基于ADAMS的麥弗遜前懸架仿真分析

趙萍萍

摘 要：用ADAMS軟件建立了麥弗遜前懸架模型。通過(guò)抑制橡膠襯套作用模擬了運(yùn)動(dòng)學(xué)（Kinematic）模式，激活了橡膠襯套，模擬了順應(yīng)態(tài)（compliant）模式，分別在兩種模式下進(jìn)行了懸架仿真分析，對(duì)比分析了ADAMS_CAR自帶的兩種橡膠襯套，并討論了橡膠襯套對(duì)懸架性能的影響。

關(guān)鍵詞：ADAMS；麥弗遜前懸架模型；橡膠襯套；控制臂

中圖分類號(hào)：U463.33 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.03.120

目前，人們對(duì)汽車乘坐舒適性和操縱穩(wěn)定性的要求越來(lái)越高。雖然橡膠襯套的應(yīng)用可起到隔振、減噪的作用，但卻提高了操縱的不確定性，進(jìn)而影響了操縱的穩(wěn)定性。因此，橡膠襯套的精確設(shè)計(jì)對(duì)懸架的性能起著至關(guān)重要的作用。本文通過(guò)比較僅有剛性運(yùn)動(dòng)副與用襯套代替一部分剛性運(yùn)動(dòng)副兩種模型，探索、分析了橡膠襯套對(duì)懸架性能的影響。

1 麥弗遜前懸架的建模

在ADAMS_CAR中的建模器（template）中，根據(jù)硬點(diǎn)信息建立了麥弗遜懸架。其中，控制臂與車身的連接方式有2種，在運(yùn)動(dòng)學(xué)分析中，對(duì)鉸鏈接進(jìn)行順應(yīng)態(tài)分析時(shí)，這個(gè)鉸鏈接換為前、后兩個(gè)襯套，左、右情況下同理；滑柱與車身的連接方式也有2種，在運(yùn)動(dòng)學(xué)分析中，對(duì)球副進(jìn)行順應(yīng)態(tài)分析時(shí)，應(yīng)將球副換為1個(gè)橡膠襯套，左、右情況下同理。此外，其他連接處在2種仿真模式下均采用剛性的運(yùn)動(dòng)副。

2 前輪定位參數(shù)的影響

汽車前輪定位參數(shù)主要包括車輪外傾角、主銷內(nèi)傾角、主銷后傾角和前輪前束。此外，輪距的變化對(duì)汽車的操縱穩(wěn)定性和輪胎的磨損度也有較大的影響。

車輪外傾角的理想設(shè)計(jì)為：車輪由下向上跳動(dòng)時(shí)，外傾角向減小方向變化，以確保汽車在行駛過(guò)程中側(cè)傾時(shí)，外傾車輪接近于垂直地面的狀態(tài)，從而提高輪胎的側(cè)偏特性。

對(duì)于主銷后傾角而言，如果主銷后傾角的角度過(guò)大，則外傾轉(zhuǎn)向輪的外傾角會(huì)向負(fù)方向變化。因此，當(dāng)前輪主銷后傾角較大時(shí)，需增加前輪轉(zhuǎn)向所必需的橫向力，以抵消外傾推力。

主銷內(nèi)傾角不宜過(guò)大，否則在轉(zhuǎn)向時(shí)，車輪繞主銷轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，輪胎與路面將產(chǎn)生較大的滑動(dòng)，進(jìn)而增加了輪胎與路面的摩擦阻力，這不僅會(huì)使汽車轉(zhuǎn)向發(fā)沉，還會(huì)加速輪胎的磨損。

車輪跳動(dòng)時(shí)的前束變化對(duì)車輛的直線穩(wěn)定性、穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性有很大的影響，是汽車懸架的重要參數(shù)之一。設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意車輪跳動(dòng)時(shí)前束應(yīng)不變或變化幅度較小。

3 麥弗遜前懸架的仿真分析

對(duì)模型進(jìn)行了兩次仿真，前綴kin為運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真，前綴com為順應(yīng)態(tài)仿真。順應(yīng)態(tài)仿真中采用的是ADAMS自帶的4種線性襯套。襯套1的剛度特性曲線如圖1所示。

橡膠襯套1的剛度特點(diǎn)是：徑向x和y的剛度相等，軸向z的剛度較小，彎曲剛度相等，扭轉(zhuǎn)剛度基本為0.

車輪外傾角、主銷后傾角、主銷內(nèi)傾角、前輪前束曲線如圖2所示。

紅—kin_ parallel _travel _left，綠—com_ parallel_ travel_ left.左、右曲線重合。觀察圖2中的（a）（b）（c）發(fā)現(xiàn)，用橡膠襯套代替運(yùn)動(dòng)副后，車輪作上、下跳時(shí)車輪外傾角、主銷內(nèi)傾角、主銷后傾角的變化范圍均有所縮小，這有利于轉(zhuǎn)向輕便度和車輪回正性的提升，對(duì)汽車操縱穩(wěn)定性的提升有積極作用。然而，主銷內(nèi)傾角的設(shè)計(jì)要求為：主銷內(nèi)傾角隨車輪上跳而減小，隨車輪下跳而增大。這是為了保證汽車直線行駛時(shí)的穩(wěn)定性，并使轉(zhuǎn)向輕便。圖2（c）中主銷內(nèi)傾角的變化趨勢(shì)不符合設(shè)計(jì)要求，還需要改進(jìn)。

前輪前束變化的理想值為：車輪跳動(dòng)時(shí)，為0至負(fù)前束（-0.5）。在圖2的（d）中，前輪前束的變化范圍過(guò)大，采用橡膠襯套后變化范圍進(jìn)一步加大，這會(huì)對(duì)汽車的操縱穩(wěn)定性產(chǎn)生負(fù)面影響。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，橡膠襯套對(duì)懸架運(yùn)動(dòng)的影響非常復(fù)雜。懸架中大量使用橡膠襯套可提高乘坐舒適性，但也會(huì)使汽車操縱存在很多不確定因素。在汽車行駛的過(guò)程中，同一種橡膠襯套可能對(duì)一些定位參數(shù)的穩(wěn)定性有積極的影響作用，但又可能使另一些定位參數(shù)的變化加劇。因此，只有將懸架運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確地與橡膠襯套各個(gè)方向的剛度特性結(jié)合起來(lái)，精確設(shè)計(jì)出符合懸架運(yùn)動(dòng)要求的襯套，才能保持汽車操縱的穩(wěn)定性。筆者認(rèn)為，可以設(shè)計(jì)一種不均勻材料的橡膠襯套，并根據(jù)橡膠襯套各個(gè)方向上剛度的不同需求增減材料，從而滿足精確設(shè)計(jì)的要求。

〔編輯：張思楠