楊如冰

（江鈴汽車集團(tuán)改裝車股份有限公司，江西 南昌 330001）

麥弗遜前懸架多工況KC特性DOE分析

楊如冰

（江鈴汽車集團(tuán)改裝車股份有限公司，江西 南昌 330001）

為了研究某麥弗遜前懸架在多工況下，下擺臂、轉(zhuǎn)向橫拉桿和減震器上的硬點(diǎn)對其KC特性的影響，建立麥弗遜前懸架多體動(dòng)力學(xué)模型，對其多工況的KC特性進(jìn)行仿真分析。將各硬點(diǎn)作為設(shè)計(jì)參數(shù)，采用最優(yōu)超拉丁超立方設(shè)計(jì)方法其進(jìn)行DOE分析，得到了各個(gè)設(shè)計(jì)變量對KC性能值的靈敏度結(jié)果。

麥弗遜前懸架；多體動(dòng)力學(xué)；最優(yōu)超拉丁超立方設(shè)計(jì)；靈敏度

引言

前懸架的KC（Kinematic and Compliance）特性[1,2]對汽車的平順性、舒適性和操穩(wěn)性影響比較大，其中各個(gè)懸架硬點(diǎn)直接影響著KC特性。在前懸掛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，其硬點(diǎn)的合理設(shè)計(jì)安排特別重要。為了研究某麥弗遜前懸架在多工況下，下擺臂、轉(zhuǎn)向橫拉桿和減震器上的硬點(diǎn)對其KC特性的影響，基于多體動(dòng)力學(xué)原理建立前懸架動(dòng)力學(xué)仿真模型，對其進(jìn)行KC性能分析，并且對其進(jìn)行DOE（Design of Experiments）分析，通過 DOE分析得到靈敏度結(jié)果，從而得到各個(gè)設(shè)計(jì)變量對其KC特性的影響。

1 建立前懸架動(dòng)力學(xué)模型

麥弗遜前懸架主要包含減副車架、穩(wěn)定桿、轉(zhuǎn)向節(jié)、下擺臂、轉(zhuǎn)向橫拉桿、彈簧等，基于多體動(dòng)力學(xué)原理和Adams/Car軟件[3,4]中的麥弗遜懸架模塊設(shè)置硬點(diǎn)參數(shù)、彈簧剛度等參數(shù)，建立前懸掛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型如圖1所示。

圖1 麥弗遜前懸架動(dòng)力學(xué)模型

2 KC性能分析

KC性能分析工況包括同向回正力矩、反向回正力矩、同向側(cè)向力、反向側(cè)向力、制動(dòng)力、驅(qū)動(dòng)力、平跳、反跳和轉(zhuǎn)向。如圖2所示為平跳工況時(shí)前束角變化曲線，由圖2可知，麥弗遜前懸架前束角的初始值為0.22°，整車表現(xiàn)為不足轉(zhuǎn)向。如圖3所示為反跳工況時(shí)外傾角變化曲線，由圖3可知，麥弗遜前懸架外束角的初始值為0.8°，當(dāng)整車由左轉(zhuǎn)至右轉(zhuǎn)時(shí)，外傾角逐漸減小至零，同樣表現(xiàn)為不足轉(zhuǎn)向。

圖2 平跳工況時(shí)前束角變化曲線

圖3 反跳工況時(shí)前束角變化曲線

3 DOE分析

3.1 分析流程

圖4 Isight優(yōu)化流程

表1 設(shè)計(jì)變量范圍

為了研究該麥弗遜前懸架在多工況下，下擺臂前（后、外）點(diǎn)、轉(zhuǎn)向橫拉桿內(nèi)（外）點(diǎn)和減震器上（下）點(diǎn)對其KC特性的影響，現(xiàn)選取它們的x、y和z坐標(biāo)作為設(shè)計(jì)變量，以KC性能的最大值和最小值作為目標(biāo)響應(yīng)，采用Isight軟件[5]和最優(yōu)超拉丁超立方設(shè)計(jì)方法其進(jìn)行DOE分析。如圖4所示為Isight優(yōu)化流程，導(dǎo)入各個(gè)工況KC性能分析的命令流與結(jié)果文件，對硬點(diǎn)坐標(biāo)和目標(biāo)響應(yīng)值進(jìn)行解析，DOE組件中選取最優(yōu)超拉丁超立方設(shè)計(jì)方法，試驗(yàn)次數(shù)為 400，設(shè)置設(shè)計(jì)變量范圍，如表1所示。

