基于CATIA建立帶拖曳臂的四連桿后懸架運動仿真模型

陶峰

浙江零跑科技有限公司研發中心 浙江省杭州市 310053

利用CATIA軟件中的DMU模塊對各類型的懸架系統快速而準確地建立運動仿真模型是每一個懸架系統工程師必須具備一項基礎技能。

帶拖曳臂的四連桿后懸架系統由后副車架、下擺臂、上擺臂、下部橫向連桿、拖曳臂、減震器、螺旋彈簧、橫向穩定桿及穩定桿連桿組成。后副車架是后懸架系統中重要的承載構件，懸架系統中的桿系零部件安裝在后副車架上。下擺臂是四連桿后懸架系統中一個重要的桿系零件，不僅承受螺旋彈簧上產生的力和沖擊載荷，以及車輛在轉向行駛時產生的側向力，同時也起到對車輪外傾和前束調整功能。拖曳臂承受車輛在行駛時產生的縱向力。上擺臂在承受橫向力的同時也對車輪的外傾角的運動變化起關鍵作用。下部橫向連桿有利于保證車輛直線行駛能力。

帶拖曳臂的四連桿后懸架系統組成圖，如圖1所示：

圖1

由于采用多個桿系零件對輪胎在運動過程中的運動規律進行控制，帶拖曳臂四連桿結構形式的多連桿懸架系統有比較大的外傾角、前束角、極限操控性能和舒適性的調整控制范圍。但是，也正是因為懸架系統中的桿系零件及橡膠類襯套零件比較多，因而對懸架系統設計與調校帶來相當大的難度。

本文詳細介紹了采用CATIA軟件中的DMU對懸架系統中的各部件施加符合其運動方式的運動副和驅動命令，在工作中快速搭建此種類型的多連桿后懸架系統1/4運動仿真模型，從而方便在整車設計過程中對懸架系統桿系零部件的運動校核、輪胎包絡生成、間隙檢查等工作。

具體創建步驟

1 拆分零件

根據零部件之間的運動關系，在CATIA裝配模塊中將整個后懸架系統拆分成10個部件，分別是：副車架、下擺臂、拖曳臂、上擺臂、下部橫向連桿、減震器上部、減震器下部、穩定桿、穩定桿連桿、車輪轉向節組件。外加一個驅動。創建完成后的狀態樹見下圖2：

