基于ADAMS的汽车悬架系统结构仿真分析

田雪萍 王海峰 王来丽

摘 要：本文运用ADAMS虚拟样机分析软件对汽车前束角变化的动力学分析方法，建立汽车长短臂结构的悬架模型，将该模型放置仿真测试平台进行跳动工况模拟实验，并研究分析汽车方向盘在不同角度时，对悬架前束角的影响变化曲线，为汽车工程领域相关分析和改进提供参考。

关键词：ADAMS；汽车悬架；动力学分析；前束角

在汽车工程领域，仿真软件能在产品开发过程中避免零部件和样机的重复制造，减少资源、时间和资金的浪费，可以运用仿真软件在汽车工程领域更好地进行运动学的动力性研究。本文意在了解学习ADAMS软件，并结合汽车设计的相关知识进行车辆运动学及动力学分析。

1 ADAMS软件应用

ADAMS，即机械系统动力学自动分析（Auto·matic Dynamic Analysis of Mechanical Systems），该软件是美国MDI公司（Mechanical Dynamics Inc.）开发的虚拟样机分析软件，是目前世界上应用最广泛的多体系统仿真分析软件，应用它可以方便地建立参数化的实体模型，并采用多体动力学原理进行仿真。ADAMS/car是一种基于模板的建模和仿真工具，大大加速和简化了建模的步骤。只需要在模板中输入必要的数据，就可以快速建造悬架高精度虚拟样机，并进行仿真。

1.1 ADAMS软件模块

ADAMS软件由基本模块、扩展模块、接口模块、专业领域模块及工具箱5类模块组成其中求解器模块和图形建模模块是最主要的模块，其他模块分别是基于这两个核心模块而扩展在不同领域中的专业化和仿真求解工具，如：汽车工程领域的ADAMS/Car、铁路工程领域的ADAMS/Rail、控制工程领域的ADAMS/Control等。

1.2 虚拟样机流程

⑴首先根据实际情况设计问题，在此要充分考虑节省时间和降低成本的要求；⑵然后可以进行建模、测试、检查和改进等后续环节；⑶建立虚拟样机模型时注意各个部件的载荷、约束、驱动和碰撞等问题；⑷测试虚拟样机模型时注意测试的定义，通过仿真、动画和曲线等形式进行测试实验；⑸验证虚拟样机模型时先输入实测的数据，然后将仿真数据与实测数据相比较；⑹在检查期间，细化虚拟样机模型，从摩擦、弹性或控制系统入手，然后对该设计参数进行迭代计算；⑺在最后的改进阶段，通过自动化或个性化的设计进行优化。

2 仿真分析

本文旨在减小定位参数在悬架相对于车架运动过程中的变化，使各参数保持在理想值范围内。所以采用两侧车轮同向跳动的仿真工况进行仿真试验，其中上下跳动各为50mm。仿真后在后处理中可得到内倾角、车轮外倾角、主销后倾角、主销内倾角随着车轮跳动行程的变化曲线如图1所示。

2.1 车轮前束角

前束角是车轮中心线与汽车纵向对称轴线之间的夹角。为了使汽车行驶的每一瞬时车轮滚动方向接近正前方，在前轮故意设置前束角。但是如果前束角过大会引起轮胎的异常磨损。一般在车轮跳动：-50～50mm时，前束角理想的特征设计值为：0°～0.5°。图1显示前束角随着车轮跳动行程的变化为：-0.6° ～1.2°，变化量为1.8°比理想值稍大。

2.2 车轮外倾角

车轮外倾角是车轮中心平面相对于地面垂直线的倾角。预设外倾角的目的是使汽车满载行驶时外倾角接近零，从而使轮胎磨损均匀。但是外倾角不宜过大，否则会使汽车的直线行驶能力变差。一般车轮跳动为：-50～50mm时，外倾角的变化为：-2°～0.5°。由图1显示车轮外倾角的变化范围为-1.72°～2.4°，车轮跳动为-50mm时，外倾角过大。

2.3 主销后倾角

主销后倾角产生的回正力矩对转弯后的车轮有自动回正作用，可以提高汽车直线行驶能力。但是过大的后倾角会增大转向力，造成转向困难。一般后倾角不超过2°～3°[1]。如图1显示，主销后倾角变化很小，在合理取值范围内。

2.4 主销内倾角

主销内倾角也会产生一个回正力矩从而具有使车轮自动回正的作用。但是主销内倾角也会产生转向阻力矩，随着转向角的增大，这个转向阻力矩也越大。同时主销内倾角会使转向时内轮的外倾角增大，从而增大轮胎外侧的磨损。主销内倾角的理想范围值为：5°～15°。如图2所示，主销内倾角的变化范围为：15.3°～19.4°，明显过大[2]。

3 结束语

本文通过对ADAMS仿真分析软件的建模和展示，介绍了运用ADAMS虚拟样机技术对汽车悬架系统的动力学分析方法。根据模拟计算得到悬架前束角在垂直方向的跳动曲线以及方向盘的转角对前束角的影响曲线，可为汽车工程领域相关分析和改进提供参考，利用仿真软件的实际优势，提高产品设计的质量和精度。

[参考文献]

[1陈家瑞.汽车构造（下册）[M].北京：机械工业出版社.2006：235-258.