某轻型客车的前独立悬挂K&C特性仿真分析

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：

[1]陈家瑞.汽车构造：下册[M].3版.北京：机械工业出版社，2011.

[2]王孝朋.麦弗逊悬挂与双A臂悬挂的运动特性对比[J].太原大学学报，2010（4）：117-118.

[3]喻凡.林逸.汽车系统动力学[M].北京：机械工业出版社，2005.

[4]陈军.MSC.ADAMS技术与工程分析实例[M].北京：中国水利水电出版社，2008.

[5]刘国猛，谷玉川，赵若琳，等.K&C试验台及其应用[J].机电工程技术，2010（8）：124-126.

[6]周红妮，冯樱，李向阳.基于ADAMS的汽车前悬架仿真分析及优化方法研究[J].湖北汽车工业学报，2010（3）：5-9.

[7]陈黎卿，王启瑞，陈无畏，等.基于ADAMS的双横臂扭杆独立悬架操纵稳定性分析[J].合肥工业大学学报：自然科学版，2005（4）：341-345.

[8]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.

[9]廖林清，宋礼，陈兵，等.客车空气悬架的建模与K&C特性分析[J].重庆理工大学学报：自然科学版，2015（1）：6-11.

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。