某SUV车型转向分析报告

2023年11月25日发(作者：远景x3论坛汽车之家)

编号

基于ADMAS的K1前悬架

运动学及动力学分析报告

编制：刘斌

审核

批准

长 城 汽 车 股 份 有 限 公 司

GREAT WALL AUTOMOBILE HOLDING COMPANY LIMITED

一、概述：

K1车出现行驶过程中方向机卡滞的问题，考虑到前悬架结构可能引起转向机卡滞，

现利用多系统动力学分析软件ADMAS/Car，根据前悬架各参数进行建模，利用软件自带

的试验台对悬架进行仿真，获得各种参数曲线。根据专家在操纵稳定性方面的经验，对

参数进行分析，以对前悬架性能作出评价，并对方向机卡滞是否因前悬架参数选择不当

引起的作出判断。

二、建模所需数据：

1、K1前悬架及转向系零部件位置参数

坐标

位置点

上摆臂前安装点 -36.385 -405.263 84.140

上摆臂后安装点 148.346 -395.679 81.417

上球销中心 11.000 -623.492 66.695

下摆臂前安装点 -231.554 -299.009 -175.736

下摆臂后安装点 177.649 -299.021 -168.734

下球销中心 -5.180 -683.205 -201.502

转向节臂中心点 -144.461 -693.357 -133.116

转向拉杆中心点 -134.190 -357.601 -101.772

减震器上安装点 -117.764 -443.231 153.810

减震器下安装点 -67.882 -542.800 -169.461

稳定杆车架固定中心 -374.928 -387.406 -56.360

稳定杆上立杆轴中心 -72.865 -613.042 -67.953

稳定杆下立杆轴中心 -97.926 -597.545 -215.153

轮胎接地点中心 0.000 -757.500 -479.600

轮胎中心 0.000 -757.500 -113.600

转向机齿条外壳左右端点

转向轴与转向机齿条

x/左 y/左 z/左

-132.909 -286.004 -60.13

-132.909 -181.003 -60.13

转向中间轴与锥齿轮连接点 -279.307 -353.478 161.238

转向管柱与转向中间轴连接点 82.706 -363.978 281.028

转向系传动轴胶块位置 -329.908 -257.02 24.068

转向系角传动副连接点 -295.186 -244.022 0.374

锥齿轮连接点 -453.674 -303.062 107.971

方向盘中心点 921.091 -370.236 644.992

注：表中坐标值是相对于整车座标系

名称

质量

(kg)

9.998 0.155 -0.002 0.185 0.326 -0.001 -0.014 -0.477 -481.246 -160.964

2.654 0.017 -3.819e-004 0.015 0.029 -0.05 -0.003 42.765 -537.657 109.13

5.183 0.033 -0.001 0.037 0.014 7.096e-005 -0.004 -9.713 -716.066 -68.82

转动惯量(kg.m) 质心位置

2

Iox Ixz Ioy Ioz Ixy Iyz X(mm) Y(mm) Z(mm)

-2.597e-00前横向稳

5 定杆

8.298e-006 0.252 0.001 0.001 8.335e-005 -2.187e-004 7.457e-005 -82.308 -606.349 -96.887

下摆臂

上摆臂

转向节

横向稳定

杆连接杆

扭杆弹簧 6.218e

6.751 1.004 0.1 1.076 -0.021 1.815e-005 -302.969 0.002 9.678

-004

0.015 1.097 0.015 0.013 0.002 0.001 0.001 909.971 304.263 629.221

0.049 6.95 0.276 0.235 -0.001 -0.097 -5.281e-004 594.886 367.354 500.497

5.885kg 0.68 0.68k 0 0 0 797.974 299 -127.21

方向盘

转向管柱

转向中间

轴

角传动副

轮毂

挠性转向6.254e

节 -4

0.843 0.001 9.882e-4 1.621e-4 3.011e-4 -9.893e-5 -320.548 253.186 18.538

1.518 0.002 0.011 0.01 2.957e-004 -0.003 -9.298e-005 -152.385 358.45 201.464

2.064 0.004 0.005 0.005 0.001 -0.001 0.001 -389.575 -313.097 113.321

7.696 0.06 0.107 0.06 -6.092e-5 -3.56e-6 -4.429e-5 2700.675 -748.987 -120.749

注：表中坐标值是相对于整车坐标系

3、部分胶套特性参数：

上摆臂轴套

径向静刚度 轴向静刚度 扭转曲线

位移(mm) 载荷(N) 位移(mm) 载荷(N) 转角(Deg) 扭矩(N*mm)

