田德明，王成立，洪學臣

（安徽江淮汽車股份有限公司輕型商用車研究院，安徽 合肥 230601）

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多功能越野車雙橫臂前懸架的純運動學仿真研究

田德明，王成立，洪學臣

（安徽江淮汽車股份有限公司輕型商用車研究院，安徽 合肥 230601）

摘 要：懸架系統(tǒng)作為連接車身與輪胎的重要系統(tǒng)，在進行硬點布置設計時，應該對懸架系統(tǒng)的運動進行空間位置校核分析，以保證不同工況的輪胎跳動軌跡的不會與其他零部件干涉，此運動學校核的目的是確定輪胎運動至極限位置時的輪廓，從而檢查車輪與車身、輪罩、縱梁之間的運動間隙是否足夠，并由此決定車身及輪罩的的最小尺寸邊界，為整車總布置設計工作提供數(shù)據(jù)參考。

關鍵詞：雙橫臂懸架；運動學；硬點；DMU

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.03.013

CLC NO.: U463.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2016)03-40-03

引言

懸架系統(tǒng)是汽車底盤的靈魂，也是汽車操縱穩(wěn)定性的靈魂，理解懸架運動學特性對操縱穩(wěn)定性能會有更深的理解。汽車懸架是車架(或車身)與車橋(或車輪)之間彈性連接的部件，主要由彈性元件、導向裝置及減振器三個基本部分組成。

設計車前懸采用雙橫臂懸架，它是將減振器與螺旋彈簧裝配成支柱總成作為懸架系統(tǒng)的一部分加以利用，并將支柱總成與上下擺臂組裝在一起，該種懸架用于中型以下的轎車上，它主要用在轎車的前輪上，也用于運動性汽車的后輪上。雙橫臂懸架的優(yōu)點在于一般比麥弗遜懸架的側傾中心低，車身傾斜時輪距變化小，有利于減小輪胎磨損量，同時橫向剛度大，可以降低轉向輪擺振的發(fā)生，并且雙橫臂懸架的主銷軸線不通過減振器，由轉向節(jié)上下球頭銷連線作為主銷軸線，故減振器不收側向力，提高減振器壽命。缺點在于占用空間比麥弗遜大同時側傾中心也會導致側傾角剛度較小，車身轉角較大,實際上麥弗遜就是雙橫臂的簡化而，雙橫臂又是多連桿的特例或簡化。

1、運動特性理論校核

1.1 校核目的

在進行布置設計時，為防止發(fā)生前輪運動時與其他件干涉，必須對前懸系統(tǒng)的運動特性進行校核分析。此校核的目的是確定前輪胎運動至極限位置時占用的空間，需同時考慮上跳及轉向至極限位置時的情況，從而檢查車輪與輪罩、車架縱梁之間的運動間隙是否足夠，并由此決定前輪罩設計的最小尺寸邊界。

1.2 校核工況

前懸系統(tǒng)的運動校核主要分兩種狀態(tài)：第一種是懸架系統(tǒng)在反跳、空載、滿載以及上跳極限載荷狀態(tài)情況下，上下擺臂的擺動以及轉向拉桿的運動；第二種就是輪胎在轉向器的驅動下，在反跳、空載、滿載以及上跳極限載荷狀態(tài)情況下的轉動，轉動范圍是輪胎的最大左右極限轉角。通常懸架的上調(diào)極限工況下取緩沖塊被壓縮到2/3的狀態(tài)，而輪胎反跳的極限則選取一側輪胎跳起后下垂的情況。

2、基于Catia的懸架運動分析流程

2.1 建立雙橫臂懸架總成的三維裝配數(shù)據(jù)模型

2.1.1 生成各個部件的part模型

將目標DMU機構中的所有部件Product生成零件Part，如上擺臂總成，通過工具欄中的Tools-Generate Catpart from product，依次將橫向穩(wěn)定桿、上擺臂總成、擺臂總成、前輪胎與前輪轂總成、車輪總成、車架總成以及轉向器總成全部轉化為Part。

2.1.2 車輪狀態(tài)的選擇

設計越野車輪胎型號為245／65R17，在進行輪胎跳動校核時，輪胎主要尺寸按照國家標準GB/T 2978中的輪胎最大使用尺寸，即輪胎外徑為762mm，輪胎寬度258mm。

2.1.3 進入DMU Kinematics仿真模塊

圖1　Catia V5R19的 DMU Kinematics模塊

圖2　雙橫臂懸架DMU機構模擬模型

本次分析使用的軟件Catia V5R19版本的DMU模塊，如圖l所示；進入Catia運動分析模塊導入2.1.1中創(chuàng)建的Part建立一個雙橫臂式懸架總成模型，包括前支柱總成簡化模型（由于主銷為上下擺臂球銷連線支柱總成運動時只考慮軸線運動）、橫向穩(wěn)定桿、上擺臂總成、擺臂總成、前輪胎與前輪轂總成、車架總成以及轉向器總成。見圖2。

