孫 艷

(遼寧工業(yè)大學(xué) 汽車(chē)與交通工程學(xué)院)

1 前懸架動(dòng)力學(xué)仿真模型的建立

1.1 動(dòng)力學(xué)軟件ADAMS 介紹

MSC.ADAMS 是一款在機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域應(yīng)用最普遍，涉及領(lǐng)域最多的一款虛擬樣機(jī)軟件。ADAMS 下面涉及很多專(zhuān)業(yè)領(lǐng)用，其中ADAMS/Car 是其中一款專(zhuān)門(mén)應(yīng)用于轎車(chē)研究開(kāi)發(fā)的軟件包，大量吸收了奧迪、寶馬、沃爾沃等國(guó)際大型汽車(chē)公司的專(zhuān)業(yè)經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)用ADAMS/Car 對(duì)整車(chē)以及各個(gè)懸架子系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究，可極大減少汽車(chē)生產(chǎn)領(lǐng)域?qū)υO(shè)計(jì)人員工作經(jīng)驗(yàn)的依賴(lài)。

1.2 前懸架仿真模型的建立

應(yīng)用ADAMS/Car 建立動(dòng)力學(xué)仿真模型，是一個(gè)自上而下的建模過(guò)程。首先在Template 模塊，建立汽車(chē)系統(tǒng)的模版文件，并為建立好的模版文件匹配屬性文件和通訊器;然后，在Standard 界面將模版文件轉(zhuǎn)化為子系統(tǒng)文件，子系統(tǒng)文件跟模版文件的主要區(qū)別在于，子系統(tǒng)文件中各個(gè)系統(tǒng)有前、后之分，而模版文件只是各個(gè)部件的模版，不帶有前、后等定義，必須經(jīng)轉(zhuǎn)換為子系統(tǒng)文件，才能實(shí)現(xiàn)定義。

本文直接采用ADAMS 共享數(shù)據(jù)庫(kù)中的麥弗遜式獨(dú)立懸架跟雙橫臂獨(dú)立懸架的模版文件作為建立懸架子系統(tǒng)的模版，所以不需在ADAMS/Car Template 再次建立。本文在ADAMS Standard 界面將共享數(shù)據(jù)庫(kù)中的麥弗遜懸架跟雙橫臂懸架的兩個(gè)懸架模版文件定義為子系統(tǒng)文件，完成兩懸架子系統(tǒng)文件的建立。再將兩前懸架子系統(tǒng)文件跟ADAMS懸架仿真試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行組裝，分別建立兩個(gè)本文用于仿真的前懸架仿真模型。

2 仿真試驗(yàn)與數(shù)據(jù)處理

2.1 仿真試驗(yàn)

ADAMS/Car 中提供了三種試驗(yàn)方法對(duì)懸架進(jìn)行性能分析，這三種方法分別是:雙輪同向跳動(dòng)試驗(yàn)、雙輪反向跳動(dòng)試驗(yàn)、單輪跳動(dòng)試驗(yàn)。其中，雙輪同向跳動(dòng)試驗(yàn)方法是應(yīng)用最普遍的一種試驗(yàn)方法，本文對(duì)兩懸架性能分析對(duì)比就采用該試驗(yàn)方法。

2.2 數(shù)據(jù)處理

(1)對(duì)前輪定位參數(shù)的影響

汽車(chē)前輪定位參數(shù)主要包括外傾角、后傾角、主銷(xiāo)內(nèi)傾角、前束角。

外傾角隨車(chē)輪跳動(dòng)的變化量包括兩部分，一是由車(chē)身側(cè)傾產(chǎn)生的車(chē)輪外傾變化，二是由車(chē)輪相對(duì)車(chē)身的跳動(dòng)而引起的外傾變化。在車(chē)輛行駛過(guò)程中，外傾角的變化對(duì)直線行駛的穩(wěn)定性以及穩(wěn)態(tài)相應(yīng)等特性都有很大影響，取值范圍一般在－2.0°～0.5°(50 mm)。如圖1 所示，在車(chē)輪上下跳動(dòng)50 mm 的過(guò)程中，麥弗遜式獨(dú)立懸架的變化范圍為－0.75°～1.28°，雙橫臂式獨(dú)立懸架的變化范圍為－1.21°～0.74°，雙橫臂式獨(dú)立懸架的外傾角在隨車(chē)輪跳動(dòng)變化過(guò)程中，由于麥弗遜式獨(dú)立懸架。

圖1 兩懸架外傾角隨車(chē)輪跳動(dòng)變化曲線

主銷(xiāo)后傾角是在汽車(chē)行駛過(guò)程中偶遇外力稍有偏轉(zhuǎn)時(shí)，產(chǎn)生與車(chē)輪偏轉(zhuǎn)方向相反的力矩，保證汽車(chē)穩(wěn)定直線行駛。轎車(chē)的主銷(xiāo)后傾角的取值范圍一般為3°～10°(50 mm)。如圖2 所示，麥弗遜式獨(dú)立懸架的主銷(xiāo)后傾角隨車(chē)輪跳動(dòng)的變化量為4.70°～5.47°，雙橫臂式獨(dú)立懸架隨車(chē)輪跳動(dòng)的變化量為5.37°～5.49°，兩懸架的主銷(xiāo)后傾角的變化量均滿足取值變化范圍要求，但雙橫臂式獨(dú)立懸架的注銷(xiāo)后傾角隨車(chē)輪跳動(dòng)的變化量明顯小于麥弗遜式獨(dú)立懸架系統(tǒng)，所以仍是雙橫臂式獨(dú)立懸架系統(tǒng)更優(yōu)。

