郭紹良，廖美穎，王仲宜（廣州汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院，廣州510640）

一種汽車穩(wěn)定桿拉桿球銷擺動角度的校核方法

郭紹良，廖美穎，王仲宜
（廣州汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院，廣州510640）

穩(wěn)定桿對于汽車側(cè)傾控制有重要的作用，懸架設(shè)計(jì)時(shí)需要校核穩(wěn)定桿拉桿球銷在懸架運(yùn)動過程中的擺動角度。由于CATIA DMU模塊在模擬球銷擺動方面的局限性，本文利用SimDesigner的SD motion模塊，校核穩(wěn)定桿拉桿球銷在車輪跳動及轉(zhuǎn)向過程中的擺動角度，準(zhǔn)確地解決該校核問題。

汽車穩(wěn)定桿；拉桿球銷；擺動角度；CATIA DMU；SD motion

雙叉臂懸架的主要優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在運(yùn)動學(xué)方面的特性，通過叉臂的相互位置可以確定側(cè)傾中心及其高度；通過不同的長度來影響車輪上下跳動的弧線軌跡，即外傾角變化與輪距變化；另通過橫向穩(wěn)定桿來增加側(cè)傾剛度［1］。根據(jù)穩(wěn)定桿的工作原理，穩(wěn)定桿的端頭需要與擺臂或者轉(zhuǎn)向節(jié)連接。當(dāng)穩(wěn)定桿拉桿與轉(zhuǎn)向節(jié)連接時(shí)，由于轉(zhuǎn)向節(jié)有上下跳動及繞主銷的轉(zhuǎn)動，此過程中，拉桿球銷的角度擺動較大，而球銷的擺動角度受球銷底座的限制，只能擺動一定的角度。因此，需要校核球銷擺動角度是否滿足設(shè)計(jì)要求。

由于穩(wěn)定桿拉桿采用上下球銷連接，在CATIA的DMU（數(shù)字模型）模塊中無法準(zhǔn)確模擬穩(wěn)定桿拉桿的運(yùn)動情況，故無法準(zhǔn)確地校核穩(wěn)定桿拉桿球銷的擺動角度。本文使用Sim Designer中的SDmotion模塊，較準(zhǔn)確地模擬穩(wěn)定桿拉桿運(yùn)動情況并校核球銷的擺動角度。

1　基于DMU的校核分析

如圖1所示，雙叉臂獨(dú)立懸架由下叉臂1、穩(wěn)定桿2、轉(zhuǎn)向節(jié)3、穩(wěn)定桿拉桿4、上擺臂5、滑柱總成6組成，其中下叉臂1多與副車架7連接。穩(wěn)定桿拉桿通過上、下球銷連接穩(wěn)定桿和轉(zhuǎn)向節(jié)［2-3］。在車輪跳動及轉(zhuǎn)向過程中，球銷相對于支座會有擺動。球銷的擺動角度受到支座的限制，如圖2所示。球銷從中間位置向邊緣擺動的最大角度為25.4°。因此，在懸架設(shè)計(jì)過程中，需要校核球銷擺動的角度。

在用CATIA軟件進(jìn)行DMU空間運(yùn)動間隙校核時(shí)，如圖3所示。轉(zhuǎn)向節(jié)3與穩(wěn)定桿拉桿4在A點(diǎn)建立萬向副約束，穩(wěn)定桿拉桿4與穩(wěn)定桿2在B點(diǎn)建立球形副。按此方式建立幾何運(yùn)動模型進(jìn)行懸架空間校核，球銷的擺動角度如圖4所示。其中，上球銷的最大擺動角度為12.0°；而下球銷的最大擺動角度為44.6°，超出了球銷的允許擺動角度25.4°，且此結(jié)果與實(shí)車驗(yàn)證結(jié)果不相符。

因穩(wěn)定桿拉桿與轉(zhuǎn)向節(jié)建立萬向副連接，而穩(wěn)定桿拉桿與穩(wěn)定桿建立球形副連接，所以穩(wěn)定桿拉桿下球銷的擺動角度遠(yuǎn)大于上球銷的擺動角度。而在懸架實(shí)際運(yùn)動過程中，穩(wěn)定桿拉桿與轉(zhuǎn)向節(jié)、穩(wěn)定桿都是以球形副連接，穩(wěn)定桿拉桿在一定范圍內(nèi)可以繞著直線AB旋轉(zhuǎn)。這一自由度稱為局部自由度，但這一過程在DMU模塊中無法模擬，故DMU模塊無法模擬穩(wěn)定桿拉桿實(shí)際的運(yùn)動過程及校核球銷擺動角度［4-6］。

2　基于SDmotion的校核分析

2.1前處理

如上分析，要準(zhǔn)確校核球銷擺動角度，就需要建立能真實(shí)模擬球銷及穩(wěn)定桿拉桿運(yùn)動情況的仿真模型。在SDmotion中可以建立相關(guān)的約束命令“Body/Body Contact”（實(shí)體接觸）來模擬球銷擺動過程。通過該命令建立接觸約束，當(dāng)兩個(gè)實(shí)體接觸時(shí)，他們之間存在相互作用力，并可以定義相互作用的剛度、阻尼、穿透量等參數(shù)。

