麦弗逊悬架主销轴线对半轴滑移的影响_李海亮.pdf

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：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，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，与图 5 类似，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，但与图 5 变化方向相反，对于左悬架，车辆左转时半轴轴杆压缩，车辆右转时半轴轴杆拉伸；当 X 坐标值变化 5 mm 时，左转极限和右转极限的半轴轴杆相比图4 分别移动 2.4、2.0mm，当 X 坐标值变化 10 mm 时，左转极限和右转极限的半轴轴杆相比图4 分别移动4.7、3.9 mm，X坐标值变化越大，则半轴轴杆位移越大，考虑整车发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。2.4控制臂外点C的Y坐标内移将图 3 中控制臂外点 C 的 Y 坐标值正向移动 5mm 和 10 mm，得到半轴位移摆角曲线如图7 所示。（a）半轴位移摆角曲线（C 点 Y+5 mm）（b）半轴位移摆角曲线（C 点 Y+10 mm）图 7半轴位移摆角曲线（C点Y坐标值正向移动）当 C 点 Y 坐标增加 5 mm，主销内倾角减小0.387；当 C 点 Y 坐标增加 10 mm，主销内倾角减小 0.774；二者的主销后倾角均没有变化。两种情况下，半轴固定节中心到主销轴线的距离分别为 3.963 mm 和 7.937 mm。由图 7 可知：不转向跳动、左极限跳动和右极限跳动曲线随 Y 坐标值变化的幅度小于随 X 坐标值变化的幅度；对于左悬架，车辆左转或右转半轴轴杆均压缩；当 Y 坐标值变化 5 mm 时，左转极限和右转极限的半轴轴杆相比图 4 分别移动 0.5、1.1 mm，当 Y 坐标值变化 10 mm 时，左转极限和右转极限的半轴轴杆相比图 4 分别移动 1.1、2.2 mm，Y 坐标值变化越大，则半轴轴杆位移越大。麦弗逊悬架主销轴线对半轴滑移的影响北京汽车2023.No.1 4 北京汽车北京汽车2.5控制臂外点C的Y坐标外移将图 3 中控制臂外点 C 的 Y 坐标值负向移动 5mm 和10 mm，得到半轴位移摆角曲线如图8 所示。（a）半轴位移摆角曲线（C 点 Y-5 mm）（b）半轴位移摆角曲线（C 点 Y-10 mm）图 8半轴位移摆角曲线（C点Y坐标值负向移动）当 C 点 Y 坐标值减小 5 mm，主销内倾角增大0.385；当 C 点 Y 坐标值减小 10 mm，主销内倾角增大 0.769；二者的主销后倾角均没有变化。两种情况下，半轴固定节中心到主销轴线的距离分别为 3.948 mm 和 7.884 mm，与图 7 类似，但变化方向相反，对于左悬架，车辆左转或右转半轴轴杆均拉伸；Y 坐标值变化越大，则半轴轴杆位移越大，与图7中Y坐标值正向移动时的变化范围基本相同。综上，得到主销轴线变化对半轴位移和摆角的影响，结果见表 1。由表 1 可知：（1）控制臂外点 X 坐标值变化只影响主销后倾角变化，Y 坐标值变化只影响主销内倾角变化，但前者对转向极限的半轴轴杆的位移影响更大，且前者的左右转向极限曲线位于不转向曲线两侧，而后者位于不转向曲线同侧；（2）随着控制臂外点 X 坐标值变化幅度增大，主销后倾角变化幅度也增大，转向极限的半轴轴杆位移变化也增大，半轴轴杆与移动节壳间干涉或滑脱的风险也增加；随着控制臂外点 Y 坐标值变化幅度增大，主销内倾角变化幅度也增大，转向极限的半轴轴杆位移变化也增大，半轴轴杆与移动节壳间干涉或滑脱的风险也增加；（3）随着控制臂外点 X、Y 坐标值由正向向负向变化，左右转向极限曲线在不转向曲线两侧的分布也发生了方向对换。表 1主销轴线对半轴位移和摆角的影响参数控制臂外点 X 坐标变化控制臂外点 Y 坐标变化+5 mm+10 mm-5 mm-10 mm+5 mm+10 mm-5 mm-10 mm主销后倾角变化/()-0.404-0.8080.4030.8050000主销内倾角变化/()0000-0.387-0.7740.3850.769半轴固定点节心到主销距离的变化/mm4.0468.0984.0398.0723.9637.9373.9487.884左转向极限半轴轴杆距离变化/mm2.65.42.44.70.51.10.61.4右转向极限半轴轴杆距离变化/mm2.14.32.03.91.12.21.12.1左、右转向时位移变化趋势左右转向极限曲线位于不转向曲线两侧左右转向极限曲线位于不转向曲线两侧，但与 X 正向移动时方向相反左右转向极限曲线位于不转向曲线同侧左右转向极限曲线位于不转向曲线同侧，但与 Y 正向移动时方向相反3结束语本文分析了麦弗逊悬架主销轴线的变化对半轴位移和摆角的影响，为后续车型开发中滑移曲线的优化方向提供参考，提高了开发效率。参考文献1王霄锋.汽车底盘设计M.北京：清华大学出版社，2010.（下转第 46 页）机油泵泄压阀卡滞故障分析及解决北京汽车2023.No.1 46 北京汽车北京汽车图 11交变负荷耐久试验后泄压阀孔（改进后）5结论对机油泵泄压阀卡滞问题进行分析和解决，得到影响机油泵卡滞的关键因素：（1）泄压阀长径比影响泄压阀在阀孔内的摆动量，长径比越小摆动量越大，建议长径比大于1.5；（2）泄压阀顶部应有倒角或圆角结构，以避免顶部因摆动与泄油窗口上边缘发生碰撞；（3）泄压阀泄油窗口面积影响鼻梁区受力，正常工作状态下鼻梁区受力应小于 10 N；（4）泄油窗口的高度对泄压阀摆动有影响，高度越大，阀体摆动量越大，在保证泄油面积的情况下应尽量降低泄油高度；（5）泄压阀弹簧应设计有预紧力，通过计算使泄压阀的初始作动压力处在泄压阀工作压力区间内；（6）泄压阀弹簧的垂直度应控制在 2以内，并计算弹簧的稳定性，如果弹簧不稳定，则在泄压阀孔和底座上增加弹簧导向结构。参考文献1吕启菊，梁双青，林卫，等.机油压力报警灯常亮故障排查及解决J.时代汽车，2022（16）：158-160.2022 10 24=收稿日期：（上接第 4 页）2李海亮.麦弗逊悬架车辆半轴位移摆角图的 Matlab 实现J.北京汽车，2022(2)：32-35.3凌晨，韩权武，刘春梅，等.麦弗逊式悬架运动分析J.汽车工程学报，2015，5(6)：448-453.4耿庆松，秦伟，黄勇刚，等.麦弗逊独立悬架空间运动学分析J.机械设计与制造，2015(1)：20-23.5李晏，张姗，王威，等.麦弗逊悬架运动分析的空间解析法及MATLAB