基于ADAMS的前懸架仿真分析

楊仁華，柏武林

（西華大學(xué)汽車與交通學(xué)院，四川成都610039）

基于ADAMS的前懸架仿真分析

楊仁華，柏武林

（西華大學(xué)汽車與交通學(xué)院，四川成都610039）

運(yùn)用ADAMS軟件平臺(tái)對(duì)汽車進(jìn)行了仿真分析，建立了仿真模型，確定了仿真參數(shù)，并以懸架靜止、伸張70mm、壓縮70mm三個(gè)工況下，對(duì)前懸架定位參數(shù)改變進(jìn)行了仿真分析。

懸架；仿真；建模

懸架是現(xiàn)代汽車上的幾大重要總成之一，它的作用是把車架（或車身）與車輪彈性地連接起來，傳遞作用在車身和車輪之間的所有外力，部分吸收路面?zhèn)鹘o車身的沖擊載荷，并衰減由于路面沖擊傳給車身的振動(dòng)，使汽車在高速行駛下獲得較理想的運(yùn)動(dòng)特性。懸架本身的性能特點(diǎn)、與整車的匹配關(guān)系等直接決定了汽車的行駛平順性、操縱穩(wěn)定性和乘坐舒適性以及汽車的行駛姿態(tài)[1]。目前在ADAMS環(huán)境下有一些對(duì)懸架的仿真研究，如以懸架中的橡膠襯套不同，仿真分析懸架性能[2]；在ADAMS/Insight環(huán)境下進(jìn)行性能分析，找出輪胎磨損的原因[3]。

本文在ADAMS環(huán)境下對(duì)麥弗遜懸架前輪跳動(dòng)對(duì)定位參數(shù)的影響進(jìn)行仿真分析。

1 麥弗遜懸架仿真結(jié)構(gòu)分析[4]

本文以麥弗遜懸架（前懸）為研究對(duì)象，麥弗遜懸架結(jié)構(gòu)左右對(duì)稱，轉(zhuǎn)向器為齒輪齒條轉(zhuǎn)向器。根據(jù)懸架結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)向系結(jié)構(gòu)，按照一定的方法把結(jié)構(gòu)簡化為如圖1所示的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真模型。懸架左右部分關(guān)于汽車縱向平面對(duì)稱，由轉(zhuǎn)向橫拉桿、齒輪齒條轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向節(jié)總成（包括減振器下部、輪轂軸、制動(dòng)器底板等）、下控制臂、車輪總成、減振器上部及車身組成。因運(yùn)動(dòng)學(xué)不需要考慮受力問題，故不考慮減振器的阻尼和彈簧的剛度問題。

圖1 前懸架結(jié)構(gòu)簡圖

參考圖1連接形式，對(duì)懸架系統(tǒng)進(jìn)行合理簡化，并在ADAMS上面建立如表1的連接副。

表1 各零件間連接形式

2 仿真模型參數(shù)確定

輪胎靜力半徑為240mm，豎直剛度為200 N/mm，每個(gè)車輪的簧下質(zhì)量為25 kg，整車的簧上質(zhì)量為550 kg，重心高度為600 mm；軸距為2 175 mm.

設(shè)置的車輪跳動(dòng)行程為140 mm，伸張和壓縮行程均為70 mm.懸架硬點(diǎn)參數(shù)如表2，車的縱向?qū)ΨQ面、車架或地板上平面與過左右車輪中心且垂直車架上平面三平面交點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，垂直方向Z軸，向上為正，車的縱向?yàn)閄軸，向車的后方為正，車的橫向?yàn)閄軸，從車頭看向左為正，仿真模型如圖2.

表2 前懸架硬點(diǎn)參數(shù)

圖2 仿真模型

3 懸架運(yùn)動(dòng)仿真分析[2]

以懸架靜止、伸張70mm、壓縮70 mm三個(gè)工況下的狀態(tài)進(jìn)行仿真（懸架伸張與壓縮是以車輛滿載靜止?fàn)顟B(tài)為基準(zhǔn)車輪中心相對(duì)于車身或車架在垂直方向產(chǎn)生的相對(duì)位移），分析前輪定位參數(shù)改變（前輪外傾角改變、主銷后傾角改變、主銷內(nèi)傾角改變、前束角改變）和側(cè)傾中心改變情況。

（1）前輪外傾角改變

前輪外傾角是前輪旋轉(zhuǎn)平面與縱向垂直平面之間的夾角，其作用在于增加車輛行駛的穩(wěn)定性與車輛直線行駛性能，并可以產(chǎn)生以外一個(gè)外傾推力，使輪胎側(cè)偏剛度變小，使轉(zhuǎn)向特性發(fā)生改變。

圖3中橫坐標(biāo)是車輪跳動(dòng)行程，縱坐標(biāo)是前輪外傾角，由圖3看出，車輪在伸張行程時(shí)（也就是下跳時(shí)），外傾角向正方向的變化速率很快；而在壓縮行程時(shí)（上跳時(shí)），朝負(fù)方向的變化速率較慢，且峰值很小，對(duì)于這種情況，通常的解決方法是預(yù)設(shè)負(fù)外傾角，以抵消正向外傾角增益。而在的跳動(dòng)范圍內(nèi)，傾角變化在間變化，在之內(nèi)合理，故在允許范圍內(nèi)。

圖3 前輪外傾角的改變

（2）主銷后傾角改變

圖4中橫坐標(biāo)是車輪跳動(dòng)行程，縱坐標(biāo)是主銷后傾角，主銷后傾角是在縱向平面內(nèi)，主銷軸線與垂線之間的夾角，它是保證汽車高速行駛中直線行駛時(shí)的穩(wěn)定性，還可以幫助車輪的自動(dòng)回正，可以有效扼制轉(zhuǎn)向擺振，但傾角過大會(huì)加劇輪胎的磨損，而過小會(huì)影響行駛的穩(wěn)定性。主銷傾角一般為：前置前驅(qū)為0°~3°，而前置后驅(qū)為3°~10°.

