麦弗逊悬架硬点对整车转向特性影响研究

姜宏霞，李戍斌，谢翠花（.上汽通用五菱汽车股份有限公司，. 柳州孔辉汽车科技有限公司 柳州 545007）

麦弗逊悬架硬点对整车转向特性影响研究

姜宏霞1，李戍斌1，谢翠花2
（1.上汽通用五菱汽车股份有限公司，2. 柳州孔辉汽车科技有限公司 柳州 545007）

利用悬架的K&C特性试验数据和车辆整车信息及定位参数建立了基于CarSim的整车模型，并加以验证，分析整车转向特性仿真试验分析麦弗逊悬架K特性对其灵敏度影响，并将灵敏度大的设计因子作为更改前悬硬点的设计目标，联合Adams/Insight软件对前悬硬点做灵敏度分析，找出对该设计因子影响较大的硬点，建立了该悬架硬点与整车转向特性的关联性。

四轮定位；K特性；硬点；转向特性；

1 引言

麦弗逊独立悬架具有结构简单、非簧载质量小、发动机及转向系易于布置等优点，被广泛应用于中低端市场的产品开发中。在公司现有车型中，前悬架布置都采用该悬架型式。通过改变该悬架的硬点（底盘关键零件的安装点）位置，会对悬架运动学（K特性）性能有影响，进而影响到整车动力学性能。因此在整车开发初期或者在对现有车型性能的提升阶段，如何通过对悬架硬点的更改来达到设计者预期的整车动力学性能是倍受关注的核心问题之一［1］［2］。

汽车的转向特性作为车辆操纵稳定性的重要组成部分，对车辆的主动安全性起着至关重要的作用，它包括稳态转向特性和瞬态转向特性。前者一般通过稳态回转试验获得评价指标，后者一般通过角阶跃试验获得评价指标［3］。

鉴于此问题，基于某车型实测K&C试验数据，依托整车参数化仿真平台CarSim，探索麦弗逊悬架运动学（K特性）对整车转向性能影响较大的因素，再联合Adams/Car、Adams/Insight软件，对该悬架各硬点进行灵敏度分析，找出对该悬架运动学因素影响较大的硬点，从而可以通过更改该硬点的位置获得预期的整车转向性能。

2　建立基于CarSim软件的整车模型

CarSim软件是基于总成特性参数建模的多体动力学软件，该建模方式不需要考虑总成的具体结构形式、硬点坐标、衬套特性以及杆件质量等详细参数，而将通过反映总成性能的惯性参数、刚度参数、阻尼参数等信息输入即可完成模型的建立［4］。建模简单，专业性能好，特别适用于特定工程领域，能够比较准确的模拟实车整车操稳试验。

2.1整车信息参数

某微车整车参数信息如表一所示：

表一 整车参数信息表

2.2整车模型

建模时，空气动力学、发动机参数、制动系、传动系均采用系统缺省值，所建整车模型如图1所示：

2.3模型的验证

按照GB/T 6323—2014汽车操纵稳定性试验方法进行仿真验模，主要进行稳态回转试验、转向回正试验、转向轻便试验、转向盘角阶跃及转向盘中心区操纵稳定性试验的模拟。将CarSim模型与实际操稳数据进行对比，从图2中可以看出，仿真曲线与试验曲线存在偏差但是变化趋势一致，这主要是由于一些客观因素造成的如转向系统惯量的估算，轮胎模型与实际模型的差异等，故可判断此仿真模型是准确可行的。

3　前轮定位参数对整车转向特性的影响

利用验证后的Carsim整车模型分析前悬架K特性变动对整车转向特性的影响。前轮定位主要包括主销后倾角、主销内倾角、前轮外倾角和前轮前束四个内容，车轮定位的作用是使汽车保持稳定的直线行驶和转向轻便，并减少汽车在行驶中轮胎和转向机件的磨损［4］。当主销轴线和制动器中心轴夹角一定时，主销内倾角和前轮外倾角变化是一致的，故现通过调整前轮前束角、前轮外倾角、主销后倾角随轮跳变化梯度值来了解悬架性能对整车转向特性的影响。在做转向特性分析时，选择定方向盘转角的稳态试验，角阶跃的瞬态试验。

3.1前轮定位参数运动学参数设置

由于原车型前悬架跳动转向及侧倾度都不为0，且呈现一定的非线形性，为了方便对比前束角、外倾角、主销后倾角对操纵稳定性的影响，选取K特性试验满载时的前轮定位参数运动学斜率1作为基准线进行研究。将前束角随轮跳变化梯度由-7deg/m分别变为-14deg/m和0deg/m，外倾角随轮跳变化梯度由-19.8deg/m分别变为0deg/m和-39.6deg/m，主销后倾角的变化梯度由-6deg/m分别变为0deg/m和-12deg/m，负号代表车轮上跳时前轮外张、整车趋于不足转向，考察其对转向特性的影响。前轮定位参数运动学特性参数设置如表二所示：

表二 前轮定位参数运动学特性参数设置表

3.2前轮定位参数K特性对稳态特性的影响

稳态回转试验-定方向盘转角工况：车辆以10m/s的速度沿半径15m的圆周行驶，稳定10s后，固定方向盘转角，以0.25m/s2的纵向加速度均匀加速行驶，直到车辆侧向加速度达到6.5m/s2，前轮定位参数K特性梯度对前后轴侧偏角差值与侧向加速度关系的影响分别如图3、4、5所示：

