基于ADAMS的前悬架仿真分析

杨仁华，柏武林

（西华大学汽车与交通学院，四川成都610039）

基于ADAMS的前悬架仿真分析

杨仁华，柏武林

（西华大学汽车与交通学院，四川成都610039）

运用ADAMS软件平台对汽车进行了仿真分析，建立了仿真模型，确定了仿真参数，并以悬架静止、伸张70mm、压缩70mm三个工况下，对前悬架定位参数改变进行了仿真分析。

悬架；仿真；建模

悬架是现代汽车上的几大重要总成之一，它的作用是把车架（或车身）与车轮弹性地连接起来，传递作用在车身和车轮之间的所有外力，部分吸收路面传给车身的冲击载荷，并衰减由于路面冲击传给车身的振动，使汽车在高速行驶下获得较理想的运动特性。悬架本身的性能特点、与整车的匹配关系等直接决定了汽车的行驶平顺性、操纵稳定性和乘坐舒适性以及汽车的行驶姿态[1]。目前在ADAMS环境下有一些对悬架的仿真研究，如以悬架中的橡胶衬套不同，仿真分析悬架性能[2]；在ADAMS/Insight环境下进行性能分析，找出轮胎磨损的原因[3]。

本文在ADAMS环境下对麦弗逊悬架前轮跳动对定位参数的影响进行仿真分析。

1 麦弗逊悬架仿真结构分析[4]

本文以麦弗逊悬架（前悬）为研究对象，麦弗逊悬架结构左右对称，转向器为齿轮齿条转向器。根据悬架结构及转向系结构，按照一定的方法把结构简化为如图1所示的运动学仿真模型。悬架左右部分关于汽车纵向平面对称，由转向横拉杆、齿轮齿条转向器、转向节总成（包括减振器下部、轮毂轴、制动器底板等）、下控制臂、车轮总成、减振器上部及车身组成。因运动学不需要考虑受力问题，故不考虑减振器的阻尼和弹簧的刚度问题。

图1 前悬架结构简图

参考图1连接形式，对悬架系统进行合理简化，并在ADAMS上面建立如表1的连接副。

表1 各零件间连接形式

2 仿真模型参数确定

轮胎静力半径为240mm，竖直刚度为200 N/mm，每个车轮的簧下质量为25 kg，整车的簧上质量为550 kg，重心高度为600 mm；轴距为2 175 mm.

设置的车轮跳动行程为140 mm，伸张和压缩行程均为70 mm.悬架硬点参数如表2，车的纵向对称面、车架或地板上平面与过左右车轮中心且垂直车架上平面三平面交点为坐标原点，垂直方向Z轴，向上为正，车的纵向为X轴，向车的后方为正，车的横向为X轴，从车头看向左为正，仿真模型如图2.

表2 前悬架硬点参数

图2 仿真模型

3 悬架运动仿真分析[2]

以悬架静止、伸张70mm、压缩70 mm三个工况下的状态进行仿真（悬架伸张与压缩是以车辆满载静止状态为基准车轮中心相对于车身或车架在垂直方向产生的相对位移），分析前轮定位参数改变（前轮外倾角改变、主销后倾角改变、主销内倾角改变、前束角改变）和侧倾中心改变情况。

（1）前轮外倾角改变

前轮外倾角是前轮旋转平面与纵向垂直平面之间的夹角，其作用在于增加车辆行驶的稳定性与车辆直线行驶性能，并可以产生以外一个外倾推力，使轮胎侧偏刚度变小，使转向特性发生改变。

图3中横坐标是车轮跳动行程，纵坐标是前轮外倾角，由图3看出，车轮在伸张行程时（也就是下跳时），外倾角向正方向的变化速率很快；而在压缩行程时（上跳时），朝负方向的变化速率较慢，且峰值很小，对于这种情况，通常的解决方法是预设负外倾角，以抵消正向外倾角增益。而在的跳动范围内，倾角变化在间变化，在之内合理，故在允许范围内。

图3 前轮外倾角的改变

（2）主销后倾角改变

图4中横坐标是车轮跳动行程，纵坐标是主销后倾角，主销后倾角是在纵向平面内，主销轴线与垂线之间的夹角，它是保证汽车高速行驶中直线行驶时的稳定性，还可以帮助车轮的自动回正，可以有效扼制转向摆振，但倾角过大会加剧轮胎的磨损，而过小会影响行驶的稳定性。主销倾角一般为：前置前驱为0°~3°，而前置后驱为3°~10°.

