麦弗逊悬架主销轴线对半轴滑移的影响_李海亮.pdf
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1、麦弗逊悬架主销轴线对半轴滑移的影响北京汽车2023.No.1 1 北京汽车北京汽车文章编号:1002-4581(2023)01-0001-05麦弗逊悬架主销轴线对半轴滑移的影响李海亮,冯毕,陈涛Li Hailiang,Feng Bi,Chen Tao(北京汽车研究总院有限公司,北京 101300)摘要:麦弗逊悬架由于结构紧凑、占据空间小,以及易于安装横置发动机,所以在轿车和轻型客车上应用广泛。利用MATLAB 建立和求解某款车型的麦弗逊悬架运动学模型,通过调整摆臂外点位置改变主销轴线内倾角和后倾角,分析不同状态下悬架的跳动和转向对半轴移动节位移和摆角的影响,为后续悬架调整提供理论依据。关键词:
2、麦弗逊悬架;主销轴线;半轴滑移;MATLAB中图分类号:U463.330.2文献标志码:ADOI:10.14175/j.issn.1002-4581.2023.01.0010引言麦弗逊悬架具有结构紧凑、占据空间小、成本低廉及维护方便等优点,在轿车和轻型客车上得到广泛应用。麦弗逊式独立悬架的运动学特性不仅影响汽车操纵稳定性、乘坐舒适性、行驶平顺性和轮胎使用寿命等方面,而且对半轴的滑移和摆角也有较大影响。整车设计布置中,理论上半轴固定节的中心与主销轴线重合1,但实际中由于各种原因,半轴固定节的中心与主销轴线有一定距离,本文在麦弗逊悬架模型上,引入半轴的运动模型,通过调整下摆臂外点的X、Y 坐标改变
3、主销轴线,并分析对半轴位移和摆角的影响,为后续调整提供理论依据。1麦弗逊悬架模型麦弗逊悬架结构如图 1 所示,提取硬点进行简化后如图 22所示。为研究主销轴线对半轴滑移的影响,调整悬架 C 点的 X、Y 坐标,使半轴固定节节心 I 点过悬架的主销轴线 AC,调整后整备状态下各悬架硬点坐标如图 3 所示。在软件 CATIA 中根据图 3 建立左悬架模型(左右悬架对称),并给出相应约束,完成 DMU(Dynamic Model Update,动态模型更新),直线AC 为主销轴线,设置跳动控制点为轮心点 H 的 Z坐标值,转向控制点为拉杆内点 G 的 Y 坐标值。图 1麦弗逊悬架结构注:A 为滑柱上
4、点;B 为滑柱下点;C 为控制臂外点;D 为控制臂前点;E 为控制臂后点;F 为转向拉杆外点;G 为转向拉杆内点;H 为轮心点;I 为半轴固定节节心;J 为半轴移动节节心;CK 与 DE 垂直。图 2麦弗逊悬架简化模型麦弗逊悬架主销轴线对半轴滑移的影响北京汽车2023.No.1 2 北京汽车北京汽车图 3悬架各硬点坐标值通过悬架运动学结构特性3-5,分析各个空间点的相对关系,利用 MATLAB 建立数学模型2,计算出各硬点的空间坐标。2主销轴线变化对位移和摆角的影响2.1半轴固定节节心 I 在主销轴线上图 3 中 I 点在主销轴线 AC 上,根据 MATLAB硬点坐标模型,进行转向和跳动模拟,
5、得到半轴位移摆角曲线如图 4 所示。图 4半轴位移摆角曲线(半轴节心通过主销轴线)该状态的主销轴线内倾角为 13.799,主销后倾角为 7.001。图 4 中不转向跳动、左极限跳动、右极限跳动曲线基本重合,由此可知:当固定节节心与主销轴线重合时,转向对半轴的位移摆角曲线无明显影响。2.2控制臂外点 C 的 X 坐标前移将图 3 中控制臂外点 C 的 X 坐标值正向移动 5mm和10mm,得到半轴位移摆角曲线如图5 所示。当 C 点的 X 坐标值增加 5 mm,主销后倾角减小 0.404;当 C 点的 X 坐标值增加 10 mm,主销后倾角减小 0.808;二者的主销内倾角均没有变(a)半轴位移
6、摆角曲线(C 点 X+5 mm)(b)半轴位移摆角曲线(C 点 X+10 mm)图 5半轴位移摆角曲线(C点X坐标值正向移动)化。两种情况下,半轴固定节中心到主销轴线的距离分别为4.046mm 和8.098mm。由图5 可知:不转向跳动、左极限跳动和右极限跳动曲线随X 坐标值变化较明显,对于左悬架,车辆左转时半轴轴杆拉伸,车辆右转时半轴轴杆压缩;当X坐标值变化5mm时,左转极限和右转极限的半轴轴杆相比图 4 分别移动2.6、2.1mm(图 5(a)中X 坐标值增加5 mm 后的左转极限滑移曲线距离左侧滑脱限制线16.33 mm,图 4 中原始左转极限滑移曲线距离左侧滑脱限制线18.94mm,则
7、X 坐标值变化后左转极限的半轴轴杆移动距离为18.94mm16.33mm=2.61mm;图5(a)中X坐标值增加5mm后的右转极限滑移曲线距离右侧滑脱限制线12.22mm,图 4 中原始右转极限滑移曲线距离右侧滑脱限制线14.34mm,则X 坐标值变化后右转极限的半轴轴杆移动距离为 14.34 mm12.22mm=2.12mm;以下各图计算方法相同,不再逐一列出),当X 坐标值变化10mm 时,左转极限和右转极限时的半轴轴杆相比图4 分别移动 5.4、4.3麦弗逊悬架主销轴线对半轴滑移的影响北京汽车2023.No.1 3 北京汽车北京汽车mm,X 坐标值变化越大,则半轴轴杆位移越大,考虑整车发
8、动机运动以及悬架衬套的影响,此时半轴出现滑脱或者与节壳顶死的风险较大。2.3控制臂外点C的X坐标后移将图 3 中控制臂外点 C 的 X 坐标值负向移动 5mm和10mm,得到的半轴位移摆角曲线如图6所示。(a)半轴位移摆角曲线(C 点 X-5 mm)(b)半轴位移摆角曲线(C 点 X-10 mm)图 6半轴位移摆角曲线(C点X坐标值负向移动)当 C 点的 X 坐标值减小 5 mm,主销后倾角增加 0.403;当 C 点的 X 坐标值减小 10 mm,主销后倾角增加 0.805;二者的主销内倾角均没有变化。两种情况下,半轴固定节中心到主销轴线的距离分别为 4.039 mm 和 8.072 mm,
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