汽车双横臂独立悬架动力学建模与优化设计

何名基

摘 要：随着汽车行业的发展，对汽车的操控稳定性和整车舒适性要求是越来越高。目前越来越多商用车使用了独立悬架系统，提高整车的操控稳定性和舒适性。基于此。本文结合工作内容，重点针对汽车双横臂独立悬架系统展开了分析和研究，并且提出了相应的优化设计要点，以供参考。

关键词：汽车 悬架系统 优化设计

Dynamic Modeling and Optimal Design of Automobile Double Wishbone Independent Suspension

He Mingji

Abstract：With the development of the automobile industry， the requirements for the handling stability of the automobile and the comfort of the vehicle are getting higher and higher. At present， more and more commercial vehicles use independent suspension systems to improve the handling stability and comfort of the vehicle. Based on the work content， this article focuses on the analysis and research on the double wishbone independent suspension system of the automobile， and puts forward the corresponding optimization design points for reference.

Key words：automobile， suspension system， optimized design

随着我国社会经济的快速发展以及人们对整车的深入认识，人们对整车的操控稳定性和舒适性也越来越高。在选购汽车过程中，都会将整车的操控稳定性和舒适性作为一个购车的对比重点。

悬架系统作为汽车底盘结构当中重点构成环节，悬架系统的性能直接影响到了整车的操控稳定性和舒适性。悬架系统位于车辆和车轮的中间，包含了摆臂转向系统副车架、转向器以及轮胎等相关构件，主要功能是通过悬架弹簧，有效减少路面不平所带来的车辆底盘冲击，通过稳定杆的作用以及在转向过程中的侧倾角，保证整车的转弯稳定性。因此对于整车来讲，要想有效提高操控稳定性和舒适性，首要任务时对悬架系统进行优化设计。

本文以目前在商用车上日益流行的双横臂独立悬架系统为模型，进行优化分析，并提出了相应的优化设计方法。在双横臂独立悬架系统设计过程中，合理的设计上下摆臂的长度和角度的，可有效提高车轮的定位精度、有效降低侧倾中心高度和中心高度，使得整车在弯路当中的表现更加稳定，有效提高整车行驶安全性。

1 双横臂独立悬架系统建模

运用ADAMS/Car软件来对悬架系统、汽车转向系统以及车轮系统进行模拟分析，并且建立了整个动力学模型，对其中影响比较小的系统因素进行了有效的简化处理。

首先，根据设计参数建立出双横臂独立悬架，其中还包含了一些弹性元件以及稳定杆系统。

其次，依照各个构件的设计位置不同，对长度和铰接的对应关系加以确认。

模型如图1所示：

在双臂独立悬架动力学的建模工作中，大量的结构参数和动力参数的准确度直接关系到后续仿真结果的准确性，因此在双横臂悬架仿真模型的建设过程中，需要注意硬点参数以及相关系统弹性元件的属性参数的准确性。

2 双臂独立悬架系统分析

车轮的跳动情况可以有效反映出车辆悬架系统的运动特点。从车轮的跳动数据模型中可以获取悬架系统的刚性程度、车轮的外倾角以及侧向位移等随着车轮跳动所产生的变化特点，如图2所示：

通过模拟数据分析之后，依照车辆前后悬架的偏差比例，确定前悬架的线性段刚性程度为33N/mm，具体的取值范围在±10mm之间。从图2当中的数据分析可以看出，前侧中心的高度在设计负载的状态下为79mm，保持在合理的设计范围之内，侧倾的中心高度直接影响到了汽车悬架系统的稳定性，侧倾中心越高，车轮之间的间距变化也就越大，则对轮胎的磨损越严重。同时侧倾中心越高，在弯道过程中越容易翻车。因此，在进行悬架设计工作中，必须要对这些问题加以充分考虑。

轮心的纵向位移变化主要表现在车轮在跳动过程当中，轮胎之间的距离所产生的变化。通过上图分析可以得出，车轮在上跳过程中车轮的中心和车辆的行驶方向会产生一定的偏差，直接影响到了车辆的行驶舒适程度以及稳定性。

3 双横臂独立悬架设计优化设计

通过使用Adams实验设计优化方法，在同一个研究系统框架下，对各种影响因子和影响关系来加以确认，完成对整个独立悬架系统的优化和设计。

在本次实验优化设计工作中采取了单因子设计的方法，所谓单因子设计方法主要指的是在优化实验工作中对一个单独的因子的变化水平来进行判断，其他的变化因子初始状态保持不变，对其中一个单因子的影响程度来进行研究和分析。单因子优化设计方法具有计算量较小，计算速度较快，可以在一些无交叉性或者是弱交互性的优化实验当中来进行分析，如图3所示：

通过对悬架模型的反向轮跳、纵向力工以及侧向力工状况的仿真实验分析之后得出，造成悬架纵向冲击舒适性较差的具体原因，为后续的优化工作提供出了必要的工作借鉴。

4 结束语

通过优化设计，由于悬架系统内部的上下摆臂在标准的设计荷载上有向下倾斜的状况，因此车轮的间距会随着车轮的跳动先增加后減小，然后随着车辆的负载状态表现为先上升后下降，可以有效避免轮胎产生过度磨损问题，提高了车辆的使用安全。

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