基于ADAMS的麥弗遜式懸架運動學分析

摘?要：汽車懸架看似結構簡單實則內部包含著許多種力的作用，會影響著汽車的穩定和安全。本文主要用ADAMS中的Car模塊對麥弗遜懸架系統進行運動學分析，從而降低了設計人員的研發周期，有效降低了生產成本。

關鍵詞：懸架;穩定性;運動學

1 引言

從汽車的操作穩定性、乘坐和駕駛舒適性和安全性來說，改善汽車的懸架是做簡單有效的方法。利用虛擬樣機技術軟件ADAMS中的Car模塊對麥弗遜懸架系統進行運動學分析，從而降低了設計人員的研發周期，有效降低了生產成本，節約了人力資源，加快了汽車工業的發展，因此，基于ADAMS麥弗遜懸架的運動學分析是十分有現實意義的。

2 麥弗遜式懸架的研究概況

到目前為止，國外對于麥弗遜懸架的研究已經到了非常成熟的階段。在《汽車懸架》一書中就詳細的介紹了麥弗遜懸架的結構特點和一些主要參數和汽車使用性能與各個定位參數之間的關系。

3麥弗遜式懸架模型的建立

3.1 ADAMS簡介

ADAMS/CAR，ADAMS/CHASIS，ADAMS/DIRVELINE主要是與汽車某個零部件設計相關的專業模塊。對于ADAMS來說，ADAMS/CAR和ADAMS/POSTPROCESSOR兩個模塊就足夠我們應對運動學分析了，而其中ADAMS/POSTPROCESSOR這個后處理模塊用起來相對比較簡單，所以我們的主要精力應該是在ADAMS/CAR上，當然本文的麥弗遜懸架也主要在ADAMS/CAR上建立。

3.2模型的建立

本課題運用ADAMS/Car并結合相關試驗檢測出的數據進行建模，具體如下：

1）通過試驗檢測等，得到參數。

2）根據設計車的前懸架的各個部件的相對位置關系。

3）初步選定重要零部件。

4）定義初始狀態外傾角與前束角。

5）建立懸架等模塊。

4運動學仿真分析

4.1模型簡化

在進行模型運動學分析之前為了分析方便，我們先對模型進行簡化和假設，簡化結果如圖1所示。

在分析麥弗遜懸架時我們要把它分為左右兩個部分，因為前面我們說麥弗遜懸架是屬于獨立懸架，它的左右兩邊懸架結構特性是不一樣的，這里本文就簡化分析右邊懸架，懸架剛體部件之間的運動副涉及到：球鉸（轉向節總成-下三角控制臂、轉向節總成-轉向橫拉桿）;旋轉副（下三角控制臂-車架、轉向節總成-車輪）;圓柱副（轉向節總成-減震器上體）;萬向節副（減震器上體-車身、轉向橫拉桿-轉向齒條）;移動副（）;固定副（轉向齒條-車身）;固定副（車架-車身）。

由上式可知，麥弗遜一邊懸架有三個自由度所有可以在三個方向上運動，車輪的z軸方向的跳動、車輪繞主銷軸線的轉動和車輪繞著車軸的轉動。

本文采用ADAMS軟件庫中已經建立好的標準懸架虛擬實驗臺對懸架的右邊車輪定位參數隨右側車輪上下跳動量的變化進行分析并得出關系曲線圖。

4.2 雙輪同向跳動時車輪前束角分析

首先，給定虛擬實驗臺一個假設值，虛擬實驗臺施加一個驅動約束，使車輪同向上下跳動正負為50mm。通過前面數值設置進入完成仿真之后，在軟件的 ADAMS/PostProcessor中得到前束角隨輪跳變化Toe Change如下圖2中a圖，wheel travel的上下跳動值在橫坐標上表示單位mm，angle大小在縱坐標表示單位deg。

對上圖進行分析可知，選擇合適的前束角可以減緩由于車輪外傾角引起的向外運動特性，使車輛在直線行駛方向上得到補償，使車輪明顯減少因行駛過程中發生較大外傾而產生的磨耗量。在設計四輪定位參數時，一般要求設計滿足在輪跳工況發生時車輪前束角的其變化范圍最小原則。正常來說，在車輪100mm的跳動范圍之內時，前束角的變化量在0.02°～0.16°左右，由分析知該懸架前束角變化范圍為-0.282°～0.219°，不符合設計要求。

4.3 雙輪同向跳動時車輪外傾角分析

與上節相同步驟得出車輪外傾角隨輪跳變化如圖b所示。分析可知，外傾現象是駕駛汽車在轉彎時，汽車由于在較大的離心力作用下發生的車輪側偏現象，這樣對汽車的行駛穩定性有很大的影響，而影響車輪使用壽命，我們可以用更加合理的外傾角設計來最大限度的平衡它。

在設計四輪定位參數時，正常情況下要求汽車在工作中車輪的跳動時車輪外傾角應該滿足變化范圍最小原則。上圖的外傾角變化量范圍為-0.821°～0.655°，0.01476°/mm為外傾角的特性值變化幅度，設計時應在（0.003°～0.015°）/mm的設計要求范圍內。

4.4雙輪同向跳動時車輪主銷后傾角分析

主銷后傾角隨輪跳變化如圖c所示。分析可知，在車輛行駛的過程中受到凹凸不平的路面載荷沖擊產生轉向時，主銷后傾角應能夠引起與車輛轉向相反的力矩來滿足車輛直線行駛的需求。所以，為了讓車輛在運動過程中能有比較好的操作穩定性，在設計應該盡量滿足主銷后傾角的最小變動原則。

4.5 雙輪同向跳動時車輪主銷內傾角分析

主銷內傾角隨輪跳變化kingpin inclination Change如圖d所示。分析可知，通過主銷內傾角的設計可以使車輛在慢速行駛是有較大的回正能力，然后內傾角越大，在車輛行駛時車輪的自動回正能力越好，但是對于駕駛員來說轉向也更加困難，同時轉向對車輛輪胎的磨損也會增大。在車輛快速行駛時對于前輪起回正作用的主要是主銷后傾，而當車輛在慢速則主要是主銷內傾起回正作用。正常情況下為防止轉向的沉重增加駕駛疲勞感，在設計主銷內傾角是一般滿足7°～ 13°的要求。

參考文獻

[1]?伊鴻慧.許滄粟. 車輛操縱穩定性評價方法及其在車輛基本結構參數設計中的應用[J]. 機械設計與制造.2006.11：12-17.

[2]?賈長建.基于ADAMS的麥弗遜式懸架運動學仿真分析與優化設計[D].西寧：長安大學.2015：211-235.

作者簡介：王圣斌（1986.06-），男，漢族，安徽濉溪人，講師，碩士，主要研究方向為機械工程。

基金項目：本文系安徽文達信息工程學院自然科學研究項目“基于ADAMS的麥弗遜式懸架系統運動學仿真分析與優化設計”（項目編號：XZR2018B02）