基于Pro／E的懸架運動校核方法研究

卜凡龍

（中國第一汽車集團股份有限公司技術中心，吉林長春130011）

基于Pro／E的懸架運動校核方法研究

卜凡龍

（中國第一汽車集團股份有限公司技術中心，吉林長春130011）

分析了目前板簧懸架運動校核方法存在的問題。針對這些問題，借用Pro／E軟件中的機構仿真功能，建立了板簧懸架運動校核的三維模型，直接進行三維運動校核，使校核更接近實車狀態、更具直觀性，彌補了二維校核的不足，防止了實車運動中出現干涉，為以后的設計校核奠定了模型基礎。

Pro／E軟件；板簧懸架；運動校核；仿真分析

0 前言

懸架運動校核是懸架設計流程中不可缺少的一部分，懸架主要包括彈性元件、減振器、橫向穩定桿等零部件，減振器的長度、擺角，橫向穩定桿和吊臂支架的夾角，以及它們與轉向系統的拉桿、輪胎以及車架之間間隙校核都是非常關鍵的［1］。目前，采用的校核方法大多都是將它們分別在AutoCAD中進行二維布置校核，該方法比較簡單，對于簡單的懸架系統來說，使用該校核方法能夠滿足要求；當懸架系統較復雜且周圍零部件較多時，二維校核就有了缺陷，間隙校核往往不準確，易發生二維校核不干涉而實車運動時發生干涉的現象，因此需要一種能直觀反映且接近實車狀態的校核方法。目前三維設計軟件較多，作者僅結合工作中使用的Pro／E三維設計軟件，進行了某車型前懸架系統的建模，并進行了運動仿真分析校核，通過與傳統校核方法的對比，驗證了該模型的正確性，提供了一種簡便的校核方法。

1 懸架系統結構

1.1 懸架系統平面結構

懸架系統由鋼板彈簧、減振器、橫向穩定桿、連接支架及連接銷等組成，如圖1所示。板簧支架、減振器上支架、橫向穩定桿吊臂支架、限位支架均固定在車架總成上，它們之間無相對運動；鋼板彈簧總成、緩沖塊總成、減振器下支架及穩定桿支架通過U形螺栓連接在一起，它們之間也無相對運動，可看成一個整體；其他的零部件之間以及與固定的零件之間都通過銷軸進行連接。當車輪受載上下跳動時，板簧產生變形，板簧主片中心點上下運動，同時吊環、橫向穩定桿、吊臂、減振器發生相對運動。

1.2 懸架系統平面簡化結構

為了建立一個有效的三維模型并且減少模型中的物體數量，需要將上述的懸架系統結構進行簡化處理。模型簡化處理中，首先要解決的是將作為彈性元件的鋼板彈簧進行合理的簡化。鋼板彈簧總成簡化是否合理，直接決定了該懸架系統的運動軌跡是否正確。通過查找有關的資料，發現有關板簧變形運動學的研究文獻比較少，目前普遍使用的是 “圓弧近似算法”（簡稱SAE圓?。腔阡摪鍙椈稍诖怪陛d荷作用下，假設其各片為理想的圓弧形狀，首片板簧葉片各部分的尺寸如圖2所示。還有一種方法是三連桿近似簡化法，它將板簧簡化成了等效的三連桿機構，可以方便地描述板簧的運動特性［2］，各桿長度與板簧中心的確定由公式 （1）— （4） 確定，吊耳的長度取其實際長度，如圖3所示。

根據上述內容并結合下一步的建模考慮，決定采用鋼板彈簧的三連桿簡化模型。同時運用所學的機械原理知識，將懸架系統簡化成一個運動機構簡圖，如圖4所示。

2 懸架系統三維模型的建立

2.1 創建懸架系統零部件模型

2.1.1 鋼板彈簧的模型建立

目前工作中使用較多的為等剛度的鋼板彈簧總成，因此選擇它進行簡化。該模型在研究懸架的運動校核時，同樣適用于其他剛度特性的鋼板彈簧。

首先由上節所述的三連桿近似原理與計算公式，計算確定各桿的長度和鉸鏈點位置。其中鋼板彈簧的主葉片由3個連桿替代，加上吊耳一起構成具有2個自由度的五桿機構，因此板簧的運動，可以用板簧簧座中心垂直方向和水平方向的位移來確定，這兩個位移相互獨立。在板簧簧座中心加載荷使桿系機構發生運動，由板簧簧座中心的受力與簧座中心的位移量確定簡化模型的剛度曲線。在Pro／E環境下，建立簡化的三連桿鋼板彈簧模型，如圖5所示，分別由A、B、C三部分組成，三部分通過銷釘連接進行裝配。