不足转向度U即前后轴侧偏角差值与侧向加速度的关系曲线是稳态回转试验的一个重要的评价指标［5］，从图3，4，5可以看出，前束角对不足转向度U的影响最大。

3.3前轮定位参数K特性对瞬态特性的影响

方向盘角阶跃工况：车辆以25m/s车速匀速直线行驶，1s时方向盘阶跃输入，起跃时间为0.1s，仿真过程中保持车速不变。车轮上跳时前轮外张得越大，横摆角速度超调量越大，响应越快。前轮定位参数K特性参数的改变对横摆角速度的影响分别如图6、7、8所示：

横摆角速度响应时间T即侧向加速度值为2m/s^2时的横摆角速度响应时间是转向盘角阶跃试验的性能评价指标［5］,从图6、7、8中可以看出，前束K特性变化梯度对响应时间T影响最大。

3.4前束角对转向特性的影响分析

前轮上跳时外张，整车趋于不足转向特性，且前束角随轮跳变化梯度越大，整车不足转向趋势越明显，但是变化越大，会引起轮胎的过度磨损，同时也会降低汽车的转向灵敏度。

前束角随轮跳变化梯度越大，角阶跃工况时，横摆角速度超调量越大，响应越快。

为了快速高效的调试车辆的转向特性，可以通过更改车辆前束角的K特性来进行试验，但更改其K特性，又与悬架的硬点是密不可分的，在此，通过CarSim和ADAMS/Car、Adams/Insight软件仿真，对整车转向特性进行调校和优化。

4　悬架硬点对前束角K特性灵敏度分析

4.1悬架结构及硬点信息

悬架结构如图9所示：

表三 硬点信息表

4.2麦弗逊悬架Adams模型

根据4.1悬架硬点信息建立Adams/Car麦弗逊结构模型如图10所示：

4.3悬架硬点灵敏度分析

在已建立的Adams/Car模型中仿真平行轮跳后，进入Adams/Insight中添加设计目标及设计变量，设置设计目标为前束角（Toe），选取与Toe角变化影响较大的硬点作为设计变量：

1）左摆臂外点x坐标： hpl_lca_outer.x；

2）左摆臂前点y坐标： hpl_lca_outer.y；

3）左摆臂前点z坐标： hpl_lca_outer.z；

4）减振器上点x坐标： hpl_top_mount.x；

5）减振器上点y坐标： hpl_top_mount.y；

6）减振器上点z坐标：ground.hpl_top_mount.z。

通过Adams/Insight分析得出结果，如图11所示：

设计变量的%Effect越大，证明其变化对设计目标的影响越显著，从图11中Main Effects for Response.toe可以得出，平行轮跳工况：Toe对摆臂外点Z坐标的变化最灵敏。

为此，在车辆调试及优化的过程中，可以微调摆臂外点Z值来改变Toe的K特性，从而优化整车操纵稳定性。

5　结论

（1）通过分析可以很清楚地看到前轮定位参数K特性参数变化对整车转向特性影响，分析结果可以作为车辆调试的理论基础；

（2）在前悬硬点对前轮前束角K特性分析中可以看出，微调前悬摆臂外点Z坐标值来改善前束角K特性。

（3）基于此种优化思路，可以对整个悬架的硬点进行整车操稳灵敏度分析，形成庞大的数据库，对新车型开发提供理论支持。

［1］孙万军，毛范海，应用虚拟产品开发技术进行产品开发，北京：CAD/CAM与制造业信息化，1999（22）.

［2］王蠡，项党陈碌，吴磊.扭力梁后桥总成参数对整车转向特性影响的分析.汽车工程 2011（V01.33）No.1.

［3］魏孝斌，冷最，王宁生，基于虚拟环境下的产品开发技术研究，沈阳：机械设计与制造， 2002（3）.

［4］王爽. 某微车悬架K&C特性研究及其对整车操纵稳定性的影响. 长春：吉林大学, 2008.

［5］郭孔辉，王德宝，伦景光，何炳炎.汽车操纵稳定性指标限值与评价方法.中国汽车技术研究中心标准化研究所，QC/T 480-1999.

专家推荐

李少华：

悬架硬点与整车转向特性的关联性分析，对整车操稳设计有一定的参考价值和指导作用。

Study Of Front Macpherson Suspension Hard Points For Influence On The Vehicle Steering Characteristics

JIANG Hong-xia1, LI Shu-bin1, XIE Cui-hua2
（ 1.SAIC-GM-Wuling Automobile Co,.Ltd, Liuzhou 545007, China；2. KH Automotive Technologies （Liuzhou） Co.,Ltd., Liuzhou 545007, China ）

A full vehicle model is established basing on CarSim using suspension test data of K&C characteristics, vehicle information and Wheel alignment parameters, and then verified. Firstly, analyzing the influence of McPherson suspension K to the characteristics of the turning of the vehicle；secondly, finding out the great influence of it as design objective, through the Adams/Insight to do the sensitivity analyze of hard points； lastly, establish the relevance of the suspension hard points and the vehicle steering characteristics.

four wheel alignment； K characteristic； Hard points； Steering characteristics

U462.3

A

1005-2550（2016）03-0042-05