李海亮，馮 畢，陳 濤Li Hailiang，F(xiàn)eng Bi，Chen Tao

麥弗遜懸架主銷軸線對(duì)半軸滑移的影響

李海亮，馮 畢，陳 濤
Li Hailiang，F(xiàn)eng Bi，Chen Tao

（北京汽車研究總院有限公司，北京 101300）

麥弗遜懸架由于結(jié)構(gòu)緊湊、占據(jù)空間小，以及易于安裝橫置發(fā)動(dòng)機(jī)，所以在轎車和輕型客車上應(yīng)用廣泛。利用MATLAB建立和求解某款車型的麥弗遜懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，通過(guò)調(diào)整擺臂外點(diǎn)位置改變主銷軸線內(nèi)傾角和后傾角，分析不同狀態(tài)下懸架的跳動(dòng)和轉(zhuǎn)向?qū)Π胼S移動(dòng)節(jié)位移和擺角的影響，為后續(xù)懸架調(diào)整提供理論依據(jù)。

麥弗遜懸架；主銷軸線；半軸滑移；MATLAB

0 引 言

麥弗遜懸架具有結(jié)構(gòu)緊湊、占據(jù)空間小、成本低廉及維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，在轎車和輕型客車上得到廣泛應(yīng)用。麥弗遜式獨(dú)立懸架的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性不僅影響汽車操縱穩(wěn)定性、乘坐舒適性、行駛平順性和輪胎使用壽命等方面，而且對(duì)半軸的滑移和擺角也有較大影響。

整車設(shè)計(jì)布置中，理論上半軸固定節(jié)的中心與主銷軸線重合[1]，但實(shí)際中由于各種原因，半軸固定節(jié)的中心與主銷軸線有一定距離，本文在麥弗遜懸架模型上，引入半軸的運(yùn)動(dòng)模型，通過(guò)調(diào)整下擺臂外點(diǎn)的、坐標(biāo)改變主銷軸線，并分析對(duì)半軸位移和擺角的影響，為后續(xù)調(diào)整提供理論依據(jù)。

1 麥弗遜懸架模型

麥弗遜懸架結(jié)構(gòu)如圖1所示，提取硬點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)化后如圖2[2]所示。

為研究主銷軸線對(duì)半軸滑移的影響，調(diào)整懸架點(diǎn)的、坐標(biāo)，使半軸固定節(jié)節(jié)心點(diǎn)過(guò)懸架的主銷軸線，調(diào)整后整備狀態(tài)下各懸架硬點(diǎn)坐標(biāo)如圖3所示。

在軟件CATIA中根據(jù)圖3建立左懸架模型（左右懸架對(duì)稱），并給出相應(yīng)約束，完成DMU（Dynamic Model Update，動(dòng)態(tài)模型更新），直線為主銷軸線，設(shè)置跳動(dòng)控制點(diǎn)為輪心點(diǎn)的坐標(biāo)值，轉(zhuǎn)向控制點(diǎn)為拉桿內(nèi)點(diǎn)的坐標(biāo)值。

圖1 麥弗遜懸架結(jié)構(gòu)

注：A為滑柱上點(diǎn)；B為滑柱下點(diǎn)；C為控制臂外點(diǎn)；D為控制臂前點(diǎn)；E為控制臂后點(diǎn)；F為轉(zhuǎn)向拉桿外點(diǎn)；G為轉(zhuǎn)向拉桿內(nèi)點(diǎn)；H為輪心點(diǎn)；I為半軸固定節(jié)節(jié)心；J為半軸移動(dòng)節(jié)節(jié)心；CK與DE垂直。

圖3 懸架各硬點(diǎn)坐標(biāo)值

通過(guò)懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)結(jié)構(gòu)特性[3-5]，分析各個(gè)空間點(diǎn)的相對(duì)關(guān)系，利用MATLAB建立數(shù)學(xué)模型[2]，計(jì)算出各硬點(diǎn)的空間坐標(biāo)。

2 主銷軸線變化對(duì)位移和擺角的影響

2.1 半軸固定節(jié)節(jié)心I在主銷軸線上

圖3中點(diǎn)在主銷軸線上，根據(jù)MATLAB硬點(diǎn)坐標(biāo)模型，進(jìn)行轉(zhuǎn)向和跳動(dòng)模擬，得到半軸位移擺角曲線如圖4所示。

圖4 半軸位移擺角曲線（半軸節(jié)心通過(guò)主銷軸線）

該狀態(tài)的主銷軸線內(nèi)傾角為13.799°，主銷后傾角為7.001°。圖4中不轉(zhuǎn)向跳動(dòng)、左極限跳動(dòng)、右極限跳動(dòng)曲線基本重合，由此可知：當(dāng)固定節(jié)節(jié)心與主銷軸線重合時(shí)，轉(zhuǎn)向?qū)Π胼S的位移擺角曲線無(wú)明顯影響。