-2 -13057.2 -3.2305 -8000 0 46.9208

-1.9325 -12515.1 -3.11958 -7012.05 0.751634 258.065

-1.87922 -11927.7 -2.95321 -5831.33 1.56863 457.478

-1.83659 -11475.9 -2.84229 -5180.72 2.38562 645.161

-1.79396 -11069.3 -2.74523 -4650.6 3.0719 797.654

-1.74067 -10527.1 -2.67591 -4313.25 3.72549 938.416

-1.68384 -10030.1 -2.56499 -3831.33 4.37908 1079.18

-1.63055 -9578.31 -2.45407 -3397.59 5.03268 1208.21

-1.57371 -9216.87 -2.39861 -3204.82 5.71895 1337.24

-1.52043 -8855.42 -2.34315 -3012.05 6.40523 1466.28

-1.45648 -8403.61 -2.28769 -2819.28 7.12418 1607.04

-1.39964 -7996.99 -2.23224 -2626.51 7.81046 1736.07

-1.34281 -7635.54 -2.12132 -2289.16 8.49673 1853.37

-1.28242 -7228.92 -1.99653 -1951.81 9.18301 1982.4

-1.20426 -6777.11 -1.83709 -1566.27 9.60784 2064.52

-1.11545 -6280.12 -1.72617 -1349.4 10.3922 2193.55

-1.06927 -6009.04 -1.64298 -1204.82 10.9804 2299.12

-1.00178 -5647.59 -1.55286 -1084.34 11.6013 2404.69

-0.930728 -5331.33 -1.46274 -987.952 12.1895 2498.53

-0.852575 -4924.7 -1.34489 -891.566 12.7451 2592.38

-0.749556 -4427.71 -1.2409 -819.277 13.3987 2721.41

-0.68206 -4111.45 -1.12305 -746.988 13.9869 2803.52

-0.618117 -3795.18 -1.01213 -674.699 14.6078 2932.55

-0.554174 -3478.92 -0.901213 -602.41 15.2288 3038.12

-0.500888 -3207.83 -0.790295 -554.217 15.9477 3167.16

-0.433393 -2846.39 -0.686308 -481.928 16.7974 3319.65

-0.362345 -2484.94 -0.568458 -409.639 17.5817 3472.14

-0.301954 -2123.49 -0.457539 -337.349 18.3987 3624.63

-0.234458 -1716.87 -0.34662 -265.06 18.8562 3706.74

-0.159858 -1219.88 -0.235702 -192.771 19.3791 3800.59

-0.071048 -587.349 -0.0693241 -72.2892 19.9673 3906.16

下摆臂前轴套

径向静刚度 轴向静刚度 扭转曲线

位移(mm) 载荷(N) 位移(mm) 载荷(N) 转角(Deg) 扭矩(N*mm)

