基于ADAMS_CAR的双横臂独立悬架建模与仿真

基于ADAMS_CAR的双横臂独立悬架建模与仿真 基于 ADA M S/ CA R 的双横臂独立 悬 架 建 模 与 仿 真 宋传学 , 蔡章林 ()吉林大学 汽车学院 ,吉林 长春 130022 摘 要 :运用 ADAM S/ CA R 软件建立了某皮卡车双横臂独立悬架模型 ,在理论验证的基础上 揭示了该悬架的运动规律 。实验结果证明 : 将下控制臂与车架前安装点下调 20 mm ,可使悬 架的抗点/ 抬头性能 、悬架刚度和侧倾角刚度得到明显改善 。 关键词 :车辆工程 ;双横臂悬架 ;仿真模型 ;运动学 ;ADAM S/ CA R 中图分类号 : U 463 . 33文献标识码 :A Model ing an d simulat ion of double wishbone suspension ba sed on AD AMS/ CA R SON G Chuanxue ,CA I Zhanglin ( )Col lege of A utom ot i ve En gi neeri n g , J il i n U ni versi ty , Changch u n 130022 , Chi n a Abstract :A do uble wishbo ne suspensio n mo del of a pickup was built using ADAM S/ CA R. The kinematics of t he suspensio n was uncovered base o n t he general t heo ry. The experimental result s show t hat t he anti2 dive/ anti2lif t 、ride rate and total roll rate perfo r mance are imp roved remar kable by p ut ting 20 mm dow n t he low co nt rol ar m f ro nt point co nnected to t he bo dy. Key words :auto motive engineering ; do uble wishbo ne suspensio n ; simulatio n mo del ; kinematics ; ADAM S/ CA R 1 悬架的结构特点对操纵稳定性和平顺性的影响至关重要。双横臂悬架有诸多优点 ,使其广泛应用于轿车 、轻型车等的作为前悬架 。文献 2 , 4 以不同的数学方法对双横臂悬架运动规律进行了分 析 。本文以多体系统动力学软件 ADAM S/ CA R 为手段了双横臂独立悬架运动规律 。该方法具有 5 ,8 运算速度快 、求解精度高 、修改方便 、通用性强等优点 ,广泛应用于悬架和整车设计开发。 模型的建立与验证 1 图 1 为简化的前悬架刚性铰链连接模型 。下控制臂 1 的一端通过橡胶衬套与副车架 7 连接 ,并可 以绕 2 个与车架的连接点的连线转动 ,在刚性铰链连接的模式下简化为 1 个转动铰链 。另一端通过球 铰与转向节 3 连接 ;上控制臂 2 的连接方式与下控制臂的连接方式相同 ;转向横拉杆 5 一端通过球铰与 转向节 3 连接 ,另一端通过等速万向节与地面连接 ;转向节 3 通过转动铰链与车轮 9 连接 ; 减振器 8 上 端与车架连接 ,下端与下控制臂连接 ;扭杆弹簧 4 一端与车架固接 ,一端与下摆臂固接 ;横向稳定杆 6 两 端与下摆臂连接 ,中间通过橡胶衬套与车架连接 。整个悬架放置在激振台架 10 上 。通过在激振台 10 上施加垂直方向的运动来计算各参数的变化规律 。 利用文献 2 介绍的理论方法计算外倾角随车轮跳动距离 d 的变化规律 ,并与仿真结果进行了对 () 比 见图 2。理论计算结果与仿真结果存在一定差异 ,主要原因是仿真中考虑了橡胶衬套 ,而理论计算 中没有考虑 。 计算结果 2 将激振台架上下激振位移设置为 50 mm ,使左右车轮同步上下跳动 ,计算悬架跳动过程中主要性 能参数的变化规律 。 