崔金泉，傅麗華，陳齊平

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基于Adams對(duì)擺臂襯套空心部位間隙設(shè)計(jì)合理性的研究

崔金泉1，傅麗華1，陳齊平2

（1.江鈴控股有限公司開發(fā)中心底盤部，江西 南昌 330000；2.華東交通大學(xué)，江西 南昌 330000）

通過對(duì)車輛在搓板路面存在方向打手其結(jié)構(gòu)傳遞路徑的探索，借助Adams仿真工具對(duì)三角臂后襯套空心不同間隙的研究，通過監(jiān)測(cè)主駕座椅垂向及方向盤的切向加速度作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，評(píng)估三角臂襯套空心間隙對(duì)整車平順性的影響，以此來研該襯套空心間隙設(shè)置的合理性，結(jié)果表明襯套空心間隙S為1.2mm時(shí)汽車的平順性及打手現(xiàn)象均滿足設(shè)計(jì)要求。

方向盤打手；襯套空心間隙；仿真分析；平順性

前言

目前，帶空心橡膠襯套的三角臂被廣泛用于汽車麥弗遜懸架系統(tǒng)，其隔振能力直接取決于它的剛度特性及空心間隙。相關(guān)的文獻(xiàn)表明某些橡膠襯套的動(dòng)靜剛度特性研究已取得一定的效果，但暫未充分考慮空心間隙的合理性，以及缺乏對(duì)隔振和易產(chǎn)生系統(tǒng)的干涉運(yùn)動(dòng)的影響進(jìn)行研究。

針對(duì)某款SUV樣車在設(shè)計(jì)驗(yàn)證階段出現(xiàn)通過接縫路面轉(zhuǎn)向盤打手現(xiàn)象，本文將通過研究其路徑中的傳遞機(jī)構(gòu)以尋求改善。

在研究過程中借助于Adams軟件創(chuàng)建整車運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，并與樣車之間經(jīng)進(jìn)行KC特性曲線關(guān)聯(lián)檢查。在其他變量因數(shù)不變條件下通過調(diào)整襯套空心間隙，并監(jiān)測(cè)車身及方向盤的加速度響應(yīng)峰值，根據(jù)監(jiān)測(cè)顯示結(jié)果，指導(dǎo)樣件的制作并測(cè)試與仿真模型的符合性。

1 方向打手現(xiàn)象研究

路感的產(chǎn)生一般是因車輪受到路面的激勵(lì)，使車輪在縱方向產(chǎn)生退讓運(yùn)動(dòng)并使懸架系統(tǒng)內(nèi)部空間發(fā)生干涉的一種傳遞運(yùn)動(dòng)，受其影響的左右車輪前束角發(fā)生變化，并推動(dòng)轉(zhuǎn)向拉桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)。然而當(dāng)懸架系統(tǒng)內(nèi)部桿系產(chǎn)生過大的頻率及幅度的干涉運(yùn)動(dòng)不能得到有效的抑制時(shí)，懸架系統(tǒng)則發(fā)生持續(xù)震蕩并隨之被放大，因此經(jīng)傳遞機(jī)構(gòu)中轉(zhuǎn)向拉桿輸入到方向盤時(shí)會(huì)產(chǎn)生小幅高頻的切向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，即方向盤打手現(xiàn)象。

本文主要從傳遞路徑的角度研究對(duì)激勵(lì)源在傳遞過程中的變化，并優(yōu)化某一結(jié)構(gòu)解決方向盤打手問題。

該款SUV采用的是麥弗遜獨(dú)立懸架，其結(jié)構(gòu)形式如圖1，包含副車架總成、轉(zhuǎn)向器總成、轉(zhuǎn)向管柱總成、前支柱總成、前制動(dòng)器總成及穩(wěn)定桿裝置。

圖1 懸架結(jié)構(gòu)示意

2 模型簡(jiǎn)介及關(guān)聯(lián)

依據(jù)該SUV車型提供的懸架硬點(diǎn)坐標(biāo)及彈性元件、整車質(zhì)量參數(shù)，通過Adams創(chuàng)建系統(tǒng)模型如圖2。其中彈性元件包含螺簧剛度、減震器阻尼、襯套剛度、緩沖塊剛度等。

