黃喆，張?zhí)煊?，趙志軍，吳巖

（長安大學汽車學院，陜西 西安 710064）

前言

目前，國內很多新車型的開發(fā)都是在成熟已成熟的底盤上根據需要進行調整來達到開發(fā)的要求。在底盤開發(fā)過程中，懸架的K&C特性與底盤的性能直接相關。其中K代表英文Kinermatics，指懸架的運動學特性，也就是不考慮力和質量的運動只跟懸架連桿有關的車輪運動，是車輪上下跳動過程中體現出來的特性；C代表英文Compliance，指懸架的彈性運動學特性，也就是在外力作用下引起的零部件（彈簧、橡膠襯套等）變形，是在某一固定輪跳下，某種或多種外力作用下的懸架參數變化特性[1]。對K&C特性的理論研究，國內雖然起步比較晚，但是各大高校和車企也進行了系統性的深入研究，建立了整套的試驗方法和試驗數據庫。

本文結合某轎車的開發(fā)，對該車前麥弗遜懸架在ADAMS中的建模進行說明介紹，并將該懸架K&C仿真分析、K&C臺架試驗得到的數據進行對比分析驗證。利用K&C分析指導懸架設計，評估操作穩(wěn)定性。

1 麥弗遜懸架模型建立

本次模型的建立使用的是MSC.ADAMS 2013。根據所得到的硬點數據，襯套剛度試驗數據，橫向穩(wěn)定桿剛度數據，車輪定位參數，設計狀態(tài)軸荷等信息，以數模參數為基礎對前懸架模型進行建模和標定。

1.1 懸架系統的簡化

圖1 麥弗遜懸架運動學關系圖

在建立懸架模型前，必須先對懸架系統進行合理的簡化。從汽車動力學的角度出發(fā)，對所建模型做出如下簡化和假設：前懸架為一個多剛體系統，系統在每個缸體的各個方向的慣性力均為零，由于某些鉸鏈在一些方向的力的約束真值比較小，對整車動力學的影響可以忽略不計，也假設為零，減震器簡化為線性彈簧和阻尼，各運動副內的摩擦力忽略不計，輪胎簡化為剛性體[2]。簡化后的運動學關系如圖1所示。

1.2 系統坐標系的確立

在建立多體模型時，坐標系的選擇對建立樣機模型的力學方程難易度起到很大的作用[3]。因此選擇模型坐標系與ISO坐標系一致，如圖2所示。

圖2 ISO坐標系說明

該模型的原點為兩側車輪接地印跡中心點連線的中點。以地面為XY平面，汽車中心對稱面為XZ平面，通過前輪輪心連線，垂直XY、XZ兩平面的面為YZ平面，取垂直向上為Z軸正向，車身右側為Y軸正向，以車前進方向的反方向為X軸正向。

1.3 模型關鍵點獲取

硬點是各零件之間連接處的關鍵幾何定位點，確定硬點就是在子系統坐標系中給出零件之間連接點的幾何位置。模型關鍵硬點的空間位置坐標和相關系數是建立運動學模型的關鍵，從零部件裝配圖上可以得到硬點的坐標值。模型的硬點如表1所示。

表1 模型的硬點坐標

1.4 仿真模型的建立

計算或測量整合零件的質量、質心位置及繞質心坐標系三個坐標軸的轉動慣量，將這些動力學參數填寫到對應的對話框中。然后在硬點的基礎上創(chuàng)建零件的幾何模型，并定義各零件間的運動確定約束類型。通過約束將各零件連接起來，從而構成子系統結構模型。最后將建好的子系統模型組裝成懸架系統模型，完成ADAMS/CAR模型下的建模過程[4]。麥弗遜懸架的運動學仿真模型如圖3所示。

