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麦弗逊悬架运动分析的空间解析法 胡 宁, 罗素云, 陈志恒, 吴训成 (上海工程技术大学, 上海 201620) 摘要: 麦弗逊悬架是汽车上最常采用的一种型式, 其运动分析是解决整车布置设计问题和提高悬架特性的基础, 本文以空间解 析几何分析方法探讨了该结构的运动分析方法。 关键词: 麦弗逊悬架; 运动分析; 空间解析法 中图分类号: U 463. 33 文献标识码: A 文章编号: 1006 - 0006( 2007) 03- 0007 - 02 McPherson Suspension Kinematics Analysis w ith SpatialAnalytic Geometry HUNing, LUO Su-yun, CHEN Zhi-heng, WUXun-cheng ( ShanghaiUniversity ofEngineering Science , Shanghai 201620, China) Abstrac: tM cPherson suspensionis one of the most popularindependent suspensions in passenger car . The kinematics analysis is the basic of vehicle design and characteristics of suspension . In this paper , a method ofM cPherson suspension kine matics analysisw ith the spatialanalytic geometry was developed. Key words :M cPherson suspension ; K ine matics analysis; Spatial analytic geometry 悬架结构的运动学特性关系到汽车操纵稳定性、 转向轻便性、 行 驶舒适性、 轮胎寿命以及汽车布置设计中的运动干涉等诸多方面, 是 汽车设计过程中十分重要的问题, 欲设计合乎需要的悬架结构, 必须 准确分析悬架结构的运动特性。由于麦弗逊式悬架的结构简单, 占 用空间较少, 是汽车独立悬架上最常采用的结构型式之一。 目前, 已经可以借助 ADAMS专业计算机分析软件等方法进行多 缸体动力学分析 1 3, 但是由于此类方法不是需要事先进行坐标变 换处理, 就是软件价格昂贵, 无法让各类汽车开发企业所接受, 且由 于此类软件的分析过程具有封闭性, 往往难以根据实际需要, 对分析 内容加以分解利用。本文采用空间解析几何的方法, 探讨分析了麦 弗逊式悬架的运动学特性, 提出了一种工程上易于使用的方法。由 于该方法能够直接使用整车布置设计坐标系, 无需进行坐标转换, 且 直观方便, 易于理解, 所以具有实际应用的意义 4。 1 悬架的数学描述 若忽略悬架各铰接点弹性变形, 根据各铰接点运动自由度, 可以 将麦弗逊式悬架简化为图 1所示的模型, 其中 Q 点是悬架下摆臂铰 链点 D 的回转中心。由悬架静平衡位置, 即 A, B, C, D, E, F 和 G 点 的静态坐标, 可以获得该悬架结构参数。 图 1 麦弗逊式悬架模型 Fig . 1McPherson Suspensi onModel 设已知 A, B, C, D, E, F 和 G 点静态坐标为 A (XA, YA, ZA), B (XB, YB, ZB), C (XC, YC, ZC), D (XD, YD, ZD), E (XE, YE, ZE), F (XF, YF, ZF)和 G (XG, YG, ZG), 则 AF直线方程为 X - XF XA- XF = Y- YF YA- YF = Z - ZF ZA- ZF (1) 即方向数 l1= XA- XF, m1= YA- YF, n1= ZA- ZF 同理有 FD 直线方程为 X- XF XD- XF = Y- YF YD- YF = Z- ZF ZD- ZF (2) 即方向数 l2= XD- XF, m2= YD- YF, n2= ZD- ZF 则 AF与 FD 的夹角 A由下式算得 cosA = l1# l2+ m1# m2+ n1# n2 l2 1+ m 2 1+ n 2 1# l2 2+ m 2 2+ n 2 2 ( 3) 若令 FD = d1, EH = d2, DQ = d3, EF = d4, DE = d5, 则 d2 1= (XF- XD) 2+ (Y F- YD )2+ (ZF- ZD)2(4) d2 2 = (XE- XH)2+ (YE- YH)2+ (ZE- ZH)2(5) d2 4= (XF- XE) 2 + (YF- YE)2+ (ZF- ZE)2(6) d2 5= (XE- XD) 2+ (Y E- YD )2+ (ZE- ZD)2(7) 设由点 A, F, D 构成的平面方程为 A1# X + B1# Y+ C1# Z+ D1= 0 其中 A1, B1, C1可以由下式求得 X - XAY - YAZ - ZA XD- XAYD- YAZD- ZA XF- XAYF- YAZF- ZA = 0 而由点 E, F, D 构成的平面方程为 A 2# X + B2# Y+ C2# Z+ D2= 0 收稿日期: 2006 - 04 - 14 ; 收修改稿日期: 2007 - 01 - 23 基金项目: 上海市教委第四期重点培育学科资助项目 ( 2001ZDXK-2) #7# 第 34卷第 3期 拖 拉 机 与 农 用 运 输 车 Vo.l 34No . 3 2007 年6 月 T ractor 能很快使 振动衰减; 重量轻、 消耗弹簧材料少。以往的研究表明 2: 当弹性 元件的固有频率在 1. 5 2 . 5H z之间时, 驾驶员的感觉良好。为了 降低频率就必须减小刚度以增加变形, 相应于 1 . 2 2 . 5 Hz的静变 形为 40 110mm, 但履带式工程机械如推土机、 装载机, 悬架刚度很 大, 静变形只有 10 20mm, 这是因为这些机械的前方装有推土铲和 装载斗, 为了保证作业的稳定性, 因此静变形不能太大。总之, 在设 计的过程中, 应充分考虑各种因素的影响, 权衡利弊, 只有这样才能 设计出好的产品。 参考文献: 1 周一鸣,李齐隆. 汽车推土机学底盘构造 M .北京: 中国农业大学出版 社, 2000 : 101 103 . 2 张光裕,许纯新. 工程机械底盘设计 M .北京:机械工业出版社, 1988 : 255 256 . (编辑 姜洪君) (上接第 8页 ) 参考文献: 1 陆波.麦式悬架系统运动分析 J. 汽车技术, 1994(6): 23 27 . 2 陆丹,汤靖, 王国林.基于 ADAM S的麦弗逊前悬架优化设计 J. 中国制 造业信息化, 2004 , 33( 8): 106 109 . 3 Shinli m-dong , SAN Kwanak -gu . AxiomaticApproach to theK i nematicDesign of an Automotive Suspension Syste m w ith M cPherson strut type J. Interna - tional Jour