圖2 兩懸架后傾角隨車(chē)輪跳動(dòng)變化曲線

主銷(xiāo)后傾角之所以能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)生與車(chē)輪行駛相反的力矩，是通過(guò)主銷(xiāo)后傾拖距實(shí)現(xiàn)的。該力矩產(chǎn)生一個(gè)與輪胎側(cè)偏角相似的附加轉(zhuǎn)向角，能夠使汽車(chē)在行駛過(guò)程中趨于增加不足轉(zhuǎn)向，有利于改善汽車(chē)的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性。設(shè)計(jì)要求主銷(xiāo)后傾拖距隨車(chē)輪在上跳形成中增加，如圖3 可以看出，雙橫臂的主銷(xiāo)后傾角拖距隨車(chē)輪上跳而上升，符合設(shè)計(jì)要求。

圖3 兩懸架后傾拖距隨車(chē)輪跳動(dòng)變化曲線

主銷(xiāo)內(nèi)傾角的主要作用是在汽車(chē)低速行駛時(shí)對(duì)汽車(chē)的主動(dòng)回正作用。設(shè)計(jì)過(guò)程中，主銷(xiāo)內(nèi)傾角通常去較大值，規(guī)定為7°～15°。如圖4 所示，麥弗遜式獨(dú)立懸架的主銷(xiāo)內(nèi)傾角隨車(chē)輪跳動(dòng)過(guò)程的變化范圍為11.50°～13.31°，雙橫臂式獨(dú)立懸架的變化范圍為9.06°～11.35°，均滿足設(shè)計(jì)要求。

圖4 兩懸架內(nèi)傾角隨車(chē)輪跳動(dòng)變化曲線

前束角在設(shè)計(jì)過(guò)程中一般取成0 或弱負(fù)值，且隨車(chē)輪上跳過(guò)程而下降，這樣有利于汽車(chē)行駛過(guò)程中獲得不足轉(zhuǎn)向。如圖5 所示，麥弗遜式獨(dú)立懸架隨車(chē)輪上下跳動(dòng)50 mm的過(guò)程中的變化范圍為－1.06°～1.01°，雙橫臂式獨(dú)立懸架的變化范圍為－1.31°～2.23°，兩者的變化范圍均較大，但雙橫臂式獨(dú)立懸架的前束角隨車(chē)輪上升過(guò)程而下降，變化趨勢(shì)正確，比麥弗遜式獨(dú)立懸架的變化合理。

圖5 兩懸架前束角隨車(chē)輪跳動(dòng)變化曲線

(2)對(duì)側(cè)傾特性的影響

汽車(chē)設(shè)計(jì)過(guò)程中，轎車(chē)的側(cè)傾外傾系數(shù)變化范圍為0.61～0.88° /(°)時(shí)，可滿足汽車(chē)的不足轉(zhuǎn)向要求。如圖6所示，麥弗遜式獨(dú)立懸架的側(cè)傾外傾系數(shù)在隨車(chē)輪上下跳動(dòng)50 mm 的過(guò)程中的變化范圍為0.77°～0.91°，雙橫臂式獨(dú)立懸架的變化范圍為0.65°～0.83°，雙橫臂式獨(dú)立懸架的側(cè)傾外傾系數(shù)的變化范圍滿足汽車(chē)設(shè)計(jì)過(guò)程中的不足轉(zhuǎn)向要求，麥弗遜式獨(dú)立懸架的設(shè)計(jì)范圍超出了不足轉(zhuǎn)向要求，雙橫臂式獨(dú)立懸架具有較優(yōu)的側(cè)傾外傾系數(shù)。

圖6 兩懸架側(cè)傾外傾系數(shù)隨車(chē)輪跳動(dòng)變化曲線

汽車(chē)設(shè)計(jì)過(guò)程中，增加前懸架的側(cè)傾角剛度有利于汽車(chē)獲得良好的不足轉(zhuǎn)向，且在汽車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)，較大的側(cè)傾角剛度，可較好地抑制車(chē)身側(cè)傾角的增大。

由圖7 知，在平衡位置處，麥弗遜式獨(dú)立懸架的側(cè)傾角剛度為43.39N.m/°，雙橫臂式獨(dú)立懸架的側(cè)傾角剛度為154.28N.m/°。雙橫臂式獨(dú)立懸架的側(cè)傾角剛度要大于麥弗遜式獨(dú)立懸架的側(cè)傾角剛度，因此雙橫臂式獨(dú)立懸架具有較好的側(cè)傾角剛度值。

圖7 兩懸架側(cè)傾角剛度隨車(chē)輪跳動(dòng)變化曲線

(3)對(duì)縱傾特性的影響

制動(dòng)點(diǎn)頭量和加速抬頭量反應(yīng)了汽車(chē)在制動(dòng)和加速時(shí)懸架對(duì)輪心垂直位移的約束能力。

麥弗遜式獨(dú)立懸架的制動(dòng)點(diǎn)頭量的變化范圍為8.82～9.93 mm/g，不及雙橫臂式獨(dú)立懸架制動(dòng)點(diǎn)頭量的變化范圍4.39～5.38 mm/g。

加速抬頭量跟制動(dòng)點(diǎn)頭量隨車(chē)輪跳動(dòng)的變化曲線可知，安裝橫向穩(wěn)定桿對(duì)整車(chē)的縱傾特性也有一定程度的改善。同樣，麥弗遜式獨(dú)立懸架的加速抬頭量的變化范圍1.73～5.11 mm/g，也比不上雙橫臂式獨(dú)立懸架的變化范圍－9.16°～－3.75° mm/g。綜合，圖8 可以得出雙橫臂式獨(dú)立懸架具有較好的縱傾特性。

圖8 兩懸架制動(dòng)點(diǎn)頭量隨車(chē)輪跳動(dòng)變化曲線

［1］陳家瑞.汽車(chē)構(gòu)造(下冊(cè))［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

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