-1.36796 -19653.2 -5.54545 -11183.9 0 17.8042

-1.3125 -18554.9 -5.40404 -9655.17 0.822368 302.671

-1.28081 -18034.7 -5.22222 -8045.98 1.57895 534.125

-1.24912 -17514.5 -5.0101 -6718.39 2.30263 747.774

-1.21479 -16878.6 -4.81818 -5752.87 2.96053 925.816

-1.1831 -16358.4 -4.71717 -5270.11 3.51974 1068.25

-1.15669 -15838.2 -4.49495 -4545.98 4.24342 1264.09

-1.13028 -15433.5 -4.32323 -4103.45 4.96711 1442.14

-1.09595 -14913.3 -4.17172 -3862.07 5.625 1602.37

-1.06954 -14450.9 -4.0101 -3620.69 6.38158 1780.42

-1.04313 -14046.2 -3.74747 -3339.08 7.07237 1940.65

-0.995599 -13294.8 -3.50505 -3137.93 7.82895 2118.69

-0.948063 -12543.4 -3.32323 -2977.01 8.61842 2314.54

-0.897887 -11791.9 -3.15152 -2816.09 9.24342 2439.17

-0.84243 -10982.7 -3 -2695.4 10.0329 2617.21

-0.797535 -10346.8 -2.84848 -2574.71 10.6908 2759.64

-0.707746 -9132.95 -2.45455 -2252.87 12.0066 3062.31

-0.665493 -8554.91 -2.25253 -2091.95 12.5987 3204.75

-0.620599 -7976.88 -1.9899 -1850.57 13.3224 3364.99

-0.575704 -7456.65 -1.79798 -1689.66 13.9145 3507.42

-0.533451 -6936.42 -1.65657 -1568.97 14.5395 3667.66

-0.493838 -6473.99 -1.50505 -1448.28 15.1974 3827.89

-0.43838 -5780.35 -1.31313 -1287.36 15.6908 3952.52

-0.393486 -5202.31 -1.16162 -1166.67 16.2171 4077.15

-0.340669 -4624.28 -0.929293 -965.517 16.8092 4237.39

-0.301056 -4161.85 -0.747475 -804.598 17.4671 4415.43

-0.248239 -3468.21 -0.555556 -603.448 18.125 4575.67

-0.198063 -2832.37 -0.40404 -442.529 18.6842 4718.1

-0.129401 -1907.51 -0.252525 -281.609 19.3092 4878.34

-0.0792254 -1156.07 -0.0606061 0 20 5038.58

下摆臂后轴套

径向静刚度 轴向静刚度 扭转曲线

位移(mm) 载荷(N) 位移(mm) 载荷(N) 转角(Deg) 扭矩(N*m)

-1.83043 -18323.7 -6.81122 -4953.49 0 0.41791

-1.77826 -17803.5 -6.68878 -4883.72 0.743802 3.55224

-1.72609 -17225.4 -6.56633 -4779.07 1.40496 6.26866

-1.65652 -16589.6 -6.44388 -4709.3 1.98347 8.56716

-1.55217 -15549.1 -6.19898 -4552.33 2.72727 11.2836

-1.48261 -14855.5 -5.95408 -4395.35 3.38843 13.791

-1.41304 -14219.7 -5.64796 -4203.49 4.04959 16.0896

-1.32609 -13352.6 -5.40306 -4046.51 4.87603 18.806

-1.25652 -12659 -5.09694 -3837.21 5.70248 21.7313

-1.18696 -12080.9 -4.85204 -3697.67 6.44628 24.0299

-1.11739 -11387.3 -4.66837 -3575.58 7.10744 26.1194

-1.04783 -10751.4 -4.48469 -3453.49 7.72727 28.209

-0.96087 -10000 -4.2398 -3279.07 8.5124 30.5075

-0.9 -9421.97 -3.9949 -3139.53 9.2562 32.806

-0.821739 -8728.32 -3.68878 -2930.23 9.83471 34.4776

-0.769565 -8208.09 -3.44388 -2773.26 10.5785 36.5672

-0.7 -7572.25 -3.13776 -2563.95 11.281 38.6567

-0.647826 -7109.83 -2.95408 -2424.42 11.9835 40.7463

-0.613043 -6763.01 -2.70918 -2250 12.7273 42.8358

-0.56087 -6242.77 -2.52551 -2110.47 13.2231 44.0896

-0.508696 -5722.54 -2.38776 -2005.81 14.0496 46.597

-0.473913 -5375.72 -2.23469 -1901.16 14.9587 49.1045

-0.404348 -4624.28 -1.9898 -1709.3 15.6198 50.9851

-0.352174 -4046.24 -1.72959 -1500 16.4876 53.2836

-0.282609 -3294.8 -1.43878 -1273.26 17.2314 55.3731

-0.213043 -2543.35 -1.17857 -1063.95 18.0579 57.6716

-0.143478 -1734.1 -0.979592 -906.977 18.595 59.1343

-0.0913043 -1156.07 -0.734694 -697.674 19.2975 61.0149

-0.0130435 -404.624 -0.489796 -470.93 19.9587 62.6866

-0.290816 -296.512

-0.0765306 -87.2093

前横向稳定杆座胶套

位移(mm) 位移(mm) 位移(mm) 位移(mm) 位移(mm) 位移(mm)