2 在車輪轉向節組件、四根連桿及副車架之間添加運動副、建立約束關系并模擬運動

2在下擺臂與副車架、下擺臂與車輪轉向節組件三個零部件之間添加運動副：

2-1在下擺臂、車輪轉向節組件及副車架零件上建立中心點和軸線。

A在下擺臂上選取兩端襯套的中心點A21和A22，并建立一條兩點間的連線L2A；

B在副車架上與下擺臂安裝位置建一條通過襯套中心的軸線L2B；

C在車輪轉向節組件上建一個與襯套中心A21同位置的中心點C2；

如下圖2-1所示：

圖2-1

圖2-2

3用上述同樣方法在上擺臂、副車架及車輪轉向節組件三個零部件之間添加運動副：

3-1在上擺臂、副車架及車輪轉向節組件上建立中心點和軸線。

A在上擺臂上選取兩端襯套的中心點A31和A32，并建立一條兩點間的連線L3A；

B在副車架上與上擺臂安裝位置建一條通過襯套中心的軸線L3B；

C在車輪與轉向節組件上建一個與襯套中心A31同位置的中心點C3；

如下圖3-1所示：

4在下部橫向連桿、副車架及車輪轉向節組件三個零部件之間添加運動副并建立接合約束：

4-1首先在下部橫向連桿、副車架及車輪轉向節組件三個零件中繪制中心點和軸線：

A在下部橫向連桿選取兩端的中心點A41和A42，并建立一條兩點間的連線L4A；

B在副車架上與上擺臂安裝位置建一條通過襯套中心的軸線L4B；

C在車輪與轉向節組件上建一個與襯套中心A41同位置的中心點C4。

如下圖4-1所示：

5在拖曳臂、副車架及車輪轉向節組件三個零部件之間添加運動副并建立接合約束：

5-1在拖曳臂、副車架及車輪轉向節組件上建立中心點、線及平面。

A在拖曳臂的一端選取襯套中心點A51，在拖曳臂與轉向節連接處選取一個孔的中心A52，通過點A52建立一條該孔的軸線L5A和以L5A為法線的平面M5A；

B在副車架上建一個與A51同位置的點B5；

C在車輪轉向節組件上建一個與L5A和M5A同位置的軸線L5C及平面M5C；

如下圖5-1所示：

6在驅動與車輪轉向節組件之間的施加運動副建立約束關系：

6-1在車輪轉向節組件與驅動中建立點和平面。

A在車輪轉向節組件上建立輪胎中心點A6；B在驅動中建立過輪芯且平行于整車坐標系XY面的平面M6；如下圖6-1所示：

6-2用 點曲面接合命令在點A6和平面M6之間添加運動副，約束后的自由度為6。

圖4-1

圖5-1

圖6

7在驅動與副車架之間施加運動副：

7-1在副車架與驅動中建立點、直線和平面：

A在驅動中建立一條經過輪胎中心點A6且垂直于平面M6的直線L7A，并建立一個經過直線L7A且垂直于平面M6的平面M7A；

B在副車架上建立一條與L7A同位置的直線L7B，一個與M7A同位置的平面M7B；

如下圖7-1所示：

圖7-1

8輸入輪芯上下運動行程，并對DMU機制進行模擬運行：

8-1雙擊圖7-2C中的最后一個棱形接合，在對話框的結合限制中輸入輪芯上跳下跳數值。

3 將減震器上部與減震器下部加入到上述過程所建立的運動機制中

9在減震器上部與車身兩零件之間添加運動副并建立接合約束關系。

9-1由于副車架已經固定，可以把減震器上部與車身固定的點等效在副車架上。在減震器上部和副車架上建立中心點。

A在減震器上部與車身安裝位置選取中心點A9；B在副車架上建一個與A9同位置的點B9；

如下圖9-1所示：

圖9-1

10在減震器上部、減震器下部及車輪轉向節組件三個零件之間添加運動副并建立接合約束：

10-1在減震器上部、減震器下部、車輪轉向節組件三個零件中建立直線和平面。

A在減震器上部建立活塞桿的中心線L10A及經過L10A的平面M10A；

B在減震器下部建立活塞桿的中心線L10B及和平面M10A同位置的M10B，并在減震器下部建立襯套中心線L10D；

C在車輪轉向節組件中建立一條與減震器下部襯套中心線同位置的直線L10B；

如下圖10-1所示：

4 將穩定桿與穩定桿連桿加入到上述運動機制中

11建立穩定桿與副車架兩個零件之間的運動副并建立接合約束關系。

圖10-1

11-1在穩定桿與副車架中建立直線和平面：

A在穩定桿上建立一條中心線L11A，以L11A為法線建立平面M11A；

B在副車架上建立與L11A，M12A同位置的直線L11B，平面M11B；

如下圖11-1所示：

12在穩定桿、穩定桿連桿及下擺臂三個零件之間添加運動副并建立接合約束：

12-1在穩定桿、穩定桿連桿與副車架三個零件中建立點、直線。

A在穩定桿連桿上選取上下球銷的中心點A121和A122，和連接點A121和A122的直線L12A；

B在穩定桿上建立與A121同位置的點B12；

C在下擺臂上建立一條與穩定桿連桿下球銷銷軸軸線同位置的直線L12C；

如下圖12所示：

圖11-1

至此，已經順利完成帶拖曳臂的四連桿后懸架系統1/4仿真運動模型，可以利用此模型進行運動間隙檢查、生成輪胎包絡、確定零部件邊界、對后輪胎外傾角，前束角的運動變化曲線等進行分析。