汽車平順性的仿真分析

韓 輝 王 楊

（1.沈陽理工大學 汽車與交通學院，遼寧 沈陽 110159;2.長城汽車有限公司,河北 保定 071000）

0 引言

汽車懸架作為車身與車輪之間一切傳力連接裝置，是保證汽車行駛安全的重要部件。 汽車懸架對汽車的平順性、操穩特性都起著重要的影響，因此，提高汽車平順性最主要就是要提高汽車懸架系統的性能。本文通過雙橫臂式獨立懸架進行建模分析，選擇設計變量，確定目標函數，并對懸架進行優化，找到側向滑移量的最優值，從而達到改善平順性的效果。

1 懸架模型的建立

在ADAMS/View 模塊中建立設計硬點，創建懸架模型。 其中彈簧的剛度、阻尼分別為118.9、5000。在各個構件間加上合適的運動副。雙橫臂獨立懸架的兩個擺臂長度可以相等，也可以不等。得到如下模型：

圖1 懸架模型

2 懸架模型的仿真分析

選擇車輪的上跳和下跳行程均為100mm，創建直線驅動，對模型進行動力學仿真。 在縱向垂直平面內,主銷軸線與垂線之間的夾角,稱為主銷后傾角。主銷后傾的作用是當汽車直線行駛偶然受外力作用而稍有偏轉時,主銷后傾將產生與車輪轉向反方向的力矩使車輪自動回正,可保證汽車直線行駛的穩定性。一般不超過2 度到4 度。由主銷后傾角隨車輪的跳動的變化曲線可以看出車輪位移為-100mm 時主銷后傾角為2.53 度， 隨著向上到-25mm 處稍有降低， 當向上跳動至100mm 時增大至2.55 度。 主銷后傾角變化范圍為2.53 度到2.55 度，變化量很小。

主銷內傾角使得主銷軸線與路面交點到車輪中心平面與地面交線的距離減小，從而減小轉向時駕駛員加在方向盤上的力，使轉向操縱輕便，同時也可減少從轉向輪傳到方向盤上的沖擊力。 主銷內傾角也不宜過大，否則加速了輪胎的磨損。

前輪外傾角是指前輪所在平面不是完全與地面垂直的，而是與地面有一個向外的傾斜角，當在比較平坦的路面上行進時，汽車方向會有一定誤差的偏離，在一定等到誤差范圍內，前輪能夠自己回到中間向前的方向的位置，這樣，即使路面稍有一點不平也沒關系，汽車的行進方向都會基本不變。 前輪外傾有使前輪向外轉向的趨勢，前輪前束有使車輪向內轉向的趨勢， 可以抵消因前輪外傾帶來的不利影響，使車輪直線滾動而無橫向滑拖的現象，減少輪胎磨損。

車輪上跳及車輪回落時的外傾變化對車輛直行穩定性、車輛的穩態響應特性等有很大影響。 在車輛直行狀態下,由路面不平引起車輪跳動而使外傾變化時,會由外傾推力而引發橫向力,因此較大的對地外傾變化會使車輛的直行穩定性不好。 綜合考慮轉向性能和直行穩定性,車輪上跳及下跳時的外傾變化應有一個適當的范圍。 一般上跳時,對車身的外傾變化為2。 士0.5。 /5mm 較為適宜。

分析前輪外傾角隨車輪的跳動變化可以得出車輪位移為-100mm、100mm 時側向滑移量分別為-5mm、37mm， 變化范圍很大，使操縱穩定性大大的減弱。

通過對汽車的懸架模型的仿真分析，以及對各測量曲線的對比分析，可以看出車輪接地點的側向滑移量變化太大，過大會使車輛的操縱穩定性和平順性受到影響，使車輛偏離原行駛軌跡。因此，選擇車輪接地點的側向滑移量作為分析目標， 通過對分析目標進行優化計算，找到最優值。 從而使汽車的平順性得到改善。

3 模型優化

通過對上橫臂長度、上橫臂在汽車橫向平面的傾角、下橫臂長度等做為優化目標不斷優化改進，分析目標函數，得到側向滑移量最優值。 對目標函數進行五次迭代，得到優化結果：上橫臂長度341.01mm（-1.43%）、上橫臂在汽車橫向平面的傾角11.815 度(+7.3%)、下橫臂長度502.31mm （+0.45%）、 下橫臂在汽車橫向平面的傾角6.0554 度（-36.3%）、 車輪接地點的側向滑移量由初始的 19.6154mm 下降為4.6762mm（-76.1%）。

圖2 優化前后的主銷后傾角變化曲線

圖3 優化前后的前輪外傾角變化曲線

圖4 優化前后車輪接地點側向滑移量變化曲線

優化以后的主銷后傾角的變化曲線如圖2 所示。主銷后傾角的變化范圍為 3.83 度到 5.64 度，變化量為 1.81 度，變化范圍有所減小。

優化以后的前輪外傾角的變化曲線如圖3 所示。前輪外傾角的變化范圍為-3.14 度到 2.2 度，變化量為 5.36 度，變化范圍有所增大。

由上圖可以看出車輪接地點的側向滑移量的變化范圍明顯減小，可有效提高汽車的舒適性、平順性、穩定性。

4 結論

通過對雙橫臂獨立懸架模型的動力學分析， 得到一系列曲線，不難看出車輪接地點的側向滑移量變化范圍很大，嚴重了影響了汽車的操穩、平順性等，故設定車輪接地點的側向滑移量為目標函數，并對其進行進一步的優化分析，通過優化分析的結果可以得出車輪接地點的側向滑移量由初始的43mm 下降為4.67mm， 側向滑移量得到進一步的改善，有效的提高了汽車的平順性。 為汽車懸架的平順性分析提供了有利的依據。

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