0.160584 0.160584 1.88321 1.88321 3.0219 3.0219

0.49635 0.49635 2.13139 2.13139 3.13869 3.13869

0.744526 0.744526 2.37956 2.37956 3.25547 3.25547

0.948905 0.948905 2.49635 2.49635 3.35766 3.35766

1.16788 1.16788 2.64234 2.64234 3.45985 3.45985

1.45985 1.45985 2.74453 2.74453 3.54745 3.54745

1.66423 1.66423 2.86131 2.86131 3.66423 3.66423

前减振器上衬套

径向静刚度 轴向静刚度 扭转曲线

位移(mm) 载荷(N) 位移(mm) 载荷(N) 转角(Deg) 扭矩(N*mm)

-3.32016-1163.91-0.96032-4825.44

-3.2253-1124.81-0.92857-4650.87

-3.09881-1073.68-0.89683-4463.84

-2.99605-1031.58-0.85714-4239.4

-2.87747-986.466-0.84127-4152.12

-2.78261-956.391-0.80952-3965.09

-2.74308-941.353-0.77778-3778.05

-2.60079-890.226-0.73016-3528.68

-2.43478-836.09-0.69048-3329.18

-2.27668-784.962-0.65079-3129.68

-2.08696-727.82-0.62698-3017.46

-1.94466-685.714-0.57937-2743.14

-1.79447-640.602-0.53968-2593.52

-1.65217-598.496-0.50794-2443.89

-1.48617-547.368-0.46032-2219.45

-1.36759-511.278-0.42857-2082.29

-1.24111-469.173-0.39683-1945.14

-1.11462-430.075-0.36508-1820.45

-1.00395-396.992-0.3254-1658.35

0 40.3023

0.651341 108.816

1.11111 153.149

1.68582 201.511

2.18391 245.844

2.75862 294.207

3.14176 326.448

3.75479 366.751

4.09962 390.932

4.52107 419.144

4.94253 447.355

5.28736 471.537

6.09195 523.929

6.4751 548.111

7.08812 588.413

7.62452 620.655

8.08429 648.866

8.62069 685.139

9.1954 717.38

径向静刚度

-0.86957-354.887-0.29365-1533.67

-0.75889-315.789-0.26389-1408.98

-0.64032-276.692-0.23016-1259.35

-0.50593-228.571-0.19841-1109.73

-0.42688-198.496-0.16667-947.631

-0.3004-150.376-0.13492-810.474

-0.22134-117.293-0.10318-648.379

-0.1581-87.218-0.08135-536.16

9.84674 757.683

10.4598 793.955

11.4559 854.408

12.0307 894.71

12.8736 951.134

13.7165 1007.56

14.3678 1047.86

14.9042 1084.13

前减振器下衬套

径向静刚度 轴向静刚度 扭转曲线

位移(mm) 载荷(N) 位移(mm) 载荷(N) 转角(Deg) 扭矩(N*mm)

