基于RECURDYN的双横臂独立悬架仿真分析

陈 洪，郝莉红

(河北工程大学机电学院，河北邯郸 056038)

基于RECURDYN的双横臂独立悬架仿真分析

陈 洪，郝莉红

(河北工程大学机电学院，河北邯郸 056038)

利用多体系统动力学仿真分析方法，在RECURDYN建模环境中构建了双横臂独立悬架的多刚体模型,并对模型进行了仿真计算，得到了前轮前束角、前轮外倾角、主销后倾角、主销内倾角随车轮上下跳动的变化曲线,最后利用汽车动力学的基本理论对所得结果进行了评价。

RECURDYN；双横臂悬架；仿真

(College of Mechanical and Electrical Engineering, Hebei University of Engineering, Handan Hebei 056038, China)

悬架是汽车底盘的一个重要组成部分，是连接车身和车轮的装置，其主要功能是衰减由车轮振动传递给车身的冲击[1]。通过合理布置双横臂悬挂构件的相对位置，可限制车轮的横向偏移量和车轮倾角的变化幅度[2]，使悬架的横向刚度较好，并有调校空间宽泛、抓地性能好等优点。因此，双横臂式独立悬挂成为目前汽车常用的悬挂形式之一，如本田雅阁和马自达6的前悬挂、长城C50的后悬挂都装配了双横臂独立悬架。

RECURDYN是一种基于递归算法的多体系统仿真分析软件，它以多体系统动力学为基础，为评测和提高多体系统的综合性能指标提供了一个仿真平台[3]。笔者的研究对象是双横臂独立悬架，在RECURDYN软件的建模环境中构造某汽车的双横臂悬架模型，通过编辑试验台的位移函数使车轮按特定的规律在竖直方向作往返运动。笔者对车轮竖直运动过程中车轮的定位参数进行计算和分析，得到双横臂悬架运动学特性的仿真结果，并对悬架的性能进行简要评价。

1 双横臂悬架建模

1.1模型简介

双横臂悬架是主要组成构件，其结构图见图1。显然，悬架的左右2部分是对称的。笔者对悬架模型的试验环境进行一些假设：1)不计各杆件和轮胎的变形，认为悬架是一个多刚体系统；2)不考虑各构件铰接之间摩擦力的影响；3)假设弹簧的弹性是线性的。

图1 双横臂悬架结构图Fig.1 Double wishbone suspension structure chart

1.2建立悬架的硬点

调校悬架性能的一种重要手段就是合理布置硬点的位置，考虑到悬架的左右对称特点，只需建立其中一侧的模型即可，现以悬架的左半部分为例，依据某汽车的车轮定位参数创建左侧悬架的硬点，各点坐标见表1。

表1 左侧悬架各硬点坐标

1.3添加模型实体

按照表1列出的各硬点坐标，添加模型的几何实体，生成图2所示的悬架模型。再为双横臂悬架添加约束，各构件间约束关系见图3。

图2 双横臂悬架模型Fig.2 Double wishbone suspension model

图3 悬架各构件约束关系Fig.3 Constraint relations among the suspension components

2 仿真分析

悬架的运动学特性可以通过模拟车轮上下跳动的虚拟环境来仿真分析，编辑测试平台的位移驱动函数：50×sin(360°×time)，其中“time”表示时间(以s为单位)，此函数表示测试平台带动车轮在竖直方向-50～50 mm按正弦规律作往返运动。

车轮外倾角的变化直接引起轮胎与地面接触点的位置变化，在汽车行驶过程中，轮胎接地点的位置发生偏移，将对行驶方向产生影响，因此外倾角不应有剧烈的变化。通常情况下，在车轮上跳过程中外倾角应向减小的方向变化，在车轮回落的过程中向增大的方向变化[4]。由图4可知，随着车轮上跳，车轮外倾角约从0.4°减小到-0.6°，在平衡位置外倾角为负角度，约为-0.2°，对整车的直行稳定性是有利的。

图4 车轮外倾角-车轮跳动量Fig.4 Camber angle-wheel travel

轮胎中心纵平面与车身纵轴线之间的角度称为车轮前束角，由于车轮外倾角会导致车轮有向外翻转的现象，车轮前束角的存在可对这一现象起到调节作用。前束角的变化合理，有利于汽车获得充足的转向特性[5]，并可以减缓轮胎的磨损。车轮前束角与车轮竖直跳动量的关系如图5所示，在车轮上跳过程中前束角呈现减小的趋势，而且变化幅度较小。

图5 车轮前束角-车轮跳动量Fig.5 Toe angle-wheel travel

主销内倾角有助于保持汽车在低速行驶时的回正作用，较大的主销内倾角可以减缓凹凸路面对车身的纵向冲击，但过大地布置主销内倾角会加剧轮胎的磨损，并且占据大量的横向空间，通常主销内倾角的值设定在7°～15°范围内[6]。如图6所示，在车轮上跳的行程中，主销内倾角约从9.5°增加到11.1°，增长过程较缓和，满足汽车设计的要求。

图6 主销内倾角-车轮跳动量Fig.6 Kingpin inclination angle-wheel travel

由于主销后倾角的存在，使主销轴线延长线与地面的交点比车轮与地面接触点靠前一段距离(称为主销纵倾移距)。它可以利用汽车行驶中地面对轮胎的阻力生成一个使车轮方向与行驶方向保持一致的力矩，主销纵倾移距越大，该力矩也越大。设置主销后倾角对路面冲击引起汽车行驶方向的微小变化有自行调节功能。主销后倾角如果布置得太大，转向时就需要克服很大的力矩，导致方向盘过沉[7-8]。如图7所示，在车轮处于平衡状态时，主销后倾角的值约为2.6°，在车轮上跳过程中角度有所增加且变化幅度较小，对车轮偏转具有回正作用，保证了汽车的直行稳定性。

图7 主销后倾角-车轮跳动量曲线Fig.7 Caster angle-wheel travel

3 结 语

车轮定位参数的确定一直是汽车底盘开发乃至整车设计的重点和难点。笔者用仿真分析的方法建立了基于RECURDYN软件的双横臂独立悬架模型并对其进行运动学分析，得出测试平台竖直移动过程中各主要定位参数的变化情况，并按照汽车底盘设计的基本规范对仿真结果进行简要分析评价。采用此方法，可在悬架实体试验之前进行仿真测试，对新开发悬架的性能得到预测，省去了不必要的加工制造，提高了汽车底盘设计的进度，简化了繁琐的实体拆装试验。仿真分析过程是在不计运动副摩擦等理想环境下进行的，必然与实际试验存在一定误差，有待进一步完善。

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Simulation and analysis of double-wishbone independent suspension based on RECURDYN

CHEN Hong, HAO Lihong

With the method of multi-body system dynamics, a multi-body model of double-wishbone independent suspension was established in RECURDYN modeling environment. The curves of toe angle, camber angle, caster angle and kingpin inclination changing as the up-and-down movement of wheels were obtained. Results were evaluated by basic theory of vehicle dynamics.

RECURDYN; double-wishbone suspension; simulation

1008-1534(2013)02-0097-03

U461.1

A

10.7535/hbgykj.2013yx0113

2012-09-10;

2012-11-05

责任编辑：冯 民

陈 洪(1987-)，男，河北保定人，硕士研究生，主要从事机械设计及理论方面的研究。

E-mail:greatchenhong@163.com