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摘要：为了研究Hiper Strut悬架的性能，并找出影响其性能的因素，在Adams/Car中建立了Hiper Strut悬架的仿真模型基于Adams / Insight对悬架运动学进行了优化。结果表明主销后倾角和主销内倾角在车轮同向跳动试验过程中仅有微小变化。在修改部分就通过Adams / Insight发现的硬点坐标值之后，悬架的性能参数得到了提升。该悬架模型的建立与优化可以作为进一步研究这一新型悬架的基础。
引言
一种被称作高性能悬架的的新型悬架在近几年被广泛使用。它的结构形式与麦弗逊式悬架相似，但这二者之间有重要的区别。与麦弗逊式悬架相比较，高性能悬架多了一个加强臂。二者的主销轴线不同。麦弗逊悬架的主销轴线在减震器的上顶点与下控制臂的外支点之间，而Hiper Strut 悬架的主销轴线为转向节与加强臂上下两个连接点之间的连线。本文利用Adams/Car建立Hiper Strut悬架仿真模型，并进行双轮同向激振仿真试验，以分析该悬架性能。 最后利用Adams/Insight 找出对各悬架定位参数影响较大的因素（硬点坐标），通过调整部分硬点坐标，对悬架的运动特性进行优化，优化后的Hiper Strut 悬架定位参数得到较大改善。
悬架系统建模
模型简化。由于悬架左、右对称，在Adams/Car 中只需输入单侧模型参数就能够自动建立完整的悬架模型，故只给出Hiper Strut悬架左侧结构图，如图1所

示。1/2 Hiper Strut 悬架由下摆臂、转向节、加强臂（包括减震器下体）、减震器上体、转向横拉杆、转向器齿条、车轮总成、车身共8 个刚体组成。减震器上体与车身通过万向副L 相连； 加强臂与减震器上体通过圆柱副K 进行约束；转向节分别通过球形副B 和点线约束C 与加强臂相连；下摆臂一端与车身通过转动副H、I（其中一个为虚约束）相连，另一端与加强臂通过圆柱副E 进行约束；转向横拉杆一端与转向节通过球形副M 相连，另一端与转向器齿条通过万向副N 相连；转向器齿条与车身通过移动副O 进行约束；车轮总成与转向节通过转动副A 相连。在进行运动学分析时，车身与地面是固定在一起的。
仿真模型的建立。建模时，以前轮轮心连线中点作为坐标原点，汽车行驶的正后方为X 轴正方向，右侧为Y 轴正方向，垂直向上为Z 轴正方向^[1]。Hiper Strut 悬架系统仿真模型如图2所示。

 
图1 Hiper Strut悬架左侧结构简图
 
图2 Hiper Strut悬架仿真模型

悬架系统运动学分析
前轮外倾角的变化。综合考虑直线行驶性能和稳定性，当车轮上跳时应该具有轻微的负外倾角，当车轮下跳动时有正的外倾角。一般来说，当车轮跳起时，外倾角的变化为（-2°〜0.5°）/ 50mm时时适当的^[2]。外倾角的变化如图3所示。当车轮从0到50mm上跳时外倾角从0°变化到0.225°，当车轮下跳时，车轮外倾角为正值。所以，外倾角变化范围合理，其变化趋势也符合设计要求。
主销后倾角的变化。为了避免车轮定位参数出现会影响操纵稳定性的大范围的变化，后倾角在车轮上下运动过程中不应出现大的变化，另外，要求后倾角随车轮上跳而增加，以抵消制动点头时后倾角减小的趋势。一般认为合理的主销后倾角为2°~3°^[3]。图4为主销后倾角随车轮跳动的变化情况，车轮跳动过程中，其变化范围为0.125°~-0.181°，变化范围较小，但车轮上跳时，其逐渐减小的变化趋势不符合设计要求。另外，初始值过小，也不符合设计要求。因此，需要对主销后倾角进行优化。

 
  图3前轮外倾角的变化
 
   图4主销后倾角的变化

主销内倾角的变化。主销内倾角不宜过大，一般希望取7°~13°范围内的较小值^[4]。内倾角随车轮上跳增加时，有利于转向操作轻便，与此同时，在车轮上跳时前轮外倾角会相应减小同时使得驾驶员能够方便的操作^[5]。图5为主销内倾角随车轮跳动的变化曲线，在车轮上下跳动各50 mm 的情况下，主销内倾角变化范围为12.385°~13.575°，超出了7°~13°的合理范围。因此，需要对主销内倾角进行优化。
车轮前束的变化。前束角变化的较理想特性值为：为零至弱负前束^[3]。图6为前束角随车轮跳动的变化情况，其变化范围为-0.47°~0°，在合理变化范内。

图5 主销内倾角变化曲线
 
图6 车轮前束变化曲线

悬架参数的优化
如果能够在Adams/Insight模块中给出影响悬架性能的参数，那么可以通过修改硬点坐标来提升悬架性能。由前述章节分析可知前轮外倾角和车轮前束角的变化趋势和变化范围均在理想范围内。为了能够全面的研究Hiper Strut悬架的性能，本文把车轮外倾角和车轮前束同主销后倾角和主销内倾角一起设为了优化目标。在Adams/Insight模块中本文选取了12个硬点坐标各三个方向工36个因子作为影响因子。DOE试验迭代次数为256 次部分迭代， 硬点坐标的变化范围设定为-10~10 mm。
由灵敏度分析结果可知加强臂上的4个硬点坐标可以忽略不计，因为这些硬点坐标的影响值为0或者接近0。但是考虑到加强臂结构和安装的合理性，也应该有一些坐标值被修改。 坐标值的变化见表1。
表1 优化前后坐标值变化对比
 
根据表1，修改Adams / Car中的坐标值。 然后，再一次做车轮平行跳动仿真试验。结果如图图7~图10所示。这四张图分别表示前轮外倾角、主销后倾角、主销内倾角和车轮前束在优化前后的对比变化。破折号和实线分别表示优化前后的结果。
由图7可知前轮外倾角在优化后仅有微小变化。这不仅有利于提高轮胎的抓地力，同时也能减轻轮胎的磨损。外倾角的变化范围符合设计要求。
由图8可知主销后倾角的变化范围是1.965°~2.191°。 这是一个很小的范围可以避免对准时间变得太大或太小，这将使操纵稳定性在得到挂载时的负载变化变坏。此外，当车轮跳起时，角度也会增加并且可以抵抗制动时脚轮角度的减小。 优化的角度有一个更好的范围和更好的变化趋势。由图9可知主销内倾角的优化范围角度为8.11°至9.32°，这符合7°至13°的设计要求。 这是一个很小的值，当转动和减速时，这可以减少车轮和地面之间的滑动以及轮胎磨损^[2]。
图10表明优化前后的前束角仅改变了一点。当车轮跳到50mm时其变化了是-0.47°，满足-0.5°/ 50mm的设计要求。当车轮下跳时，优化的角度角度比原来的角度增加一点，但仍然很接近至0°。因此，优化的前束角仍然满足设计要求。

图7 优化前后前轮外倾角对比
图8 优化前后主销后倾角对比

图9优化前后主销内倾角对比
图10 优化前后车轮前束角对比