-0.960317 -4825.44 -3.32016 -1163.91 0 40.3023

-0.928571 -4650.87 -3.2253 -1124.81 0.651341 108.816

-0.896825 -4463.84 -3.09881 -1073.68 1.11111 153.149

-0.857143 -4239.4 -2.99605 -1031.58 1.68582 201.511

-0.84127 -4152.12 -2.87747 -986.466 2.18391 245.844

-0.809524 -3965.09 -2.78261 -956.391 2.75862 294.207

-0.777778 -3778.05 -2.74308 -941.353 3.14176 326.448

-0.730159 -3528.68 -2.60079 -890.226 3.75479 366.751

-0.690476 -3329.18 -2.43478 -836.09 4.09962 390.932

-0.650794 -3129.68 -2.27668 -784.962 4.52107 419.144

-0.626984 -3017.46 -2.08696 -727.82 4.94253 447.355

-0.579365 -2743.14 -1.94466 -685.714 5.28736 471.537

-0.539683 -2593.52 -1.79447 -640.602 6.09195 523.929

-0.507937 -2443.89 -1.65217 -598.496 6.4751 548.111

-0.460317 -2219.45 -1.48617 -547.368 7.08812 588.413

-0.428571 -2082.29 -1.36759 -511.278 7.62452 620.655

-0.396825 -1945.14 -1.24111 -469.173 8.08429 648.866

-0.365079 -1820.45 -1.11462 -430.075 8.62069 685.139

4、减震器特性参数

前减震器压缩行程阻尼力

速度m/s -0.9 -0.6 -0.3 -0.1 -0.05

压缩阻力(N) -1406 -1102 -727 -422 -343

前减震器复原行程阻尼力

速度m/s

复原阻力(N) 380 717 1854 3804 4200

0.050.10.30.60.9

5、前悬架其他参数

扭杆弹簧直径：φ30mm 稳定杆直径：φ20mm 轮胎负荷静半径：334mm

轮胎垂直刚度304.42N/mm 前轴重：880Kg 前束：0 外倾：0

三、建模情况说明

1、扭杆及稳定杆采用非线性杆代替

2、由于前悬架采用扭杆弹簧为弹性元件，所以簧载质量用轴重代替。

3、根据零部件特性参数制作特性文件输入模型中。

四、仿真试验内容及目的

1、轮胎上下跳动各40mm试验

使用软件自带的试验台进行轮胎上下跳动试验，使轮胎上下各跳动40mm，获得前悬

架各参数变化曲线，通过曲线对悬架进行分析评价。通过轮胎上跳160mm下跳100mm

（此距离已远远大于前悬架动挠度）试验，观察悬架参数变化曲线是否光顺，以判断悬

架在运动过程中是否有运动死点。

2、左右轮转动试验

使用软件自带的试验台进行左右轮转动试验，获得内外轮转角曲线，评价转向梯形的

合理性。

五、试验结果及分析

1、轮胎上下跳动40mm试验：

图1 外倾角变化曲线

结论：由于汽车曲线行驶时，车身的侧倾使得车身外侧车轮相对地面向正的外倾角方向

变化，从而降低了承载较高的外侧车轮的侧偏性能，所以常常将悬架设计成车轮上跳时外倾

角朝负值方向变化，而在下落时朝正值方向变化。对车身的外倾变化为在40mm范围内不超

过1°可确保后一种变化量不超过前一种变化量，仍能使汽车保持一定的不足转向特性。

K1前悬架外倾角变化比较理想。

图2 前束变化曲线

结论：前束的作用目前还无定论，一般认为采用前束的最大依据是弥补外倾角的不利作

用，根据美国福特公司的设计观点认为，前束的真正作用是补偿和防止车轮后束。后束会导

致行驶不稳定，如果汽车带有后束，行驶时由于路面不规整或侧向力，某一个前轮可能瞬时

处于前进方向，则另一车轮处于后束，汽车处于转向状态，同时由于处于前进方向的车轮行

驶阻力减少，而产生后束的车轮产生附加行驶阻力，促使汽车加剧转向而失去稳定行驶能力；

相反，对于带有前束的汽车，当某一个车轮由于路面情况或侧向力作用下瞬时处于直线行驶

状态时，另一侧车轮将增加前束角，汽车处于转向状态，但由于轮胎将增加前束而产生的附