2.2 控制臂外點(diǎn)C的X坐標(biāo)前移

將圖3中控制臂外點(diǎn)的坐標(biāo)值正向移動(dòng)5 mm和10 mm，得到半軸位移擺角曲線如圖5所示。

當(dāng)點(diǎn)的坐標(biāo)值增加5 mm，主銷后傾角減小0.404°；當(dāng)點(diǎn)的坐標(biāo)值增加10 mm，主銷后傾角減小0.808°；二者的主銷內(nèi)傾角均沒(méi)有變化。兩種情況下，半軸固定節(jié)中心到主銷軸線的距離分別為4.046 mm和8.098 mm。由圖5可知：不轉(zhuǎn)向跳動(dòng)、左極限跳動(dòng)和右極限跳動(dòng)曲線隨坐標(biāo)值變化較明顯，對(duì)于左懸架，車輛左轉(zhuǎn)時(shí)半軸軸桿拉伸，車輛右轉(zhuǎn)時(shí)半軸軸桿壓縮；當(dāng)坐標(biāo)值變化5 mm時(shí)，左轉(zhuǎn)極限和右轉(zhuǎn)極限的半軸軸桿相比圖4分別移動(dòng)2.6、2.1 mm（圖5（a）中坐標(biāo)值增加5 mm后的左轉(zhuǎn)極限滑移曲線距離左側(cè)滑脫限制線16.33 mm，圖4中原始左轉(zhuǎn)極限滑移曲線距離左側(cè)滑脫限制線18.94 mm，則坐標(biāo)值變化后左轉(zhuǎn)極限的半軸軸桿移動(dòng)距離為18.94 mm－16.33 mm=2.61 mm；圖5（a）中坐標(biāo)值增加5 mm后的右轉(zhuǎn)極限滑移曲線距離右側(cè)滑脫限制線12.22 mm，圖4中原始右轉(zhuǎn)極限滑移曲線距離右側(cè)滑脫限制線14.34 mm，則坐標(biāo)值變化后右轉(zhuǎn)極限的半軸軸桿移動(dòng)距離為14.34 mm－12.22 mm=2.12 mm；以下各圖計(jì)算方法相同，不再逐一列出），當(dāng)坐標(biāo)值變化10 mm時(shí)，左轉(zhuǎn)極限和右轉(zhuǎn)極限時(shí)的半軸軸桿相比圖4分別移動(dòng)5.4、4.3 mm，坐標(biāo)值變化越大，則半軸軸桿位移越大，考慮整車發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)以及懸架襯套的影響，此時(shí)半軸出現(xiàn)滑脫或者與節(jié)殼頂死的風(fēng)險(xiǎn)較大。

圖5 半軸位移擺角曲線（C點(diǎn)X坐標(biāo)值正向移動(dòng)）

2.3 控制臂外點(diǎn)C的X坐標(biāo)后移

將圖3中控制臂外點(diǎn)的坐標(biāo)值負(fù)向移動(dòng)5 mm和10 mm，得到的半軸位移擺角曲線如圖6所示。

圖6 半軸位移擺角曲線（C點(diǎn)X坐標(biāo)值負(fù)向移動(dòng)）

當(dāng)點(diǎn)的坐標(biāo)值減小5 mm，主銷后傾角增加0.403°；當(dāng)點(diǎn)的坐標(biāo)值減小10 mm，主銷后傾角增加0.805°；二者的主銷內(nèi)傾角均沒(méi)有變化。兩種情況下，半軸固定節(jié)中心到主銷軸線的距離分別為4.039 mm和8.072 mm，與圖5類似，不轉(zhuǎn)向跳動(dòng)、左極限跳動(dòng)和右極限跳動(dòng)曲線隨坐標(biāo)值變化較明顯，但與圖5變化方向相反，對(duì)于左懸架，車輛左轉(zhuǎn)時(shí)半軸軸桿壓縮，車輛右轉(zhuǎn)時(shí)半軸軸桿拉伸；當(dāng)坐標(biāo)值變化5 mm時(shí)，左轉(zhuǎn)極限和右轉(zhuǎn)極限的半軸軸桿相比圖4分別移動(dòng)2.4、2.0 mm，當(dāng)坐標(biāo)值變化10 mm時(shí)，左轉(zhuǎn)極限和右轉(zhuǎn)極限的半軸軸桿相比圖4分別移動(dòng)4.7、3.9 mm，坐標(biāo)值變化越大，則半軸軸桿位移越大，考慮整車發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)以及懸架襯套的影響，此時(shí)半軸出現(xiàn)滑脫或者與節(jié)殼頂死的風(fēng)險(xiǎn)較大。

