某轿车前悬架系统动力学和运动学分析

韩 媛

（无锡商业职业技术学院）

1 前言

汽车悬架是车架（或车身）与车桥之间一切动力连接装置的总称。它的主要功用是：弹性的连接车架（或车身）与车桥；缓和行驶中车辆受到的由不平路面引起的冲击力,保证乘坐舒适和货物完好；迅速衰减由于弹性系统引起的振动,传递垂直、纵向、侧向反力及其力矩；并起导向作用,使车轮按一定轨迹相对车身运动。所以,悬架性能的好坏直接影响汽车的乘坐舒适性以及操纵稳定性等。

在汽车行驶过程中,由于路面不平或车轮所受载荷变化,会引起悬架的运动和变形,从而影响车轮的定位参数,进而会影响到汽车的操纵稳定性。但是在汽车设计阶段,很难预测或实测悬架性能的好坏。另外,由于汽车行驶过程中,轮胎主要受到地面给其的垂直力、纵向力、侧向力。因此,本文以某轿车悬架系统为例,根据设计部门提供的相关参数和数模,运用ADAMS软件对该轿车的前悬架进行动力学和运动学分析。通过对轮胎施加垂直力、纵向力、侧向力,研究车轮定位参数的变化情况,进而对该悬架进行动力学分析。通过研究车轮定位参数随轮跳的变化情况,对该悬架进行运动学分析。

2 分析模型的建立

该车前悬架为麦弗逊悬架。建模过程中主要采用直接导入数模的方法,仅简化了减振器模型。根据设计部门提供的数模,分析模型中各物体之间的约束形式、约束方向与物理样机保持一致。根据装配好的前悬架半载状态的三维几何模型,选取关键点,添加合适的运动副、弹性元件等连接部件,输入各弹性元件的相关参数,建立相应的ADAMS仿真分析模型,前悬架模型如图1所示。

图1 麦弗逊悬架ADAMS分析模型

3 前悬架系统动力学仿真分析

本仿真分析主要在两侧车轮接地点分别施加相同的侧向力、纵向力、垂向力,通过仿真计算,得到前轮外倾角、前束角分别在侧向力、纵向力、垂向力作用下的变化关系曲线,（数模初始状态为半载状态）。

3.1 前悬架系统在侧向力作用下的分析结果

前轮外倾角变化曲线知,半载时每个前轮接地点在受地面施加的0～5 000 N的侧向力的作用下,前轮外倾角变化范围为-0.343°～-0.233°。

前轮前束角变化曲线知,半载时每个前轮在受地面施加的0～5 000 N的侧向力的作用下,前轮前束角变化范围为-0.342°～-0.049°。

3.2 前悬架系统在纵向力作用下的分析结果

前轮外倾角变化曲线知,半载时每个前轮接地点在受地面施加的0～5 000 N的纵向力的作用下,前轮外倾角变化范围为-0.343°～-0.207°。

前轮前束角变化曲线知,半载时每个前轮接地点在受地面施加的0～5 000 N的纵向力的作用下,前轮前束角变化范围为-0.342°～-0.567°。

3.3 前悬架系统在垂向力作用下的分析结果

前轮外倾角变化曲线知,半载时每个前轮接地点在受地面施加的0～5 000 N的垂向力的作用下,前轮外倾角变化范围为-0.706°～0.795°。

前轮前束角变化曲线知,半载时每个前轮接地点在受地面施加的0～5 000 N的垂向力的作用下,前轮前束角变化范围为-0.342°～-2.542°。

分析结果表明,在现有参数及数模条件下,前悬架前车轮外倾角、前束角在车轮受0～5 000 N的侧向力、纵向力、垂向力作用下变化量不大,可以满足要求。

4 前悬架系统运动学仿真分析

在两侧车轮轮心施加相同的运动,使两车轮沿同一方向跳动,通过仿真计算,得到各定位参数与车轮跳动位置的关系曲线。前悬架数模初始状态为半载状态。空载状态由半载状态向下跳动15 mm,满载状态由半载状态向上跳动3.5mm。

可知,半载时前束角为-0.342°,空载时前束角为-0.278°,满载时前束角为-0.361°。半载状态车轮上下跳动±40mm范围内前束角变化为-0.628°～-0.216°。车轮上跳时前束角减小,车轮向外侧转动,车轮下跳时前束角变大,车轮向内侧转动,前束角的变化趋势符合汽车不足转向性能的要求。

可知,半载时外倾角为-0.343°,空载时外倾角为-0.132°,满载时外倾角为-0.386°。半载状态车轮上下跳动±40mm范围内外倾角变化为-0.678°～0.312°。

可知,半载时主销后倾角为7.846°,空载时主销后倾角为7.633°,满载时主销后倾角为7.897°,半载状态车轮上下跳动±40mm范围内主销后倾角变化为8.461°～7.297°。

可知,半载时主销内倾角为14.6°,空载时主销内倾角为14.25°,满载时主销内倾角为14.68°,半载状态车轮上下跳动±40mm范围内主销内倾角变化为15.37°～13.59°。

上述分析结果表明,在现有参数及数模条件下,半载状态时,该车前悬架车轮定位参数随轮跳的变化量及变化趋势比较合理。

[1]夏长高,高晓辰.基于ADAMS/car的双横臂悬架运动学和弹性运动学分析[J].机械设计与制造,2010.

[2]吴红艳,翟润国等.基于ADAMS/CAR的双横臂与多连杆悬架系统运动学分析[J].设计计算研究,2009.

[3]潘国昌,黄虎等.双横臂独立悬架运动学仿真分析[J].机械设计与制造,2009.