基于ADAMS對麥弗遜懸架、雙橫臂懸架動力學性能對比研究

孫 艷

(遼寧工業(yè)大學 汽車與交通工程學院)

1 前懸架動力學仿真模型的建立

1.1 動力學軟件ADAMS 介紹

MSC.ADAMS 是一款在機械設(shè)計制造領(lǐng)域應(yīng)用最普遍，涉及領(lǐng)域最多的一款虛擬樣機軟件。ADAMS 下面涉及很多專業(yè)領(lǐng)用，其中ADAMS/Car 是其中一款專門應(yīng)用于轎車研究開發(fā)的軟件包，大量吸收了奧迪、寶馬、沃爾沃等國際大型汽車公司的專業(yè)經(jīng)驗，應(yīng)用ADAMS/Car 對整車以及各個懸架子系統(tǒng)設(shè)計研究，可極大減少汽車生產(chǎn)領(lǐng)域?qū)υO(shè)計人員工作經(jīng)驗的依賴。

1.2 前懸架仿真模型的建立

應(yīng)用ADAMS/Car 建立動力學仿真模型，是一個自上而下的建模過程。首先在Template 模塊，建立汽車系統(tǒng)的模版文件，并為建立好的模版文件匹配屬性文件和通訊器;然后，在Standard 界面將模版文件轉(zhuǎn)化為子系統(tǒng)文件，子系統(tǒng)文件跟模版文件的主要區(qū)別在于，子系統(tǒng)文件中各個系統(tǒng)有前、后之分，而模版文件只是各個部件的模版，不帶有前、后等定義，必須經(jīng)轉(zhuǎn)換為子系統(tǒng)文件，才能實現(xiàn)定義。

本文直接采用ADAMS 共享數(shù)據(jù)庫中的麥弗遜式獨立懸架跟雙橫臂獨立懸架的模版文件作為建立懸架子系統(tǒng)的模版，所以不需在ADAMS/Car Template 再次建立。本文在ADAMS Standard 界面將共享數(shù)據(jù)庫中的麥弗遜懸架跟雙橫臂懸架的兩個懸架模版文件定義為子系統(tǒng)文件，完成兩懸架子系統(tǒng)文件的建立。再將兩前懸架子系統(tǒng)文件跟ADAMS懸架仿真試驗臺進行組裝，分別建立兩個本文用于仿真的前懸架仿真模型。

2 仿真試驗與數(shù)據(jù)處理

2.1 仿真試驗

ADAMS/Car 中提供了三種試驗方法對懸架進行性能分析，這三種方法分別是:雙輪同向跳動試驗、雙輪反向跳動試驗、單輪跳動試驗。其中，雙輪同向跳動試驗方法是應(yīng)用最普遍的一種試驗方法，本文對兩懸架性能分析對比就采用該試驗方法。

2.2 數(shù)據(jù)處理

(1)對前輪定位參數(shù)的影響

汽車前輪定位參數(shù)主要包括外傾角、后傾角、主銷內(nèi)傾角、前束角。

外傾角隨車輪跳動的變化量包括兩部分，一是由車身側(cè)傾產(chǎn)生的車輪外傾變化，二是由車輪相對車身的跳動而引起的外傾變化。在車輛行駛過程中，外傾角的變化對直線行駛的穩(wěn)定性以及穩(wěn)態(tài)相應(yīng)等特性都有很大影響，取值范圍一般在－2.0°～0.5°(50 mm)。如圖1 所示，在車輪上下跳動50 mm 的過程中，麥弗遜式獨立懸架的變化范圍為－0.75°～1.28°，雙橫臂式獨立懸架的變化范圍為－1.21°～0.74°，雙橫臂式獨立懸架的外傾角在隨車輪跳動變化過程中，由于麥弗遜式獨立懸架。

圖1 兩懸架外傾角隨車輪跳動變化曲線

主銷后傾角是在汽車行駛過程中偶遇外力稍有偏轉(zhuǎn)時，產(chǎn)生與車輪偏轉(zhuǎn)方向相反的力矩，保證汽車穩(wěn)定直線行駛。轎車的主銷后傾角的取值范圍一般為3°～10°(50 mm)。如圖2 所示，麥弗遜式獨立懸架的主銷后傾角隨車輪跳動的變化量為4.70°～5.47°，雙橫臂式獨立懸架隨車輪跳動的變化量為5.37°～5.49°，兩懸架的主銷后傾角的變化量均滿足取值變化范圍要求，但雙橫臂式獨立懸架的注銷后傾角隨車輪跳動的變化量明顯小于麥弗遜式獨立懸架系統(tǒng)，所以仍是雙橫臂式獨立懸架系統(tǒng)更優(yōu)。

