基于CATIA的车辆悬架虚拟样机模型的建立

2020-12-16殷鹏翔

山西电子技术 2020年6期

殷鹏翔

(晋中职业技术学院，山西晋中 030600)

0 前言

悬架是车轮或车桥与车辆承载系统之间存在的弹性联系，悬架系统能够起到衰减振动、缓传递载荷的作用。悬架系统决定着车辆的稳定性、舒适性和安全性。悬架能够有效的传递车轮和车架之间的力和力矩，并进一步缓和由于不平路面对车身造成的冲击，并能够衰减承载系统的振动力，保证车辆行驶的平顺性[1]。

车辆悬架系统主要分为独立悬架和非独立悬架。非独立悬架是左、右车轮由同一刚性梁或非断开式的车桥进行连接，当汽车一侧车轮压过路面凸起时，产生的振动会影响到另一侧车轮的运动状态。而对于独立悬架，左右车轮则是各自“独立”地与车身或车架相连，从而形成独立断开的车桥。

1 悬架模型的简化

在用CATIA软件对车辆悬架系统进行相关的仿真时，其中最基本的要求是需要设计出悬架各部件。并通过相关的装配技术能够进行正确的装配，只有这样才能进行有效的软件仿真分析，所以只有对所建立的悬架进行正确的装配才能够通过仿真得到有效的结果。车辆悬架系统的实践部件具有较大的复杂性，所以在实际建模中我们要通过合理的分析和简化。对模型影响相对较大的部分进行保留，对不影响动态仿真的零部件进行合理的简化省略。

作出的主要简化如下：

1) 为了进行合理的建模，大部分设计师会将转向节进行合理的简化。万向节轴起到的作用主要是传递动力，主要动作是能够在不干涉的条件下进行有效旋转。在车辆行驶过程中，由于路面的不平或是车辆负载的变化会造成轮胎的跳动从而进一步使车辆悬架的上下摆臂发生较大的变化，假设将一条普通的圆轴连接上去，则会大大降低汽车的舒适性并且会很难缓解振动工作。为了避免以上情况在圆轴两端装上了万向转动装置能够有效的解决这个问题，这样会使两端连接处的角度能够随车辆的颠簸产生实时的变化。所以在进行建模时要研究悬架随车辆的运动情况，而且通过模拟运动我们可以发现万向节上的连接副可以简化成上下球销。

2) 在建立悬架模型时，为了对固定件进行方便的简化，可以只画出车架和悬架连在一起的轴销。

3) 由于车辆是中心线对称的，所以建立悬架系统的四分之一就可以代替整个悬架模型了，建立好1/4模型后通过CATIA软件经过两次镜像就可以得到完整的整车模型。

这种建模最大的优点是对设计人员的设计要求低，在整个设计中只需勾绘草图，无需精确绘图，然后再通过适当的约束条件就可以得到所需的精确图形，并且具有便于编辑、修改的要求。

2 定义悬架的结构参数

2.1 车辆悬架系统上下摆臂模型的创建

建立车辆悬架的三维零件图，首先要对悬架上、下摆臂模型进行参数化。由于零件的三维建模大多是以二维视图为开始点，所以在整个建模过程中需要考虑建立的草图是否具备易于修改、模型简单及通用性强的特征，在通常车辆中悬架的上、下摆臂有两种形式：一种是V形，一种是Y形。本论文主要以V形为例，在草图中做出相应的V形摆臂草图，然后对草图进行功能拉伸，则可得到悬架上、下摆臂模型图。

悬架的上、下摆臂模型如图1和图2所示。上、下摆臂的参数如表1。

图1 上摆臂图2 下摆臂

表1悬架上下摆臂参数表

2.2 悬架的弹性元件螺旋弹簧模型的创建

现实生活中车辆在路面上行驶并非绝对平坦，路面对车轮的反力具有强大的冲击性，尤其是在高速度及非常颠簸的路面上行驶时，这种冲击力会明显增大。一旦冲击力传到车架和车身时，就会造成导致车辆组件的不同程度损坏；对于乘客来说这种冲击力会使乘客感到极其不舒服，或使装载的货物损坏。为了有效地减缓这种冲击力，可在悬架中加装弹性元件，使得车架与车桥具有缓存性能的弹性连接。弹性元件用来承受垂直载荷，用来缓和路面对车身造成的冲击。目前为止弹性元件有很多种类：扭杆弹簧、钢板弹簧、橡胶弹簧、油气弹簧、空气弹簧和螺旋弹簧。在本论文中主要以螺旋弹簧为研究对象[2]。弹簧的参数如表2。