一种汽车稳定杆拉杆球销摆动角度的校核方法

郭绍良，廖美颖，王仲宜（广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院，广州510640）

一种汽车稳定杆拉杆球销摆动角度的校核方法

郭绍良，廖美颖，王仲宜
（广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院，广州510640）

稳定杆对于汽车侧倾控制有重要的作用，悬架设计时需要校核稳定杆拉杆球销在悬架运动过程中的摆动角度。由于CATIA DMU模块在模拟球销摆动方面的局限性，本文利用SimDesigner的SD motion模块，校核稳定杆拉杆球销在车轮跳动及转向过程中的摆动角度，准确地解决该校核问题。

汽车稳定杆；拉杆球销；摆动角度；CATIA DMU；SD motion

双叉臂悬架的主要优点体现在运动学方面的特性，通过叉臂的相互位置可以确定侧倾中心及其高度；通过不同的长度来影响车轮上下跳动的弧线轨迹，即外倾角变化与轮距变化；另通过横向稳定杆来增加侧倾刚度［1］。根据稳定杆的工作原理，稳定杆的端头需要与摆臂或者转向节连接。当稳定杆拉杆与转向节连接时，由于转向节有上下跳动及绕主销的转动，此过程中，拉杆球销的角度摆动较大，而球销的摆动角度受球销底座的限制，只能摆动一定的角度。因此，需要校核球销摆动角度是否满足设计要求。

由于稳定杆拉杆采用上下球销连接，在CATIA的DMU（数字模型）模块中无法准确模拟稳定杆拉杆的运动情况，故无法准确地校核稳定杆拉杆球销的摆动角度。本文使用Sim Designer中的SDmotion模块，较准确地模拟稳定杆拉杆运动情况并校核球销的摆动角度。

1　基于DMU的校核分析

如图1所示，双叉臂独立悬架由下叉臂1、稳定杆2、转向节3、稳定杆拉杆4、上摆臂5、滑柱总成6组成，其中下叉臂1多与副车架7连接。稳定杆拉杆通过上、下球销连接稳定杆和转向节［2-3］。在车轮跳动及转向过程中，球销相对于支座会有摆动。球销的摆动角度受到支座的限制，如图2所示。球销从中间位置向边缘摆动的最大角度为25.4°。因此，在悬架设计过程中，需要校核球销摆动的角度。

在用CATIA软件进行DMU空间运动间隙校核时，如图3所示。转向节3与稳定杆拉杆4在A点建立万向副约束，稳定杆拉杆4与稳定杆2在B点建立球形副。按此方式建立几何运动模型进行悬架空间校核，球销的摆动角度如图4所示。其中，上球销的最大摆动角度为12.0°；而下球销的最大摆动角度为44.6°，超出了球销的允许摆动角度25.4°，且此结果与实车验证结果不相符。

因稳定杆拉杆与转向节建立万向副连接，而稳定杆拉杆与稳定杆建立球形副连接，所以稳定杆拉杆下球销的摆动角度远大于上球销的摆动角度。而在悬架实际运动过程中，稳定杆拉杆与转向节、稳定杆都是以球形副连接，稳定杆拉杆在一定范围内可以绕着直线AB旋转。这一自由度称为局部自由度，但这一过程在DMU模块中无法模拟，故DMU模块无法模拟稳定杆拉杆实际的运动过程及校核球销摆动角度［4-6］。

2　基于SDmotion的校核分析

2.1前处理

如上分析，要准确校核球销摆动角度，就需要建立能真实模拟球销及稳定杆拉杆运动情况的仿真模型。在SDmotion中可以建立相关的约束命令“Body/Body Contact”（实体接触）来模拟球销摆动过程。通过该命令建立接触约束，当两个实体接触时，他们之间存在相互作用力，并可以定义相互作用的刚度、阻尼、穿透量等参数。

在建立运动模型之前，要对数模进行一些处理，把拉杆球销的圆球部分切除掉，如图5所示。上、下球销与拉杆主体（包括球销支座）在球铰中心建立球形副约束，同时上、下球销分别与拉杆主体之间建立实体接触约束。在运动过程中，当其中一个球销摆动到最大角度时，即球销与球销支座接触时，实体接触约束发生作用，球销将推动拉杆绕上下两个球铰点连线旋转，这样就可以模拟拉杆的实际运动情况。

