某轻型客车的前独立悬挂K&C特性仿真分析
2016-06-28徐本祥刘望树
徐本祥,刘望树
(1.奇瑞商用车(安徽)有限公司工程研究院,安徽芜湖 241009;2.芜湖市科技局,安徽芜湖 241001)
某轻型客车的前独立悬挂K&C特性仿真分析
徐本祥1,刘望树2
(1.奇瑞商用车(安徽)有限公司工程研究院,安徽芜湖241009;2.芜湖市科技局,安徽芜湖241001)
摘要:利用多体动力学分析软件ADAMS/CAR建立某轻型客车前独立悬架虚拟样机仿真模型。采用轮跳和力加载的方法对汽车在弯道行驶过程中悬架的K&C特性进行仿真分析,为进一步改进悬架系统性能,缩短产品开发周期,提高产品的可靠性提供参考。
关键词:轻型客车;ADAMS;前独立悬架K&C特性;仿真分析
1 前独立悬架仿真模型的建立
1.1前独立悬架介绍及分析目的
我公司新研发的某轻型客车前悬挂采用双A臂独立悬挂结构(见图1),由上摆臂总成、下摆臂总成、螺旋弹簧、减振器、稳定杆总成、缓冲块等组成。其优点:两侧车轮可以单独运动互不影响,可以减少车架和车身的振动,有助于消除转向轮偏摆的不良现象;减少非簧载质量,有利于提高汽车行驶的平顺性;取消前桥结构,降低了发动机和整车重心高度,同时车轮运动空间较大,可以降低悬架刚度,提高可靠性,降低生产成本[1]。汽车悬架的K&C特性对整车行驶性能至关重要。悬架几何运动学特性(Kinematics,简称K特性)揭示的是在车轮跳动及转向运动过程中,悬架各种性能参数的变化特性;悬架弹性运动学特性(Compliance,简称C特性)揭示的是在轮胎和路面之间各种力和力矩作用下,悬架各种性能参数的变化特性。本论文应用ADAMS/CAR软件,建立某轻型客车前独立悬架多体系统动力学模型,对其K&C特性进行仿真分析[2-5]。
1.2建模输入参数
建模状态为车辆满载状态,满载状态建模基本参数有:前轮单侧前束0.3°,车轮外倾0.613°,主销内倾11.89°,主销后倾3.515°,轴距3 935 mm,轮胎自由半径387.5 mm,轮胎质量38 kg,弹簧刚度321 N/mm,减振器阻尼特性见表1。满载车轮上跳量68 mm,满载车轮下跳量70 mm,满载前轴荷2 343 kg。表1为所用减振器的阻尼特性。前独立悬架建模需要的硬点坐标有相关设计资料提供[6]。
表1 减振器阻尼特性
1.3ADAMS模型的建立
根据建模参数建立某轻型客车前独立悬架ADAMS/CAR仿真分析模型,如图2所示,模型的建立过程参照有关文献[7-8]。模型中衬套属性文件为ADAMS/ CAR自带文件。
2 前独立悬架K&C仿真分析
2.1工况设定
1)平行轮跳工况。平行轮跳工况是给左右车轮同时施加相同的跳动量,左右车轮运动方向相同,上跳为正,下跳为负。进行平行轮跳“试验”时,设定车轮上、下跳动量(-70~68 mm),转向角度设为零,仿真模式为Kinematic模式。
2)纵向力加载工况。纵向力加载工况是在车轮接地处施加纵向力,纵向力由负的最大值线性增加到正的最大值(-11 485.6~11 485.6 N),向前为正,向后为负。进行纵向力加载“试验”时,取1g的纵向加速度。仿真分析时,转向角度为零,仿真模式为Compliance模式。
3)侧向力加载工况。侧向力加载工况是在车轮接地处施加侧向力,侧向力由负的最大值线性增加到正的最大值(-11 485.6~11 485.6 N),向左为正,向右为负。进行侧向力加载“试验”时,取1g的侧向加速度。仿真分析时,转向角度为零,仿真模式为Compliance模式。
2.2仿真结果分析
2.2.1平行轮跳工况
由图3可以看出,前轮上跳时,前束角的理想变化为零至负前束(-0.5°/ 50 mm),即弱负前束变化。在车轮跳动过程中,前独立悬架车轮前束角的的变化范围较小,变化趋势合理。一般希望在车轮上跳时外倾角向减小的方向变化,而在下落时朝正值方向变化。车轮上跳时,车轮外倾角变化为-2°~+0.5°/ 50 mm较为适宜。
由图4可以看出,在车轮跳动过程中,车轮外倾角的变化趋势较合理,外倾角的总体变化范围较小。一般希望后倾角在车轮上下运动过程中变化越小越好,车轮上跳时一般要求后倾角有增加的趋势。
图5中主销后倾角的变化趋势合理,主销后倾角的变化范围较小。
一般希望车轮上跳时,主销内倾角的增加越小越好,以避免主销后倾角变化过大。
图6中主销内倾角的变化范围较小。