為了驗證模型在Pro／E環境下的正確性，利用Pro／E軟件中的 【軌跡曲線】功能，繪制出板簧主片中心點的運動軌跡曲線，然后和用 “SAE圓弧法”理論作圖繪制的曲線進行對比，如圖6所示，對比發現兩者的軌跡曲線近似，因此Pro／E中建立的鋼板彈簧三連桿模型是正確的，可以作為運動校核的基礎。

2.1.2 減振器總成模型的建立

首先將減振器總成的各個零部件采用拉伸、剪切、旋轉、倒圓角等命令進行繪制，然后將減振器分成以防塵罩和油缸為主體的兩部分，進行連接裝配，以使在懸架系統的運動過程中，反映減振器的行程變化，如圖7所示。

2.1.3 其他零部件的模型建立

這些零部件的模型建立，均采用參數化的設計方法，以便后期更改以及新零件的設計，而且由于本身內部沒有相互發生運動的部件，因此都將它們看成剛體模型，如圖8所示。

2.2 創建懸架系統裝配模型

各零件的三維實體建模完成后，首先要分別完成減振器上支架及穩定桿吊臂支架在車架上的裝配，這些裝配都依據已經布置好的懸架硬點進行裝配，懸架的硬點在懸架的骨架模型中進行設計，以便后期變動修改方便［3］。由于各零部件之間不存在相對運動，故可視為一個整體來處理。然后進行建立在各總成基礎之上的懸架系統的虛擬裝配。由于各總成間既有位置要求，又有相對運動要求，故在該裝配過程中，除了要保證各總成的位置關系，還要定義相應的運動副，如板簧總成、車架基礎、吊環、減振器、橫向穩定桿之間的連接采用 “銷釘” 約束，減振器的油缸和防塵罩連接采用 “圓柱”約束。其中各總成的位置關系采用剛性連接中的 “匹配” 和 “插入” 約束。具體的裝配順序是：以車架的骨架作為裝配的基礎，通過銷釘連接的方式，依次進行鋼板彈簧總成、減振器總成、橫向穩定桿吊臂、橫向穩定桿的裝配。伺服電動機設置在板簧主片的中心點上，以模擬懸架系統的上、下跳動變化。圖9為裝配后的懸架系統連接機構的簡化模型。

3 運動校核仿真及結果分析

3.1 運動校核仿真

懸架系統運動仿真的過程如圖10所示。該運動過程為連續變化的過程，在運動過程中，各個連接點位置隨著板簧中心點的變化而發生變化，從而實現運動仿真。

3.2 干涉檢查

干涉檢查的目的是找出懸架系統可能出現的運動干涉及“死點”位置。利用Pro／E自動檢查各部件在運動過程中的干涉問題，不僅準確，而且效率高，使得干涉問題在設計過程中就能得到有效解決。在Pro／E環境下，利用其 【分析】? 【模型】 ? 【配合間隙】、 【全局間隙】、 【全局干涉】、 【體積干涉】 （見圖11），進行特征添加，可以得到懸架系統零部件在運動過程中，部件間隙及干涉情況隨時間的變化曲線 （見圖12）。通過曲線可以對干涉情況進行判斷，對間隙不足、出現干涉的地方進行及時的調整布置。

3.3 運動校核仿真結果分析

根據懸架系統設計的結構特點，以減振器行程的變化、減振器擺角的變化、橫向穩定桿與吊臂的夾角變化作為研究對象，創建測量曲線，進行運動學的仿真分析［4］。通過仿真分析有助于分析運動時產生的結果，并為設計改進提供幫助。

