全 文 ：2016年4月机电技术
基于ADAMS/Car智能小车前悬架的仿真优化*
朱 江 李春芾 宋洪慧
（内蒙古大学 交通学院，内蒙古 呼和浩特 010070）
摘 要：智能小车前悬架可视为麦弗逊式独立悬架，智能小车的车轮定位参数对其操纵稳定性有很大影响，而且其参
数不易确定。因此，利用ADAMS/Car软件建立了智能小车前悬架仿真模型，通过双轮平行跳动仿真分析来确定合适的车
轮定位参数。根据仿真得到的参数调整智能小车的机械结构，提高了智能小车的操纵稳定性，也大大缩短了智能小车调
试的时间，更为智能小车调试提供了一种方法。
关键词：麦弗逊式悬架；车轮定位参数；双轮平行跳动仿真分析；优化调整
中图分类号：U463 文献标识码：A 文章编号：1672-4801（2016）02-102-03
智能小车前悬架可视为麦弗逊式独立悬架，
其主销轴线能够小角度摆动。ADAMS/Car模块多
用于整车设计，由美国前 MDI公司（Mechanical
Dynamics Inc.）与德国宝马、奥迪、法国雷诺和瑞
典沃尔沃等公司合作开发[1]。利用该软件建立智
能小车前悬架模型，进行双轮平行跳动仿真，主要
分析前轮前束、前轮外倾等车轮定位参数对智能
小车转向操纵和行驶稳定性的影响，并根据仿真
结果调整小车的机械结构，从而缩短智能小车调
试时间。
1 智能小车前悬架模型建立
1.1 悬架组件分析
在进行仿真之前，必须打开或者创建一个悬
架组件。该悬挂组件包括悬架、转向系和试验台
子系统。智能小车前悬架可视为麦弗逊式悬架，
转向系视为齿轮齿条式转向器。
智能小车虽有 2个三角形横摆臂，但是下横
臂固定，上横臂和主销轴线能够小角度摆动，故把
智能小车前悬架视为麦弗逊式独立悬架。麦弗逊
式独立悬架仿真模型主要由滑柱和横臂构成，横
臂可以摆动，当车轮沿滑柱上下跳动时，其滑柱可
以通过横臂小角度摆动，车轮定位参数便会随之
改变。此外，麦弗逊式悬架模型还包括转向节三
角臂（wheel-carrier）、减振器（Damper）、螺旋弹簧
（spring）、横拉杆（tierod）等部件。
1.2 基于模板建模
基于模板建模，利用已有的模板，通过修改已
有模板的硬点坐标、属性文件等，得到子系统。然
后进行子系统装配，建立仿真模型[2]。在ADAMS/
Car中，有麦弗逊式悬架和齿轮齿条式转向器模
板。因此，可在此基础上通过修改其结构和硬点
坐标以及通讯器来建立智能小车前悬架仿真模
型。硬点坐标如图1中所示表格。
图1 修改后模板的硬点坐标
建立子系统时，将已有的麦弗逊式悬架和齿
轮齿条式转向器模板导入标准界面，修改硬点坐
标、属性文件等，并保存子系统。最后，将前悬架
子系统、转向系子系统以及试验台装配，得到仿真
模型。模型如图2所示。
2 智能小车双轮平行跳动仿真分析
车轮在上下跳动时或者转向时，悬架的特性
指标随车轮跳动量而改变，结构参数的变化将会
影响智能小车的操纵稳定性，理想状态是悬架的
特性变化尽可能小。因此，通过对智能小车进行
*全国大学生创新基金训练计划（201410126047）
作者简介：朱 江（1993－），男，本科生，研究方向：汽车电子技术。
通讯作者：李春芾（1974－），男，副教授，博士，研究方向：汽车电子技术。
102
第2期
图2 智能小车前悬架仿真模型
双轮平行跳动仿真分析，不断调整结构参数，使定
位参数在一个合理的范围内变化，达到优化目的。
在仿真时，主要分析车轮外倾角、车轮前束
角、主销内倾角、主销后倾角、轴距变化以及轨迹
变化等悬架特性，通过分析这些特性曲线，判断智
能小车前悬架结构参数是否合理。
1）主销后倾角。
在纵向平面内，主销轴线相对于地面垂直线有
向后的一个倾角，即为主销后倾角。由于存在主销
后倾角，当车轮偏转时，侧向力会产生回正力矩，保
持车辆的直线行驶。回正力矩大小与后倾角和车
速有关，后倾角越大、车速越高，回正力矩越大。但
是不能过大，否则转向沉重，而且会导致前轮摆
振。对于智能小车，后倾角一般为3°~7°，并要求在
车轮向上跳动时，主销后倾角有增大趋势。
2）主销内倾角。
在横向平面内，主销轴线相对于地面垂直线
有一个向内的倾角，即为主销内倾角。由于存在
主销内倾角，当车轮发生偏转时，车轮在重力作用