211 前轮定位角 外倾角 :图 3 为外倾角的变化曲线 ,变化范围为 - 0 . 4,?0 . 5/? 50 mm 。车轮跳动时的外倾角变化对 1 车辆的稳态响应特性等有很大影响,所以应尽量减少车轮相对车身跳动时的外倾角变化 。 前束角 :图 4 为前束角变化曲线 ,变化范围为 - 0 . 03?,0 . 37/? 50 mm 。设计时希望在车轮跳动时前 束角不变或变化幅度较小 。 主销后倾角 :图 5 为主销后倾角变化曲线 ,变化范围在 2 . 42?附近 。主销后倾角对转向时的车轮外 倾角变化影响较大 。若主销后倾角设计较大 ,则外侧转向轮的外倾角会向负方向变化 。当前轮主销后 倾角较大时 ,需增加前轮转向所必须的横向力 ,以抵消外倾推力 ,这样不仅转向弱 ,而且最大横向加速度 也会增大 。一般认为合理的主销后倾角为 2,?3。? 主销内倾角 :图 6 为主销内倾角变化曲线 ,变化范围为 10,?10 . 9。?主销内倾有利于减小主销横向 偏移距 ,从而可减少转向时驾驶员加在方向盘上的力 ,使转向操纵轻便 ,同时也可减少从转向轮传到方 向盘上的冲击力 。内倾角不宜过大 ,否则在转向时车轮绕主销转动的过程中 ,轮胎与路面之间将产生较 大的滑动 ,增加了轮胎与路面间的摩擦阻力 ,这不仅使转向发沉 ,而且加速了轮胎的磨损 。实际设计时 , 选内倾角为 7,?13。? 212 悬架刚度 、侧倾角刚度 、制动点头量和加速抬头量 悬架刚度 :图 7 为悬架刚度变化曲线 。随着车轮的由下往上跳动 ,悬架刚度不断减小 。设计时应尽 量避免 ,需要改进 。 侧倾角刚度 :图 8 为侧倾角刚度变化曲线 。压缩时侧倾刚度减小 ,意味着在侧向加速度增大时悬架 的抗侧倾能力反而减弱 ,设计时不希望出现 。 2 制动点头量和加速抬头量 :图 9 ,图 10 是纵向加速度为 9 . 8 m/ s时的点/ 抬头量 。可以看出 ,制动 时悬架变形量较大 ,抗点头性能较差 ;加速时悬架变形量也较大 ,抗抬头性能较差 。在做整车试验时 ,也 出现相同的情况 ,需要进行改进设计 。 213 车轮跳动产生的转向角 、轮距变化量 车轮跳动产生的转向角 :图 11 为转角变化曲线 ,左 、右车轮变化相反 。在车轮跳动过程中 ,方向盘 固定 ,由于转向拉杆的作用 ,左右车轮会产生绕主销的转动 ,从而使左右车轮产生转向角 。一般将 该转角控制在一定的范围内 ,否则不仅影响汽车的操纵稳定性 ,而且会加剧轮胎的磨损 。 轮距变化量 :图 12 为左右车轮轮距变化量 。跳动时 ,车轮绕瞬时中心摆动 ,左右轮之间的距离必然 产生变化 。轮距的变化一方面影响汽车的操纵稳定性 ,另一方面 ,由于轮胎的横向滑移 ,导致轮胎的磨 4 从上述悬架特性参数的仿真结果可以看出 : ?前轮定位角 、轮距变化量等多项特性指标都满足设计 要求 ; ?抗点头/ 抗抬头效应较差 ; ?悬架刚度和侧倾角刚度在车轮上跳时迅速降低 。3 改进设计 针对上述不足 ,在尽量少改动零部件的前提下 ,将下控制臂与车架前安装点向下调整 20 mm 。改 进前后主要参数对比如图 13 ,图 16 所示 。图中实线和虚线分别代表改动前和改动后结果 。可以看 出 :改动后悬架刚度和侧倾角刚度曲线降低趋势得到改善 ,点/ 台头量明显减小 。 4 结 论 () 1本文成功地将 ADAM S/ CA R 运用于双横臂独立悬架分析 ,并充分考虑连接点橡胶衬套的弹性 特性 。仿真分析结果与理论计算结果对比表明 ,该方法可以准确地计算悬架的多种性能参数 。 () 2通过将下控制臂与车架前安装点下调 20 mm ,可使悬架的点/ 抬头量明显减小 、悬架刚度和侧 倾角刚度下降趋势明显改善 。该方法通用性强 ,可用于各种悬架分析计算和设计 。 参考文献 : 郭孔辉 . 汽车操纵动力学 M . 长春 :吉林科学技术出版社 ,1991 . 1 GUO Ko nghui . 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