基于3DCS的雙橫臂空氣懸架定位參數仿真和 關鍵尺寸識別方法

冉熊濤，魏 龍，呂 路，那 琛，陳學軍

（嵐圖汽車科技公司，湖北 武漢 430051）

前言

隨著自主品牌汽車企業全力發展高端新能源汽車項目，高端新能源汽車底盤平臺成為產品市場競爭力的關鍵點。雙橫臂獨立懸架系統因其較好的行駛穩定性和抗側傾能力，成為在新能源汽車高端品牌中優選結構方案。研究雙橫臂懸架系統四輪定位參數三維偏差仿真分析經驗，有助于提升自主設計開發能力的提升。

在整車裝配制造過程中，因成本、制造技術、裝配方式等因素限制與影響，使得懸架系統裝配精度較低，尤其零部件制造偏差等會對四輪定位的參數產生明顯影響，過大輸入偏差導致最終裝配完成的車輛四輪定位參數出現嚴重超差的情況，嚴重影響整車性能[1]。本文基于3DCS軟件，建立虛擬偏差仿真模型，分析某車型雙橫臂空氣前懸架的定位參數角度制造偏差，同時建立開發階段相關零件的關鍵控制尺寸清單，確保整車四輪定位參數實際偏差在設計允許偏差范圍內。

1 懸架定位參數仿真分析流程

三維尺寸偏差仿真分析工作在不同領域內整體思路是一致的，以下為針對底盤懸架四輪定位參數虛擬偏差仿真的工作流程，如圖1。

圖1 懸架參數三維仿真分析流程圖

在正式開始搭建仿真分析模型前，除準備模型數據外，還應明確如下的輸入物。

（1）與工藝確認懸架和副車架零件的裝配工藝流程。

（2）零件定位策略：根據裝配工藝或者數模結構確認每個零件的設計定位策略。

（3）零件初始公差：供應商零件交付以采購級為總成交付，因而仿真公差輸入時只需要確認采購級總成公差。

（4）懸架定位參數：由底盤專業輸出定位參數理論角度和允許公差，本文所述車型設計參數為空氣彈簧懸架、半載工況時的定義值，如表1所示。

表1 前懸架定位參數

2 仿真模型搭建

2.1 數模預處理

在把零件數模導入3DCS應用模塊前，應在CATIA裝配模塊中把影響懸架參數相關零件數模進行預處理，主要包含以下幾點。

（1）懸架系統左右結構對稱，只需預處理單側懸架數模。

（2）為便于仿真建模，數模裝配結構樹層級應與裝配工藝流程一致。

（3）為簡化模型，供貨級零件總成運用CATIA軟件“從產品生產CATPart”功能消除參數后，導入結構樹中。

（4）主銷球頭球心屬于懸架硬點，3D數據中均會有體現，可從原始底盤數據中復制到消參后的數模中，便于3DCS軟件中提取特征點。

2.2 模型裝配

彭大祥[2]介紹了一種3DCS軟件中雙橫臂獨立懸架建模的方法，本文不再介紹具體的裝配建模操作細節。

本文所述懸架結構，上、下橫臂與轉向節總成連接處分別有一個球頭銷，因此在模型創建裝配及后續測量主銷角度時均可直接提取上、下主銷球心點使用，如圖2。

圖2 上、下橫臂球銷構成的主銷軸線

部分車型下橫臂設計雙球銷結構，下主銷點選取可參考彭大祥文中所述方法作出虛擬主銷點。

因本文介紹的雙橫臂獨立空氣懸架與彭大祥所述結構存在差異，特別說明建模過程應遵循如下裝配順序。

（1）輪轂軸承、制動盤、轉向節分裝成轉向節總成。

（2）轉向器、下橫臂總成分別裝配到前副車架總成。

（3）分裝完成的前副車架總成使用工裝定位裝配到車身。

（4）上橫臂總成裝配到車身。

（5）上橫臂、下橫臂、轉向拉桿與轉向節總成連接。

2.3 特征點公差定義

3DCS模型應根據初版公差要求對所有建模相關特征點賦予公差值，包含：裝配相關的孔徑、銷徑、位置度、輪廓度、平面度。

在懸架參數模型中，零件總成安裝面的平面度公差對最終角度偏差影響較大，因此需要在公差定義中使用復合輪廓多公差方式，賦予復合公差值，如圖3。

圖3 復合輪廓度公差設定

2.4 懸架參數角度測量方法

2.4.1 前輪前束角

3DCS中使用“Line-Plan”測量，選取制動盤輪轂安裝面X向前、后端點連線與理論Y向面角度偏差，具體操作如圖4。

圖4 前輪前束角測量

2.4.2 前輪外傾角

3DCS中使用“Line-Plan”測量，選取制動盤輪轂安裝面Z向上、下端點連線與理論Y向面角度偏差，具體操作如圖5。

圖5 前輪外傾角測量

2.4.3 主銷內傾角

3DCS中使用“Line-Plan”測量，選取上、下橫臂球銷中心兩點連線與理論Y向面角度偏差，具體操作如圖6。

圖6 主銷內傾角測量

2.4.4 主銷后傾角

3DCS中使用“Line-Plan”測量，選取上、下橫臂球銷中心兩點連線與理論X向面角度偏差，具體操作如圖7。

圖7 主銷后傾角測量

3 仿真結果分析

3DCS仿真時基于假設零件剛性，所以無法模擬上、下橫臂連接點之間襯套的柔性變形影響；3DCS軟件運用蒙特卡洛計算方法，運行5000次仿真后，前懸四個參數偏差結果如下表2。

表2 前懸參數仿真分析結果

從上表可以得出除前輪前束角外，其余角度均滿足設計公差要求。前懸架前輪前束角常規均是在轉向拉桿上設計調節螺母進行調整，本文車型前輪前束角可調整范圍±3.7°。因此通過四輪定位工位人工調整后滿足設計要求。

4 建立關鍵尺寸清單

尺寸工程中對于仿真分析結果的處理，不僅是得出仿真結果符合要求的結論，還應根據仿真建模的結果識別影響懸架參數角度偏差的關鍵影響尺寸。通過建立關鍵尺寸清單， 并在相關的零件圖紙標注關鍵特性符號，以促使制造過程重點管控。生產若出現懸架參數偏差不滿足設計要求時可查詢關鍵過程控制點測量數據，確認前期識別的影響因子實際偏差狀態，快速消除問題。

以主銷后傾角為例：如表3，從仿真報告中可明確得出貢獻率大于5%的影響因子共6項，即可作為設計和制造過程中的關鍵尺寸。

表3 主銷后傾角貢獻因子

5 結論

本文簡述前懸架四輪定位參數的仿真分析方法流程、模型裝配關鍵點，并詳細說明了仿真模型中如何選取懸架定位參數的測量點和測量基準平面。

同時文中提出了一種通過仿真分析結果識別關鍵尺寸，并制定制造過程監控策略閉環尺寸仿真工作思路。通過建立關鍵尺寸清單，并實施過程重點監控的策略，可為生產制造過程中出現懸架參數偏差問題，提供完整的測量數據，減少 問題解析時間。