基于輪胎磨損的懸架改進設計

龐懷強

摘要：輪胎作為汽車與地面唯一的接觸部分，對汽車來說是十分重要的。為了更好的降低車輛行駛過程中輪胎磨損程度，提高整車性能，因此本文通過ADAMS/CAR建立前懸架模型，并對懸架參數進行仿真分析，并對懸架進行改進設計。本文主要基于ADAMS/CAR軟件建立某款乘用車麥弗遜前懸架模型，從而對懸架的K&C設計參數進行仿真分析;最后根據仿真分析結果，對懸架進行優化，給出優化降低輪胎磨損速率的建議。

關鍵詞：ADAMS/CAR;麥弗遜式前懸架;輪胎磨損;仿真分析

中圖分類號：U463.211? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）10-0013-02

0? 引言

隨著社會的進步，汽車成為了滿足人民便捷生活的不可或缺之物。汽車輪胎是汽車與道路之間唯一接觸的部分，主要作用是作為傳遞力的單元，它的力學性能對汽車的運動性能以及舒適性產生直接的影響，因此輪胎力學性能的研究在汽車研究過程中也是非常重要的一個環節。通過數據可以發現輪胎磨損問題在汽車的售后服務中占有很大的比率，而汽車輪胎的磨損并不是一個簡單的問題，其磨損包括正常磨損和異常磨損。而汽車懸架在設計過程中設置的間隙參數過大或者懸架在使用過程中發生變形等因素都會使前輪定位參數有偏差，從而使輪胎發生非正常的磨損[1]。本文主要通過對K特性來進行研究分析，確定懸架參數汽車輪胎磨損的影響程度。K特性是針對車輪前束、外傾、主銷后傾、內傾等參數值隨著車輪上下跳動是否會發生變化以及變化的幅度大小，以及會對汽車輪胎磨損所造成的影響得大小[2]。

1? 麥弗遜式前懸架ADAMS/CAR模型的建立

以某乘用車麥弗遜式前懸架為研究對象，麥弗遜前懸架主要構件包括：螺旋彈簧、減震器、轉向節、下擺臂、轉向橫拉桿、副車架等[3]。

模型的建立過程如下，首先打開ADAMS/CAR模塊，根據已知的硬點參數坐標建立懸架模型，彈簧、減震器性能參數及部分整車參數，最終得到的懸架模型如圖1所示。

2? 基于麥弗遜前懸架ADAMS/CAR模型的前輪定位參數分析

2.1 主銷后傾角和主銷后傾拖距

對利用ADAMS/CAR搭建的懸架模型進行仿真分析，得到的結果如圖2所示。

主銷后傾角一般都是控制在-1～3°以內。從圖2，該車的主銷后傾角為3.58°，上下跳動50mm，對應主銷后傾角為4.23°、2.95°，計算得到變動量為1.28°，變動范圍基本滿足要求。

主銷后傾拖距一般在0～30mm這個范圍以內。從圖2確定該車的主銷后傾拖距在設計位置約為21mm，上下跳動50mm，主銷后傾角分別為25.7321、19.5039，其變動量為6.2282，變動范圍滿足要求。

2.2 主銷內傾角和主銷偏移距

對利用ADAMS/CAR搭建的懸架模型進行仿真分析，得到的結果如圖3所示。

主銷內傾角的數值原則上最大值為8°。由圖3可知，主銷內傾角的初始狀態值為11.22°，車輪上下跳動50mm時對應值12.48°、9.56°，其變動范圍為2.92°，變化速率較大，超過理想值，符合設計條件。

由圖3可知主銷偏移距在設計狀態為5.79mm，車輪上下跳動50mm時，對應值分別為6.25mm、-3.25mm，由于主銷偏移距的大小與車輪轉向的回正力矩成正比，與前懸架的對力的感應程度也成正比，綜合考慮各方面因素，所以建議優先選用的是適中（較小）的主銷偏移距[4]。

2.3 輪距變化和側滑量

對利用ADAMS/CAR搭建的懸架模型進行仿真分析，所得結果如圖4所示。

通過查找資料可得知，在設計車輛輪距時，一般要求其變化盡可能的小，這是為了降低輪距變化對汽車整體性能的影響，上跳時，輪距變化量以5mm為最優值[5]，而車輪在下跳過程時，輪距變化范圍可以稍微大一點，一般的比例最優值為5：1（輪胎下跳行程為5mm，輪距的變化范圍不高于1mm）。由圖4可以發現，上跳行程為2.98°，下跳行程為9.23°，變化范圍在要求以內，所以汽車的操控穩定性是符合要求的。

通過對圖4的結果進行觀察分析可以看出，側滑量最大值為13.5219mm，最大值越小越好。

3? 懸架參數的理論優化建議

由上文的分析可以看出，為了最大程度的降低汽車輪胎的磨損，則汽車懸架在設計之初需要盡可能的滿足以下條件：

①汽車的整體性能會直接受到外傾角和前束角的影響，從而會對汽車輪胎的磨損造成影響。因此在懸架的設計的時候要盡可能的找到兩者最佳的匹配關系，從而實現提高汽車整體性能和降低汽車輪胎磨損的目的。

②汽車輪胎載荷會隨著汽車前輪的前束角和外傾角的變化而發生改變，并且兩者之間的關系呈反比，即前束角和外傾角的變化范圍比較小時汽車輪胎載荷變動范圍比較大。通過上文可以發現當汽車在行駛過程中輪胎的載荷變動比較大時，此時汽車的操控更加簡單輕便。因此，前束角和外傾角應該要控制在盡可能小的變動范圍內。

③主銷內傾角、主銷后傾角的取值要正確，汽車行駛的穩定性和汽車的轉向回正性直接受到主銷內傾角和主銷后傾角的影響，從而對汽車輪胎的磨損產生影響。正確的取值能有效的改善以上情況并降低輪胎磨損的速率。

參考文獻：

[1]孫金余，蘇文力.基于輪胎磨損的集裝箱AGV懸架系統優化設計[J].港口裝卸，2019（01）：6-9.

[2]鄒文武.汽車轉向及懸架系統與整車操控性能探討[J].科技經濟導刊，2018，26（20）：36-37.

[3]王海，劉志敏，薛盛興.輪胎異常磨損分析[J].汽車實用技術，2018（12）：26-28.

[4]李占東，唐嵐，王賢民，邵南平，李楊.基于減少輪胎磨損某SUV前輪前束角與外傾角的匹配優化設計[J].成都工業學院學報，2018，21（02）：1-4，17.

[5]張鵬，鄭泉，劉晨.基于輪胎偏磨的懸架多目標優化設計[J].合肥工業大學學報（自然科學版），2018，41（02）：164-168.