基于ADAMS的前懸架仿真分析

楊仁華，柏武林

（西華大學汽車與交通學院，四川成都610039）

基于ADAMS的前懸架仿真分析

楊仁華，柏武林

（西華大學汽車與交通學院，四川成都610039）

運用ADAMS軟件平臺對汽車進行了仿真分析，建立了仿真模型，確定了仿真參數，并以懸架靜止、伸張70mm、壓縮70mm三個工況下，對前懸架定位參數改變進行了仿真分析。

懸架；仿真；建模

懸架是現代汽車上的幾大重要總成之一，它的作用是把車架（或車身）與車輪彈性地連接起來，傳遞作用在車身和車輪之間的所有外力，部分吸收路面傳給車身的沖擊載荷，并衰減由于路面沖擊傳給車身的振動，使汽車在高速行駛下獲得較理想的運動特性。懸架本身的性能特點、與整車的匹配關系等直接決定了汽車的行駛平順性、操縱穩定性和乘坐舒適性以及汽車的行駛姿態[1]。目前在ADAMS環境下有一些對懸架的仿真研究，如以懸架中的橡膠襯套不同，仿真分析懸架性能[2]；在ADAMS/Insight環境下進行性能分析，找出輪胎磨損的原因[3]。

本文在ADAMS環境下對麥弗遜懸架前輪跳動對定位參數的影響進行仿真分析。

1 麥弗遜懸架仿真結構分析[4]

本文以麥弗遜懸架（前懸）為研究對象，麥弗遜懸架結構左右對稱，轉向器為齒輪齒條轉向器。根據懸架結構及轉向系結構，按照一定的方法把結構簡化為如圖1所示的運動學仿真模型。懸架左右部分關于汽車縱向平面對稱，由轉向橫拉桿、齒輪齒條轉向器、轉向節總成（包括減振器下部、輪轂軸、制動器底板等）、下控制臂、車輪總成、減振器上部及車身組成。因運動學不需要考慮受力問題，故不考慮減振器的阻尼和彈簧的剛度問題。

圖1 前懸架結構簡圖

參考圖1連接形式，對懸架系統進行合理簡化，并在ADAMS上面建立如表1的連接副。

表1 各零件間連接形式

2 仿真模型參數確定

輪胎靜力半徑為240mm，豎直剛度為200 N/mm，每個車輪的簧下質量為25 kg，整車的簧上質量為550 kg，重心高度為600 mm；軸距為2 175 mm.

設置的車輪跳動行程為140 mm，伸張和壓縮行程均為70 mm.懸架硬點參數如表2，車的縱向對稱面、車架或地板上平面與過左右車輪中心且垂直車架上平面三平面交點為坐標原點，垂直方向Z軸，向上為正，車的縱向為X軸，向車的后方為正，車的橫向為X軸，從車頭看向左為正，仿真模型如圖2.

表2 前懸架硬點參數

圖2 仿真模型

3 懸架運動仿真分析[2]

以懸架靜止、伸張70mm、壓縮70 mm三個工況下的狀態進行仿真（懸架伸張與壓縮是以車輛滿載靜止狀態為基準車輪中心相對于車身或車架在垂直方向產生的相對位移），分析前輪定位參數改變（前輪外傾角改變、主銷后傾角改變、主銷內傾角改變、前束角改變）和側傾中心改變情況。

（1）前輪外傾角改變

前輪外傾角是前輪旋轉平面與縱向垂直平面之間的夾角，其作用在于增加車輛行駛的穩定性與車輛直線行駛性能，并可以產生以外一個外傾推力，使輪胎側偏剛度變小，使轉向特性發生改變。

圖3中橫坐標是車輪跳動行程，縱坐標是前輪外傾角，由圖3看出，車輪在伸張行程時（也就是下跳時），外傾角向正方向的變化速率很快；而在壓縮行程時（上跳時），朝負方向的變化速率較慢，且峰值很小，對于這種情況，通常的解決方法是預設負外傾角，以抵消正向外傾角增益。而在的跳動范圍內，傾角變化在間變化，在之內合理，故在允許范圍內。

圖3 前輪外傾角的改變

（2）主銷后傾角改變

圖4中橫坐標是車輪跳動行程，縱坐標是主銷后傾角，主銷后傾角是在縱向平面內，主銷軸線與垂線之間的夾角，它是保證汽車高速行駛中直線行駛時的穩定性，還可以幫助車輪的自動回正，可以有效扼制轉向擺振，但傾角過大會加劇輪胎的磨損，而過小會影響行駛的穩定性。主銷傾角一般為：前置前驅為0°~3°，而前置后驅為3°~10°.

