麦弗逊前悬架多工况KC特性DOE分析

杨如冰

（江铃汽车集团改装车股份有限公司，江西 南昌 330001）

麦弗逊前悬架多工况KC特性DOE分析

杨如冰

（江铃汽车集团改装车股份有限公司，江西 南昌 330001）

为了研究某麦弗逊前悬架在多工况下，下摆臂、转向横拉杆和减震器上的硬点对其KC特性的影响，建立麦弗逊前悬架多体动力学模型，对其多工况的KC特性进行仿真分析。将各硬点作为设计参数，采用最优超拉丁超立方设计方法其进行DOE分析，得到了各个设计变量对KC性能值的灵敏度结果。

麦弗逊前悬架；多体动力学；最优超拉丁超立方设计；灵敏度

引言

前悬架的KC（Kinematic and Compliance）特性[1,2]对汽车的平顺性、舒适性和操稳性影响比较大，其中各个悬架硬点直接影响着KC特性。在前悬挂结构设计中，其硬点的合理设计安排特别重要。为了研究某麦弗逊前悬架在多工况下，下摆臂、转向横拉杆和减震器上的硬点对其KC特性的影响，基于多体动力学原理建立前悬架动力学仿真模型，对其进行KC性能分析，并且对其进行DOE（Design of Experiments）分析，通过 DOE分析得到灵敏度结果，从而得到各个设计变量对其KC特性的影响。

1 建立前悬架动力学模型

麦弗逊前悬架主要包含减副车架、稳定杆、转向节、下摆臂、转向横拉杆、弹簧等，基于多体动力学原理和Adams/Car软件[3,4]中的麦弗逊悬架模块设置硬点参数、弹簧刚度等参数，建立前悬挂系统动力学模型如图1所示。

图1 麦弗逊前悬架动力学模型

2 KC性能分析

KC性能分析工况包括同向回正力矩、反向回正力矩、同向侧向力、反向侧向力、制动力、驱动力、平跳、反跳和转向。如图2所示为平跳工况时前束角变化曲线，由图2可知，麦弗逊前悬架前束角的初始值为0.22°，整车表现为不足转向。如图3所示为反跳工况时外倾角变化曲线，由图3可知，麦弗逊前悬架外束角的初始值为0.8°，当整车由左转至右转时，外倾角逐渐减小至零，同样表现为不足转向。

图2 平跳工况时前束角变化曲线

图3 反跳工况时前束角变化曲线

3 DOE分析

3.1 分析流程

图4 Isight优化流程

表1 设计变量范围

为了研究该麦弗逊前悬架在多工况下，下摆臂前（后、外）点、转向横拉杆内（外）点和减震器上（下）点对其KC特性的影响，现选取它们的x、y和z坐标作为设计变量，以KC性能的最大值和最小值作为目标响应，采用Isight软件[5]和最优超拉丁超立方设计方法其进行DOE分析。如图4所示为Isight优化流程，导入各个工况KC性能分析的命令流与结果文件，对硬点坐标和目标响应值进行解析，DOE组件中选取最优超拉丁超立方设计方法，试验次数为 400，设置设计变量范围，如表1所示。

3.2 分析结果

如图 5和图 6所示分别是制动工况时倾角和前束角的Pareto图。由图5可知，转向横拉杆外点x坐标、转向横拉杆内点x坐标分别对外倾角和和前束角的最大值具有较大的负效应和正效应。由图6可知，转向横拉杆外点x坐标对外倾角和和前束角的最小值都具有较大的正效应。

图5 制动工况时外倾角的Pareto图

图6 制动工况时前束角 的Pareto图

4 结论

基于多体动力学原理建立麦弗逊前悬动力学仿真模型，对其多工况的KC特性进行分析，得到麦弗逊前悬架的外倾角值、后倾角值、内倾角值和前束角值等，将下摆臂、转向横拉杆和减震器上的硬点坐标作为设计变量，对其 K&C特性的影响，将KC性能的最大值和最小值作为目标响应，基于Isight软件建立优化流程对其进行DOE分析。通过DOE分析得到灵敏度结果（Pareto图），从而得到各个设计变量对其KC特性的影响，分析结果能够为合理选择修改参数提供依据。

[1] 宋晓琳,毛开楠,李叶松,等.麦弗逊前悬架硬点参数的灵敏度分析和优化[J].现代制造工程,2010（6）:106-110.

[2] 尹荣惠.KC特性在悬架设计及整车操稳性能开发中的运用与分析[D].北京:清华大学,2014.

[3] 向铁明,沈理真.基于 ADAMS的某赛车前悬架杆系优化[J].机械工程学报,2014,36（4）:486-490.

[4] 孙明浩.基于ADAMS/Car的汽车悬架优化与操稳性仿真研究[D].锦州:辽宁工业大学,2014.

[5] 张翼翔.基于 Isight的集中润滑系统建模分析及多目标设计优化研究[D].广州:华南理工大学,2016.

DOE Analysis of Multi-condition KC Characteristic of McPherson Front Suspension

Yang Rubing
（Modified Vehicle Corporation Limited of Jiangling Motors Group, Jiangxi Nanchang 330001）

Aiming at researching the influence of the lower swing arm, steering rod and shock absorber position on the KC characteristics, the multi-body dynamic model of McPherson front suspension was established, the KC characteristics of multi-conditions are simulated and analyzed. The coordinate were used as the design parameters, it was DOE analysised by adopting the method of optimal latin hypercube design, the sensitivity of design variables to KC characteristics were obtained.

mcpherson front suspension; multibody dynamics; optimal latin hypercube design; sensitivity

TH16

A

1671-7988(2017)22-105-02

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2017.22.038

杨如冰（1984.01-），女，助理工程师，生物工程学士学位，江铃汽车集团改装车股份有限公司，主要从事改装车结构设计工作。

CLC NO.:TH16

A

1671-7988(2017)22-105-02