基于SolidWorks/ADAMS的汽車懸架設(shè)計(jì)與仿真分析

蔣尊義，唐笑影，杜天德，劉 暢，胡 辰

（揚(yáng)州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225127）

汽車懸架的主要功能是傳遞車輪和車身之間的力和力矩，緩沖汽車車身的沖擊載荷，從而保證車輪具有較強(qiáng)的抗震動(dòng)性能、滿足力與力矩分布均勻、轉(zhuǎn)向受力充分的特性，因此，合理設(shè)計(jì)汽車懸架的元件，盡可能降低系統(tǒng)間潛在的沖突和干涉對(duì)于改善車輛的安全性能和舒適性能具有十分重要的意義[1-3]。本文利用SolidWorks軟件建立汽車懸架的三維模型，而后導(dǎo)入ADAMS軟件中進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真分析，仿真結(jié)果可為汽車懸架的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供可靠的依據(jù)。

1 基于SolidWorks的汽車懸架三維建模

汽車懸架的三維建模包括部件的建模和整體裝配。利用SolidWorks軟件構(gòu)造出各部分典型零件的三維模型，然后進(jìn)行產(chǎn)品的整體裝配，使操作過(guò)程更為靈活。非獨(dú)立懸掛的車輪裝在整體車軸的兩端，當(dāng)一邊車輪跳動(dòng)時(shí)，另一側(cè)車輪也相應(yīng)跳動(dòng)，使整個(gè)車身振動(dòng)或傾斜。獨(dú)立懸掛的車軸則分成兩段，每只車輪由螺旋彈簧獨(dú)立安裝在車架下面，兩邊車輪可以獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，提高了汽車的平穩(wěn)性、舒適性和操控性[4-6]。經(jīng)過(guò)核算，得到滿足設(shè)計(jì)要求的汽車懸架總裝配圖 （見(jiàn)圖1）。

2 基于ADAMS的汽車懸架系統(tǒng)仿真分析

將SolidWorks中創(chuàng)建好的汽車懸架三維模型以parasolid（*.x_t）格式導(dǎo)入到ADAMS中，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真分析。汽車懸架仿真分析參數(shù)設(shè)置見(jiàn)圖2。

圖1 汽車懸架總裝配圖

圖2 基于ADAMS的汽車懸架仿真分析參數(shù)設(shè)置

2.1 前輪主銷后傾角變化特性分析

在汽車側(cè)面，主軸的位置稍微向后傾斜。主軸的后傾角不僅可以提高汽車直線行駛時(shí)的穩(wěn)定性，而且還可以使前輪在旋轉(zhuǎn)后自動(dòng)變正[7]。車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)主銷位于車內(nèi)，由于離心力的作用，前輪側(cè)反作用力位于主銷后，因此主銷反作用力使車輪趨于自動(dòng)修正。圖3為前輪主銷后傾角隨車輪跳動(dòng)的變化曲線。

圖3 前輪主銷后傾角隨車輪跳動(dòng)的變化曲線

2.2 前輪主銷內(nèi)傾角變化特性分析

主銷的內(nèi)側(cè)坡度可以調(diào)整主銷相對(duì)于主銷中心線和鋪裝層之間距離的偏移，減小主銷的偏移可降低旋轉(zhuǎn)時(shí)的摩擦阻力[8]。主銷的內(nèi)拔模角度通常為8°～13°，前輪主銷內(nèi)傾角隨車輪跳動(dòng)的變化曲線見(jiàn)圖4，從圖4可知，內(nèi)拔模角度為11°～12.3°，最大值大于0.3°。主銷的內(nèi)拔模角度過(guò)大會(huì)加快輪胎磨損，可通過(guò)補(bǔ)償轉(zhuǎn)向力矩來(lái)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

圖4 前輪主銷內(nèi)傾角隨車輪跳動(dòng)的變化曲線

2.3 前輪外傾角變化特性分析

前輪平面與地面有一個(gè)向外傾斜的角度，當(dāng)汽車在相對(duì)平坦的道路上行駛時(shí)，行車方向會(huì)有一定的偏差；當(dāng)存在該傾斜角度時(shí)，前輪可以克服偏差，以避免道路不平對(duì)行車產(chǎn)生較大影響，保證車的方向基本上保持不變[9]。外部?jī)A斜可以對(duì)軸上的車輪軸承施加適當(dāng)?shù)乃酵屏Γ管囕喗咏嗇灥膬?nèi)側(cè)軸承，從而減少外部軸承和輪轂的載荷，理想的車輪外部坡度變化為-4%～1%。前輪外傾角隨車輪跳動(dòng)的變化曲線見(jiàn)圖5，從圖5可知，理想坡度變化為-0.8%～1.6%，變化范圍較小，很理想。

2.4 前輪前束角變化特性分析

前輪前束角可以在一定程度上糾正上述由前車輪外部?jī)A斜引起的車輪向外旋轉(zhuǎn)，減少前車輪外傾角所導(dǎo)致的輪胎損耗。由于車輪傾斜，左前輪和右前輪分別向外轉(zhuǎn)動(dòng)。要解決此問(wèn)題，可通過(guò)車輪前束對(duì)消外傾角的向外轉(zhuǎn)動(dòng)走向，使左右車輪可以繼續(xù)直行，以減少輪胎磨損。前束的角度變化為1.4°～1.7°，范圍較小。要求主銷后傾角不超過(guò)4°～6°，前輪前束角隨車輪跳動(dòng)的變化曲線見(jiàn)圖6。從圖6可看出，優(yōu)化后變化范圍為1.4°～1.7°，變化量為0.3°，雖然變化范圍有所增加，但仍然符合設(shè)計(jì)要求，并且優(yōu)化后的主銷后傾角整體減小，達(dá)到較為理想的狀態(tài)。

圖5 前輪外傾角隨車輪跳動(dòng)的變化曲線

圖6 前輪前束角隨車輪跳動(dòng)的變化曲線

3 結(jié)論

本文利用SolidWorks軟件建立汽車懸架的三維模型，而后導(dǎo)入ADAMS軟件中進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真分析，包括前輪主銷后傾角、前輪主銷內(nèi)傾角、前輪外傾角和前輪前束角隨車輪跳動(dòng)的變化特性。車輪跳動(dòng)過(guò)程中，只有保證這些參數(shù)的變化處于合理的范圍內(nèi)，才會(huì)使汽車的安全性和操縱穩(wěn)定性接近最理想的狀況。汽車行駛過(guò)程的仿真結(jié)果可以為汽車懸架的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供可靠的依據(jù)。