麦弗逊式前悬架的设计改进及分析

云庭

艾维全　高世杰　王　承　廖　芳　(上汽集团汽车工程研究院)
【摘要】　麦弗逊式独立悬架是减振器作滑动支柱并与下控制臂组成的悬架形式,与其它悬架系统相比,
结构简单、性能好、布置紧凑,占用空间少。因此对布置空间要求高的发动机前置前驱动轿车的前悬架几乎全部
采用了麦式悬架。文章针对汽车悬架的设计发展趋势,论述了当前麦弗逊前悬架的主要设计改进,并对改进原
理进行了分析。
【主题词】　麦弗逊悬架　汽车　分析
1 　前言
麦弗逊式独立悬架是减振器作滑动支柱并与
下控制臂组成的悬架形式,其结构简图如图1 所
示。与其它悬架系统相比,麦式悬架具有结构简
单、性能好、布置紧凑,占用空间少等特点,因此对
布置空间要求高的发动机前置前驱动轿车的前悬
架几乎全部采用了麦式悬架。随着汽车用户对汽
车操控性能的日益增加,麦式前悬架的设计也在
不断改进,其主要变化体现在抗前倾能力提高和
下控制臂纵向“0 偏移”L 形设计两个方面。
图1 　麦弗逊式前悬架简图
收稿日期: 2004 - 06 - 11
2 　提高抗前倾能力的设计
一般独立悬架的设计都要利用其几何布置
(杆系的位置关系) 来控制车轮定位角、主销倾角、
轮距等参数的变化来保证汽车姿态的平稳。但随
着对汽车性能要求的不断提高,现在还需要充分
利用悬架的几何布置来控制汽车的动态性能,如
侧倾、前倾和后倾等。
汽车在制动时由于惯性力的作用引起前后负
荷的移动,前轮负荷增加会使汽车出现前部下沉
的前倾现象,即所谓的制动“点头”。由于发动机
前置前驱动的轿车质心靠前,因此制动“点头”现
象会较其它发动机布置形式的汽车明显,而这无
论是对保持汽车行驶的稳定性、还是操控性来说,
都是应该尽量避免的。因此现在麦弗逊式前悬架
在设计时都体现了抗“点头”的几何特征,下面先
介绍一下悬架纵倾中心的概念。
如图2 所示,减振支柱上部A 点和悬架下控制
臂球铰接头B 点是决定麦式悬架主销轴线的两个
点,因此它们的位置变化决定了减振支柱和车轮的
运动。支柱上部A 点根据支柱的伸缩运动进行上
下移动,可以认为其侧视图上的回转中心(纵倾中
心) 位于与支柱中心成直角方向的无限远处点CA
上。悬架控制臂球铰接头B 点的侧视图回转中心
位于下控制臂摇动轴DE 的延长线与通过B 点的宽
·26 · 上海汽车　200418 　　
设计研究
度方向垂直平面相交的点CB 上。两条直线ACA 和
BCB 的交点C 点就是A 点和B 点在纵向的共同瞬
间回转中心,即悬架的纵倾中心。
图2 　麦弗逊式前悬架纵向回转中心示意图
　　设从前轮接地点到C 点的直线与水平轴线形
成的角为θ(图2) 。在汽车制动时,分配在前轮上
的制动力FZ绕悬架臂的回转中心C 点在前轮接地
点形成一个方向向上、大小为FZ ×tanθ的分力,这
个力与车身前倾的力相反,是前轮的抗前倾力。显
然,θ角越大,这个抗前倾力越大,即θ角的大小表
征着悬架抗汽车前倾能力的强弱。因此,为加强防
前倾效果,在悬架设计时应使θ角尽可能的大,加
大θ角可采用两种方法:一是使减振支柱后倾;二
是加大下控制臂摇动轴DE 的侧视图倾斜角。
由于减振支柱后倾会增大主销后倾角,而主销
后倾角一般都是设定好的,所以现在麦式前悬架下
控制臂的两个安装点从以前的垂直方向等高布置
变成前低后高,有效地防止制动时发生的“点头”现
象。由于受到副车架安装位置和悬架其它设计因
素的影响,θ角能调节的幅度有限,但适当提高后连
接点E 点的高度就可以有效地提高汽车的抗前倾
能力。现在一般用抗点头率(抗前倾力和由于惯性
力作用使车身前部下沉的力的比值) 来表征汽车的
抗前倾能力的大小,与安装D、E 点等高的下控制臂
轿车相比,铰接点E 的安装位置提高了约10mm 的
轿车抗点头率高了近一倍。
3 　纵向“0 偏移”L 形下控制臂的设计
现在麦弗逊前悬架的下控制臂设计都由传统
的A 形变成了L 形,L 形控制臂的球销和控制臂
前部连接衬套的中心在汽车纵向接近于“0 偏移”,
即在汽车纵轴线上坐标相同,如图3 所示。从车
轮传递到球销的侧向力通过L 形下控制臂前衬套
直接传递到副车架(后连接衬套的影响很小) ,这
样只需要通过设定前衬套的刚度来调节汽车的侧
向刚度。
图3 　纵向“0 偏移”L 形下控制臂
1 - 下控制臂球铰　　2 - 下控制臂前连接衬套
3 - 控制臂后连接衬套
　　在汽车通过有凹坑的路面引起在车轮接地点
产生纵向力时,此纵向力绕下控制臂球销和前衬
套的轴线形成纵向力矩,通过设定L 形下控制臂
后衬套的刚度来控制该力矩,缓和路面带来的冲
击使车轮产生纵向柔性。
可见L 型下控制臂的设计,使汽车在侧向和
纵向的受力分别通过前、后衬套进行控制,使需要
的侧向刚度独立于纵向柔性,使侧向力和纵向力
同时作用时相互间不发生耦合,避免了悬架臂共
振的发生,从而提高了汽车行驶的平顺性。
另外,L 形控制臂的前后连接衬套刚度一般
都设定为前硬后软,这有助于在转向时受到侧向
力时前轮形成负前束,增加不足转向的趋势,有利
于提高汽车行驶的稳定性。
4 　总结
通过充分利用悬架的几何布置和柔性的特性,
使布置麦弗逊前悬架的汽车的行驶平顺性和操控
稳定性有了更好的表现,而充分利用悬架的几何特
性,更好地控制汽车的动态特性,进一步优化汽车
底盘的性能,也是汽车悬架设计发展的方向。
　上

mizhongquan

针对麦弗逊式前悬架的设计改进及分析，该文从汽车工程师的角度对麦弗逊悬架进行了深入研究和分析。该悬架以其结构简单、性能优良和占用空间少的特点，广泛应用于发动机前置前驱动轿车的前悬架系统。文章详细论述了麦弗逊悬架的主要设计改进，包括结构优化、材料升级和性能提升等方面，并对其改进原理进行了深入剖析。这些改进旨在提高车辆的操控稳定性、行驶平顺性和乘坐舒适性。同时，该团队针对未来汽车悬架设计的发展趋势，提出了前瞻性的研究思路和技术路线。对于汽车行业从业者来说，这是一篇极具参考价值的专业文献。