汽車平順性的仿真分析

韓 輝 王 楊

（1.沈陽理工大學(xué) 汽車與交通學(xué)院，遼寧 沈陽 110159;2.長城汽車有限公司,河北 保定 071000）

0 引言

汽車懸架作為車身與車輪之間一切傳力連接裝置，是保證汽車行駛安全的重要部件。 汽車懸架對(duì)汽車的平順性、操穩(wěn)特性都起著重要的影響，因此，提高汽車平順性最主要就是要提高汽車懸架系統(tǒng)的性能。本文通過雙橫臂式獨(dú)立懸架進(jìn)行建模分析，選擇設(shè)計(jì)變量，確定目標(biāo)函數(shù)，并對(duì)懸架進(jìn)行優(yōu)化，找到側(cè)向滑移量的最優(yōu)值，從而達(dá)到改善平順性的效果。

1 懸架模型的建立

在ADAMS/View 模塊中建立設(shè)計(jì)硬點(diǎn)，創(chuàng)建懸架模型。 其中彈簧的剛度、阻尼分別為118.9、5000。在各個(gè)構(gòu)件間加上合適的運(yùn)動(dòng)副。雙橫臂獨(dú)立懸架的兩個(gè)擺臂長度可以相等，也可以不等。得到如下模型：

圖1 懸架模型

2 懸架模型的仿真分析

選擇車輪的上跳和下跳行程均為100mm，創(chuàng)建直線驅(qū)動(dòng)，對(duì)模型進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真。 在縱向垂直平面內(nèi),主銷軸線與垂線之間的夾角,稱為主銷后傾角。主銷后傾的作用是當(dāng)汽車直線行駛偶然受外力作用而稍有偏轉(zhuǎn)時(shí),主銷后傾將產(chǎn)生與車輪轉(zhuǎn)向反方向的力矩使車輪自動(dòng)回正,可保證汽車直線行駛的穩(wěn)定性。一般不超過2 度到4 度。由主銷后傾角隨車輪的跳動(dòng)的變化曲線可以看出車輪位移為-100mm 時(shí)主銷后傾角為2.53 度， 隨著向上到-25mm 處稍有降低， 當(dāng)向上跳動(dòng)至100mm 時(shí)增大至2.55 度。 主銷后傾角變化范圍為2.53 度到2.55 度，變化量很小。

主銷內(nèi)傾角使得主銷軸線與路面交點(diǎn)到車輪中心平面與地面交線的距離減小，從而減小轉(zhuǎn)向時(shí)駕駛員加在方向盤上的力，使轉(zhuǎn)向操縱輕便，同時(shí)也可減少從轉(zhuǎn)向輪傳到方向盤上的沖擊力。 主銷內(nèi)傾角也不宜過大，否則加速了輪胎的磨損。

前輪外傾角是指前輪所在平面不是完全與地面垂直的，而是與地面有一個(gè)向外的傾斜角，當(dāng)在比較平坦的路面上行進(jìn)時(shí)，汽車方向會(huì)有一定誤差的偏離，在一定等到誤差范圍內(nèi)，前輪能夠自己回到中間向前的方向的位置，這樣，即使路面稍有一點(diǎn)不平也沒關(guān)系，汽車的行進(jìn)方向都會(huì)基本不變。 前輪外傾有使前輪向外轉(zhuǎn)向的趨勢(shì)，前輪前束有使車輪向內(nèi)轉(zhuǎn)向的趨勢(shì)， 可以抵消因前輪外傾帶來的不利影響，使車輪直線滾動(dòng)而無橫向滑拖的現(xiàn)象，減少輪胎磨損。

車輪上跳及車輪回落時(shí)的外傾變化對(duì)車輛直行穩(wěn)定性、車輛的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性等有很大影響。 在車輛直行狀態(tài)下,由路面不平引起車輪跳動(dòng)而使外傾變化時(shí),會(huì)由外傾推力而引發(fā)橫向力,因此較大的對(duì)地外傾變化會(huì)使車輛的直行穩(wěn)定性不好。 綜合考慮轉(zhuǎn)向性能和直行穩(wěn)定性,車輪上跳及下跳時(shí)的外傾變化應(yīng)有一個(gè)適當(dāng)?shù)姆秶?一般上跳時(shí),對(duì)車身的外傾變化為2。 士0.5。 /5mm 較為適宜。

分析前輪外傾角隨車輪的跳動(dòng)變化可以得出車輪位移為-100mm、100mm 時(shí)側(cè)向滑移量分別為-5mm、37mm， 變化范圍很大，使操縱穩(wěn)定性大大的減弱。

通過對(duì)汽車的懸架模型的仿真分析，以及對(duì)各測(cè)量曲線的對(duì)比分析，可以看出車輪接地點(diǎn)的側(cè)向滑移量變化太大，過大會(huì)使車輛的操縱穩(wěn)定性和平順性受到影響，使車輛偏離原行駛軌跡。因此，選擇車輪接地點(diǎn)的側(cè)向滑移量作為分析目標(biāo)， 通過對(duì)分析目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，找到最優(yōu)值。 從而使汽車的平順性得到改善。

3 模型優(yōu)化

通過對(duì)上橫臂長度、上橫臂在汽車橫向平面的傾角、下橫臂長度等做為優(yōu)化目標(biāo)不斷優(yōu)化改進(jìn)，分析目標(biāo)函數(shù)，得到側(cè)向滑移量最優(yōu)值。 對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行五次迭代，得到優(yōu)化結(jié)果：上橫臂長度341.01mm（-1.43%）、上橫臂在汽車橫向平面的傾角11.815 度(+7.3%)、下橫臂長度502.31mm （+0.45%）、 下橫臂在汽車橫向平面的傾角6.0554 度（-36.3%）、 車輪接地點(diǎn)的側(cè)向滑移量由初始的 19.6154mm 下降為4.6762mm（-76.1%）。

圖2 優(yōu)化前后的主銷后傾角變化曲線

圖3 優(yōu)化前后的前輪外傾角變化曲線

圖4 優(yōu)化前后車輪接地點(diǎn)側(cè)向滑移量變化曲線

優(yōu)化以后的主銷后傾角的變化曲線如圖2 所示。主銷后傾角的變化范圍為 3.83 度到 5.64 度，變化量為 1.81 度，變化范圍有所減小。

優(yōu)化以后的前輪外傾角的變化曲線如圖3 所示。前輪外傾角的變化范圍為-3.14 度到 2.2 度，變化量為 5.36 度，變化范圍有所增大。

由上圖可以看出車輪接地點(diǎn)的側(cè)向滑移量的變化范圍明顯減小，可有效提高汽車的舒適性、平順性、穩(wěn)定性。

4 結(jié)論

通過對(duì)雙橫臂獨(dú)立懸架模型的動(dòng)力學(xué)分析， 得到一系列曲線，不難看出車輪接地點(diǎn)的側(cè)向滑移量變化范圍很大，嚴(yán)重了影響了汽車的操穩(wěn)、平順性等，故設(shè)定車輪接地點(diǎn)的側(cè)向滑移量為目標(biāo)函數(shù)，并對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化分析，通過優(yōu)化分析的結(jié)果可以得出車輪接地點(diǎn)的側(cè)向滑移量由初始的43mm 下降為4.67mm， 側(cè)向滑移量得到進(jìn)一步的改善，有效的提高了汽車的平順性。 為汽車懸架的平順性分析提供了有利的依據(jù)。

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