主销偏距。从图5看出，优化前的主销偏距在13～23.5之间，然而优化后主销偏距2.9～19之间，幅值大为减少，对悬架性能和整车的操稳性有了显着改善。

图5 优化前后主销偏距对比(红色为未优化，蓝色优化后)

(5)前轮前束角(toeangle)

车轮前束角的作用主要是减少汽车前进中因前轮外倾和纵向阻碍力致使前轮前端向外滚开所造成的不良后果。对于汽车前轮，车轮上跳动的前束角值大多设计在零附近变化。设计值取在零附近是为了控制直行时由路面的凹凸引起的前束变化，确保良好的直行稳定性。另外，此弱负前束的变化是为了使整车获得弱的不足转向特性。当车轮行驶时，前束的变化过大，将会影响车辆的直线行驶稳定性，同时增大与地面间的滚动阻力，加剧轮胎的磨损，因此前束角的设计原则是车轮跳动时，变化量越小越好。如图6所示，麦弗逊式悬架优化后变化幅度大幅变小，增强直线稳定性，悬架性能和整车操纵稳定性得到提高。

从上述的五个参数的对比可以得出看出，优化后的麦弗逊悬架在各个参数上都有显着的改善，整个系统性能和整车的操纵稳定性要要提高很多，从而为麦弗逊悬架的设计和制造提供改进的理论依据，对实际的悬架设计过程具有指导作用。但是受到车身布置的限制，对硬点坐标值的优化只能局限在一定的小范围内，所得到的最优值也是一个相对值，而非绝对的最优值。

图6 优化前后前轮前束角的对比(红色为未优化，蓝色优化后)

四、结论

应用多体动力学软件ADAMS/CAR，基于多系统动力学理论，在ADAMS/CAR中构建麦弗逊悬架模型，对影响车辆操稳性的特性参数进行动力学仿真分析，并对硬点参数做了优化，通过优化可以得到关键硬点的坐标最优值。结果表明，在ADAMS/CAR中，通过悬架硬点坐标参数的优化可以提高悬架的操纵稳定性，从而为麦弗逊悬架的设计和制造提供改进的理论依据，对实际的悬架设计过程具有指导作用。