下能够自动回正，主销内倾角越大，回正性能越
好。此外，主销向内倾斜一个角度，使得转向主销
偏置量减小，转向阻力距减少，使转向轻便。一般
内倾角小于8°，过大不仅会使转向沉重，而且转向
时轮胎的滑动距离增加，加速了轮胎磨损。设计
时一般要求车轮向上跳动过程中，主销内倾角有
增大的趋势。
3）前轮外倾角。
在横向平面内，车轮不是垂直安装，而是向外
倾斜一个角度，这个角度称为前轮外倾角。一方
面，前轮外倾角使车辆在承受载荷时保证车轮垂
直于地面，增加了车轮与地面的接触面积。另一
方面，车辆在转弯或者车轮上跳时，车辆由于侧
倾，引起载荷转移，一定的外倾角保证车轮与地面
的接触，提高了轮胎的附着能力，有利于为转弯提
供足够的侧向力。智能小车承受的垂直载荷不
大，通常外倾角为0°左右，并要求车轮上跳时有变
小的趋势，并有一定的负外倾变化，变化范围应
在-2°~1°。
4）前轮前束。
俯视前轮，两个前轮的中心面并不平行，两轮
后边缘距离大于两轮前边缘距离，前后边缘距离
的差值为前轮前束值。前轮外倾角导致两侧车轮
有向外滚开的趋势，但是由于转向横拉杆和车桥
的约束，车轮无法滚开，而是在地面上边滚边滑。
前轮前束能减轻和消除前轮外倾的影响，保证前
轮在汽车行驶中滚动而无滑动。一般通过调节转
向横拉杆的长度来改变前轮前束值，智能小车前
轮外倾角已经减小甚至为负值，相应的前轮前束
也应减小甚至也为负值。一般为-0.5°~1°。
3 前悬架调整优化
仿真模型的初始硬点坐标如图 1所示，进行
双轮平行跳动仿真分析，根据仿真结果，对仿真模
型做如下调整，调整后硬点坐标如图3所示。
图3 调整后硬点坐标
1）调整主销后倾角。
对于智能小车，主销后倾角可通过增减黄色
垫片的数量来改变。黄色垫片共有 4片，前后各
两片，后倾角为0°；前面数量仅1片，后倾角为3°~
6°；垫片全部放后面，后倾角为 6°~9°。根据仿真
结果，将主销后倾角调整为3°~6°，此时转向灵活。
2）调整主销内倾角。
通过改变螺杆的长度调整智能小车的主销内
倾角，调整范围为 0°~10°。对智能小车的性能影
响不大，主销内倾角调整为7°左右。
3）调整前轮外倾角。
对智能小车的侧滑影响较大，需要与前轮前
束相匹配，根据仿真结果调整为0°左右。
4）调整前轮前束角。
朱江等：基于ADAMS/Car智能小车前悬架的仿真优化 103
2016年4月机电技术
对于智能小车，是由舵机带动左右横拉杆实
现转向的。左右横拉杆长度相等，主销在垂直方
向的位置确定后，改变左右横拉杆的长度即可改
变前轮前束的大小。前轮前束与前轮外倾角相匹
配，调整为0°左右。
图 4为调整前后悬架的特性曲线。从图 4中
看出，调整后前轮外倾角变化范围为-0.5°~0.9°，
增加了车轮与地面的接触面积；调整后主销内倾
角变化范围为 6°~8.4°；前轮前束角为-0.2°~1.2°；
主销后倾角为 4.3°~5.5°。和调整前比较，变化范
围都减小，较为理想。对智能小车进行实际调整，
在赛道试车，转向更灵活，行驶较之前更为稳定。
4 结论
本文建立的前悬架仿真模型能够较好地反映
智能小车前悬架系统的真实特性，仿真结果比较
精确，可以为智能小车机械结构的调校提供指导
参考，大大缩短了智能小车的调试时间。但是本
文给出的仅是各参数的调整趋势，最佳匹配值还
需根据赛道调试获得。
参考文献：
[1]王若平 .基于ADAMS/Car麦弗逊式前悬架的优化设计[J].广西大学学报，2014，39（2）：294-299.
[2]陈军 .MSC.ADAMS技术与工程分析实例[M].北京：中国水利水电出版社，2008：237-240.
[3]余志生 .汽车理论[M].北京：机械工业出版社，2009：135-142.
[4]杨俊燕 .基于MSC_ADAMS软件仿真的关键问题[J].机械管理开发，2008，23（3）：185-186.
[5]马玉坤 .ADAMS软件及其在汽车动力学仿真分析中的应用[J].重庆交通大学学报，2004，23（4）：110-120.
[6]潘筱 .汽车前悬架运动学及整车操纵稳定性仿真[D].郑州：郑州大学，2006.
（a）前轮外倾角
（b）主销内倾角
（c）前轮前束角
（d）主销后倾角
图4 调整前后悬架特性曲线
104