麦弗逊式独立悬架结构研究

在麦弗逊式悬架中，为保证系统的受力更加合理，并满足使用寿命的要求，在布置上采用主销中心线，减震器中心线以及弹簧中心线不共线的形式。一般的，在其它悬架系统结构中，对应于车轮不同的跳动位置，各点至主销中心的距离保持不变。而在三线不共线的麦弗逊悬架系统中，对应于车轮不同的跳动位置，各点至主销中心的距离是变化的。图2是麦弗逊式独立悬架的空间结构^[3]。

图2  麦弗逊式独立悬架结构简图

1-横摆臂  2-车轮  3-转向节  4-减震器  5-弹簧  6-车身

减震器4的上端用螺栓和橡胶垫圈与车身相连接，减震器下端固定在转向节3上，而转向节通过球铰链与横摆臂1连接。车轮所受到的侧向力通过转向节大部分由横摆臂承受，其余部分由减震器承受。因此，这种结构形式较其他悬架在一定程度上减少了滑动摩擦。螺旋弹簧5套在筒式减震器的外面，主销的轴线通过上下铰链中心，当车轮上下跳动时，因减震器的下支点随横摆臂的摆动而摆动，故主销轴线的角度是变化的。这说明车轮是沿着摆动的主销轴线而运动。因此，这种悬架在变形时，使得主销的定位角和轮距都有些变化。如果适当调整杆系的结构布置，可以使车轮的这些定位参数变化降低到很小。该悬架的突出优点是增大了两轮内侧的空间，便于发动机和其他一些部件的布置。

图3为麦弗逊式悬架的结构示意图^[3]，其中BD为主销的中心线，MN为下控制臂旋转轴线，DH为减震器中心线，P点为转向节臂球头中心，F为车轮的中心，Q点为主销的中心线与车轮轴线的在后视图上的交点，O点为B的回转中心，G为车轮的着地点。坐标系x-y-z为静坐标系。

图3  麦弗逊式悬架机构图

以下用空间机构知识分析麦弗逊悬架机构。由于麦弗逊悬架是各个零件组成，在悬架机构分析中采用空间机构分析。机构都是由构件组成的。构件不同于零件，前者是机构运动学的概念，而后者是机械设计学和机械制造理论的概念一个构件可以是一个零件，也可以是由几个甚至很多零件组成。在机构学中一般认为构件是刚性，弹性和弹性体不是为构件。构件和构件是由运动副连接成运动链。运动副是构件的一种活动连接，它既限制所连接的两个构件的相对运动(即提供一定的约束)，又保留了构件间的一定相对运动，所保留的独立相对运动数目为运动副的自由度。运动副按照其接触情况分为高副和低副。高副所连接的两个构件成点接触或线接触，在接触区域副元素的几何轮廓是不重合的。低副所连接的两个构件成面接触或线接触，在接触区域副元素的几何轮廓是重合的。

根据实际悬架的结构（见图2），可以抽象出麦弗逊悬架的动力学仿真系统模型。整个麦弗逊独立悬架由左右转向节、车轮、减震器上体、转向横拉杆、下摆臂等刚体组成，减震器下面与转向节连为一体，左右悬架关于纵向平面对称。下摆臂2个，转向节总成2个（包括减震器下体、轮毅轴、制动底板），转向横拉杆2个，减震器上体2个，转向器齿条1个，横向稳定杆2个（实际结构为横向稳定杆1个，为了分析方便将之分为左右对称2个），车轮总成2个，共13个刚体^[3]。

减震器总成用万向节铰与车身相连，转向节（包括减震器下体，轮毅轴，制动底板)与减震器上体用圆柱铰约束，相对减震器上半部分可以进行轴向移动和转动；下摆臂一端通过转动铰与车身相连，可相对车身上下摆动，另一端通过球铰与转向节总成相接，转向横拉杆一端通过万向节铰与转向节总成相连，另一端通过万向节铰与转向齿条相连，转向齿条通过移动铰与车身相连，可相对车身左右移动；横向稳定杆左右部分在其对称点以转动铰连接，另一端和下摆臂以转动铰相连；车轮总成和转向节总成通过转动铰连接；在运动学分析时，认为车身与地面通过固定铰链固定。

与双横臂式悬架相比，麦弗逊式悬架的优点是：结构紧凑，车轮跳动时前轮定位参数变化小，有良好的操纵稳定性，加上由于取消了上横臂，给发动机及转向系统的布置带来方便；与烛式悬架相比，它的滑柱受到的侧向力又有了较大的改善。麦弗逊式悬架多用在前置前驱（FF）轿车（如保时捷911、国产奥迪、桑塔纳、夏利、富康等）和微型汽车上（如吉林1010、长安SC6331）。虽然麦弗逊式悬架并不是技术含量最高的悬架，但它仍是一种经久耐用的独立悬架，具有很强的道路适应能力^[4]。