图4主销后倾角的改变

图4 中横坐标是车轮跳动行程，纵坐标是主销后倾角，从图4可以看出，在在的跳动范围内，其变化量，在在的范围内变化合理，故需改进。

（3）主销内倾角改变

图5中横坐标是车轮跳动行程，纵坐标是主销内倾角，主销内倾角是在横向平面内，主销轴线与垂线间的夹角，它的作用在于有利于主销内倾偏移距的减小，使方向盘上的力减小，使转向灵活，也减小了路面对方向盘的冲击力，其角度一般在之间。

图5 主销内倾角改变

由图5看出在跳动过程中在间变化，影响行驶的稳定性，需要改进。

（4）前束角改变

图6中横坐标是车轮跳动行程，纵坐标是前束角，前束角是两个前轮中心平面间的夹角，它使前轮在滚动过程中的每一瞬时总是趋近于向着正前方，这样可以消除部分由于前轮外倾带来的不良后果，使前轮保持纯滚动和正直行驶，以减少轮胎磨损。为了减小因轮胎侧偏而引起的磨损增加、滚动阻力加大及直线行驶能力降低等后果，希望前车轮在跳动过程中前束角值不发生大的改变。前束角的改变最好为零，这样可以避免转向轮的转向效应。通过仿真可以得到图6.

图6 前束角改变曲线

在整个悬架的工作行程中，前束角的变化范围是-0.57~0.57，符合要求。

（5）侧倾中心改变

图7中横坐标是车轮跳动行程，纵坐标是侧倾中心高度，汽车相对地面转动时的瞬时轴线称为汽车的侧倾轴线，该轴线通过汽车左、右车轮垂直横断面上的瞬时转动中心，这两个瞬时中心称为侧倾中心，侧倾中心高趋近与簧上质量质量的质心，有利于减小转向时的侧倾力矩和侧倾角，从而增加舒适感和安全感。

图7 侧倾中心在俯仰时的变化曲线

现代轿车前悬架侧倾中心高度一般在0～140 mm的范围内；而后悬架侧倾中心高度高度一般在0～400 mm的范围内，通过图7，可以看出在间变化，需要改进。

4 结束语

本文运用ADAMS/CAR对某车前悬架进行了运动仿真分析，其结果显示有的定位参数是合理的，有的是不太合理的，该方法对于悬架结构参数及布置参数进一步改进及优化设计打下了基础，为悬架设计提供了一种理论方法，对悬架设计具有重要的实际意义。

[1]余志生.汽车理论[M].第五版.北京：机械工业出版社，2011.

[2]赵萍萍.基于ADAMS的麦弗逊前悬架仿真分析[J].科技与创新，2016，（3）：120-121.

[3]基于ADAMS/CAR的麦弗逊悬架优化设计与仿真研究[J].科研，2016，（7）：166-168

[4]陈家瑞.汽车构造（下册）[M].北京：机械工业出版社，2003.

Simulation Analysis of Front Suspension based on ADAMS

YANG Ren-hua，BAI Wu-lin
（School of Automobile and Transportation，Xihua University，Chengdu Sichuan 610039，China）

This paper uses ADAMS software platform to simulate the car，set up the simulation model and the simulation parameters were determined，and the suspension of static，stretching and compression of 70mm three under the condition of the suspension positioning parameters change are simulated，and the results meet the requirements.

suspension；simulation；modeling

U463.5

A

1672-545X（2016）09-0018-03

2016-06-07

杨仁华（1962-），男，四川蓬溪人，硕士，副教授，从事汽车计算机辅助设计与汽车计算机辅助工程研究。