2.4 控制臂外點(diǎn)C的Y坐標(biāo)內(nèi)移

將圖3中控制臂外點(diǎn)的坐標(biāo)值正向移動(dòng)5 mm和10 mm，得到半軸位移擺角曲線如圖7所示。

圖7 半軸位移擺角曲線（C點(diǎn)Y坐標(biāo)值正向移動(dòng)）

當(dāng)點(diǎn)坐標(biāo)增加5 mm，主銷內(nèi)傾角減小0.387°；當(dāng)點(diǎn)坐標(biāo)增加10 mm，主銷內(nèi)傾角減小0.774°；二者的主銷后傾角均沒(méi)有變化。兩種情況下，半軸固定節(jié)中心到主銷軸線的距離分別為3.963 mm和7.937 mm。由圖7可知：不轉(zhuǎn)向跳動(dòng)、左極限跳動(dòng)和右極限跳動(dòng)曲線隨坐標(biāo)值變化的幅度小于隨坐標(biāo)值變化的幅度；對(duì)于左懸架，車輛左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)半軸軸桿均壓縮；當(dāng)坐標(biāo)值變化5 mm時(shí)，左轉(zhuǎn)極限和右轉(zhuǎn)極限的半軸軸桿相比圖4分別移動(dòng)0.5、1.1 mm，當(dāng)坐標(biāo)值變化10 mm時(shí)，左轉(zhuǎn)極限和右轉(zhuǎn)極限的半軸軸桿相比圖4分別移動(dòng)1.1、2.2 mm，坐標(biāo)值變化越大，則半軸軸桿位移越大。

2.5 控制臂外點(diǎn)C的Y坐標(biāo)外移

將圖3中控制臂外點(diǎn)的坐標(biāo)值負(fù)向移動(dòng)5 mm和10 mm，得到半軸位移擺角曲線如圖8所示。

當(dāng)點(diǎn)坐標(biāo)值減小5 mm，主銷內(nèi)傾角增大0.385°；當(dāng)點(diǎn)坐標(biāo)值減小10 mm，主銷內(nèi)傾角增大0.769°；二者的主銷后傾角均沒(méi)有變化。兩種情況下，半軸固定節(jié)中心到主銷軸線的距離分別為3.948 mm和7.884 mm，與圖7類似，但變化方向相反，對(duì)于左懸架，車輛左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)半軸軸桿均拉伸；坐標(biāo)值變化越大，則半軸軸桿位移越大，與圖7中坐標(biāo)值正向移動(dòng)時(shí)的變化范圍基本相同。

綜上，得到主銷軸線變化對(duì)半軸位移和擺角的影響，結(jié)果見(jiàn)表1。

由表1可知：（1）控制臂外點(diǎn)坐標(biāo)值變化只影響主銷后傾角變化，坐標(biāo)值變化只影響主銷內(nèi)傾角變化，但前者對(duì)轉(zhuǎn)向極限的半軸軸桿的位移影響更大，且前者的左右轉(zhuǎn)向極限曲線位于不轉(zhuǎn)向曲線兩側(cè)，而后者位于不轉(zhuǎn)向曲線同側(cè)；（2）隨著控制臂外點(diǎn)坐標(biāo)值變化幅度增大，主銷后傾角變化幅度也增大，轉(zhuǎn)向極限的半軸軸桿位移變化也增大，半軸軸桿與移動(dòng)節(jié)殼間干涉或滑脫的風(fēng)險(xiǎn)也增加；隨著控制臂外點(diǎn)坐標(biāo)值變化幅度增大，主銷內(nèi)傾角變化幅度也增大，轉(zhuǎn)向極限的半軸軸桿位移變化也增大，半軸軸桿與移動(dòng)節(jié)殼間干涉或滑脫的風(fēng)險(xiǎn)也增加；（3）隨著控制臂外點(diǎn)、坐標(biāo)值由正向向負(fù)向變化，左右轉(zhuǎn)向極限曲線在不轉(zhuǎn)向曲線兩側(cè)的分布也發(fā)生了方向?qū)Q。

表1 主銷軸線對(duì)半軸位移和擺角的影響

3 結(jié)束語(yǔ)

本文分析了麥弗遜懸架主銷軸線的變化對(duì)半軸位移和擺角的影響，為后續(xù)車型開(kāi)發(fā)中滑移曲線的優(yōu)化方向提供參考，提高了開(kāi)發(fā)效率。

[1]王霄鋒. 汽車底盤(pán)設(shè)計(jì)[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2010.

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2022-10-11

1002-4581（2023）01-0001-05

U463.330.2

A

10.14175/j.issn.1002-4581.2023.01.001