加阻力促使车轮回正，从而保持直线行驶的稳定性。因此，对于直线行驶来说，前束的作用

是必要的。认清这一点对于确定前束的变化趋势和变化量是具有重要意义。

对于独立悬架，随着车轮的上下跳动，前束值将发生变化，而变化趋势直接影响汽车的

操纵稳定性。以往的设计指导思想主张前束的变化要尽可能小，即所谓转向系与悬架系运动

协调。

图3 后倾角变化曲线

结论：主销后倾角是为使汽车行驶稳定而布置的，其稳定效应是发生在前轮转向时，凭

借路面对轮胎的侧向反力来实现的。同时为保证制动时后倾角不过小，希望随车轮上跳而增

加。

现代汽车为了提高舒适性，往往把悬架刚度设计得很低，当汽车紧急制动时，车身的“点

头”现象将变得十分严重，为了克服“点头”对整车舒适性的影响，将上下控制臂轴在汽车

纵向平面内布置成倾斜方式，以增加抑制“点头”作用，同时，这样布置还可使车轮上跳时

后倾角增大，从而减小由于制动点头造成前轮对地后倾角的影响，提高制动稳定性。

K1前悬架后倾角变化比较理想。

图4 半轮距变化曲线

结论：以往，人们只对轮距的变化提出要求，例如半轮距变化量在车轮跳动±40mm时

不大于4-8mm，而对轮距的变化趋势没有引起重视。轮距的变化趋势对转弯时汽车稳定性起

着重要的作用。转弯时由于离心力的作用，离心力方向的一侧悬架将压缩，相当于车轮相对

车身上跳，如果此时轮距减小，造成重心偏移，又加剧了离心力一侧悬架的压缩，使车轮相

对车身再次上跳，结果造成车身侧倾角加大，严重时使汽车失去稳定性。所以，车轮上跳时，

轮距不能减小，应适当增加，而下跳时轮距适当减小从而起到转弯时减小车身侧倾角的作用。

为了减小轮胎与地面的侧向滑移，减小轮胎磨损，希望轮距变化要小，特别是上跳行程，轮

胎负荷增加，过大的轮距变化会增加轮胎的磨损，而下跳时，由于轮胎负荷通常减小，轮距

变化可适当大些，仍可保证适当的轮胎寿命。目前的设计观点认为，上跳行程半轮距变化量

一般在2.5mm左右，而下跳行程轮距变化量可适当大些，一般在车轮下降40mm时半轮距减

少不超过5mm为宜。

K1前悬架半轮距变化比较理想。

图5 侧倾转向变化曲线

结论：上图表明，在车轮上跳动时侧倾转向都是由正值向负值方向变化，且呈现递减趋

势。侧倾转向系数小于0.2（°/°），所以根据前人经验此时为不足转向效应。

图6 后倾拖距变化曲线

结论：主销后倾拖距与主销后倾角和主销相对轮心的横向偏移矩有关，它同轮胎拖距一

起影响回正力矩的大小。有文献希望主销后倾拖距随着车轮的上跳而增加，这样可以防止在

制动时侧滑、跑偏。

K1前悬架后倾拖距变化比较理想。

图7 悬架垂直刚度变化曲线

图8 悬架侧倾角刚度变化曲线

结论：悬架刚度既影响操稳性，又影响舒适性的重要物理参数。悬架刚度有一定的要求

范围，且行驶中刚度变化不应很大，变化太大会使不足转向过渡为过多转向，破坏了操纵稳

定性。悬架侧倾角刚度变化量也不希望变化太大。

K1前悬架垂直刚度及侧倾角刚度变化比较理想。

图9 悬架侧倾后倾系数变化曲线

图10 悬架侧倾外倾系数变化曲线

图11 悬架主销偏置距变化曲线

图12 悬架单位侧向力外倾角变化曲线

图13 悬架单位侧向力转向角变化曲线

结论：从以上曲线可知，K1前悬架侧倾后倾系数、侧倾外倾系数、主销偏置距变化

单位侧向力外倾角变化、单位侧向力转向角变化比较小，比较理想。

图14 悬架制动抗点头变化曲线

图15 悬架加速抗抬头变化曲线

结论：K1前悬架制动抗点头变化比较小，悬架制动抗点头变化虽然比较大，但呈上升趋

势，负值范围不大，也可以接受。

图16 悬架轮胎接地点横向滑移量变化曲线

图17 悬架轮胎接地点纵向滑移量变化曲线

结论：K1前悬架轮胎接地点纵向滑移量变化很小，比较理想。虽然横向滑移量变化较大，

但考虑到轮距变化情况，基本可以接受。

2、轮胎上跳160mm下跳100mm试验

图18 外倾变化曲线

图19 后倾变化曲线

图20 前束变化曲线

结论：前悬架在大幅度跳动过程中，定位参数变化曲线平顺，说明前悬架没有运动死点。

3、转向试验：

对前悬架进行转向试验，获得内外轮转角曲线与数据，将数据输入EXCEL处理，与理想

转角曲线进行比较，验证转向梯形是否合理。

内外轮转角曲线图

50

40

30

20

10理想曲线

0

-10

02040-40-20

-20

-30

-40

内轮转角

外

轮

转

角

仿真曲线

结论：通过曲线可知，理想曲线与仿真曲线基本符合，K1转向梯形比较合理。

六：最终结论

通过以上分析，K1前悬架导向机构位置参数布置合理，质量参数选择合理，转向梯形布

置合理。K1前悬架设计合理，K1方向机卡滞问题不是由前悬架设计缺陷引起的。