在建立運(yùn)動模型之前，要對數(shù)模進(jìn)行一些處理，把拉桿球銷的圓球部分切除掉，如圖5所示。上、下球銷與拉桿主體（包括球銷支座）在球鉸中心建立球形副約束，同時(shí)上、下球銷分別與拉桿主體之間建立實(shí)體接觸約束。在運(yùn)動過程中，當(dāng)其中一個(gè)球銷擺動到最大角度時(shí)，即球銷與球銷支座接觸時(shí)，實(shí)體接觸約束發(fā)生作用，球銷將推動拉桿繞上下兩個(gè)球鉸點(diǎn)連線旋轉(zhuǎn)，這樣就可以模擬拉桿的實(shí)際運(yùn)動情況。

2.2懸架運(yùn)動模型的建立

如圖6所示，在SDmotion模塊中建立雙叉臂獨(dú)立懸架的運(yùn)動模型。與DMU不同的是該模塊可使用襯套連接，使模擬更接近實(shí)際運(yùn)動情況。其中穩(wěn)定桿拉桿的上、下球銷與穩(wěn)定桿拉桿主體用球形副連接，并分別添加實(shí)體接觸約束。因上、下球銷與穩(wěn)定桿拉桿主體采用球形副連接，故穩(wěn)定桿拉桿各自有轉(zhuǎn)動，又因添加了實(shí)體接觸約束，穩(wěn)定桿拉桿可在球銷設(shè)計(jì)的擺動角度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動，故此模型能準(zhǔn)確地模擬穩(wěn)定桿拉桿的運(yùn)動過程［7-8］。

2.3運(yùn)動模擬及結(jié)果校核

根據(jù)懸架運(yùn)動特點(diǎn)，設(shè)置了輪跳和轉(zhuǎn)向的驅(qū)動，如圖7所示。

由于仿真路徑比較復(fù)雜，編輯輪跳和轉(zhuǎn)向的驅(qū)動通過嵌套使用STEP階躍函數(shù)來完成驅(qū)動，分別設(shè)置了車輪上下跳動量、轉(zhuǎn)向齒條的橫向移動量。

仿真結(jié)果如圖8所示，當(dāng)上球銷擺動角度達(dá)到25.4°時(shí)，擺動角度達(dá)到最大值，上球銷推動拉桿旋轉(zhuǎn)，用下球銷的擺動角度進(jìn)行補(bǔ)償。整個(gè)仿真過程中，上球銷多次達(dá)到最大擺動角度，這時(shí)下球銷給予角度補(bǔ)償，而下球銷的擺動角度最大值是20.4°，整個(gè)過程中沒有達(dá)到最大角。因此，上球銷和下球銷沒有同時(shí)達(dá)到最大擺動角，說明在極限工況下，球銷的設(shè)計(jì)擺動角度仍然可以滿足懸架運(yùn)動要求。通過仿真分析證明，穩(wěn)定桿拉桿的設(shè)計(jì)是合理的，此結(jié)果與實(shí)車試驗(yàn)結(jié)果一致。

3　結(jié)束語

本文針對CATIA軟件在校核穩(wěn)定桿拉桿球銷擺動角度方面的局限性，利用SDmotion模塊中的實(shí)體接觸命令模擬穩(wěn)定桿拉桿實(shí)際運(yùn)動情況，巧妙地解決了該問題，并且模型中懸架的各個(gè)部分連接采用襯套連接，比CATIADMU模塊更接近實(shí)際運(yùn)動情況。SDmotion模塊的不足之處是，由于要定義襯套剛度等參數(shù)，所以建模需要更多的時(shí)間，驅(qū)動命令控制不如CATIA方便。在實(shí)際仿真分析中有類似CATIA無法解決的問題，可以嘗試用SDmotion軟件解決。

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修改稿日期：2015-02-11

A Check M ethod of Sw ing Angle for Vehicle Stabilizer Bar LinkagePin

Guo Shaoliang，LiaoMeiying，Wang Zhongyi
（Automotive Engineering Institute，Guangzhou AutomobileGroup Co.，Ltd，Guangzhou 510640，China）

Thestabilizerbarhasan importantrole for thevehicle's roll control.Itneeds to check theswing anglesof the stabilizer bar linkage pin during the suspensionmovementwhen designing the suspension.Because of CATIA DMUmodule limitations in the simulation of the linkage pin swing，the authors use the SDmotion module of the SimDesigner to check the swing anglesof the stabilizer bar linkage pin during thewheelhopping and steering processessoas toaccurately solve theproblem.

vehicle stabilizer；stabilizer bar linkage pin；swing angle；CATIA DMU；SDmotion

U 461.6；U 463.33

B

1006-3331（2015）04-0047-03

郭紹良（1989-），男，汽車懸架工程師；主要從事汽車底盤懸架設(shè)計(jì)工作。