圖4主銷后傾角的改變

圖4 中橫坐標是車輪跳動行程，縱坐標是主銷后傾角，從圖4可以看出，在在的跳動范圍內，其變化量，在在的范圍內變化合理，故需改進。

（3）主銷內傾角改變

圖5中橫坐標是車輪跳動行程，縱坐標是主銷內傾角，主銷內傾角是在橫向平面內，主銷軸線與垂線間的夾角，它的作用在于有利于主銷內傾偏移距的減小，使方向盤上的力減小，使轉向靈活，也減小了路面對方向盤的沖擊力，其角度一般在之間。

圖5 主銷內傾角改變

由圖5看出在跳動過程中在間變化，影響行駛的穩定性，需要改進。

（4）前束角改變

圖6中橫坐標是車輪跳動行程，縱坐標是前束角，前束角是兩個前輪中心平面間的夾角，它使前輪在滾動過程中的每一瞬時總是趨近于向著正前方，這樣可以消除部分由于前輪外傾帶來的不良后果，使前輪保持純滾動和正直行駛，以減少輪胎磨損。為了減小因輪胎側偏而引起的磨損增加、滾動阻力加大及直線行駛能力降低等后果，希望前車輪在跳動過程中前束角值不發生大的改變。前束角的改變最好為零，這樣可以避免轉向輪的轉向效應。通過仿真可以得到圖6.

圖6 前束角改變曲線

在整個懸架的工作行程中，前束角的變化范圍是-0.57~0.57，符合要求。

（5）側傾中心改變

圖7中橫坐標是車輪跳動行程，縱坐標是側傾中心高度，汽車相對地面轉動時的瞬時軸線稱為汽車的側傾軸線，該軸線通過汽車左、右車輪垂直橫斷面上的瞬時轉動中心，這兩個瞬時中心稱為側傾中心，側傾中心高趨近與簧上質量質量的質心，有利于減小轉向時的側傾力矩和側傾角，從而增加舒適感和安全感。

圖7 側傾中心在俯仰時的變化曲線

現代轎車前懸架側傾中心高度一般在0～140 mm的范圍內；而后懸架側傾中心高度高度一般在0～400 mm的范圍內，通過圖7，可以看出在間變化，需要改進。

4 結束語

本文運用ADAMS/CAR對某車前懸架進行了運動仿真分析，其結果顯示有的定位參數是合理的，有的是不太合理的，該方法對于懸架結構參數及布置參數進一步改進及優化設計打下了基礎，為懸架設計提供了一種理論方法，對懸架設計具有重要的實際意義。

[1]余志生.汽車理論[M].第五版.北京：機械工業出版社，2011.

[2]趙萍萍.基于ADAMS的麥弗遜前懸架仿真分析[J].科技與創新，2016，（3）：120-121.

[3]基于ADAMS/CAR的麥弗遜懸架優化設計與仿真研究[J].科研，2016，（7）：166-168

[4]陳家瑞.汽車構造（下冊）[M].北京：機械工業出版社，2003.

Simulation Analysis of Front Suspension based on ADAMS

YANG Ren-hua，BAI Wu-lin
（School of Automobile and Transportation，Xihua University，Chengdu Sichuan 610039，China）

This paper uses ADAMS software platform to simulate the car，set up the simulation model and the simulation parameters were determined，and the suspension of static，stretching and compression of 70mm three under the condition of the suspension positioning parameters change are simulated，and the results meet the requirements.

suspension；simulation；modeling

U463.5

A

1672-545X（2016）09-0018-03

2016-06-07

楊仁華（1962-），男，四川蓬溪人，碩士，副教授，從事汽車計算機輔助設計與汽車計算機輔助工程研究。