研究扭力梁懸架中橫梁位置對(duì)KC 特性的影響

黃烈錦，梁天建，林泛業(yè)，孔令年，李涇

（廣州汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院，廣東 廣州 510640）

1 引言

扭力梁懸架主要由扭力梁結(jié)構(gòu)、螺旋彈簧及減震器組成。扭力梁結(jié)構(gòu)前端與車身通過橡膠襯套相連，后端與輪胎系統(tǒng)通過螺栓連接。螺旋彈簧上下端用襯墊分別于車身和扭力梁結(jié)構(gòu)相連，減震器上下端通過橡膠襯套與車身和扭力梁結(jié)構(gòu)相連[1]。如圖1 所示。這種懸掛結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于裝配，占用空間少。而在扭力梁懸架中橫梁軸線與車軸的中心線的距離對(duì)整車的舒適性與操控性起到很重要的作用?；\統(tǒng)的說橫梁軸線越靠近車軸中線，整車性能傾向于操控性；遠(yuǎn)離車軸中線，整車性能傾向于舒適性。本文通過對(duì)某款車型的后懸扭力梁懸架，結(jié)合Hypermesh 和ADAMS 軟件建立扭力梁后懸架剛?cè)狁詈隙囿w動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行分析[2]，著重研究橫梁位置對(duì)整車性能的影響。

2 建立扭力梁懸架模型

2.1 建立扭力梁結(jié)構(gòu)柔性體文件

將扭力梁結(jié)構(gòu)的三維模型導(dǎo)入Hypermesh 有限元軟件中，劃分網(wǎng)格并賦予屬性信息。該模型使用殼單元，網(wǎng)格大小為5mm，材料為鈑金件，彈性模量E=2100Mpa，密度ρ=7850kg/m3，泊松比μ=0.3。生成扭力梁結(jié)構(gòu)的有限元模型。

圖1 扭力梁懸架剛?cè)狁詈隙囿w動(dòng)力學(xué)模型

2.2 扭力梁懸架的動(dòng)力學(xué)模型

在Hypermesh 軟件中設(shè)置輸出ADAMSMNF 文件，得到的扭力梁的柔性體文件，導(dǎo)入ADAMS CAR 軟件中，建立扭力梁懸架的剛?cè)狁詈隙囿w動(dòng)力學(xué)模型，如上圖1 所示。

模型中懸架特性參數(shù)如下表1：

表1

3 扭力梁懸架KC 特性仿真分析

對(duì)模型進(jìn)行反向輪跳仿真分析，取輪跳上下行程為-40mm～40mm，仿真步數(shù)為100 步。根據(jù)需要選擇車輪前束角、外傾角進(jìn)行分析。如下圖2 所示。

圖2 左前輪前束角、外傾角變化曲線

由上圖反向輪跳工況仿真曲線可知：左前輪前束角變化范圍為：-0.36°～0.39°、左前輪外傾角變化范圍：-1.50°～1.48°。

4 仿真模型驗(yàn)證

為了驗(yàn)證仿真模型的準(zhǔn)確性，通過懸架KC 特性試驗(yàn)臺(tái)，對(duì)該車型進(jìn)行反向輪跳試驗(yàn)，如圖3 所示。

圖3 懸架KC 特性試驗(yàn)示意圖

獲得該工況下懸架KC 特性的試驗(yàn)曲線，并與仿真曲線進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比結(jié)果如下圖4 所示。

圖4 前束角、外傾角試驗(yàn)與仿真對(duì)比曲線

試驗(yàn)與仿真懸架特性靜態(tài)梯度對(duì)比，如下表2：

表2

由表3 所示可以看出，反向輪跳工況下各車輪定位參數(shù)的仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果誤差較小，即懸架K 特性的仿真與試驗(yàn)結(jié)果吻合度較好，說明本次所建扭力梁后懸架剛?cè)狁詈隙囿w動(dòng)力學(xué)模型具有一定的精度。為下面的分析結(jié)果準(zhǔn)確性提供依據(jù)。

5 研究橫梁位置對(duì)懸架KC 特性的影響

由上面的仿真結(jié)果可知，懸架的外傾角變化梯度過小，在行駛過程中，會(huì)形成輪胎的抓地力不夠，從而影響整車的操控性能[3]。本文通過改變扭力梁結(jié)構(gòu)的橫梁位置對(duì)懸架性能進(jìn)行優(yōu)化。對(duì)扭力梁結(jié)構(gòu)的橫梁位置設(shè)置3 個(gè)變量，分別為往車軸方向平移8mm、16mm、24mm 。重新建模并對(duì)三個(gè)模型進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果對(duì)比，如圖5 所示。

圖5 各模型前束角外傾角變化曲線對(duì)比

反向輪跳工況仿真結(jié)果對(duì)比，如下表3：

表3

6 結(jié)論

通過仿真結(jié)果可知，當(dāng)扭力梁結(jié)構(gòu)中的橫梁位置往車軸中心線移動(dòng)時(shí)，車輪的前束角變化梯度減小，外傾角變化梯度增大，其中：前束角變化梯度減小有利于整車的行駛穩(wěn)定性；外傾角變化梯度增大有利于提高輪胎的抓地力。整體來說橫梁越靠近車軸中心線有利于整車的操縱性能。