某轎車前懸架系統(tǒng)動力學(xué)和運動學(xué)分析

韓 媛

（無錫商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院）

1 前言

汽車懸架是車架（或車身）與車橋之間一切動力連接裝置的總稱。它的主要功用是：彈性的連接車架（或車身）與車橋；緩和行駛中車輛受到的由不平路面引起的沖擊力,保證乘坐舒適和貨物完好；迅速衰減由于彈性系統(tǒng)引起的振動,傳遞垂直、縱向、側(cè)向反力及其力矩；并起導(dǎo)向作用,使車輪按一定軌跡相對車身運動。所以,懸架性能的好壞直接影響汽車的乘坐舒適性以及操縱穩(wěn)定性等。

在汽車行駛過程中,由于路面不平或車輪所受載荷變化,會引起懸架的運動和變形,從而影響車輪的定位參數(shù),進而會影響到汽車的操縱穩(wěn)定性。但是在汽車設(shè)計階段,很難預(yù)測或?qū)崪y懸架性能的好壞。另外,由于汽車行駛過程中,輪胎主要受到地面給其的垂直力、縱向力、側(cè)向力。因此,本文以某轎車懸架系統(tǒng)為例,根據(jù)設(shè)計部門提供的相關(guān)參數(shù)和數(shù)模,運用ADAMS軟件對該轎車的前懸架進行動力學(xué)和運動學(xué)分析。通過對輪胎施加垂直力、縱向力、側(cè)向力,研究車輪定位參數(shù)的變化情況,進而對該懸架進行動力學(xué)分析。通過研究車輪定位參數(shù)隨輪跳的變化情況,對該懸架進行運動學(xué)分析。

2 分析模型的建立

該車前懸架為麥弗遜懸架。建模過程中主要采用直接導(dǎo)入數(shù)模的方法,僅簡化了減振器模型。根據(jù)設(shè)計部門提供的數(shù)模,分析模型中各物體之間的約束形式、約束方向與物理樣機保持一致。根據(jù)裝配好的前懸架半載狀態(tài)的三維幾何模型,選取關(guān)鍵點,添加合適的運動副、彈性元件等連接部件,輸入各彈性元件的相關(guān)參數(shù),建立相應(yīng)的ADAMS仿真分析模型,前懸架模型如圖1所示。

圖1 麥弗遜懸架ADAMS分析模型

3 前懸架系統(tǒng)動力學(xué)仿真分析

本仿真分析主要在兩側(cè)車輪接地點分別施加相同的側(cè)向力、縱向力、垂向力,通過仿真計算,得到前輪外傾角、前束角分別在側(cè)向力、縱向力、垂向力作用下的變化關(guān)系曲線,（數(shù)模初始狀態(tài)為半載狀態(tài)）。

3.1 前懸架系統(tǒng)在側(cè)向力作用下的分析結(jié)果

前輪外傾角變化曲線知,半載時每個前輪接地點在受地面施加的0～5 000 N的側(cè)向力的作用下,前輪外傾角變化范圍為-0.343°～-0.233°。

前輪前束角變化曲線知,半載時每個前輪在受地面施加的0～5 000 N的側(cè)向力的作用下,前輪前束角變化范圍為-0.342°～-0.049°。

3.2 前懸架系統(tǒng)在縱向力作用下的分析結(jié)果

前輪外傾角變化曲線知,半載時每個前輪接地點在受地面施加的0～5 000 N的縱向力的作用下,前輪外傾角變化范圍為-0.343°～-0.207°。

前輪前束角變化曲線知,半載時每個前輪接地點在受地面施加的0～5 000 N的縱向力的作用下,前輪前束角變化范圍為-0.342°～-0.567°。

3.3 前懸架系統(tǒng)在垂向力作用下的分析結(jié)果

前輪外傾角變化曲線知,半載時每個前輪接地點在受地面施加的0～5 000 N的垂向力的作用下,前輪外傾角變化范圍為-0.706°～0.795°。

前輪前束角變化曲線知,半載時每個前輪接地點在受地面施加的0～5 000 N的垂向力的作用下,前輪前束角變化范圍為-0.342°～-2.542°。

分析結(jié)果表明,在現(xiàn)有參數(shù)及數(shù)模條件下,前懸架前車輪外傾角、前束角在車輪受0～5 000 N的側(cè)向力、縱向力、垂向力作用下變化量不大,可以滿足要求。

4 前懸架系統(tǒng)運動學(xué)仿真分析

在兩側(cè)車輪輪心施加相同的運動,使兩車輪沿同一方向跳動,通過仿真計算,得到各定位參數(shù)與車輪跳動位置的關(guān)系曲線。前懸架數(shù)模初始狀態(tài)為半載狀態(tài)。空載狀態(tài)由半載狀態(tài)向下跳動15 mm,滿載狀態(tài)由半載狀態(tài)向上跳動3.5mm。

可知,半載時前束角為-0.342°,空載時前束角為-0.278°,滿載時前束角為-0.361°。半載狀態(tài)車輪上下跳動±40mm范圍內(nèi)前束角變化為-0.628°～-0.216°。車輪上跳時前束角減小,車輪向外側(cè)轉(zhuǎn)動,車輪下跳時前束角變大,車輪向內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)動,前束角的變化趨勢符合汽車不足轉(zhuǎn)向性能的要求。

可知,半載時外傾角為-0.343°,空載時外傾角為-0.132°,滿載時外傾角為-0.386°。半載狀態(tài)車輪上下跳動±40mm范圍內(nèi)外傾角變化為-0.678°～0.312°。

可知,半載時主銷后傾角為7.846°,空載時主銷后傾角為7.633°,滿載時主銷后傾角為7.897°,半載狀態(tài)車輪上下跳動±40mm范圍內(nèi)主銷后傾角變化為8.461°～7.297°。

可知,半載時主銷內(nèi)傾角為14.6°,空載時主銷內(nèi)傾角為14.25°,滿載時主銷內(nèi)傾角為14.68°,半載狀態(tài)車輪上下跳動±40mm范圍內(nèi)主銷內(nèi)傾角變化為15.37°～13.59°。

上述分析結(jié)果表明,在現(xiàn)有參數(shù)及數(shù)模條件下,半載狀態(tài)時,該車前懸架車輪定位參數(shù)隨輪跳的變化量及變化趨勢比較合理。

[1]夏長高,高曉辰.基于ADAMS/car的雙橫臂懸架運動學(xué)和彈性運動學(xué)分析[J].機械設(shè)計與制造,2010.

[2]吳紅艷,翟潤國等.基于ADAMS/CAR的雙橫臂與多連桿懸架系統(tǒng)運動學(xué)分析[J].設(shè)計計算研究,2009.

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