圖4主銷后傾角的改變

圖4 中橫坐標(biāo)是車輪跳動(dòng)行程，縱坐標(biāo)是主銷后傾角，從圖4可以看出，在在的跳動(dòng)范圍內(nèi)，其變化量，在在的范圍內(nèi)變化合理，故需改進(jìn)。

（3）主銷內(nèi)傾角改變

圖5中橫坐標(biāo)是車輪跳動(dòng)行程，縱坐標(biāo)是主銷內(nèi)傾角，主銷內(nèi)傾角是在橫向平面內(nèi)，主銷軸線與垂線間的夾角，它的作用在于有利于主銷內(nèi)傾偏移距的減小，使方向盤上的力減小，使轉(zhuǎn)向靈活，也減小了路面對(duì)方向盤的沖擊力，其角度一般在之間。

圖5 主銷內(nèi)傾角改變

由圖5看出在跳動(dòng)過程中在間變化，影響行駛的穩(wěn)定性，需要改進(jìn)。

（4）前束角改變

圖6中橫坐標(biāo)是車輪跳動(dòng)行程，縱坐標(biāo)是前束角，前束角是兩個(gè)前輪中心平面間的夾角，它使前輪在滾動(dòng)過程中的每一瞬時(shí)總是趨近于向著正前方，這樣可以消除部分由于前輪外傾帶來的不良后果，使前輪保持純滾動(dòng)和正直行駛，以減少輪胎磨損。為了減小因輪胎側(cè)偏而引起的磨損增加、滾動(dòng)阻力加大及直線行駛能力降低等后果，希望前車輪在跳動(dòng)過程中前束角值不發(fā)生大的改變。前束角的改變最好為零，這樣可以避免轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向效應(yīng)。通過仿真可以得到圖6.

圖6 前束角改變曲線

在整個(gè)懸架的工作行程中，前束角的變化范圍是-0.57~0.57，符合要求。

（5）側(cè)傾中心改變

圖7中橫坐標(biāo)是車輪跳動(dòng)行程，縱坐標(biāo)是側(cè)傾中心高度，汽車相對(duì)地面轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的瞬時(shí)軸線稱為汽車的側(cè)傾軸線，該軸線通過汽車左、右車輪垂直橫斷面上的瞬時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)中心，這兩個(gè)瞬時(shí)中心稱為側(cè)傾中心，側(cè)傾中心高趨近與簧上質(zhì)量質(zhì)量的質(zhì)心，有利于減小轉(zhuǎn)向時(shí)的側(cè)傾力矩和側(cè)傾角，從而增加舒適感和安全感。

圖7 側(cè)傾中心在俯仰時(shí)的變化曲線

現(xiàn)代轎車前懸架側(cè)傾中心高度一般在0～140 mm的范圍內(nèi)；而后懸架側(cè)傾中心高度高度一般在0～400 mm的范圍內(nèi)，通過圖7，可以看出在間變化，需要改進(jìn)。

4 結(jié)束語

本文運(yùn)用ADAMS/CAR對(duì)某車前懸架進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)仿真分析，其結(jié)果顯示有的定位參數(shù)是合理的，有的是不太合理的，該方法對(duì)于懸架結(jié)構(gòu)參數(shù)及布置參數(shù)進(jìn)一步改進(jìn)及優(yōu)化設(shè)計(jì)打下了基礎(chǔ)，為懸架設(shè)計(jì)提供了一種理論方法，對(duì)懸架設(shè)計(jì)具有重要的實(shí)際意義。

[1]余志生.汽車?yán)碚揫M].第五版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

[2]趙萍萍.基于ADAMS的麥弗遜前懸架仿真分析[J].科技與創(chuàng)新，2016，（3）：120-121.

[3]基于ADAMS/CAR的麥弗遜懸架優(yōu)化設(shè)計(jì)與仿真研究[J].科研，2016，（7）：166-168

[4]陳家瑞.汽車構(gòu)造（下冊）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

Simulation Analysis of Front Suspension based on ADAMS

YANG Ren-hua，BAI Wu-lin
（School of Automobile and Transportation，Xihua University，Chengdu Sichuan 610039，China）

This paper uses ADAMS software platform to simulate the car，set up the simulation model and the simulation parameters were determined，and the suspension of static，stretching and compression of 70mm three under the condition of the suspension positioning parameters change are simulated，and the results meet the requirements.

suspension；simulation；modeling

U463.5

A

1672-545X（2016）09-0018-03

2016-06-07

楊仁華（1962-），男，四川蓬溪人，碩士，副教授，從事汽車計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與汽車計(jì)算機(jī)輔助工程研究。