圖2 懸架系統(tǒng)模型

因樣車在制造過程中所用到零件的工藝、尺寸、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度方面的差異，為保證整車?yán)碚撃Ｐ头抡娼Y(jié)果真實(shí)有效，在方案分析前需對(duì)仿真模型與樣車臺(tái)架測(cè)試的KC特性進(jìn)行關(guān)聯(lián)對(duì)比從而優(yōu)化模型個(gè)別參數(shù)。

圖3 為車輛軸荷與懸架行程的關(guān)系，根據(jù)仿真結(jié)果和KC測(cè)試對(duì)比（其中V1相對(duì)V0為優(yōu)化后，后續(xù)表述相同），顯示車輪隨輪心跳動(dòng)之間的載荷變化基本一致，從而表明模型在設(shè)置的彈簧、襯套及質(zhì)量等參數(shù)與樣車相符。

圖3 車輛軸荷與懸架行程關(guān)系

圖4 為前束角、外傾角與懸架行程關(guān)系。根據(jù)仿真結(jié)果和KC測(cè)試對(duì)比，顯示車輪前束角及外傾角隨車輪跳動(dòng)之間的角度變化基本一致，從而表明模型的硬點(diǎn)坐標(biāo)與樣車相符。

圖4 車路前束角、外傾角與懸架行程關(guān)系

圖5 為阿克曼轉(zhuǎn)向百分比。根據(jù)仿真結(jié)果與KC測(cè)試對(duì)比，顯示轉(zhuǎn)角阿克曼百分比隨車輪轉(zhuǎn)向角其變化趨勢(shì)一致，從而表明轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)比的設(shè)置與樣車相符。

圖5 阿克曼轉(zhuǎn)向百分比

3 傳遞路徑分析

圖6 三角臂布置示意圖

經(jīng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明抖動(dòng)主要起傳遞路徑作用為麥弗遜懸架結(jié)構(gòu)中的三角臂總成如圖6。根據(jù)對(duì)三角臂總成中分別與車架連接的前襯套A及后襯套B的動(dòng)力學(xué)分析，該結(jié)構(gòu)中前襯套A根據(jù)布置方向繞M軸線旋轉(zhuǎn)起到衰減車輪垂向輸入的振動(dòng)，后襯套B于M軸與N軸（輪心與B襯套連線）的交叉點(diǎn)位置，根據(jù)其襯套實(shí)心與空心布置方向分別參與衰減車輪繞M軸產(chǎn)生的垂向振動(dòng)和車輪在縱向退讓激勵(lì)下產(chǎn)生的由轉(zhuǎn)向拉桿內(nèi)外點(diǎn)和三角臂外及前點(diǎn)形成的四邊形并沿其N軸方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，而車輪縱向退讓過大超出四邊形行程范圍則經(jīng)襯套B的吸收變形后轉(zhuǎn)化成機(jī)構(gòu)中轉(zhuǎn)向拉桿的干涉運(yùn)動(dòng)從而推動(dòng)方向盤打手。

從襯套B空心結(jié)構(gòu)上分析其空心間隙S直接影響到車輪沿軸線N方向的位移量，即襯套B空心間隙S大?。ㄈ鐖D7）的合理性直接影響到車輛在接縫路面行駛傳遞到懸架系統(tǒng)并經(jīng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使方向盤出現(xiàn)打手嚴(yán)重程度。

4 分析驗(yàn)證

在Adams整車模型中其他參數(shù)不變的基礎(chǔ)上，研究襯套B空心間隙S大小對(duì)方向盤打手時(shí)的影響，并將方向盤的切向加速度及車身地板振動(dòng)加速度作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。在分析之前，對(duì)襯套不同空心間隙在其方向上的靜剛度特性測(cè)試，結(jié)果如圖8。

將上述三組不同空心間隙靜剛度特性曲線輸入到模型對(duì)應(yīng)的襯套B中，模擬車輛對(duì)應(yīng)工況中出現(xiàn)的方向盤打手現(xiàn)象。在Adams整車動(dòng)力學(xué)仿真界面中對(duì)行駛工況進(jìn)行參數(shù)化設(shè)置，如圖9所示，即以25Km/h通過與行駛方向成65°夾角且對(duì)應(yīng)高寬分別為20、50mm的截面三角形形狀的障礙物。