減振器行程變化及擺角的變化見圖13、圖14。可以看出在懸架系統的運動過程中減振器是如何運動的。以此與借用的減振器參數進行比較，看此曲線的變化值是否在現有減振器的行程及擺角范圍內，來確定是否對減振器進行設計更改。

橫向穩定桿與吊臂的夾角變化見圖15，通過分析其變化曲線，可以看出其極限位置夾角是否符合要求，以及是否出現“卡死”現象。以此為依據判斷是否需要進行更改設計。

4 結束語

應用Pro／E軟件的建模和運動分析模塊，成功地解決了懸架系統運動校核過程中傳統校核方法無法直觀懸架系統空間運動狀況的難題，并將機構運動中出現的干涉問題在試制樣車之前予以解決。此次運動校核的研究是直觀、方便地進行懸架系統機構的設計、布置、動態模擬和分析的一次有益嘗試，為生產高質量、高性能的懸架系統提供了可靠的保證。今后，還需對懸架系統機構作進一步的深入研究，與其他軟件結合對關鍵部件的受力情況進行相關分析，以更好地完善設計。

【1】陳家瑞，吉林大學（原吉林工業大學）汽車工程系.汽車構造［M］.北京：人民交通出版社，2002.

【2】吳碧磊.重型汽車動力學性能仿真研究與優化設計［D］.長春：吉林大學，2008：28－37.

【3】朱玉紅.基于PRO／E的機械零件虛擬裝配方法［J］.機械制造與自動化，2004（2）：67－68.

【4】祝凌云，李斌.Pro／ENGINEER運動仿真和有限元分析［M］.北京：人民郵電出版社，2004.

2015節能與新能源車展年底登陸上海

2015第八屆中國國際節能與新能源汽車產業展覽會將于2015年12月11—13日盛大登陸上海新國際博覽中心，本屆展會以 “智·創未來”為主題，秉承推動汽車產業轉型升級、助力汽車企業發展、滿足消費者需求的宗旨，將吸引國內外30多家主流新能源車企的上百款純電動汽車、混合動力汽車等各種車型參展，為海內外車企打造一個新能源車輛展示、電動汽車品牌推廣及前沿技術交流的專業平臺，為廣大新能源汽車消費者打造一場全方位的賞車、玩車、購車的車市盛會。

數據顯示，上半年我國新能源汽車共生產7.6萬輛，銷售7.3萬輛，同比分別增長2.5倍和2.4倍。在新能源汽車火爆增長的帶動下，本屆12月11—13日的EV CHINA 2015節能與新能源車展·上海站將定位于提升節能與新能源汽車產品認知度和市場占有率，通過本次上海車展轉變消費模式，培養消費者品牌忠實度，塑造品牌形象；并將立足節能與新能源汽車展業，將EV CHINA節能與新能源車展規劃覆蓋整個中國區域和終端消費者。

EV CHINA 2015節能與新能源車展·上海站預計展出面積超40 000 m2、100家參展企業、參觀觀眾5萬人次。本屆上海車展同期活動將更具人性化，觀眾參與度更高。針對專業觀眾車展主辦方組織專業論壇、行業評選、產品推介等一系列可參與學習的活動；與此同時車展主辦方還將舉辦車展攝影大賽、試乘試駕、慈善公益以及觀眾最喜愛車型評選等活動，讓上海及周邊地區的人群可全程參與進來。

（來源：互聯網）

Study of Suspension Movement Check Based on Pro／E

BU Fanlong
（China FAW Group Corporation R＆D Center，Changchun Jilin 130011，China）

The problems existing in leaf spring suspension movement checkingmethod were analyzed.Aiming at these problems，adop?ting simulation function of Pro／E software，the three?dimensionalmodel ofmovement check for leaf spring suspension was established，tomake 3Dmotion check directly.The check was closer to the real car status，more intuitive，making up the shortages of2D check.Somotion interfer?ence in vehiclemotion is prevented.It laysmodel foundation for future design and check.

Pro／E software；Leaf spring suspension；Movement check；Simulation analysis

2015－04－22

卜凡龍 （1983—），男，工程碩士，工程師，從事商用車底盤設計研究。E?mail：bfl171＠163.com。