圖2 兩懸架后傾角隨車輪跳動變化曲線

主銷后傾角之所以能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)生與車輪行駛相反的力矩，是通過主銷后傾拖距實現(xiàn)的。該力矩產(chǎn)生一個與輪胎側(cè)偏角相似的附加轉(zhuǎn)向角，能夠使汽車在行駛過程中趨于增加不足轉(zhuǎn)向，有利于改善汽車的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性。設(shè)計要求主銷后傾拖距隨車輪在上跳形成中增加，如圖3 可以看出，雙橫臂的主銷后傾角拖距隨車輪上跳而上升，符合設(shè)計要求。

圖3 兩懸架后傾拖距隨車輪跳動變化曲線

主銷內(nèi)傾角的主要作用是在汽車低速行駛時對汽車的主動回正作用。設(shè)計過程中，主銷內(nèi)傾角通常去較大值，規(guī)定為7°～15°。如圖4 所示，麥弗遜式獨立懸架的主銷內(nèi)傾角隨車輪跳動過程的變化范圍為11.50°～13.31°，雙橫臂式獨立懸架的變化范圍為9.06°～11.35°，均滿足設(shè)計要求。

圖4 兩懸架內(nèi)傾角隨車輪跳動變化曲線

前束角在設(shè)計過程中一般取成0 或弱負值，且隨車輪上跳過程而下降，這樣有利于汽車行駛過程中獲得不足轉(zhuǎn)向。如圖5 所示，麥弗遜式獨立懸架隨車輪上下跳動50 mm的過程中的變化范圍為－1.06°～1.01°，雙橫臂式獨立懸架的變化范圍為－1.31°～2.23°，兩者的變化范圍均較大，但雙橫臂式獨立懸架的前束角隨車輪上升過程而下降，變化趨勢正確，比麥弗遜式獨立懸架的變化合理。

圖5 兩懸架前束角隨車輪跳動變化曲線

(2)對側(cè)傾特性的影響

汽車設(shè)計過程中，轎車的側(cè)傾外傾系數(shù)變化范圍為0.61～0.88° /(°)時，可滿足汽車的不足轉(zhuǎn)向要求。如圖6所示，麥弗遜式獨立懸架的側(cè)傾外傾系數(shù)在隨車輪上下跳動50 mm 的過程中的變化范圍為0.77°～0.91°，雙橫臂式獨立懸架的變化范圍為0.65°～0.83°，雙橫臂式獨立懸架的側(cè)傾外傾系數(shù)的變化范圍滿足汽車設(shè)計過程中的不足轉(zhuǎn)向要求，麥弗遜式獨立懸架的設(shè)計范圍超出了不足轉(zhuǎn)向要求，雙橫臂式獨立懸架具有較優(yōu)的側(cè)傾外傾系數(shù)。

圖6 兩懸架側(cè)傾外傾系數(shù)隨車輪跳動變化曲線

汽車設(shè)計過程中，增加前懸架的側(cè)傾角剛度有利于汽車獲得良好的不足轉(zhuǎn)向，且在汽車轉(zhuǎn)彎時，較大的側(cè)傾角剛度，可較好地抑制車身側(cè)傾角的增大。

由圖7 知，在平衡位置處，麥弗遜式獨立懸架的側(cè)傾角剛度為43.39N.m/°，雙橫臂式獨立懸架的側(cè)傾角剛度為154.28N.m/°。雙橫臂式獨立懸架的側(cè)傾角剛度要大于麥弗遜式獨立懸架的側(cè)傾角剛度，因此雙橫臂式獨立懸架具有較好的側(cè)傾角剛度值。

圖7 兩懸架側(cè)傾角剛度隨車輪跳動變化曲線

(3)對縱傾特性的影響

制動點頭量和加速抬頭量反應(yīng)了汽車在制動和加速時懸架對輪心垂直位移的約束能力。

麥弗遜式獨立懸架的制動點頭量的變化范圍為8.82～9.93 mm/g，不及雙橫臂式獨立懸架制動點頭量的變化范圍4.39～5.38 mm/g。

加速抬頭量跟制動點頭量隨車輪跳動的變化曲線可知，安裝橫向穩(wěn)定桿對整車的縱傾特性也有一定程度的改善。同樣，麥弗遜式獨立懸架的加速抬頭量的變化范圍1.73～5.11 mm/g，也比不上雙橫臂式獨立懸架的變化范圍－9.16°～－3.75° mm/g。綜合，圖8 可以得出雙橫臂式獨立懸架具有較好的縱傾特性。

圖8 兩懸架制動點頭量隨車輪跳動變化曲線

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