车轮跳动过程中希望轮距的变化越小越好,不大的轮距变化在轮胎较软时可以由轮胎变形来适应,轮胎可容许轮距的变化在每个车轮上达到4~5 mm,而不致沿路面滑移。由图7可见,该轮心侧向位移变化略大。
2.2.2纵向力加载工况
在车轮受到制动力和驱动力的时候,希望四轮定位参数变化越小越好。由图8可知,在纵向力加载的过程中,前独立悬架车轮前束角变化范围较大。
由图9可以看出,在纵向力加载过程中,车轮外倾角变化范围较小,满足要求。
由图10可以看出,在纵向力加载过程中,主销后倾角的变化范围较大。
由图11可以看出,在纵向力加载过程中,主销内倾角的变化范围较小。
不大的轮距变化在轮胎较软时可以由轮胎变形来适应,图12中轮心侧向位移的变化较为合适。2.2.3侧向力加载工况
在车轮受到侧向力的过程中,前束角的变化即为车轮转角的变化。由图13可以看出,在侧向力加载过程中,前独立悬架车轮前束角变化较大。
由图14可以看出,在车轮受到侧向力的过程中,车轮外倾角变化范围较小,满足要求。
由图15可以看出,在车轮受到侧向力的过程中,主销后倾角的变化范围较小。
由图16可以看出,在车轮受到侧向力的过程中,主销内倾角的变化范围较小。
不大的轮距变化在轮胎较软时可以由轮胎变形来适应,图17中的轮距变化较为合适。
2.3分析结果汇总
某轻型客车前独立悬架K&C仿真分析结果表2所示。车轮在平行轮跳工况下轮心侧向位移变化达6.6 mm,超过正常的4~5 mm范围,可能会造成轮胎的严重磨损。平行轮跳试验中,轮心侧向位移即轮距的变化范围较大,超过正常的4~5 mm范围,将会产生较严重的轮胎早期磨损问题,需要再优化上、下摆臂的长度和比例,将轮胎横向滑移减少到合理的范围,从而降低轮胎的非正常磨损,提高行驶的稳定性[9]。
表2 某轻型客车前独立悬架K&C仿真分析结果
3 结 论
分析结果表明,在前独立悬架K&C仿真试验中,各评价参数的变化趋势都比较合理。平行轮跳试验中,轮心侧向位移即轮距的变化范围较大,其他参数变化范围较小;纵向力加载试验中,车轮前束角和主销后倾角的变化范围较大,其他参数变化范围较小;侧向力加载试验中,车轮前束角的变化范围较大,其他参数变化范围较小。
参考文献:
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修改稿日期:2015-09-22
Simulation Analysis on K&C Characteristics of a Light Bus
Front Independent Suspension
Xu Benxiang1, Liu Wangshu2
(1.Engineering Research Institute of Chery Commercial Vehicle (Anhui)Co., Ltd, Wuhu 241009, China; 2.Wuhu Technology Bureau, Wuhu 241001, China)
Abstract:Multi-dynamics analysis software ADAMS/CAR is used toestablish virtualprototype simulation modelofa lightbusfrontindependentsuspension.Wheelhopandforceloadingmethodsareusedtosimulateandanalyzethebus' K&Ccharacteristic when the bus is driven in a curve road. This is for further improvingthe suspension systemperformance,shorteningtheproductdevelopmentcycle,enhancingtheproductreliabilitytoprovideareference.
Key words:light bus; ADAMS; front independent suspension K&Ccharacteristics; simulation analysis
中图分类号:U463.33
文献标志码:B
文章编号:1006-3331(2016)02-0023-04
作者简介:徐本祥(1972-),男,硕士;高级工程师;主管设计师;主要从事汽车总体设计及项目管理工作。