基于ADAMS的汽車懸架系統結構仿真分析

田雪萍 王海峰 王來麗

摘 要：本文運用ADAMS虛擬樣機分析軟件對汽車前束角變化的動力學分析方法，建立汽車長短臂結構的懸架模型，將該模型放置仿真測試平臺進行跳動工況模擬實驗，并研究分析汽車方向盤在不同角度時，對懸架前束角的影響變化曲線，為汽車工程領域相關分析和改進提供參考。

關鍵詞：ADAMS；汽車懸架；動力學分析；前束角

在汽車工程領域，仿真軟件能在產品開發過程中避免零部件和樣機的重復制造，減少資源、時間和資金的浪費，可以運用仿真軟件在汽車工程領域更好地進行運動學的動力性研究。本文意在了解學習ADAMS軟件，并結合汽車設計的相關知識進行車輛運動學及動力學分析。

1 ADAMS軟件應用

ADAMS，即機械系統動力學自動分析（Auto·matic Dynamic Analysis of Mechanical Systems），該軟件是美國MDI公司（Mechanical Dynamics Inc.）開發的虛擬樣機分析軟件，是目前世界上應用最廣泛的多體系統仿真分析軟件，應用它可以方便地建立參數化的實體模型，并采用多體動力學原理進行仿真。ADAMS/car是一種基于模板的建模和仿真工具，大大加速和簡化了建模的步驟。只需要在模板中輸入必要的數據，就可以快速建造懸架高精度虛擬樣機，并進行仿真。

1.1 ADAMS軟件模塊

ADAMS軟件由基本模塊、擴展模塊、接口模塊、專業領域模塊及工具箱5類模塊組成其中求解器模塊和圖形建模模塊是最主要的模塊，其他模塊分別是基于這兩個核心模塊而擴展在不同領域中的專業化和仿真求解工具，如：汽車工程領域的ADAMS/Car、鐵路工程領域的ADAMS/Rail、控制工程領域的ADAMS/Control等。

1.2 虛擬樣機流程

⑴首先根據實際情況設計問題，在此要充分考慮節省時間和降低成本的要求；⑵然后可以進行建模、測試、檢查和改進等后續環節；⑶建立虛擬樣機模型時注意各個部件的載荷、約束、驅動和碰撞等問題；⑷測試虛擬樣機模型時注意測試的定義，通過仿真、動畫和曲線等形式進行測試實驗；⑸驗證虛擬樣機模型時先輸入實測的數據，然后將仿真數據與實測數據相比較；⑹在檢查期間，細化虛擬樣機模型，從摩擦、彈性或控制系統入手，然后對該設計參數進行迭代計算；⑺在最后的改進階段，通過自動化或個性化的設計進行優化。

2 仿真分析

本文旨在減小定位參數在懸架相對于車架運動過程中的變化，使各參數保持在理想值范圍內。所以采用兩側車輪同向跳動的仿真工況進行仿真試驗，其中上下跳動各為50mm。仿真后在后處理中可得到內傾角、車輪外傾角、主銷后傾角、主銷內傾角隨著車輪跳動行程的變化曲線如圖1所示。

2.1 車輪前束角

前束角是車輪中心線與汽車縱向對稱軸線之間的夾角。為了使汽車行駛的每一瞬時車輪滾動方向接近正前方，在前輪故意設置前束角。但是如果前束角過大會引起輪胎的異常磨損。一般在車輪跳動：-50～50mm時，前束角理想的特征設計值為：0°～0.5°。圖1顯示前束角隨著車輪跳動行程的變化為：-0.6° ～1.2°，變化量為1.8°比理想值稍大。

2.2 車輪外傾角

車輪外傾角是車輪中心平面相對于地面垂直線的傾角。預設外傾角的目的是使汽車滿載行駛時外傾角接近零，從而使輪胎磨損均勻。但是外傾角不宜過大，否則會使汽車的直線行駛能力變差。一般車輪跳動為：-50～50mm時，外傾角的變化為：-2°～0.5°。由圖1顯示車輪外傾角的變化范圍為-1.72°～2.4°，車輪跳動為-50mm時，外傾角過大。

2.3 主銷后傾角

主銷后傾角產生的回正力矩對轉彎后的車輪有自動回正作用，可以提高汽車直線行駛能力。但是過大的后傾角會增大轉向力，造成轉向困難。一般后傾角不超過2°～3°[1]。如圖1顯示，主銷后傾角變化很小，在合理取值范圍內。

2.4 主銷內傾角

主銷內傾角也會產生一個回正力矩從而具有使車輪自動回正的作用。但是主銷內傾角也會產生轉向阻力矩，隨著轉向角的增大，這個轉向阻力矩也越大。同時主銷內傾角會使轉向時內輪的外傾角增大，從而增大輪胎外側的磨損。主銷內傾角的理想范圍值為：5°～15°。如圖2所示，主銷內傾角的變化范圍為：15.3°～19.4°，明顯過大[2]。

3 結束語

本文通過對ADAMS仿真分析軟件的建模和展示，介紹了運用ADAMS虛擬樣機技術對汽車懸架系統的動力學分析方法。根據模擬計算得到懸架前束角在垂直方向的跳動曲線以及方向盤的轉角對前束角的影響曲線，可為汽車工程領域相關分析和改進提供參考，利用仿真軟件的實際優勢，提高產品設計的質量和精度。

[參考文獻]

[1陳家瑞.汽車構造（下冊）[M].北京：機械工業出版社.2006：235-258.