基于ADMAS的整车宽度优化方法

2018-01-24李小俊

汽车实用技术 2017年24期

李小俊

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽合肥 230009）

引言

中国民族汽车的发展依靠自主创新，依靠自主知识产权，民族汽车的开发设计水平在近几年取得了令世人瞩目的成绩，从以前对标国外车型进行开发，到现在根据市场的需求开发符合消费者满意的民族汽车，国家的发展过程也是企业的成长过程。本文主要针对新一款 MPV车型，从整车成本和开发周期考虑如何在现有 MPV车型上通过尺寸变更、造型变化来开发新车型。

整车宽度=轮距+轮胎中心至胎侧的距离*2+安全间隙*2+车身工艺尺寸*2（A+2B=轮距）

整车宽度受发动机宽度、悬架形式、轮胎大小及整车造型影响，在发动机、悬架、轮胎及造型确定的情形下，影响整车宽度的主要因素就是悬架的宽度，对匹配麦弗逊悬架的整车来说下臂长度是影响悬架宽度的关键，发动机舱的宽度A根据发动机宽度定义，发舱到轮心的距离B既要满足空间布置也要满足性能要求。本文主要解决B值的大小。

图1 整车宽度示意图

1 动力学模型的建立

利用汽车动力学仿真软件ADMAS建立面向结构的参数实体模型，应用多刚体系统动力学原理进行仿真。首先建立悬架的ADMAS模型仿真分析，仿真结果作为参考目标，通过调节参数悬架既要满足整车空间布置又要满足性能要求。

需要同平台车型底盘相关参数如下：

（1）提取转向及悬架硬点坐标；

（2）各衬套的力/变形曲线；

（3）弹簧力/变形曲线；

（4）建立转向、悬架、稳定杆模型；

（5）缓冲块的力/变形曲线。

通过以上数据建立悬架模型的拓扑结构。

图2 悬架的ADMAS模型

模型的拓扑结构反映悬架部件之间连接关系，不表示实物，模型中要增加弹簧变形曲线、衬套变形曲线、缓冲块的变形曲线，输入轮胎载荷，将零部件调整到实车状态，设置限位块、衬套和弹簧预载。设定完毕模拟汽车在道路上行驶车轮四轮定位参数变化的情况。

2 悬架的KC分析

通过对一系列尺寸变更的悬架（悬架臂长尺寸从剪短10mm、20mm、30mm一直到剪短150mm共11组数据）做KC分析。

2.1 前束

图3 同跳反跳前束与轮跳的关系

车轮上跳时前束多设计成零值或负值，负前束是整车质量变化引起质心位置变化时转向依然方便转向，前束要求-4deg/m～ -15deg/m，本悬架臂长在剪短10mm～剪短150mm变化内，前束是-14deg/m满足要求。

2.2 外倾角

图4 同跳反跳外倾角与轮跳的关系

汽车工程手册上推荐上跳时，外倾角变化为-10～+10（±50mm）范围内应合理悬架悬架的设计参数，车轮由下向上跳动时外倾角由正值变成负值，臂长在剪短 10mm～剪短150mm变化内，外倾角由10到1.50之间变化，可以看出臂长对外倾角影响较大，臂长剪短不应该超过30mm。

2.3 主销后倾角

主销后倾角利于汽车直线行驶，主销后倾角越大主销后倾力矩越大，一般要求在20～100之间，图示臂长在剪短10mm～剪短150mm变化内，后倾角由4.10到5.20之间变化，在设计范围内符合悬架设计要求。

图5 同跳反跳主销后倾角与轮跳的关系

2.4 主销内倾角

主销内倾角起车轮自动回正作用，利用汽车自重回复原位置的效应，主销内倾角的存在减小转动方向盘的力，转向轻便，减少转向系统力矩的波动。主销内倾角设计要求一般是70～130，图示臂长在剪短10mm～剪短150mm变化内，主销内倾角在0.90～1.40变化，满足悬架设计要求。

图6 同跳反跳主销内倾角与轮跳的关系

2.5 单边轮心距

轮心距变化越小轮胎磨损越小，图中看出臂长越短，轮心距变化越大，设计上要求轮心距一般不大于 10mm，从图上看出臂长剪短不应小于40mm。

图7 轮心距与力的关系

综上分析发现，悬架臂长对外倾角和轮心距影响较大，为减小轮胎磨损，臂长剪短不超过30mm。

3 悬架承载性分析

悬架摆臂长度变化的同时稳定杆、转向节也在变化，整车尺寸、重量变更，悬架零部件需进行强度分析来满足设计要求（本文以臂长剪短 30mm，稳定杆剪短 60mm，转向节尺寸不变）。分析悬架强度的分析流程如下：

图8 悬架强度的分析流程

3.1 稳定杆强度分析

图9 稳定杆有限元分析模型

六面体网格化有限元模型，为提高分析的准确性根据实际对该模型进行约束和加载，分析采用的强度工况垂直3.5G、转向0.8G、制动1G和加速起步四个主要极限工况，根据ADMAS动力学模型提取的力和扭矩建立分析工况。前稳定杆安全系数均大于 1，满足强度要求，其中四种工况下，稳定杆受力最大的时候为转弯时，其它工况下几乎不起作用，此屈服极限为1175MPa，因此满足要求。

表1 前稳定杆应力结果

3.2 摆臂强度分析

图10 下摆臂模型

六面体网格化有限元模型，为提高分析的准确性根据实际对该模型进行约束和加载，分析采用的强度工况主要有垂直3.5G、转向0.8G、制动1G和加速起步四个主要极限工况，根据ADMAS动力学模型提取的力和扭矩建立分析工况。下摆臂安全系数均大于 1，满足强度要求，其中四种工况下，下摆臂受力最大的时候为垂直3.5g时，此时安全系数大于1，因此满足要求。