2.2 運動副的創(chuàng)建和施加

2.2.1 運動分析參照物的選擇和點線面的選取

設計車配有獨立車架,故DMU運動仿真時選取車架作為參照物。如圖3，通過所有DMU中的運動副連接依靠基礎都是兩個零部件中的點、軸線、垂直或平行于軸線的平面，如球頭連接依靠的是點、旋轉接頭依靠的是旋轉軸線和軸線的法向平面、滑塊接頭依靠的是線和平行于軸線的面。常用運動副如圖4。

圖3　Catia V5Rl9 固定命令

圖4　Catia V5Rl9 常用運動副

2.2.2 旋轉接頭運動副

本文介紹一處下擺臂與車架之間的旋轉連接。如圖5，選中旋轉副命令，按照Catia左下角的命令提示一次選取車架的旋轉軸線，擺臂的旋轉軸線，車架中的平面，擺臂中的平面，點擊OK完成旋轉運動副施加。依據(jù)懸架中各零部件的連接關系完成其他生成好的Part的運動副約束連接，見圖6。

圖5　Catia V5R19旋轉運動副命令

圖6　雙橫臂懸架總成數(shù)學模型

2.3 雙橫臂懸架的運動仿真

2.3.1 驅動點的參數(shù)設定

運動副施加完畢后要選取運動機構的驅動才能進行預先計劃好的運動學分析，驅動點可在在設置好的運動副中選取，但要通過反跳、半載、滿載、上跳的輪心位置進行合理轉換完成驅動點運動參數(shù)的設定。

表1輪心在反跳、空載、半載和滿載情況下的坐標值及轉化完成的DMU驅動參數(shù)，本次驅動選擇為上擺臂的旋轉角度，輪胎受轉向機制的運動依據(jù)轉向機的行程完成DMU驅動參數(shù)設置。見圖7。

表1　雙橫臂懸架輪心坐標及DMU機制驅動參數(shù)

圖7　前輪胎輪心

2.3.2 基于CatiaV5R19的運動仿真執(zhí)行

本論文中使用到的Catia運動學仿真命令是實現(xiàn)運動件動態(tài)間隙的曲線輸出，如圖9所示。具體操作步驟是：

（1）用測量命令測量出兩個零件的間隙；

（2）啟動模擬機制在彈出的對話框中選擇詳細（more）之后啟動感應器(Activate sensors)，在對話框中選擇你要輸出間隙曲線的測量項單擊會變成yes；

（3）選中要求（on request），手動設計驅動運動路徑；

（4）單擊圖形（graphics），圖形輸出完畢。依據(jù)上述表格中的上擺臂角度驅動（-22.2，26.9）及轉向機的驅動（-80，+80）在已經(jīng)建立仿真模型中可以模擬出轉向系零部件、懸架系統(tǒng)零部件、輪胎總成及作為參照的車架總成之間的獲得運動間隙。

圖10為通過仿真功能得到的橫向穩(wěn)定桿表面和減振器表面在轉向驅動與上擺臂驅動的動態(tài)間隙。最重要的是可以通該運動學特性模型可以獲得輪胎的包絡仿真并輸出。

圖9　catia 運動件間隙測量命令

圖10　下擺臂和橫向穩(wěn)定桿連桿的間隙

輪胎的運動包絡，可以整車其他部件的布置提供可靠依據(jù)，而設計車的緩沖塊結構為通過緩沖塊的骨架與車架焊接螺母螺接固定，故設計車校核輪胎上跳極限狀態(tài)時，還應考慮緩沖塊脫落時最為上跳極限的工況，通過Catia的DMU的運動學仿真可以得到圖11所示的輪胎包絡，校核出緩沖塊脫落的輪胎與車身之間的最小距離為60mm。

3、結論

根據(jù)前懸運動的分析結果，可以測量出分析系統(tǒng)中零部件之間是否存在干涉、間隙數(shù)值，生成的前包絡面可以看出前輪胎在空載、半載、滿載和極限狀態(tài)下的運動范圍，是否與前輪罩、縱梁之間產(chǎn)生干涉，為以后的整車總布置設計工作提供了充足的依據(jù)，同時也為理論計算提供了直觀的參考。

參考文獻

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Double wishbone type Suspension Kinematics Analysis

Tian Deming, Wang Chengli, Hong Xuechen
（Commercial Car Research Academy of JAC, Anhui Hefei 230601）

Abstract：The vehicle suspension is a very important part in the modern automobile．During the general disposition design on thewhole car, we must do the checking analysis of the suspension system movement to avoid the interference between tires and other components．The check is to confirm the occupying space of the tire when moving to the extreme position，to check the movement play among the wheel，the wheelcover and the sole bar is enough，and by this make a decision on the mini dimension limit of the designing wheel cover，which offers enough basis for the following general disposition design work on the whole car．

Keywords:Double wishbone type; suspensionkinematics; hard points; catia

作者簡介：田德明，就職于安徽江淮汽車股份有限公司輕型商用車研究院。

中圖分類號：U463.3

文獻標識碼：A

文章編號：1671-7988(2016)03-40-03