3.2 分析結(jié)果

如圖 5和圖 6所示分別是制動(dòng)工況時(shí)傾角和前束角的Pareto圖。由圖5可知，轉(zhuǎn)向橫拉桿外點(diǎn)x坐標(biāo)、轉(zhuǎn)向橫拉桿內(nèi)點(diǎn)x坐標(biāo)分別對外傾角和和前束角的最大值具有較大的負(fù)效應(yīng)和正效應(yīng)。由圖6可知，轉(zhuǎn)向橫拉桿外點(diǎn)x坐標(biāo)對外傾角和和前束角的最小值都具有較大的正效應(yīng)。

圖5 制動(dòng)工況時(shí)外傾角的Pareto圖

圖6 制動(dòng)工況時(shí)前束角 的Pareto圖

4 結(jié)論

基于多體動(dòng)力學(xué)原理建立麥弗遜前懸動(dòng)力學(xué)仿真模型，對其多工況的KC特性進(jìn)行分析，得到麥弗遜前懸架的外傾角值、后傾角值、內(nèi)傾角值和前束角值等，將下擺臂、轉(zhuǎn)向橫拉桿和減震器上的硬點(diǎn)坐標(biāo)作為設(shè)計(jì)變量，對其 K&C特性的影響，將KC性能的最大值和最小值作為目標(biāo)響應(yīng)，基于Isight軟件建立優(yōu)化流程對其進(jìn)行DOE分析。通過DOE分析得到靈敏度結(jié)果（Pareto圖），從而得到各個(gè)設(shè)計(jì)變量對其KC特性的影響，分析結(jié)果能夠?yàn)楹侠磉x擇修改參數(shù)提供依據(jù)。

[1] 宋曉琳,毛開楠,李葉松,等.麥弗遜前懸架硬點(diǎn)參數(shù)的靈敏度分析和優(yōu)化[J].現(xiàn)代制造工程,2010（6）:106-110.

[2] 尹榮惠.KC特性在懸架設(shè)計(jì)及整車操穩(wěn)性能開發(fā)中的運(yùn)用與分析[D].北京:清華大學(xué),2014.

[3] 向鐵明,沈理真.基于 ADAMS的某賽車前懸架桿系優(yōu)化[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào),2014,36（4）:486-490.

[4] 孫明浩.基于ADAMS/Car的汽車懸架優(yōu)化與操穩(wěn)性仿真研究[D].錦州:遼寧工業(yè)大學(xué),2014.

[5] 張翼翔.基于 Isight的集中潤滑系統(tǒng)建模分析及多目標(biāo)設(shè)計(jì)優(yōu)化研究[D].廣州:華南理工大學(xué),2016.

DOE Analysis of Multi-condition KC Characteristic of McPherson Front Suspension

Yang Rubing
（Modified Vehicle Corporation Limited of Jiangling Motors Group, Jiangxi Nanchang 330001）

Aiming at researching the influence of the lower swing arm, steering rod and shock absorber position on the KC characteristics, the multi-body dynamic model of McPherson front suspension was established, the KC characteristics of multi-conditions are simulated and analyzed. The coordinate were used as the design parameters, it was DOE analysised by adopting the method of optimal latin hypercube design, the sensitivity of design variables to KC characteristics were obtained.

mcpherson front suspension; multibody dynamics; optimal latin hypercube design; sensitivity

TH16

A

1671-7988(2017)22-105-02

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2017.22.038

楊如冰（1984.01-），女，助理工程師，生物工程學(xué)士學(xué)位，江鈴汽車集團(tuán)改裝車股份有限公司，主要從事改裝車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。

CLC NO.:TH16

A

1671-7988(2017)22-105-02