研究扭力梁懸架中橫梁位置對KC 特性的影響

黃烈錦，梁天建，林泛業，孔令年，李涇

（廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院，廣東 廣州 510640）

1 引言

扭力梁懸架主要由扭力梁結構、螺旋彈簧及減震器組成。扭力梁結構前端與車身通過橡膠襯套相連，后端與輪胎系統通過螺栓連接。螺旋彈簧上下端用襯墊分別于車身和扭力梁結構相連，減震器上下端通過橡膠襯套與車身和扭力梁結構相連[1]。如圖1 所示。這種懸掛結構簡單，易于裝配，占用空間少。而在扭力梁懸架中橫梁軸線與車軸的中心線的距離對整車的舒適性與操控性起到很重要的作用。籠統的說橫梁軸線越靠近車軸中線，整車性能傾向于操控性；遠離車軸中線，整車性能傾向于舒適性。本文通過對某款車型的后懸扭力梁懸架，結合Hypermesh 和ADAMS 軟件建立扭力梁后懸架剛柔耦合多體動力學模型進行分析[2]，著重研究橫梁位置對整車性能的影響。

2 建立扭力梁懸架模型

2.1 建立扭力梁結構柔性體文件

將扭力梁結構的三維模型導入Hypermesh 有限元軟件中，劃分網格并賦予屬性信息。該模型使用殼單元，網格大小為5mm，材料為鈑金件，彈性模量E=2100Mpa，密度ρ=7850kg/m3，泊松比μ=0.3。生成扭力梁結構的有限元模型。

圖1 扭力梁懸架剛柔耦合多體動力學模型

2.2 扭力梁懸架的動力學模型

在Hypermesh 軟件中設置輸出ADAMSMNF 文件，得到的扭力梁的柔性體文件，導入ADAMS CAR 軟件中，建立扭力梁懸架的剛柔耦合多體動力學模型，如上圖1 所示。

模型中懸架特性參數如下表1：

表1

3 扭力梁懸架KC 特性仿真分析

對模型進行反向輪跳仿真分析，取輪跳上下行程為-40mm～40mm，仿真步數為100 步。根據需要選擇車輪前束角、外傾角進行分析。如下圖2 所示。

圖2 左前輪前束角、外傾角變化曲線

由上圖反向輪跳工況仿真曲線可知：左前輪前束角變化范圍為：-0.36°～0.39°、左前輪外傾角變化范圍：-1.50°～1.48°。

4 仿真模型驗證

為了驗證仿真模型的準確性，通過懸架KC 特性試驗臺，對該車型進行反向輪跳試驗，如圖3 所示。

圖3 懸架KC 特性試驗示意圖

獲得該工況下懸架KC 特性的試驗曲線，并與仿真曲線進行對比，對比結果如下圖4 所示。

圖4 前束角、外傾角試驗與仿真對比曲線

試驗與仿真懸架特性靜態梯度對比，如下表2：

表2

由表3 所示可以看出，反向輪跳工況下各車輪定位參數的仿真結果與試驗結果誤差較小，即懸架K 特性的仿真與試驗結果吻合度較好，說明本次所建扭力梁后懸架剛柔耦合多體動力學模型具有一定的精度。為下面的分析結果準確性提供依據。

5 研究橫梁位置對懸架KC 特性的影響

由上面的仿真結果可知，懸架的外傾角變化梯度過小，在行駛過程中，會形成輪胎的抓地力不夠，從而影響整車的操控性能[3]。本文通過改變扭力梁結構的橫梁位置對懸架性能進行優化。對扭力梁結構的橫梁位置設置3 個變量，分別為往車軸方向平移8mm、16mm、24mm 。重新建模并對三個模型進行仿真，仿真結果對比，如圖5 所示。

圖5 各模型前束角外傾角變化曲線對比

反向輪跳工況仿真結果對比，如下表3：

表3

6 結論

通過仿真結果可知，當扭力梁結構中的橫梁位置往車軸中心線移動時，車輪的前束角變化梯度減小，外傾角變化梯度增大，其中：前束角變化梯度減小有利于整車的行駛穩定性；外傾角變化梯度增大有利于提高輪胎的抓地力。整體來說橫梁越靠近車軸中心線有利于整車的操縱性能。