圖3 麥弗遜懸架仿真模型

2 前懸架動運動學特性分析

懸架的K特性即懸架的運動學特性，指的是車輪在跳動過程中車輪定位參數的變化[5]。主要包括雙輪同向輪跳工況、側傾（帶穩(wěn)定桿）工況、側傾（不帶穩(wěn)定桿）工況、轉向運動工況。在建立模型的基礎上，運用仿真軟件對這些工況進行仿真，并與試驗數據進行對比分析。

2.1 平行輪跳試驗

平行輪跳工況主要是對應車輛加減速或者爬坡等工況由于載荷前后轉移而引起的懸架車輪左右兩側同時跳起或者下落時引起的懸架參數變化，是車輛正常行駛中最普遍的工況之一[6]。平行輪跳試驗主要評價數據有：行駛剛度、輪胎徑向剛度、懸架剛度、前束角梯度、外傾角梯度、主銷后傾角梯度、輪心縱向位移梯度、輪心側向位移梯度以及抗點頭/下蹲等九個主要參數。平行輪跳的仿真試驗對比結果如表 2所示。

表2 平行輪跳的仿真試驗對比結果

2.2 側傾工況試驗

側傾工況主要對應的是車輛轉彎時車身側傾的工況。裝有橫向穩(wěn)定桿的車輛側傾時會產生附加的側傾力矩。側傾試驗的主要評價數據為：側傾角剛度、輪心處側傾角剛度、行駛剛度、懸架剛度、前束角梯度、外傾角梯度、主銷后傾角梯度、輪心縱向位移梯度、輪心側向位移梯度。由于側傾工況主要由車身側傾角引起。故該試驗中主動因素為車身側傾角，取各參數相對于車身側傾角的梯度值。側傾工況仿真試驗對比結果如表3所示。

表3 側傾工況仿真試驗對比結果

3 前懸架彈性運動學分析

懸架的C特性即懸架的彈性運動學特性，指的是車輪受地面的力和力矩的過程中，車輪定位參數的變化。主要包括制動力、驅動力、同向側向力，反向側向力、同向回正力矩，反向回正力矩的懸架靜力學分析。

3.1 縱向力試驗

縱向力試驗中主動因素車輪縱向力。由于懸架采用了橡膠襯套，故當懸架受力時由于襯套的柔性，會使懸架參數發(fā)生變化?？v向力試驗中取各參數相對于縱向力的梯度值?？v向力試驗的主要評價數據為：前束角梯度、外傾角梯度、主銷后傾角梯度、懸架縱向柔度、輪胎接地點縱向柔度?？v向力試驗仿真試驗對比結果如表4所示。

表4 同向縱向力仿真試驗對比結果

3.2 側向力試驗

表5 側向力仿真試驗對比結果

側向力試驗與縱向力試驗相似，主要測量由側向力引起懸架襯套變形，從而改變懸架及車輪定位參數。側向力試驗中取各參數相對于縱向力的梯度值。側向力試驗的主要評價數據為：前束角梯度。外傾角梯度、懸架側向柔度、輪胎接地點側向柔度。側向力試驗仿真試驗對比結果如表5所示。

3.3 回正力矩試驗

回正力矩試驗測量主要由輪胎的回正力矩引起的懸架及車輪定位參數的變化值?；卣卦囼炛腥「鲄迪鄬τ诨卣Φ奶荻取；卣卦囼灥闹饕u價數據為：前束角梯度和外傾角梯度兩個參數。回正力矩試驗仿真試驗對比結果如表6所示。

表6 側向力仿真試驗對比結果

4 結論

通過對比設計車仿真數據和標桿車試驗數據，分析主要參數可以得出以下結論：

（1）仿真結果和試驗結果大多數相差不大，模型準確性較好；

（2）反向側向力加載，前束角變化有較大差別，主要是下擺臂、副車架剛度引起，模型中下擺臂為柔性體；

（3） 縱向力前束角角相差較大，主要由副車架安裝襯套、副車架本身剛性引起；

（4）標桿車輪胎 165/65R1，設計車輪胎 175/55R17，半徑的差別會引起主銷偏移距的不同。