2.2悬架运动模型的建立

如图6所示，在SDmotion模块中建立双叉臂独立悬架的运动模型。与DMU不同的是该模块可使用衬套连接，使模拟更接近实际运动情况。其中稳定杆拉杆的上、下球销与稳定杆拉杆主体用球形副连接，并分别添加实体接触约束。因上、下球销与稳定杆拉杆主体采用球形副连接，故稳定杆拉杆各自有转动，又因添加了实体接触约束，稳定杆拉杆可在球销设计的摆动角度范围内转动，故此模型能准确地模拟稳定杆拉杆的运动过程［7-8］。

2.3运动模拟及结果校核

根据悬架运动特点，设置了轮跳和转向的驱动，如图7所示。

由于仿真路径比较复杂，编辑轮跳和转向的驱动通过嵌套使用STEP阶跃函数来完成驱动，分别设置了车轮上下跳动量、转向齿条的横向移动量。

仿真结果如图8所示，当上球销摆动角度达到25.4°时，摆动角度达到最大值，上球销推动拉杆旋转，用下球销的摆动角度进行补偿。整个仿真过程中，上球销多次达到最大摆动角度，这时下球销给予角度补偿，而下球销的摆动角度最大值是20.4°，整个过程中没有达到最大角。因此，上球销和下球销没有同时达到最大摆动角，说明在极限工况下，球销的设计摆动角度仍然可以满足悬架运动要求。通过仿真分析证明，稳定杆拉杆的设计是合理的，此结果与实车试验结果一致。

3　结束语

本文针对CATIA软件在校核稳定杆拉杆球销摆动角度方面的局限性，利用SDmotion模块中的实体接触命令模拟稳定杆拉杆实际运动情况，巧妙地解决了该问题，并且模型中悬架的各个部分连接采用衬套连接，比CATIADMU模块更接近实际运动情况。SDmotion模块的不足之处是，由于要定义衬套刚度等参数，所以建模需要更多的时间，驱动命令控制不如CATIA方便。在实际仿真分析中有类似CATIA无法解决的问题，可以尝试用SDmotion软件解决。

［1］耶尔森·赖姆帕尔.汽车悬架［M］.2版.李旭东，译.北京：机械工业出版社，2013.4.

［2］徐石安.汽车构造：底盘过程［M］.2版.北京：清华大学出版社，2011.11.

［3］王其东，赵韩，李岩，等.汽车双横臂式独立悬架机构运动特性分析［J］.合肥工业大学学报：自然科学版，2001，24（6）：1066-1071.

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［5］熊欣，钟诗清，马洪阁.CATIA V5及其在轿车数字化工程中的应用［J］.中国仿真科技论坛电子期刊，2005，（1）

［6］刘斌，刘轶娅，韩亚平.CATIA运动仿真在汽车设计中的应用［J］.上海汽车，2006，（7）：32-34.

［7］金叙龙，郭万富.双横臂独立悬架运动特性分析［J］.汽车技术，2001，（4）：11-14.

［8］胡宁，郑冬黎.双横臂独立悬架机构运动学分析［J］.汽车工程，1998，20（6）：362-366.

修改稿日期：2015-02-11

A Check M ethod of Sw ing Angle for Vehicle Stabilizer Bar LinkagePin

Guo Shaoliang，LiaoMeiying，Wang Zhongyi
（Automotive Engineering Institute，Guangzhou AutomobileGroup Co.，Ltd，Guangzhou 510640，China）

Thestabilizerbarhasan importantrole for thevehicle's roll control.Itneeds to check theswing anglesof the stabilizer bar linkage pin during the suspensionmovementwhen designing the suspension.Because of CATIA DMUmodule limitations in the simulation of the linkage pin swing，the authors use the SDmotion module of the SimDesigner to check the swing anglesof the stabilizer bar linkage pin during thewheelhopping and steering processessoas toaccurately solve theproblem.

vehicle stabilizer；stabilizer bar linkage pin；swing angle；CATIA DMU；SDmotion

U 461.6；U 463.33

B

1006-3331（2015）04-0047-03

郭绍良（1989-），男，汽车悬架工程师；主要从事汽车底盘悬架设计工作。