在模型中，通過在方向盤及車身主駕座椅位置上布置的加速度通信器來獲取在上述工況下不同空心間隙下對(duì)應(yīng)的加速值，分別如圖10，圖11所示。

圖10 方向盤切向加速度

圖11 主駕座椅垂向加速度

仿真結(jié)果表明，隨著空心間隙的不同，當(dāng)方向盤切向加速度峰值與主駕座椅加速度峰值成反比，如表1所示；

表1 仿真結(jié)果對(duì)比

表1對(duì)比結(jié)果可知，當(dāng)襯套間隙為1.2mm時(shí)對(duì)應(yīng)的整車表現(xiàn)綜合結(jié)果即兼顧操作舒適性又保證平順性。

根據(jù)仿真結(jié)果對(duì)擺臂襯套其間隙按上述要求實(shí)施制作并于整車進(jìn)行客觀測(cè)試，在轉(zhuǎn)向盤上布置角速度傳感器以監(jiān)測(cè)Y切向瞬態(tài)時(shí)域加速度，如圖12。

圖12 樣車測(cè)試加速度布置圖

在選定的一段封閉距離不低5Km較為平坦的公共道路上進(jìn)行測(cè)試，通過更換上述三組樣件分別測(cè)試，結(jié)果顯示當(dāng)使用襯套間隙為1.2時(shí)對(duì)應(yīng)的加速度0.04介于其他兩者之間，與理論分析結(jié)果趨勢(shì)一致。

圖13 方向盤切向加速度

5 小結(jié)

在產(chǎn)品開發(fā)驗(yàn)證階段，擺臂襯套空心部位間隙設(shè)計(jì)經(jīng)常會(huì)因方案不成熟，從而導(dǎo)致在整改中出現(xiàn)反復(fù)調(diào)整而影響項(xiàng)目節(jié)點(diǎn)的問題。本文較以往研究其解決問題方式不同，一方面，本文采用了KC與Adams模型仿真結(jié)果相關(guān)聯(lián)以最大限度提升仿真理論指導(dǎo)性；另一方面，借助動(dòng)力學(xué)模型通過調(diào)整單一變量驗(yàn)證期望結(jié)果，避免其他無關(guān)因素的干涉，從而提升分析問題的準(zhǔn)確性及解決問題的及時(shí)性。

通過CAE分析工具的使用，預(yù)判了項(xiàng)目在整改方向上的結(jié)果，從而縮短了驗(yàn)證時(shí)間；通過Adams多體動(dòng)力學(xué)軟件在整車上的運(yùn)用，解決了設(shè)計(jì)驗(yàn)證階段中的工程問題。

[1] 張洪圖.汽車構(gòu)造[M].北京理工大學(xué)出版社,2013.9.

[2] 宇野高明編著,赫長(zhǎng)文譯.汽車行駛性能和底盤機(jī)構(gòu)[M].1994.8.

[3] 陳峰華.Adams虛擬樣機(jī)技術(shù)從入門到精通[M].清華大學(xué)出版社2015.8.

Research on rationality of gap design of hollow portion of swing arm bushingbased on Adams

Cui Jinquan1, Fu Lihua1, Chen Qiping2

（1.Jiangling Holdings Co., Ltd. Development Center Chassis Department, Jiangxi Nanchang 330000;2.East China Jiao Tong University, Jiangxi Nanchang 330000 )

Through the exploration of the vehicle's structural transmission path in the direction of the seesaw surface, the Adams simulation tool is used to study the hollow gap of the triangular arm rear bushing, and the tangential acceleration of the main driving seat vertical and steering wheel is evaluated. The index evaluates the influence of the hollow clearance of the triangular arm bushing on the smoothness of the whole vehicle, so as to study the rationality of the hollow gap setting of the bushing. The results show that the smoothness and the hand-wound phenomenon of the car when the bushing hollow clearance S is 1.2mm Meet the design requirements.

steering wheel hitting; bushing hollow clearance; simulation analysis; ride comfort

U461.4

B

1671-7988(2018)21-133-04

U461.4

B

1671-7988(2018)21-133-04

崔金泉（1983-），男，江西廣昌，學(xué)士，汽車工程師。研究方向：汽車底盤集成及懸架系統(tǒng)開發(fā)。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.21.046