基于轮胎磨损的悬架改进设计

庞怀强

摘要：轮胎作为汽车与地面唯一的接触部分，对汽车来说是十分重要的。为了更好的降低车辆行驶过程中轮胎磨损程度，提高整车性能，因此本文通过ADAMS/CAR建立前悬架模型，并对悬架参数进行仿真分析，并对悬架进行改进设计。本文主要基于ADAMS/CAR软件建立某款乘用车麦弗逊前悬架模型，从而对悬架的K&C设计参数进行仿真分析;最后根据仿真分析结果，对悬架进行优化，给出优化降低轮胎磨损速率的建议。

关键词：ADAMS/CAR;麦弗逊式前悬架;轮胎磨损;仿真分析

中图分类号：U463.211                                      文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2021）10-0013-02

0  引言

随着社会的进步，汽车成为了满足人民便捷生活的不可或缺之物。汽车轮胎是汽车与道路之间唯一接触的部分，主要作用是作为传递力的单元，它的力学性能对汽车的运动性能以及舒适性产生直接的影响，因此轮胎力学性能的研究在汽车研究过程中也是非常重要的一个环节。通过数据可以发现轮胎磨损问题在汽车的售后服务中占有很大的比率，而汽车轮胎的磨损并不是一个简单的问题，其磨损包括正常磨损和异常磨损。而汽车悬架在设计过程中设置的间隙参数过大或者悬架在使用过程中发生变形等因素都会使前轮定位参数有偏差，从而使轮胎发生非正常的磨损[1]。本文主要通过对K特性来进行研究分析，确定悬架参数汽车轮胎磨损的影响程度。K特性是针对车轮前束、外倾、主销后倾、内倾等参数值随着车轮上下跳动是否会发生变化以及变化的幅度大小，以及会对汽车轮胎磨损所造成的影响得大小[2]。

1  麦弗逊式前悬架ADAMS/CAR模型的建立

以某乘用车麦弗逊式前悬架为研究对象，麦弗逊前悬架主要构件包括：螺旋弹簧、减震器、转向节、下摆臂、转向横拉杆、副车架等[3]。

模型的建立过程如下，首先打开ADAMS/CAR模块，根据已知的硬点参数坐标建立悬架模型，弹簧、减震器性能参数及部分整车参数，最终得到的悬架模型如图1所示。

2  基于麦弗逊前悬架ADAMS/CAR模型的前轮定位参数分析

2.1 主销后倾角和主销后倾拖距

对利用ADAMS/CAR搭建的悬架模型进行仿真分析，得到的结果如图2所示。

主销后倾角一般都是控制在-1～3°以内。从图2，该车的主销后倾角为3.58°，上下跳动50mm，对应主销后倾角为4.23°、2.95°，计算得到变动量为1.28°，变动范围基本满足要求。

主销后倾拖距一般在0～30mm这个范围以内。从图2确定该车的主销后倾拖距在设计位置约为21mm，上下跳动50mm，主销后倾角分别为25.7321、19.5039，其变动量为6.2282，变动范围满足要求。

2.2 主销内倾角和主销偏移距

对利用ADAMS/CAR搭建的悬架模型进行仿真分析，得到的结果如图3所示。

主销内倾角的数值原则上最大值为8°。由图3可知，主销内倾角的初始状态值为11.22°，车轮上下跳动50mm时对应值12.48°、9.56°，其变动范围为2.92°，变化速率较大，超过理想值，符合设计条件。

由图3可知主销偏移距在设计状态为5.79mm，车轮上下跳动50mm时，对应值分别为6.25mm、-3.25mm，由于主销偏移距的大小与车轮转向的回正力矩成正比，与前悬架的对力的感应程度也成正比，综合考虑各方面因素，所以建议优先选用的是适中（较小）的主销偏移距[4]。

2.3 轮距变化和侧滑量

对利用ADAMS/CAR搭建的悬架模型进行仿真分析，所得结果如图4所示。

通过查找资料可得知，在设计车辆轮距时，一般要求其变化尽可能的小，这是为了降低轮距变化对汽车整体性能的影响，上跳时，轮距变化量以5mm为最优值[5]，而车轮在下跳过程时，轮距变化范围可以稍微大一点，一般的比例最优值为5：1（轮胎下跳行程为5mm，轮距的变化范围不高于1mm）。由图4可以发现，上跳行程为2.98°，下跳行程为9.23°，变化范围在要求以内，所以汽车的操控稳定性是符合要求的。

通过对图4的结果進行观察分析可以看出，侧滑量最大值为13.5219mm，最大值越小越好。

3  悬架参数的理论优化建议

由上文的分析可以看出，为了最大程度的降低汽车轮胎的磨损，则汽车悬架在设计之初需要尽可能的满足以下条件：

①汽车的整体性能会直接受到外倾角和前束角的影响，从而会对汽车轮胎的磨损造成影响。因此在悬架的设计的时候要尽可能的找到两者最佳的匹配关系，从而实现提高汽车整体性能和降低汽车轮胎磨损的目的。

②汽车轮胎载荷会随着汽车前轮的前束角和外倾角的变化而发生改变，并且两者之间的关系呈反比，即前束角和外倾角的变化范围比较小时汽车轮胎载荷变动范围比较大。通过上文可以发现当汽车在行驶过程中轮胎的载荷变动比较大时，此时汽车的操控更加简单轻便。因此，前束角和外倾角应该要控制在尽可能小的变动范围内。

③主销内倾角、主销后倾角的取值要正确，汽车行驶的稳定性和汽车的转向回正性直接受到主销内倾角和主销后倾角的影响，从而对汽车轮胎的磨损产生影响。正确的取值能有效的改善以上情况并降低轮胎磨损的速率。

参考文献：

[1]孙金余，苏文力.基于轮胎磨损的集装箱AGV悬架系统优化设计[J].港口装卸，2019（01）：6-9.

[2]邹文武.汽车转向及悬架系统与整车操控性能探讨[J].科技经济导刊，2018，26（20）：36-37.

[3]王海，刘志敏，薛盛兴.轮胎异常磨损分析[J].汽车实用技术，2018（12）：26-28.

[4]李占东，唐岚，王贤民，邵南平，李杨.基于减少轮胎磨损某SUV前轮前束角与外倾角的匹配优化设计[J].成都工业学院学报，2018，21（02）：1-4，17.

[5]张鹏，郑泉，刘晨.基于轮胎偏磨的悬架多目标优化设计[J].合肥工业大学学报（自然科学版），2018，41（02）：164-168.