麦弗逊前悬架系统硬点载荷提取技术研究.doc

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1、麦弗逊前悬架系统硬点载荷提取技术研究张泽俊（1.重庆理工大学；2汽车零部件及其检测技术教育部重点实验室，重庆400054）摘要:在考虑舒适性橡胶衬套六个方向非线性刚度的基础上，建立了麦死逊前悬架系统的数学模型。基于多刚体系统动力学基木理论和牛顿第三定律，建立了悬架系统摆臂和转向节的静平衡方程，给出了悬架系统中各硬点载荷计算的方法。以某车麦弗逊前悬挂系统为例,采用本文提出的载荷提取方法,在典型工况下,计算出该麦弗逊悬架系统各硬点出载;荷。利用成熟多体动力学软件ADAMS,建立该悬架系统模型，在相同王况下，提取悬架系统各便点载荷，以此验证木文提出的方法计算出的载荷的准确性。关键词：麦死逊悬

2、架：橡胶衬發：彼点：载荷提取中国法分类号：TH112：文献标志：0前言悬架是车架或车身与车轮之间的所有传力连接部件的总称，它将路血作用于车轮上的垂育反力、纵向反力和侧向反力以及这些反力所形成的力矩传到车架或车身上，以保证汽车正常行驶丁。摆臂作为麦弗逊悬架系统屮导向和传力部件巴通过球较接或橡胶衬套将车轮转向节和车身弹性连接在一起，作用于车轮上的各种力和力矩通过车轮一转向节一球餃（或衬套）一摆臂一衬套，这条路径传递到车身丁。在这些力作用下，衬套发生变形产生作用于摆臂上力而使摆臂运动，进而保证车轮按照一定的轨迹运动。为保证汽车行驶的安全性和操稳性，悬架系统摆臂应用足够的强度、刚度和使用寿命。

3、所以在汽车设计初期，对摆臂等悬架系统屮其它部件进行强度、刚度以及耐久性分析是不可或缺的策£,在相应的分析屮，悬架系统便点处载荷值是必不可少的输入条件。然而,由于悬架系统屮部件较多且装配很复杂，欲通过试验的方法获取悬架系统硬点处载荷显得异常困难。又考虑到，在这些刚度，强度及耐久性分析屮一般视为静态或准静态。再者，现在提取悬架系统便点载荷多在多体动力学软件ADAMS完成，但该过程比较繁琐，延长了产品的开发周期。基于此，本文以麦弗逊悬架为例，在考虑了舒适性橡胶衬套非线性刚度特性的基础上，建立了麦弗逊悬架系统的数学模型，提出了一种新的针对该悬架类型硬点载荷提取的方法。1麦弗逊前悬架系统建模麦弗

4、逊前悬架系统建模如图1所示。模型包括转向横拉杆，弹簧与减慮器，摆臂,转向节与车轮。摆臂的一端分别通过橡胶衬套A.B（衬套未画出）与车身连接，另外一端通过球钱C与转向节相连接；车轮与转向节Z间处理为刚性连接，即将二者视为一个刚性体;弹簧与减震器上端通过球较D与车身相连，下端通过球钱G与转向节相连;转向横拉杆内侧通过球饺F与转向器相连,外侧通过球饺E与转向节相连7。A.B：摆臂前后衬套安装点:a摆臂外侧与转向节球饺安装中心点；卜'、E：转向横拉杆在转向器与转向节球饺安装屮心；〃、G：弹费与减震器在车身和转向节球饺安装屮心；厶车轮中心；//：车轮与地面接地点。图1麦兆逊前悬架系统模世简图Gr

5、aphIMacphersonfrontsuspensionsystemmodeldiagram悬架系统屮各硬点位置均是在整车坐标系下描述。地面作用于车轮上的载荷以及备硬点处的载荷均在整车坐标Oz込羽禺下描述。摆臂前后衬套昇、B安装方位角及衬套的WI〕度分别在局部坐标系Oa-Ua^a^a与O矿“bVbWb下描述。将衬套简化为在其局部坐标各方向具有线刚度和扭转刚度的元件，并用三段的分段线性曲线来描述。建立的模型假设悬架系统屮各部件均为刚体，且不考虑所有的阻尼及摩擦力^。2麦弗逊前悬架系统硬点载荷计算方程的建立0一■0_+%—-%?_+At/f总位移为:(4)式屮，/耐，/呻亦,"『分别为

6、衬套/、3在汽车整备质量下的预平动位移和预转动位移。预位移的计算方法见第3节。在報车坐标Q込少好g下，衬套力、B因弹性变形产生的力巴局与力矩分别为：可Xo'+Qo'0KA_02.1摆臂静平衡方程2.1.1摆臂前示衬套受力计算Xo'+(fMr0_0在车轮与地面接地点II处外载荷作用下,摆臂绕整车坐标0旷切辭£的轴心，yg,Zg转%，际儿角度达到新的空间位置，衬套安装中心点达到新的空间位置，安装中心点新坐标的计算为:A工（％0,匕）00■4_=004）C■■0■0咖处）・(1)式中，皮为衬套安装中心新空间位置坐标;C*为摆臂外侧与转向节球鮫安装中心点新空间位置坐标；4°,为衬套安装屮心初

7、始位置坐标；L为摆臂外侧与转向节球饺安装屮心点初始位置坐标；几仏,仇，九）为摆臂初始位置转动到新的空间位置的方向余弦矩阵。将C点视为参考点，/、3视为待求点，则衬套力、B安装屮心新位置坐标计算公式为：°T4^ird⑵[jsr0血，处mA.B在整车坐标系Qy初丹下的上式中,心,心与乩，/G分别为衬套A.B在整车坐标0矿切好g下的平动刚度和扭转刚度;Q=QTA匕QAf心=QTAkrAQaKB=QTBXBQb，Kb=QTBk‘bQb'Ka,Q和唸，